張新偉, 鄒貽權(quán)

(湖北工業(yè)大學(xué)土木建筑與環(huán)境學(xué)院,湖北 武漢430068)

隨著我國(guó)勞動(dòng)力成本快速增高,提高勞動(dòng)力資源利用效率成為建筑施工行業(yè)的迫切需求[1]。為促進(jìn)建筑行業(yè)由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變,近年來(lái)國(guó)家大力推廣預(yù)制裝配式建筑。當(dāng)前裝配式建筑施工管理內(nèi)容精細(xì)化要求高,實(shí)際施工中存在資源浪費(fèi)、管理混亂等問(wèn)題,容易造成窩工、工期延誤等情況,增加建設(shè)成本[2]。

將計(jì)算機(jī)仿真模擬技術(shù)運(yùn)用至建筑施工中,能清晰的顯示出施工進(jìn)度,實(shí)時(shí)掌握勞動(dòng)力資源投入情況和使用效率,輸出模型仿真數(shù)據(jù)并分析仿真結(jié)果[3]。根據(jù)工期目標(biāo)配置班組勞動(dòng)力,預(yù)測(cè)不同勞動(dòng)力資源配置情況下的施工進(jìn)度,對(duì)班組勞動(dòng)力效率定量評(píng)價(jià),找出存在嚴(yán)重窩工的班組和工序,解決傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法配置班組勞動(dòng)力導(dǎo)致的項(xiàng)目窩工問(wèn)題。

1 AnyLogic簡(jiǎn)介

AnyLogic是一個(gè)現(xiàn)代和靈活的面向?qū)ο蟮亩喾椒ǚ抡孳浖碛辛鞒探?kù)、物料搬運(yùn)庫(kù)等多個(gè)模型庫(kù)及功能模塊,具備良好的可視化建模環(huán)境和數(shù)據(jù)輸入、輸出方式,廣泛應(yīng)用于加工制造業(yè)[4]。

2 裝配式建筑施工仿真模擬方法

2.1 裝配式建筑施工管理問(wèn)題

區(qū)別于傳統(tǒng)施工方式,裝配式建筑在工廠加工制作好建筑構(gòu)件和配件,再運(yùn)輸?shù)浇ㄖ┕がF(xiàn)場(chǎng),通過(guò)可靠的連接方式在現(xiàn)場(chǎng)裝配安裝而成[5]。裝配式建筑較傳統(tǒng)建設(shè)方式增加了分項(xiàng)工程數(shù)量(裝配式建筑施工增加分倉(cāng)、灌漿、預(yù)制構(gòu)件吊裝等)工序;由于采用預(yù)制構(gòu)件替代現(xiàn)澆結(jié)構(gòu),部分分項(xiàng)工程的工程量(鋼筋、模板工程量較傳統(tǒng)施工方式)減少。分項(xiàng)工程種類增加和工程量減少,參與施工的班組種類增多,施工環(huán)節(jié)交錯(cuò),工序繁多,管理要求更加精細(xì)化,導(dǎo)致流水施工工序銜接和穿插管理難度更高,勞動(dòng)力資源配置管理難度更大,按傳統(tǒng)施工經(jīng)驗(yàn)配置勞動(dòng)力的方法易造成窩工和現(xiàn)場(chǎng)管理混亂的現(xiàn)象發(fā)生,不能滿足裝配式建筑高效建造的要求。

2.2 基于AnyLogic的仿真模擬方法

將項(xiàng)目施工抽象為流水線加工,施工分區(qū)智能體抽象為產(chǎn)品生產(chǎn),通過(guò)AnyLogic軟件中模型庫(kù)、功能模塊、參數(shù)和函數(shù)調(diào)用,按裝配式建筑施工工藝串行、并行、穿插和銜接邏輯進(jìn)行仿真建模。在確定施工工序、工程量、工效等技術(shù)資料的基礎(chǔ)上,為各道工序初步配置勞動(dòng)力資源,建立施工仿真模型模擬項(xiàng)目流水施工,通過(guò)模型可視化分析和數(shù)據(jù)輸出,找到窩工嚴(yán)重的工序和施工班組。對(duì)勞動(dòng)力利用效率進(jìn)行定量評(píng)價(jià),為優(yōu)化勞動(dòng)力配置提供依據(jù)。

2.3 AnyLogic仿真模塊及功能

本研究使用AnyLogic(8.7.5)仿真軟件進(jìn)行建模,主要運(yùn)用流程建模庫(kù)搭建邏輯模型,通過(guò)參數(shù)和函數(shù)設(shè)置輸入項(xiàng)目工程量、工序和勞動(dòng)力資源數(shù)據(jù),使用軟件自帶分析圖表實(shí)現(xiàn)模型運(yùn)行情況實(shí)時(shí)觀測(cè)和數(shù)據(jù)輸出,常用模塊及功能如下。

1)Source是項(xiàng)目智能體生成模塊,每一個(gè)施工分區(qū)對(duì)應(yīng)一個(gè)智能體,攜帶有項(xiàng)目工程內(nèi)容、規(guī)模、工效等參數(shù)。

