基于平面規(guī)劃的裝配式建筑施工進(jìn)度管理

王代兵，孫加齊 ，王飛宇 ，牛楚楚，郭慶騰

（1.中國建筑第八工程局有限公司華北分公司，天津 300450；2.平頂山市建昌房地產(chǎn)開發(fā)有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

近年來，隨著我國工業(yè)化發(fā)展與人口紅利消失，傳統(tǒng)建造模式的轉(zhuǎn)型升級勢在必行。在此趨勢下，裝配式建筑得到業(yè)界廣泛關(guān)注及重視。裝配式建筑采用工業(yè)化生產(chǎn)方式，使生產(chǎn)要素有機(jī)組合，減少中間環(huán)節(jié)，優(yōu)化資源配置；通過標(biāo)準(zhǔn)化的模數(shù)組合，提高勞動生產(chǎn)率，減少現(xiàn)場濕作業(yè)，擺脫了粗放型的生產(chǎn)方式，能最大限度滿足建筑業(yè)可持續(xù)發(fā)展的要求。

裝配式建筑在整個供應(yīng)鏈中需要上、中、下游企業(yè)共同參與，協(xié)同度高，尤其是EPC工程總承包模式下，裝配式建筑以施工進(jìn)度為主線的全面計劃管理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效建造的關(guān)鍵。對施工進(jìn)度進(jìn)行科學(xué)的管理，是裝配式建筑設(shè)計、生產(chǎn)、運(yùn)輸?shù)裙?yīng)鏈暢通的前提條件。通過運(yùn)用BIM信息化技術(shù)、數(shù)學(xué)建模，建立對裝配式建筑施工進(jìn)度控制的科學(xué)管理方法。本文通過理論研究，結(jié)合裝配式建筑的系統(tǒng)性特征，在EPC工程總承包模式下，通過建立系統(tǒng)、科學(xué)的施工進(jìn)度控制方法，深度挖掘裝配式建筑的產(chǎn)業(yè)價值，助推裝配式建筑的一體化高品質(zhì)發(fā)展。

1 裝配式建筑施工進(jìn)度預(yù)測模型

裝配式建筑優(yōu)于現(xiàn)澆整體式建筑的特點(diǎn)在于部品、構(gòu)件的預(yù)制化生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸與存放，這種建造環(huán)節(jié)和因素對施工現(xiàn)場的平面管理提出很高要求。針對裝配式建筑施工階段的現(xiàn)場平面管理，需根據(jù)施工進(jìn)度進(jìn)行科學(xué)、合理規(guī)劃，確保施工現(xiàn)場平面管理可滿足施工進(jìn)度要求。在綜合衡量施工進(jìn)度、成本之間的關(guān)系，建立裝配式建筑平面規(guī)劃模型。

1.1 垂直運(yùn)輸設(shè)備的工作區(qū)域預(yù)測模型

根據(jù)施工進(jìn)度計劃及施工部署，可在每棟樓安裝1臺塔式起重機(jī)，完成PC構(gòu)件的吊裝和安裝作業(yè)。為解決成本增加、工期延誤、工序復(fù)雜等問題，PC構(gòu)件必須放置在塔式起重機(jī)的工作區(qū)域內(nèi)，塔式起重機(jī)的作業(yè)頻率是施工進(jìn)度的關(guān)鍵路徑，是縮短施工時間的關(guān)鍵因素。

塔式起重機(jī)的作業(yè)面積是決定施工進(jìn)度的關(guān)鍵。本文通過利用模擬仿真技術(shù)計算完成了塔式起重機(jī)的有效作業(yè)面積，并且制定了預(yù)測模型（預(yù)測模型1），用于確定塔式起重機(jī)的吊裝頻率與PC構(gòu)件放置的位置和數(shù)量之間的關(guān)系（見圖1）。通過該預(yù)測模型可有效確定裝配式建筑的施工進(jìn)度與塔式起重機(jī)等吊裝設(shè)備之間的協(xié)同關(guān)系。

