基于平面規劃的裝配式建筑施工進度管理

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開發有限公司，河南 平頂山 467000）

0 引言

近年來，隨著我國工業化發展與人口紅利消失，傳統建造模式的轉型升級勢在必行。在此趨勢下，裝配式建筑得到業界廣泛關注及重視。裝配式建筑采用工業化生產方式，使生產要素有機組合，減少中間環節，優化資源配置；通過標準化的模數組合，提高勞動生產率，減少現場濕作業，擺脫了粗放型的生產方式，能最大限度滿足建筑業可持續發展的要求。

裝配式建筑在整個供應鏈中需要上、中、下游企業共同參與，協同度高，尤其是EPC工程總承包模式下，裝配式建筑以施工進度為主線的全面計劃管理是實現優質高效建造的關鍵。對施工進度進行科學的管理，是裝配式建筑設計、生產、運輸等供應鏈暢通的前提條件。通過運用BIM信息化技術、數學建模，建立對裝配式建筑施工進度控制的科學管理方法。本文通過理論研究，結合裝配式建筑的系統性特征，在EPC工程總承包模式下，通過建立系統、科學的施工進度控制方法，深度挖掘裝配式建筑的產業價值，助推裝配式建筑的一體化高品質發展。

1 裝配式建筑施工進度預測模型

裝配式建筑優于現澆整體式建筑的特點在于部品、構件的預制化生產、加工、運輸與存放，這種建造環節和因素對施工現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場平面管理，需根據施工進度進行科學、合理規劃，確保施工現場平面管理可滿足施工進度要求。在綜合衡量施工進度、成本之間的關系，建立裝配式建筑平面規劃模型。

1.1 垂直運輸設備的工作區域預測模型

根據施工進度計劃及施工部署，可在每棟樓安裝1臺塔式起重機，完成PC構件的吊裝和安裝作業。為解決成本增加、工期延誤、工序復雜等問題，PC構件必須放置在塔式起重機的工作區域內，塔式起重機的作業頻率是施工進度的關鍵路徑，是縮短施工時間的關鍵因素。

塔式起重機的作業面積是決定施工進度的關鍵。本文通過利用模擬仿真技術計算完成了塔式起重機的有效作業面積，并且制定了預測模型（預測模型1），用于確定塔式起重機的吊裝頻率與PC構件放置的位置和數量之間的關系（見圖1）。通過該預測模型可有效確定裝配式建筑的施工進度與塔式起重機等吊裝設備之間的協同關系。

圖1 塔式起重機工作面積平面規劃模擬方法

預測模型 1：A=A1-（A2+A3+A4+A5），式中，A表示作業面積；A1表示現場面積；A2表示擬建建筑面積；A3表示PC構件堆場的面積；A4表示塔式起重機等垂直運輸設備吊裝時安全作業面積；A5表示車輛通行的面積。

1.2 平面、庫存與進度三者之間的預測模型

裝配式建筑現場施工進度與裝配式構件的現場供應量存在正比例關系，而裝配式構件的現場供應量與現場的平面體積存在正比例關系。基于線性規劃理論，可以建立現場平面體積、現場庫存量與施工進度三者之間的預測模型，假定現場平面體積為V，現場庫存量為Q，施工進度為T，構建裝配式建筑施工進度的單因素預測模型。考慮隨機性因素目標進度、因素目標進度隨機性兩種情況下，建立整個施工網絡計劃目標進度矩陣和進度偏移矩陣，得出整個施工網絡計劃預測進度矩陣和矩陣范數。同時提出工期優化控制方法。通過矩陣推導和模擬，可得出三者之間的函數關系。

預測模型 2：T（x）=Q（x0）+Ⅱx-x0ⅡV（x0），式中，x和x0為影響因素，Ⅱx-x0Ⅱ為預測模型的測度。

2 基于BIM平臺的施工進度管理

利用BIM信息化技術，結合預測模型1和預測模型2，可實現裝配式建筑施工進度與平面管理及庫存量三者之間的信息化應用與分析。

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

2）根據施工現場平面的實際情況，建立現場平面的BIM模型。在進行平面管理的同時，利用預測模型1，計算出每臺塔式起重機的有效工作范圍、不同類型構件的庫存區域及庫存區域的體積大小（體積指平面面積與不同構件安全允許堆放高度之間的關系）。基于預測模型1，要充分規劃出平面模型中現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）根據工期節點，在考慮各種影響因素的前提下，利用預測模型2，利用BIM 4D技術，反推出施工進度計劃。在此過程中，要考慮平面體積、現場庫存量及塔式起重機的作業頻率對施工進度的影響。通過模擬，修正平面體積、現場庫存量以及塔式起重機作業頻率3個關鍵的末端因素對施工進度的影響程度。

4）通過BIM信息化技術，結合模型1和模型2，搭建一套針對裝配式建筑施工進度控制的信息化平臺，通過平臺實現施工進度的預警與糾偏，并實現裝配式建筑施工的高效建造。

3 案例應用分析

為驗證預測模型，結合BIM信息化平臺的應用，本文從裝配式建筑的施工角度出發，選擇應用案例。平發集團投資大廈項目包括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15層，在10層存在1層鋼結構夾層，采用裝配式鋼梁、樓承板結構。此外，本工程施工現場場地狹小，現場布置2臺塔式起重機，以上因素滿足案例應用分析的基本條件。

圖2 項目效果

3.1 塔式起重機工作區域選擇

在塔式起重機的位置選擇和安裝階段，通過利用BIM技術的仿真模擬技術，確定了2號塔式起重機的安裝位置。結合預測模型1，可確定垂直運輸設備工作時所需的現場平面的相關參數（見圖3）。

圖3 塔式起重機工作區域現場平面規劃

3.2 平面規劃與現場庫存量的確定

考慮到10層鋼結構裝配式施工，在確定2號塔式起重機安裝位置的條件下，通過平面規劃，利用預測模型1進行鋼結構構件的現場平面堆放及庫存管理，合理規劃現場平面位置。該階段利用BIM信息化技術的模擬仿真完成。結合4D進度計劃管理，在10層鋼結構夾層安裝施工階段，利用預測模型2，模擬進度與庫存及平面三者之間的變量關系。通過模擬，在確定總工期前提下，要求平面規劃的現場平面體積容量與鋼結構構件現場庫存之間的確定參數，完成現場的平面規劃和現場鋼結構構件的庫存量（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，以上不同類型的構件的最優庫存量，確定了現場施工進度與計劃進度完全匹配，為最優進度計劃；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 平面規劃

3.3 計劃進度與實際進度對比分析

通過BIM技術應用，在利用預測模型1和預測模型2，可對10層鋼結構裝配式施工進度進行對比。通過計劃進度與實際進度的對比分析，可發現實際施工進度與計劃施工進度始終保持在可控的偏差范圍內。

4 結語

針對裝配式建筑施工，本文從塔式起重機等垂直運輸設備作業區域相關參數的選擇與確定以及現場平面規劃、現場庫存量3個主要方面，結合BIM信息化技術的應用，通過建立預測模型，進行施工進度的預測、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技術應用研究，更加科學、準確地預測和評估短期進度和整體進度風險，從而提高工程精細化管理和工程項目管理水平。