无节奏流水施工工期优化及实现

李媛媛，崔永成

（1.宁夏泰银消防设备安装工程有限公司，宁夏银川 750001；2.宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司，宁夏银川 750001）

合理的施工进度，既可以保证工程质量，又可以降低工程成本。流水施工技术能够充分利用时间和空间，工期短且资源投入较均衡，在施工组织中常被优先采用[1]。流水施工分为有节奏流水施工和无节奏流水施工两种组织形式，其中以无节奏流水施工最为常见[2]。无节奏流水施工的工期优化是难点，也是研究的热点。任宏等[3]建立了无节奏流水施工的优化数学模型，并给出了可以获得最优工期的动态规划算法。晋良海等[4]应用Gupta 启发式算法探索了施工段的优化排序方案及其算法。R.Panneerselvam[5]以最小化总工期时间为目标函数，运用启发式算法，建立了单机调度模型。晋良海等[6]运用0-1 规划方法，建立了适应不同规模的网络计划参数计算的数学模型。丰景春等[7]以费用为目标函数，工期为约束条件，建立了工程项目群工期-费用优化模型。魏道升[8]论述了无节奏流水施工中流水工期差异的实质。穆静波[9]提出了多施工层工程无节奏流水施工组织方式的判别条件及工期计算方法。刘宝荣等[10]依据潘特考夫斯基无节奏流水施工工期公式构成特征将工期计算编成矩阵表格法，进行工期优化。为了实现流水施工作业，要将工程划分成若干个施工段。施工段间的逻辑关系为组织关系，可以调整。调整施工段间的组织关系，将改变施工过程间的流水步距，进而导致总的计算工期变化。调整施工段间的组织关系，寻求最优工期，是通过减少不必要的“窝工”实现的，不是通过增加资源（施工队）赶工实现的，因此通过调整施工段间的组织关系来缩短施工工期，不仅可以降低间接费用，如管理费，还可以降低人工费、机械台班费和材料仓储费等直接费用，同时施工企业还可以获得业主的奖励，使工程尽快投入使用，发挥效益。可见，调整施工段间的组织关系是实现工期优化和费用优化的有效措施。然而，施工技术人员在编制施工进度时，往往凭经验和直觉安排施工段间的施工顺序，忽视施工段的最优排序问题[4]。施工段间的组织关系（排列组合）数量为施工段的阶乘，譬如划分5 个施工段，施工段间的组织关系就有5！（120）个。当施工段和施工过程较多时，寻求施工段最优排序的工作量很大，甚至难以实现。本文根据潘特考夫斯基工期计算理论，枚举施工段组织关系，通过编制计算机程序，自动实现施工段的排序优化，以期实现最优工期。

1 工期计算理论简介

无节奏流水施工的计算工期目前主要按照潘特考夫斯基法计算，扼要的讲就是“累加数列，错位相减，取大差”法[11]，计算步骤为：

（1）确定施工段间的组织关系。

（2）顺序计算各施工过程在不同施工段上的累加数列Pi，j，Pi，j=Pi，j-1+Ti，j，其中Ti，j为第i 个施工过程在第j 个施工段上的流水节拍。

（3）计算施工过程间的流水步距Ki，i+1，Ki，i+1=max（Pi，j-Pi+1，j+1）。

（5）寻求最小计算工期Tmin及其排列，最小计算工期是所有施工段排列组合中计算工期的最小值，Tmin=min（Tc）。

（6）确定最优排列，计算工期最小且施工队在施工段间转移距离最短的排列为最优排列。

2 程序实现

2.1 设计框图

程序设计框图如图1 所示。程序步骤为：①输入原始数据，如施工过程数n、施工段数m、施工过程名称和流水节拍等。②形成施工段排列，按照施工段个数m 形成m！个施工段排列。③计算每个排列的时间参数，如累加数列、流水步距和计算工期。④寻求最小计算工期Tmin及其排列，采用比较法确定最小计算工期，记录排列号。⑤确定最优排列，在多个最小计算工期的排序中施工队在施工段间的转移距离最短的排列为最优排列。

图1 程序设计框图

2.2 程序特点

无节奏流水施工工期优化是基于Excel 和宏设计实现的，程序界面如图2 所示。界面简洁，操作简单，易于掌握。只需输入施工过程数、施工段数、施工过程名称和流水节拍等基础数据，点击“分析”按钮，一键瞬间优化。

图2 程序界面

修改施工过程数或施工段数，则施工过程名称和流水节拍输入区域以及结果输出区域的单元格内容自动初始化，数据清空，施工段编号重新自动赋值。根据施工过程数和施工段数自动确定结果输出区域。

输出结果包括最小计算工期对应的排列及其时间参数表和全部排列及其对应的工期表。最小计算工期对应的排列及其时间参数表包括排列序号、施工段排列、流水步距和工期，以便计划图的绘制和最优排列的确定。

由输出结果（图2）可见，施工段的组织关系改变，施工过程间的流水步距将随之变化，以致计算工期有异。若按排列1 安排施工段的组织关系，则计算工期为31 d，按排列2，4，6 安排施工段的组织关系，则计算工期为27 d，可缩短工期4 d。

2.3 工程案例

某土石坝工程坝面施工有铺土、平土洒水、压实、刨毛4 个施工过程，分5 个施工段，施工段划分和编号如图3 所示，各施工过程在各施工段的流水节拍如表1 所示。技术人员依据经验确定施工段组织关系，顺序为①②③④⑤，计算工期为105 d[4]。此施工作业施工段组织关系有120 个，计算分析得到的最小计算工期对应的排列及其时间参数如表2所示。

图3 施工段平面分布图

表1 坝面流水施工节拍[4]

由表2 可知，最小计算工期为93 d，对应的组织关系有4 个，分别为序号62，65，86，89 的施工段排列。按序号65 的施工段排列安排进度计划，施工队在施工段间的转移距离最短，为最优排列，对应的施工进度计划如表3 所示。优化后的计算工期（93 d）较技术人员依据经验确定的施工段组织关系的计算工期（105 d）缩短了12 d，较文献[4]优化的工期（96 d）缩短了3 d，施工段组织关系枚举法能够获得真正的最小工期。可见，合理安排施工段间的组织关系可以明显地缩短施工工期。

表3 施工进度计划

3 结论

（1）改变施工段间的组织关系以缩短施工工期，可同时降低工程间接费用和直接费用。

（2）利用施工组织关系枚举法进行工期优化，可获得真正的最小工期，可实现施工组织关系优化。

（3）该程序界面简洁，操作简单，易于掌握，一键瞬间优化。