2)Service代表施工工序,通過(guò)函數(shù)設(shè)置實(shí)現(xiàn)模擬工序施工,智能體在工序停留的時(shí)間即工序耗時(shí)。

3)Combine可以合并智能體副本,連續(xù)合并智能體時(shí)可設(shè)置多個(gè)Combine模塊,避免使用Assembler模塊導(dǎo)致丟失智能體數(shù)據(jù)。

4)Split可以創(chuàng)建智能體副本,并確保輸出的智能體和副本屬性與原輸入智能體保持一致。利用Combine和Split可以表示施工工序的串行、并行、穿插和銜接邏輯。

5)Queue是智能體排隊(duì)等待模塊,可以在工序完成后連續(xù)使用Combine合并智能體時(shí)防止模型堵塞。

統(tǒng)計(jì)分析中國(guó)大陸CGDPA和IMERG的季節(jié)平均降水強(qiáng)度,結(jié)果表明:春季兩者的相關(guān)系數(shù)最大、冬季最小,分別為0.89和0.83;夏、秋兩季的相關(guān)系數(shù)也都超過(guò)了0.85(圖4)。夏季兩者的均方根誤差最大,為1.65 mm/d;其次是春季,兩者的均方根誤差為0.94 mm/d;冬季兩者的均方根誤差最小,為0.70 mm/d。秋季兩者的相對(duì)偏差最小,為2.10%;其次是春季,兩者的相對(duì)偏差為5.30%;冬季兩者的相對(duì)偏差高達(dá)-18.24%。

6)Delay是指在某道工序結(jié)束后的等待時(shí)間,可以代表分倉(cāng)料或灌漿料的凝固時(shí)間。

7)Sink是仿真模型的終點(diǎn),代表該施工分區(qū)施工完成和仿真過(guò)程結(jié)束。

8)Resource Pool是模型資源池模塊,模型中各工序均從對(duì)應(yīng)的資源池調(diào)用勞動(dòng)力資源。

9)Parameter是參數(shù),可以設(shè)置項(xiàng)目各工序的工程量、工效和班組人數(shù)等數(shù)據(jù)。

10)Plot是圖表模塊,可以實(shí)時(shí)顯示模型運(yùn)行情況和勞動(dòng)力資源使用情況,并輸出模型運(yùn)行數(shù)據(jù)。

3 案例分析

3.1 項(xiàng)目概況

以某單體裝配式建筑標(biāo)準(zhǔn)層為研究對(duì)象,該標(biāo)準(zhǔn)層豎向結(jié)構(gòu)采用預(yù)制裝配式外墻(YWQ)和現(xiàn)澆內(nèi)墻,預(yù)制外墻連接處采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接。標(biāo)準(zhǔn)層水平結(jié)構(gòu)部分采用預(yù)制裝配式,預(yù)制構(gòu)件類型有預(yù)制疊合板(YDB)預(yù)制陽(yáng)臺(tái)(YYT)預(yù)制空調(diào)板(YKB)預(yù)制陽(yáng)臺(tái)掛板(YGB)預(yù)制樓梯(YLT),水平構(gòu)件、部分樓板和梁采用現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)連接。將該標(biāo)準(zhǔn)層分為A、B兩個(gè)施工分區(qū),前期已測(cè)定工序工效,各分區(qū)的工程內(nèi)容、工程量如表1所示。

表1 工程量及工效

3.2 裝配式建筑流水施工模型搭建

將工序劃分主線工序和支線工序,支線工序在主線各工序施工時(shí)并行、穿插進(jìn)行。

主線工序包括:測(cè)量放線、分倉(cāng)、外墻吊裝、封倉(cāng)、灌漿、YDB吊裝、YYT吊裝、YKB吊裝、YGB吊裝、梁底板鋼筋綁扎、板面筋綁扎、澆筑混凝土。

支線工序包括:1)內(nèi)外墻鋼筋綁扎、內(nèi)外墻模板支設(shè),在外墻吊裝完成后開(kāi)始,與封倉(cāng)工序并行;2)梁板鋁模支設(shè)、設(shè)置獨(dú)立支撐,在內(nèi)外墻模板支模完成后開(kāi)始;3)設(shè)置三角獨(dú)立支撐、設(shè)置支撐托木方,在獨(dú)立支撐設(shè)置完成后開(kāi)始;4)水電安裝,在吊裝全部完成后開(kāi)始,與梁板底筋綁扎并行;5)預(yù)埋件,在梁板底筋綁扎完成后開(kāi)始,與板面筋綁扎并行。

封倉(cāng)4小時(shí)后方可開(kāi)始灌漿,灌漿24 h后才能進(jìn)行YDB、YYT、YKB、YGB等水平構(gòu)件吊裝。模型邏輯框架如圖1所示。

