全過程動態仿真技術及其在大型工程施工管理中的應用探究

孟璟

（天津市動物園，天津 300381）

全過程動態仿真技術能夠模擬大型工程施工管理的實際情況，根據施工管理的需求，提供有價值的管理信息，避免施工管理出現失誤，影響整個工程項目的建設。工程單位利用全過程動態仿真技術提升施工管理的水平，發揮工程建設的效益。

大型項目施工很容易受到天氣、風速、雨水以及建筑水平等各種因素的影響,使得項目在建設過程中存在許多不確定性和問題,而單靠傳統的計量方法很難精確的對工程建設的進展和控制狀況進行記錄。所以,本文從實際出發，結合全過程動態仿真技術中的CPM技術和CYCLONE技術的優勢,對實際工程進行進度的分析。

1 全過程動態仿真概述

1.1 系統仿真

系統控制仿真是以過程控制模擬理論和微信息處理控制技術、相似控制理論以及多種計算機模擬技術實踐作為理論基礎的一門綜合性學科。通過系統仿真虛擬模型的系統構建，并可以運用多種計算機模擬技術對該仿真模型系統進行過程控制，從而更加可靠地得到在不同的系統邊界的控制條件下，隨著邊界時間的不斷推移，其控制系統中所發生的基本狀態的不斷變化。

1.2 全過程動態仿真概述

全過程性的動態結構仿真精度技術主要利用一個CYCLONE與一個CPM結合技術，以一個CPM系統作為技術基礎設計框架，將其中的各個節點進行細化后形成一個CYCLONE精度模型，從而初步形成不同技術層次的工程結構精度模型，在其中利用動態仿真技術，對整個仿真工程的結構精度情況進行了有計劃性的分析，從而達到工程管理的目的。

系統中也可以包括連續型與離散型的系統。所謂的連續型系統，是指物質狀態隨著時間的增長，而發生了連續性的變化；對于離散型系統,則是指系統的狀態在有限的時間內，發生了跳躍性的變化。它還結合了工程管理，并作為離散式系統來進行研究。在離散系統中最基礎的概念之一就是時間模擬時鐘,作為記錄系統中在不同的時間進行不同事件的標準時間,同時也是對系統活動過程和狀態的最基礎的描述。也因此在整個流程中,使用了管理層與工程實施層之間不同的時間層次，所以設置了全過程模擬時鐘和本地時間模擬時鐘。

全過程模擬時鐘,主要是利用對CPM網絡層中的事件模擬軌跡,一般使用時間量化步長法或下一步推進法。在該課題中我們采用下一步推進法為主，并輔助采用時間量化步長法,在系統的每一次的時間推進中檢測系統是不是有事件產生,而一旦有,那么系統就會在△T處進行系統改變。而根據上述的原則,在偵測到了事件發生之后,其系統就將自動跳轉至CYCLONE層,從而啟動了本地的仿真鐘。同時對本地的仿真時鐘也可采取下一步推進法,即將某個節點作為初始狀態節點,對系統進行了掃描,從而檢查系統中是不是發生了滿足條件的活動,從而進行了這種循環模擬,直到最后把整個系統控制權都交還給了全過程模擬時鐘。然后使用全過程模擬時鐘繼續正常工作,直到模擬完成。

2 仿真建模

根據全過程的模擬與動態原理形成了CPM控制層次模型和CYCLONE實施層次模型。

2.1 CPM網絡層仿真模型的構成

CPM模型主要由矢線、節點與屬性組成，如圖1所示。

圖1 CPM網絡層仿真模型構成元素

其中的節點圖示有3種不同節點圖示及其符號分別對不同工作狀態下的功能分別進行自動表示。一般節點表示在一個施工中有可能已確定的或較簡單的關鍵工序，而并無具有CYCLONE中的模型層；而仿真節點狀態則主要用來描述建筑工程中較復雜的工序，而這些工序所能維持的時限都是由模擬節點時間所確定的，而一旦全過程仿真鐘達到了該節點時間，它就會自動轉入CYCLONE層中模型并完成相應運算；而滯后節點狀態則代表著不同的工程屬性要求。一般節點狀態可分為持續時間、時間分布形式、施工數量屬性需求等,而模擬節點狀態則分為施工條件布置、設備參數表示和有關的地質參數。

