發布時間：2021-02-23所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要:裝配式建筑促進傳統建造方式向現代工業化建造方式的轉變，但其現場裝配、構件生產、運輸物流等多維作業空間的異地域與非同步特點，常導致建造資源調度性質各異、相互牽制，并成為其推廣應用的重要瓶頸問題。該文以裝配式建筑工程為對象，深入分析其建造
摘要:裝配式建筑促進傳統建造方式向現代工業化建造方式的轉變，但其現場裝配、構件生產、運輸物流等多維作業空間的異地域與非同步特點，常導致建造資源調度性質各異、相互牽制，并成為其推廣應用的重要瓶頸問題。該文以裝配式建筑工程為對象，深入分析其建造方式的特性，研究其建造過程中分布于各作業空間的建造資源協同機理;在多空間信息共享前提下，以人工、設備等建造資源協調配置為核心，提出基于時間軸多維作業調度空間降維處理技術、信息共享下多維作業空間資源調度協同技術、現場裝配作業空間最優資源線確定技術;建立了裝配式建筑工程資源調度方法并進行實證分析。結果表明，該調度方法能有效確定各作業空間的排產進度計劃并提供額外決策支持信息。
關鍵詞:裝配式建筑;多維作業空間;建造資源;調度技術
引言
裝配式建筑工程具有標準化設計、工業化生產、裝配式施工、信息化管理及綠色化建造的特點[1]，其建造分布于現場裝配、構件生產、運輸物流等多維作業空間(簡稱“多空間”)的人力、設備等建造資源調度，通常具有異地域、非同步特點，并存在多維作業空間相互牽制、資源調度性質各異的矛盾，導致裝配式建筑工程普遍出現低收益、超期、超預算局面[2]，極大影響了其推廣應用，目前亟待展開裝配式建筑工程多維作業空間環境下的資源調度問題研究，以有效提高資源使用效率。
國內外學者研究單項目及多項目資源調度問題產生的大量成果[3-4]目前難以直接應用于解決裝配式建筑工程這類多維作業空間并存下的資源調度問題。究其原因，單項目資源調度主要以“施工現場”單一作業空間為對象，而多項目資源調度雖涉及項目間人力、設備等資源共享互動[5]，并形似于多空間資源調度，但其項目之間除共享資源庫外相互獨立，實質上仍屬于單一作業空間調度，無法有效解決多空間的信息牽制及資源協同問題。若能克服多空間非同步調度難題，將多維作業空間資源調度有效轉換至一個虛擬的單作業空間下，則有望借鑒傳統項目調度方法進行求解，而這方面的文獻極少，僅見Hsie[6]在重復性項目調度研究中提出過按空間或時間段劃分調度單元，該方法可為本文提供初步轉換思路。
因構件生產調度方式與制造業相近，近年來，有學者嘗試將制造業生產調度理論移植到裝配式建筑工程資源調度中[7-8]。該理論除存在單作業空間問題外，其穩定流水線式調度方式難以有效克服裝配施工現場受環境因素的頻繁干擾，也無法直接適用現場裝配作業空間調度要求。受益于分布式計算技術發展[9]，李京生[10]等通過建立資源共享池實現多作業車間資源虛擬集中和分散利用，為異地域多作業車間的分布式資源共享提供了思路，但多維作業空間的相互牽制難題仍未得到有效解決。經分析，多個作業空間若能在供應鏈上進行信息共享，即可實現實時互動。針對供應鏈信息共享問題Shin等[11]研究提出了管理框架和共享機制，李伯虎[12]等進一步結合“云制造”模式，通過網絡將分散異構性資源聚合為云節點虛擬化封裝，實現資源和信息共享思路。因此運用云技術有望實現裝配式建筑多空間的信息共享。
基于以上研究思路，本文在多個作業空間信息暢通前提下，建立裝配式建筑調度過程概念模型，提出資源調度關鍵技術，構建裝配式建筑工程資源調度模型，形成有效的資源調度方法并進行實證分析，為解決裝配式建筑工程資源調度瓶頸問題提供方法支持。
1裝配式建筑調度過程概念模型
裝配式建筑的“多空間性”主要體現在四個方面:一是“異性質”，三作業空間分別涉及工程項目、運輸和車間生產調度等三種不同性質的調度;二是“非同步性”，服務于建筑同一建設部位的三個作業空間的工作內容處在不同的時間點上;三是“異地域性”，三作業空間地理位置相異，且同一時間段內三個作業空間的工作服務于不同的建設部位;四是“關聯性”，三作業空間共同服務于一個共有建設目標。
為了更直觀描述裝配式建筑各作業空間的調度關系，將其調度過程運用網絡圖表達，通過模擬解析形成調度過程概念模型，如圖1所示。
