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        基于平面規(guī)劃的裝配式建筑施工進(jìn)度管理

        2022-09-02 14:39:08王代兵孫加齊王飛宇牛楚楚郭慶騰
        城市建筑空間 2022年8期
        關(guān)鍵詞:庫(kù)存量塔式起重施工進(jìn)度

        王代兵,孫加齊 ,王飛宇 ,牛楚楚,郭慶騰

        (1.中國(guó)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(guó)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(jí)勢(shì)在必行。在此趨勢(shì)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(dòng)生產(chǎn)率,減少現(xiàn)場(chǎng)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(gè)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(jì)劃管理是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高效建造的關(guān)鍵。對(duì)施工進(jìn)度進(jìn)行科學(xué)的管理,是裝配式建筑設(shè)計(jì)、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(duì)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(jià)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(cè)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(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的平面管理提出很高要求。針對(duì)裝配式建筑施工階段的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)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(cè)模型

        根據(jù)施工進(jìn)度計(jì)劃及施工部署,可在每棟樓安裝1臺(tái)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(shí)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(jì)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(cè)模型(預(yù)測(cè)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(cè)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(cè)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(chǎng)面積;A2表示擬建建筑面積;A3表示PC構(gòu)件堆場(chǎng)的面積;A4表示塔式起重機(jī)等垂直運(yùn)輸設(shè)備吊裝時(shí)安全作業(yè)面積;A5表示車輛通行的面積。

        1.2 平面、庫(kù)存與進(jìn)度三者之間的預(yù)測(cè)模型

        裝配式建筑現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與裝配式構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)量存在正比例關(guān)系,而裝配式構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)供應(yīng)量與現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)平面體積、現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存量與施工進(jìn)度三者之間的預(yù)測(cè)模型,假定現(xiàn)場(chǎng)平面體積為V,現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)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(cè)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(gè)施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃目標(biāo)進(jìn)度矩陣和進(jìn)度偏移矩陣,得出整個(gè)施工網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃預(yù)測(cè)進(jìn)度矩陣和矩陣范數(shù)。同時(shí)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(cè)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(cè)模型的測(cè)度。

        2 基于BIM平臺(tái)的施工進(jìn)度管理

        利用BIM信息化技術(shù),結(jié)合預(yù)測(cè)模型1和預(yù)測(cè)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(kù)存量三者之間的信息化應(yīng)用與分析。

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

        2)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)平面的實(shí)際情況,建立現(xiàn)場(chǎng)平面的BIM模型。在進(jìn)行平面管理的同時(shí),利用預(yù)測(cè)模型1,計(jì)算出每臺(tái)塔式起重機(jī)的有效工作范圍、不同類型構(gòu)件的庫(kù)存區(qū)域及庫(kù)存區(qū)域的體積大?。w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(cè)模型1,要充分規(guī)劃出平面模型中現(xiàn)場(chǎng)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(cè)模型2,利用BIM 4D技術(shù),反推出施工進(jìn)度計(jì)劃。在此過程中,要考慮平面體積、現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存量及塔式起重機(jī)的作業(yè)頻率對(duì)施工進(jìn)度的影響。通過模擬,修正平面體積、現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存量以及塔式起重機(jī)作業(yè)頻率3個(gè)關(guān)鍵的末端因素對(duì)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(duì)裝配式建筑施工進(jìn)度控制的信息化平臺(tái),通過平臺(tái)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(cè)模型,結(jié)合BIM信息化平臺(tái)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(xiàng)目包括2棟單體及1個(gè)裙房,總建筑面積5.51萬m2(見圖2);其中,2號(hào)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(chǎng)場(chǎng)地狹小,現(xiàn)場(chǎng)布置2臺(tái)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(xiàng)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(hào)塔式起重機(jī)的安裝位置。結(jié)合預(yù)測(cè)模型1,可確定垂直運(yùn)輸設(shè)備工作時(shí)所需的現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)平面規(guī)劃

        3.2 平面規(guī)劃與現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)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(hào)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(cè)模型1進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的現(xiàn)場(chǎng)平面堆放及庫(kù)存管理,合理規(guī)劃現(xiàn)場(chǎng)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(jì)劃管理,在10層鋼結(jié)構(gòu)夾層安裝施工階段,利用預(yù)測(cè)模型2,模擬進(jìn)度與庫(kù)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(chǎng)平面體積容量與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存之間的確定參數(shù),完成現(xiàn)場(chǎng)的平面規(guī)劃和現(xiàn)場(chǎng)鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件的庫(kù)存量(見圖4),其中,GL-1的庫(kù)存量為8個(gè),GL-2的庫(kù)存量為13個(gè),GL-3的庫(kù)存量為3個(gè),LB-1的庫(kù)存量為26個(gè),以上不同類型的構(gòu)件的最優(yōu)庫(kù)存量,確定了現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度與計(jì)劃進(jìn)度完全匹配,為最優(yōu)進(jìn)度計(jì)劃;最大庫(kù)存量GL-1為12個(gè),GL-2為24個(gè),GL-3為8個(gè),LB-1的庫(kù)存量為53個(gè);PC構(gòu)件堆場(chǎng)面積為400m2;其中,按照樓承板(LB-1)的最大堆場(chǎng)高度為1.5m計(jì)算,平面容積為600m3。

        圖4 平面規(guī)劃

        3.3 計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度對(duì)比分析

        通過BIM技術(shù)應(yīng)用,在利用預(yù)測(cè)模型1和預(yù)測(cè)模型2,可對(duì)10層鋼結(jié)構(gòu)裝配式施工進(jìn)度進(jìn)行對(duì)比。通過計(jì)劃進(jìn)度與實(shí)際進(jìn)度的對(duì)比分析,可發(fā)現(xiàn)實(shí)際施工進(jìn)度與計(jì)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(duì)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(chǎng)平面規(guī)劃、現(xiàn)場(chǎng)庫(kù)存量3個(gè)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(cè)模型,進(jìn)行施工進(jìn)度的預(yù)測(cè)、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(cè)和評(píng)估短期進(jìn)度和整體進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn),從而提高工程精細(xì)化管理和工程項(xiàng)目管理水平。

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