圖1 塔式起重機(jī)工作面積平面規(guī)劃模擬方法

預(yù)測模型 1：A=A1-（A2+A3+A4+A5），式中，A表示作業(yè)面積；A1表示現(xiàn)場面積；A2表示擬建建筑面積；A3表示PC構(gòu)件堆場的面積；A4表示塔式起重機(jī)等垂直運(yùn)輸設(shè)備吊裝時安全作業(yè)面積；A5表示車輛通行的面積。

1.2 平面、庫存與進(jìn)度三者之間的預(yù)測模型

裝配式建筑現(xiàn)場施工進(jìn)度與裝配式構(gòu)件的現(xiàn)場供應(yīng)量存在正比例關(guān)系，而裝配式構(gòu)件的現(xiàn)場供應(yīng)量與現(xiàn)場的平面體積存在正比例關(guān)系?；诰€性規(guī)劃理論，可以建立現(xiàn)場平面體積、現(xiàn)場庫存量與施工進(jìn)度三者之間的預(yù)測模型，假定現(xiàn)場平面體積為V，現(xiàn)場庫存量為Q，施工進(jìn)度為T，構(gòu)建裝配式建筑施工進(jìn)度的單因素預(yù)測模型。考慮隨機(jī)性因素目標(biāo)進(jìn)度、因素目標(biāo)進(jìn)度隨機(jī)性兩種情況下，建立整個施工網(wǎng)絡(luò)計劃目標(biāo)進(jìn)度矩陣和進(jìn)度偏移矩陣，得出整個施工網(wǎng)絡(luò)計劃預(yù)測進(jìn)度矩陣和矩陣范數(shù)。同時提出工期優(yōu)化控制方法。通過矩陣推導(dǎo)和模擬，可得出三者之間的函數(shù)關(guān)系。

預(yù)測模型 2：T（x）=Q（x0）+Ⅱx-x0ⅡV（x0），式中，x和x0為影響因素，Ⅱx-x0Ⅱ?yàn)轭A(yù)測模型的測度。

2 基于BIM平臺的施工進(jìn)度管理

利用BIM信息化技術(shù)，結(jié)合預(yù)測模型1和預(yù)測模型2，可實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工進(jìn)度與平面管理及庫存量三者之間的信息化應(yīng)用與分析。

1）計算裝配式建筑構(gòu)件工程量時，可按照樓層進(jìn)行構(gòu)件的統(tǒng)計，不同的構(gòu)件要進(jìn)行分類計算和統(tǒng)計。利用BIM模型的可視化建模技術(shù)，統(tǒng)計出各種類型構(gòu)件的體積大小。

2）根據(jù)施工現(xiàn)場平面的實(shí)際情況，建立現(xiàn)場平面的BIM模型。在進(jìn)行平面管理的同時，利用預(yù)測模型1，計算出每臺塔式起重機(jī)的有效工作范圍、不同類型構(gòu)件的庫存區(qū)域及庫存區(qū)域的體積大小（體積指平面面積與不同構(gòu)件安全允許堆放高度之間的關(guān)系）?；陬A(yù)測模型1，要充分規(guī)劃出平面模型中現(xiàn)場面積與擬建建筑的面積、車輛通行面積等之間的空間劃分。

3）根據(jù)工期節(jié)點(diǎn)，在考慮各種影響因素的前提下，利用預(yù)測模型2，利用BIM 4D技術(shù)，反推出施工進(jìn)度計劃。在此過程中，要考慮平面體積、現(xiàn)場庫存量及塔式起重機(jī)的作業(yè)頻率對施工進(jìn)度的影響。通過模擬，修正平面體積、現(xiàn)場庫存量以及塔式起重機(jī)作業(yè)頻率3個關(guān)鍵的末端因素對施工進(jìn)度的影響程度。

4）通過BIM信息化技術(shù)，結(jié)合模型1和模型2，搭建一套針對裝配式建筑施工進(jìn)度控制的信息化平臺，通過平臺實(shí)現(xiàn)施工進(jìn)度的預(yù)警與糾偏，并實(shí)現(xiàn)裝配式建筑施工的高效建造。