以現場裝配作業空間A為基準，將建造過程按時間劃分為不同時段，時間段Δti對應的建設過程稱為建設單元i，共有n+1個建設單元。建造活動開始時，A向構件生產作業空間C下單預制構件Mi，C接單后，即投入生產Mi，生產完畢，則立即通過運輸物流作業空間B運往A的堆放空間Vi處。Mi到達Vi后，A即開始建設單元i+1生產，對C下單生產Mi+1。依次循環，直至工程完工。上述模擬涵蓋了關鍵調度工序，能準確反映各作業空間互動與約束。
2裝配式建筑關鍵調度技術分析
以調度過程概念模型為研究基礎，首先需克服多維作業空間非同步調度和相互牽制難題，進而借鑒資源受限項目調度理論開展具體模型研究。
2.1基于時間軸多維作業調度空間降維處理技術
結合裝配式建筑工程調度特點，需研究一種技術，用于將多空間非同步調度轉換為單空間同步調度。本文通過對裝配式建筑關鍵調度過程模擬解析，抽離出最基本的三空間并行調度過程形成一個典型建設單元，并作為研究對象。為確保各作業空間連續工作，假設各空間生產能力經合理資源安排后可基本匹配，即典型建設單元內各空間消耗時間基本相等。一個典型建設單元連續跨越三個時間段，若兩個建設單元的內容基本一致，則各作業空間在不同時間段的工作可視為重復性工作，如此可以時間軸為載體將滯后的兩個作業空間的工作內容平行移動至同一時間段Δti分析，那么服務于同一建設部位的分布于不同時間段的非同步調度作業內容可轉換至同一時間段下進行同步調度研究，從而可有效解決降維問題，見圖2。
運用此技術可將同一時間段下三個作業空間的活動視作三個項目統籌在經技術處理的單維作業空間下，可借助多項目調度方法解決問題，同時能反映各個項目的的牽引與限制關系。
2.2信息共享下多維作業空間資源調度協同技術
經降維技術處理的多空間調度相比多項目調度，除共享資源庫外，多個作業空間相互牽制、協同生產的特點大大增加了項目調度的難度，還需研究一種技術解決多空間資源協同難題。本文采用以下處理方法:
建造過程中，以現場裝配作業空間為主空間進行調度排產進而牽引其余兩個協作生產空間完成排產，同時協作空間的調度結果反向限制現場裝配作業空間計劃實現。三個作業空間在總目標約束下互動確定最佳調度排產組合。多作業空間信息共享是良好互動的前提，可借鑒分布式計算和云制造技術實現，本文在假設三個作業空間信息已實現共享條件下進行分析。
在調度開始時，現場裝配空間可根據自身作業目標和資源條件確定最優調度計劃并向構件生產空間發出生產需求指令，構件生產空間收到訂單，即根據對方需求量和自身資源條件安排生產，并委托物流運輸空間在規定時間內運輸至現場，結合總目標約束，依次類推，即可求取多個滿足各空間相互匹配關系的排產計劃組合，依據管理者決策偏好選取最滿意解。
2.3現場裝配作業空間最優資源線確定技術
運用第2.1節多空間降維和第2.2節資源調度協同技術，需進一步研究一種技術解決現場裝配作業空間最優資源配置難題，進而完成總調度計劃安排。結合裝配式建筑推廣瓶頸和效益關注點[1-2]，本文選取工期和資源成本綜合效益最大化作為總體效益目標。當改變資源分配總量時，需對應調整其最優調度計劃，本文稱該資源總量為“資源線”。若資源線過高，則資源成本較高，但后期排產時資源沖突小，可兼顧并行排產，工期縮短;反之，若資源線過低，則資源成本較低，但后期排產時資源沖突較大，部分工序需往后排，工期延長。因此，一定存在某個最佳資源線，使得工期與資源效益達到綜合最優，圖3粗略描繪了資源線與工期的關系，其中Rbest、tbest即為對應的最佳資源線和工期。——論文作者：陳偉1秦海玲1童明德2
論文來源：《土木工程學報》是中華人民共和國住房和城鄉建設部主管、中國土木工程學會主辦的土木工程綜合性學術期刊，以土木工程界中、高級工程技術人員為主要讀者對象。主要報道土木工程各專業領域的發展綜述，重大土木工程實錄，建筑結構、橋梁結構、巖土力學及地基基礎、隧道及地下結構、道路及交通工程、建設管理等專業在科研、設計、施工方面的重要成果及發展狀況，同時也刊登建筑材料、港口、水利、市政、計算機應用、力學、防災減災等專業中與上述學科交叉或有密切聯系的論文報告。本刊辦刊宗旨為促進國內外土木工程界的學術交流。
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