随着社会经济的发展,工程项目逐步向大型化、复杂化的趋势发展,业主对于项目工期、成本等各方面的要求也随之不断提升。高速铁路建设项目作为一种典型的投入高、周期长、区域广、人员多的复杂工程项目,其前期设计不合理导致的设计变更将降低项目整体效益。以太中银铁路(太原、中卫、银川)为例,仅张家焉大桥、黄河特大桥、杏子塔隧道三项工程的设计变更,就导致工程合同价款分别增加2.7%、3.9%、5.8%。提升设计方案合理性,减少设计变更,是保证项目成本与工期满足要求的关键。

高铁建设的传统交付模式中,参建各方相互独立,缺乏沟通,使得设计变更、工期延误等情况多发。相关调查显示:传统交付模式下,工程项目的成本与工期常难以得到保证。调查中,72%的项目预算超支,70%的项目出现了不同程度的工期滞后,传统交付模式已难以满足当前高铁建设项目的要求。

美国德克萨斯大学奥斯汀分校土木工程研究所的研究表明,工程项目的多方参与、共同协作能够降低约10%的项目成本,其中施工管理成本降低24%,利润增加25%,设计工作的价值增加33.7%。美国工程管理协会的行业报告则指出,项目纠纷大多能在项目初期以低成本解决,但项目参与者往往不够重视项目的前期管理,导致不必要的成本与工期增加。因此,当前高速铁路建设领域亟待引入一套注重项目前期管理,加强各参与方联合协作的高效管理模式。而集成项目交付(Integrated Project Delivery,IPD)模式以其注重前期投入,集成各方资源,共同提升收益等理念,为高速铁路建设发展新型管理模式提供了重要方法,这一模式在高铁建设中尚未实际应用。本文的目的是将IPD模式引入高铁建设的前期管理,减少设计变更,从而提升高铁建设效率。

集成项目交付模式由美国建筑师协会(America Institute of Architects,AIA)于2007年首次提出,即IPD是一种将工程项目中的人员、系统、企业结构和实际经验进行集成的项目交付方法,项目各参与方通过充分发挥自己的能力与智慧,为业主增加收益、减少浪费,实现项目效益最大化。基于这一概念,IPD模式可以理解为是一种注重项目前期管理,各参与方在项目全寿命周期内协同合作、信息共享、共同决策,从而最大化项目效益的交付模式。在《综合项目交付指南》中,AIA明确了IPD项目的基本原则,主要内容如表1所示。

IPD模式强调项目成员之间协同合作、共同参与,并结合精益建造理论,使项目的各个阶段、各个层次达到最优。相较传统交付模式,IPD模式在高铁建设项目等复杂工程项目中具有明显的应用优势。图1中的Macleamy曲线反映了IPD模式与传统交付模式在项目全寿命周期中投入与效果的对比。

图中的项目投入/效果表明,项目前期的资源投入对于项目成本和功能的影响力远远大于中后期阶段,而项目前期的设计变更成本则远远低于中后期阶段。传统交付模式侧重于项目后期的投入与管理,导致难以及时发现问题,设计变更成本增加;而注重项目前期管理的IPD模式,则能够在项目前期以较低的设计变更成本解决问题,节约建设成本。高铁建设项目投入高、设计复杂,将IPD模式应用于高铁建设前期管理,具有两大显著优势:一是将项目资源投入到有效的前期工作,能够产生更大的收益和效果;二是高铁设计方案复杂,注重项目前期阶段的管理,有助于减少项目后期设计变更、节约成本、保证工期。

本文基于IPD模式的各项原则,提出了一套基于IPD模式的高铁建设前期协同管理体系,如图2所示。

在高铁建设前期的阶段划分上,根据IPD模式的目标定义原则,本文将目标定义阶段作为高铁建设前期的第一个阶段,将高铁建设前期划分为:目标定义、项目立项及方案设计、扩初设计、施工图设计等四个阶段。针对前期的不同阶段,IPD模式下的团队构成与职能分工也同样有所区别。为了保证团队各参与方的高效沟通,本文构建了基于IPD模式的协同管理平台,通过成立多方专职协同小组,实现多方常态化沟通;通过建立多方联合议会制度,完成项目阶段性总结;通过搭建以BIM为基础的协同沟通平台,帮助各方无障碍沟通。

当前,我国高铁建设的前期工作可划分为项目立项及方案设计、扩初设计及施工图设计三个阶段。基于IPD模式的早期目标定义原则,在高铁建设项目实施前,应由项目初期各参与方共同制定铁路建设的目标与需求,避免因目标定义不全面导致的目标不明、设计变更。因此,本文将目标定义阶段加入了高铁建设前期的阶段划分,并结合IPD模式的协同决策原则、主要参与者的早期参与原则,明确了不同阶段下各参与者的职能分工,如表2所示。

在传统的铁路建设项目中,设计工作往往由设计单位单方面完成,设计方案的修改意见常在某一阶段结束后,由各参与人员讨论后得出。传统的铁路建设前期管理模式使得设计方案中存在的问题难以在产生之初被纠正,部分问题甚至直至施工时才暴露出来。此外,高铁项目复杂的设计方案与人员组成也为建设前期的有效管理增加了难度。因此,建立一套可以实现问题及时发现、高效沟通、有效解决的管理机制是十分必要的。针对上述问题,本文基于IPD模式的协同决策原则,构建了IPD模式下的高铁建设前期协同管理平台,主要包括以下3个要点:

(1)成立多方专职协同小组

多方专职协同小组成员由各参与单位选派专职人员组成,由建设单位选派专职负责人作为组长,统筹小组各项事宜。随着项目的推进,多方专职协同小组的组织构成也会有所变动,其运行机制为:各方成员负责搜集和统计所在参与单位执行工作时遇到的问题,并将各项问题在小组内共享、讨论,由小组组长协调各方意见,共同制定决策。小组成员将决策意见反馈至所在参与单位,并对问题的解决情况进行跟踪和记录。成立多方专职协同小组,为项目各参与单位提供了沟通的桥梁,有助于高铁建设前期各项问题的实时响应与高效解决。

(2)建立多方联合议会制度

建立多方联合议会制度,能够为项目各参与方搭建阶段性、总结性的沟通平台。会议原则上应每半月召开一次,参会人员包括各方主管人员、主要技术人员及多方专职协同小组成员等。会前,由专职协同小组汇总本期会议出现的问题及解决情况。会议过程中,各参会人员针对问题的决策与实施情况进行评价与验收,对改进过程中的难点进行讨论,并制定下一步的工作计划。这种联合制度能够实现多方当事人的面对面直接交流,有助于高质量、高效率地完成高铁建设前期的各项工作。

(3)搭建以BIM为基础的协同沟通平台

BIM作为一种设计和管理工具,能够使项目信息和知识资源达成共享,为高铁建设前期的项目决策提供可靠的基础。搭建以BIM为基础的协同沟通平台,能够为项目各参与方提供无障碍的沟通语言,实现各方之间的密切协同。此外,平台还为各专业软件间的信息流通提供了技术支持,有助于实现不同专业人员间的顺畅交流。

安(庆)九(江)高铁,位于安徽省西南部的安庆地区、湖北省东南部的黄梅县和江西省北部的九江地区。全线设新安庆西、潜山南、太湖南、宿松东、黄梅南、孔垄北、庐山7个车站。安九高铁建设工程以本文提出的管理体系为指导,构建了一套IPD模式下的安九高铁建设前期协同管理体系,本文仅针对案例应用中的亮点予以介绍。

在安九高铁的前期阶段划分中,根据IPD模式的早期目标定义原则,建设方宁安公司创新性地引入了目标定义阶段。在项目启动前,宁安公司安九高铁项目指挥部作为建设单位,组织联合安九高铁运营部、各投资单位、安徽省政府等各参与方,对项目的造价、工期、运营需求、政府要求等需求进行了定义,制定了安九高铁建设目标需求文件。以政府要求定义为例,安九高铁项目指挥部需与安徽省政府共同编制政府需求文件,保证铁路远期建设与城市发展规划相符合,降低因政府规划要求统计不全面而导致的设计变更。将目标定义引入高铁建设,能够尽早确定高铁建设目标,指导后续的方案设计,减少因目标不明确导致的设计变更。

宁安铁路有限责任公司安九高铁项目指挥部是安九高铁的建设方,宁安公司安九高铁项目运营部为运营方,中铁第五勘察设计院集团有限公司为设计方,高铁建设前期各阶段的具体组织构成如图3所示:

(1)多方联合议会制度在安九高铁建设前期的实践

在安九高铁建设前期,宁安公司制定了多方联合议会制度,通过阶段性总结各项问题,保证设计方案的可靠性。以安九高铁建设的施工图设计阶段为例,会议的主要参与方为安九高铁项目指挥部、安九高铁项目运营部、中铁第五勘察设计院的主要领导及技术人员等。各方针对施工图设计中的桥涵、隧道等17个类别中的难点问题进行了讨论,协同制定应对策略。在安九高铁龙山2号隧道的施工图设计中,由于隧道出口存在大量含积水的人为坑洞,使得项目施工风险增加。对此各参与方基于自身专业知识,讨论制定了探挖结合的施工方案,设计在开挖隧道时同步灌浆,保证了设计方案的可靠性。

(2)BIM技术在安九高铁建设前期的应用

BIM技术在安九高铁建设前期的应用十分广泛。以四电房屋设计中BIM的应用为例,房屋的设计方案中常存在大量管线与部件,施工单位在建设时常常难以从图纸中获取部件的安装信息,影响施工效率。此外,传统的平面设计图纸难以体现管线间的约束与碰撞,增加了施工返工。安九高铁建设前期,将BIM引入了5座新建AT牵引变电所(新安庆西牵引所、邵庄牵引所、林家田铺牵引所、黄梅南牵引所、庐山牵引所)的设计,有助于施工单位快速获取部件安装信息,解决了管线碰撞问题,减少了设计变更,提升了施工效率。

随着我国高速铁路事业的蓬勃发展,传统的管理模式已难以实现高铁建设的高效管理,工期延误、成本增加成为了高铁建设项目的痼疾。将IPD模式应用于高铁建设的前期管理,利用IPD模式的早期目标定义、协同决策等原则,解决高铁项目由于规模庞大、人员繁杂导致的复杂管理问题,具有广阔的应用前景。但现阶段我国高铁的建设中,尚未构建起完善的IPD模式应用体系。对此,本文针对高铁建设的前期管理,构建了一套基于IPD模式的协同管理体系。实践表明,基于IPD模式实施高铁建设前期的协同管理,能够实现设计方案问题的早期发现、有效沟通与高效决策,降低设计变更风险,保障高铁建设效率。当前该体系在高铁建设的实际应用中,仍存在信息化程度不高的不足,因此建立与之配套的信息化管理系统,将是后续研究的重点。