圖1 裝配式建筑流水施工邏輯關(guān)系

3.3 參數(shù)和函數(shù)設(shè)置

施工班組資源集設(shè)置。將工人分為測(cè)量班組、灌漿班組、吊裝班組、鋼筋班組、模板班組、安裝班組和混凝土班組,使用資源集模塊代表各施工班組,并通過(guò)參數(shù)模塊設(shè)置各班組人數(shù)。

工序耗時(shí)函數(shù)設(shè)置。以測(cè)量放線工序?yàn)槔?在測(cè)量放線Service模塊中設(shè)置時(shí)間延遲函數(shù):

agent.total_測(cè)量放線/(agent.rate_測(cè)量放線*agent.num_測(cè)量放線)

表示智能體在該工序耗時(shí)。

副本函數(shù)設(shè)置。使用Split和Combine還原工序邏輯,通過(guò)函數(shù)設(shè)置,使智能體離開(kāi)Split模塊時(shí)保持原智能體屬性,如圖2所示。

圖2 副本函數(shù)設(shè)置

3.4 智能體封裝和數(shù)據(jù)讀取

新建Myagent智能體,設(shè)置項(xiàng)目各工序工程量、工效、勞動(dòng)力資源參數(shù)和時(shí)間變量,智能體即包含該項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)層施工工作。在Excel中將工程量、工序和勞動(dòng)力資源數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范處理,將模型連接到Excel文件。然后在Source模塊中設(shè)置函數(shù)如圖3所示,分別讀取表格數(shù)據(jù),智能體離開(kāi)Source時(shí)即攜帶全部該工程工程量、工效和擬投入的勞動(dòng)力資源數(shù)據(jù)。

圖3 智能體數(shù)據(jù)讀取

3.5 仿真結(jié)果分析及優(yōu)化

使用圖表模塊,設(shè)置函數(shù)采集運(yùn)行數(shù)據(jù),如圖4所示 ,實(shí)時(shí)觀測(cè)不同時(shí)段工作內(nèi)容、在忙人數(shù)、工序耗時(shí)等,分析各班組工作存在的問(wèn)題。

圖4 數(shù)據(jù)分析

對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行輸出和整理得到各工序的用工數(shù)據(jù),進(jìn)而得到標(biāo)準(zhǔn)層施工的總用工數(shù)、總出勤時(shí)間和閑置時(shí)間班組窩工率,結(jié)果整理如表2所示。

表2 仿真結(jié)果分析

通過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)整理發(fā)現(xiàn),灌漿班組、吊裝班組、鋼筋班組總用工數(shù)較大,且窩工率較高,需要進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。

1)灌漿班組優(yōu)化 灌漿班組工作時(shí)間存在多次間隔,班組人員工作時(shí)間零散且分散,單獨(dú)配置灌漿班組,易造成大量窩工。在工期富裕時(shí),豎向構(gòu)件吊裝和灌漿可以交由同一個(gè)班組進(jìn)行,提高勞動(dòng)力資源利用率。

2)吊裝班組優(yōu)化 預(yù)制構(gòu)件吊裝施工不能通過(guò)改變班組人數(shù)提高工作效率,可以通過(guò)調(diào)整班組工作分工進(jìn)行優(yōu)化。在吊裝班組任務(wù)繁重時(shí),將吊裝輔助工作,例如外墻斜撐拆除、三角獨(dú)立支撐拆除等交由模板班組進(jìn)行。

3)鋼筋班組優(yōu)化 梁板鋼筋綁扎工序?qū)︿摻畎嘟M窩工率影響較大,適當(dāng)增加鋼筋班組人數(shù),提高施工速度,減少鋼筋班組的加班時(shí)間,將該工序的出勤時(shí)間控制在1個(gè)完整工作日以內(nèi),從而降低窩工率。在工期富裕時(shí),也可適當(dāng)減少鋼筋班組人數(shù),將該工序時(shí)間控制在1.5個(gè)工作日以內(nèi)。

調(diào)整班組人數(shù)并再次仿真,可以得到不同勞動(dòng)力資源投入情況下的工期、用工數(shù)和用工效率,進(jìn)一步計(jì)算用工成本,根據(jù)項(xiàng)目工期和成本控制要求設(shè)計(jì)出最佳的班組人數(shù)組合。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)梳理裝配式建筑施工工序邏輯關(guān)系,運(yùn)用AnyLogic軟件仿真模擬,建立了標(biāo)準(zhǔn)層兩個(gè)施工分區(qū)流水施工模型。根據(jù)模型和數(shù)據(jù)分析圖可以實(shí)時(shí)觀察施工進(jìn)度和勞動(dòng)力使用情況,分析仿真數(shù)據(jù),定量評(píng)價(jià)勞動(dòng)力資源利用效率,發(fā)現(xiàn)灌漿班組、吊裝班組和鋼筋班組窩工率較高,針對(duì)性提出優(yōu)化方案。設(shè)計(jì)出最佳班組人數(shù)組合,有效降低班組窩工率,為項(xiàng)目勞動(dòng)力資源配置提供依據(jù)。