矢量曲線主要就是用來表示各工程節點間持續時間與工序空間的邏輯關系，也就是說，箭尾節點完成之后，箭頭節點才能夠開始，但是矢線本身并不會消耗時間的資源。

2.2 CYCLONE仿真模型的構成

根據這種建模方法，人們一般將模型定義為用5種符號來完成對各種情況的描述，然后按照實際情況的施工作業態勢及其相應的邏輯關聯步驟，將他們之間完成了矢量狀態的聯系，并合理的加以了調節機制的加入，構造出圖示模式來完成對實際工況的描述。CYCLONE的基本模型是由流水單元，矢線及其相應的節點所組成。

CYCLONE模型的流水單元則是在該系統過程中，不斷的完成相應的狀態變化和流動實體的分類，并且對具體的操作作業中所要求的資源配置狀況加以說明。矢線的表示，是對各個流水單元的流動方向及其相應的活動順序之間邏輯關系的分析，在這種狀態下是不進行時間的消耗的，節點就是用5種不同的符號加以標識。

在構建相關的CYCLONE模式時，首先需要明確對各施工流程中所發生的活動及其與活動間的關聯進行連接，在活動展開的過程中，再根據所需要的流水單元及其模塊中存在的關聯參數設置實現模式組成的活動最終建立，在模式的構建過程中就是一個經過不斷研究、多次討論的過程，當這種構建的模式和對實際的系統狀況進行操作步驟基本吻合時，便是最后的CYCLONE模式的形成。

2.3 全過程動態仿真模型的構建

建立全過程動態仿真模式的過程中，仿真模式也類似于相關的單代號網絡圖。針對全過程動態仿真模型的建立過程而言，首先需要確定使用該模塊的相應施工工程序列的安排，及其與它們之間在時間和相關空間上的邏輯關系，之后再通過相應的矢線以及不同的節點表示方式加以聯系和描述。全過程動態仿真模型的構建需要注意以下幾點要求：首先是可以有一個起始的節點和一個終止的節點，然后是在針對整個流程的建設中，不要出現違反常規的邏輯情況發生，最后是在建立相關模塊的整個流程中，不要采用相同的工程編號進行序列的安排。

3 工程實例應用

3.1 工程概況

某工程需要修建建筑小品8座，合計面積約為1500m2，總建筑物標高約為12.3m。建筑構造的基本型式為框架-剪切墻的結構。本項目混凝土使用了預先準備的產品混凝土，水泥施工使用8m3的混凝土運輸車運輸，水泥注入方式主要采取了混凝土泵送至車的變流臺形式，一部分還采取了用水泥施工的升降機運輸或手推車一并注入的型式。

3.2 建立仿真模型

通過本項施工人員對不同施工活動工期的可能性分布參數估計后，經統計分析可以得到對不同施工活動工期的可能性分布參考值，如圖2所示，而上表中所有數值的單位都是實際時間。

圖2 施工人員對不同施工活動工期的可能性分布參考值

3.3 仿真參數的確定

根據本項目施工人員對各種施工活動工期的概率分布參數估計，經統計分析得出各種施工活動工期的概率分布參數，如表1所示，表中每個數據的單位為時。

表1 各種施工活動工期的概率分布參數

3.4 仿真結果分析

根據每個方案的資源分配情況和施工時間參數,通過CYCLONE模擬軟件表示所示模式。每個方案的模擬運行共10次,模擬結果，如表2所示。

仿真模擬工程單獨進行了10次,總施工時間如表2顯示。10次結果的平均數是1194.66h。由此可見,8個建筑小品均采取了平行施工的組織方法,故工期相對較短,為1194.66h。按資源效率的從高至低順序則是：鋼筋組36.28%，木工組30.35%，架子工組10.13%，混凝土運輸車9.2%，混凝土泵送車6.39%，混凝土組6.39%，測量組3.08%。因此，采用這種施工組織方式，工期短，但資源利用率有待提高。

表2 仿真結果分析表

4 結語

對于大型工程項目的管理，采用全過程動態仿真系統，以CPM為框架，以CYCLONE為實現，形成互補的技術優勢，在工程應用中具有很強的可操作性和實用性，對工程管理具有現實的參考意義。同時，面對計算機技術的不斷發展，全過程動態仿真技術在未來仍有很大的發展和應用空間。