3 案例應(yīng)用分析

為驗(yàn)證預(yù)測模型，結(jié)合BIM信息化平臺的應(yīng)用，本文從裝配式建筑的施工角度出發(fā)，選擇應(yīng)用案例。平發(fā)集團(tuán)投資大廈項目包括2棟單體及1個裙房，總建筑面積5.51萬m2（見圖2）；其中，2號樓層數(shù)15層，在10層存在1層鋼結(jié)構(gòu)夾層，采用裝配式鋼梁、樓承板結(jié)構(gòu)。此外，本工程施工現(xiàn)場場地狹小，現(xiàn)場布置2臺塔式起重機(jī)，以上因素滿足案例應(yīng)用分析的基本條件。

圖2 項目效果

3.1 塔式起重機(jī)工作區(qū)域選擇

在塔式起重機(jī)的位置選擇和安裝階段，通過利用BIM技術(shù)的仿真模擬技術(shù)，確定了2號塔式起重機(jī)的安裝位置。結(jié)合預(yù)測模型1，可確定垂直運(yùn)輸設(shè)備工作時所需的現(xiàn)場平面的相關(guān)參數(shù)（見圖3）。

圖3 塔式起重機(jī)工作區(qū)域現(xiàn)場平面規(guī)劃

3.2 平面規(guī)劃與現(xiàn)場庫存量的確定

考慮到10層鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工，在確定2號塔式起重機(jī)安裝位置的條件下，通過平面規(guī)劃，利用預(yù)測模型1進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的現(xiàn)場平面堆放及庫存管理，合理規(guī)劃現(xiàn)場平面位置。該階段利用BIM信息化技術(shù)的模擬仿真完成。結(jié)合4D進(jìn)度計劃管理，在10層鋼結(jié)構(gòu)夾層安裝施工階段，利用預(yù)測模型2，模擬進(jìn)度與庫存及平面三者之間的變量關(guān)系。通過模擬，在確定總工期前提下，要求平面規(guī)劃的現(xiàn)場平面體積容量與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)場庫存之間的確定參數(shù)，完成現(xiàn)場的平面規(guī)劃和現(xiàn)場鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的庫存量（見圖4），其中，GL-1的庫存量為8個，GL-2的庫存量為13個，GL-3的庫存量為3個，LB-1的庫存量為26個，以上不同類型的構(gòu)件的最優(yōu)庫存量，確定了現(xiàn)場施工進(jìn)度與計劃進(jìn)度完全匹配，為最優(yōu)進(jìn)度計劃；最大庫存量GL-1為12個，GL-2為24個，GL-3為8個，LB-1的庫存量為53個；PC構(gòu)件堆場面積為400m2；其中，按照樓承板（LB-1）的最大堆場高度為1.5m計算，平面容積為600m3。

圖4 平面規(guī)劃

3.3 計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對比分析

通過BIM技術(shù)應(yīng)用，在利用預(yù)測模型1和預(yù)測模型2，可對10層鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工進(jìn)度進(jìn)行對比。通過計劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對比分析，可發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工進(jìn)度與計劃施工進(jìn)度始終保持在可控的偏差范圍內(nèi)。

4 結(jié)語

針對裝配式建筑施工，本文從塔式起重機(jī)等垂直運(yùn)輸設(shè)備作業(yè)區(qū)域相關(guān)參數(shù)的選擇與確定以及現(xiàn)場平面規(guī)劃、現(xiàn)場庫存量3個主要方面，結(jié)合BIM信息化技術(shù)的應(yīng)用，通過建立預(yù)測模型，進(jìn)行施工進(jìn)度的預(yù)測、控制與管理。

在裝配式建筑施工過程中，本文提出的方法可有效拓展和深化BIM技術(shù)應(yīng)用研究，更加科學(xué)、準(zhǔn)確地預(yù)測和評估短期進(jìn)度和整體進(jìn)度風(fēng)險，從而提高工程精細(xì)化管理和工程項目管理水平。