基于平面规划的装配式建筑施工进度管理

王代兵，孙加齐 ，王飞宇 ，牛楚楚，郭庆腾

（1.中国建筑第八工程局有限公司华北分公司，天津 300450；2.平顶山市建昌房地产开发有限公司，河南 平顶山 467000）

0 引言

近年来，随着我国工业化发展与人口红利消失，传统建造模式的转型升级势在必行。在此趋势下，装配式建筑得到业界广泛关注及重视。装配式建筑采用工业化生产方式，使生产要素有机组合，减少中间环节，优化资源配置；通过标准化的模数组合，提高劳动生产率，减少现场湿作业，摆脱了粗放型的生产方式，能最大限度满足建筑业可持续发展的要求。

装配式建筑在整个供应链中需要上、中、下游企业共同参与，协同度高，尤其是EPC工程总承包模式下，装配式建筑以施工进度为主线的全面计划管理是实现优质高效建造的关键。对施工进度进行科学的管理，是装配式建筑设计、生产、运输等供应链畅通的前提条件。通过运用BIM信息化技术、数学建模，建立对装配式建筑施工进度控制的科学管理方法。本文通过理论研究，结合装配式建筑的系统性特征，在EPC工程总承包模式下，通过建立系统、科学的施工进度控制方法，深度挖掘装配式建筑的产业价值，助推装配式建筑的一体化高品质发展。

1 装配式建筑施工进度预测模型

装配式建筑优于现浇整体式建筑的特点在于部品、构件的预制化生产、加工、运输与存放，这种建造环节和因素对施工现场的平面管理提出很高要求。针对装配式建筑施工阶段的现场平面管理，需根据施工进度进行科学、合理规划，确保施工现场平面管理可满足施工进度要求。在综合衡量施工进度、成本之间的关系，建立装配式建筑平面规划模型。

1.1 垂直运输设备的工作区域预测模型

根据施工进度计划及施工部署，可在每栋楼安装1台塔式起重机，完成PC构件的吊装和安装作业。为解决成本增加、工期延误、工序复杂等问题，PC构件必须放置在塔式起重机的工作区域内，塔式起重机的作业频率是施工进度的关键路径，是缩短施工时间的关键因素。

塔式起重机的作业面积是决定施工进度的关键。本文通过利用模拟仿真技术计算完成了塔式起重机的有效作业面积，并且制定了预测模型（预测模型1），用于确定塔式起重机的吊装频率与PC构件放置的位置和数量之间的关系（见图1）。通过该预测模型可有效确定装配式建筑的施工进度与塔式起重机等吊装设备之间的协同关系。

图1 塔式起重机工作面积平面规划模拟方法

预测模型 1：A=A1-（A2+A3+A4+A5），式中，A表示作业面积；A1表示现场面积；A2表示拟建建筑面积；A3表示PC构件堆场的面积；A4表示塔式起重机等垂直运输设备吊装时安全作业面积；A5表示车辆通行的面积。

1.2 平面、库存与进度三者之间的预测模型

装配式建筑现场施工进度与装配式构件的现场供应量存在正比例关系，而装配式构件的现场供应量与现场的平面体积存在正比例关系。基于线性规划理论，可以建立现场平面体积、现场库存量与施工进度三者之间的预测模型，假定现场平面体积为V，现场库存量为Q，施工进度为T，构建装配式建筑施工进度的单因素预测模型。考虑随机性因素目标进度、因素目标进度随机性两种情况下，建立整个施工网络计划目标进度矩阵和进度偏移矩阵，得出整个施工网络计划预测进度矩阵和矩阵范数。同时提出工期优化控制方法。通过矩阵推导和模拟，可得出三者之间的函数关系。

预测模型 2：T（x）=Q（x0）+Ⅱx-x0ⅡV（x0），式中，x和x0为影响因素，Ⅱx-x0Ⅱ为预测模型的测度。

2 基于BIM平台的施工进度管理

利用BIM信息化技术，结合预测模型1和预测模型2，可实现装配式建筑施工进度与平面管理及库存量三者之间的信息化应用与分析。

1）计算装配式建筑构件工程量时，可按照楼层进行构件的统计，不同的构件要进行分类计算和统计。利用BIM模型的可视化建模技术，统计出各种类型构件的体积大小。

2）根据施工现场平面的实际情况，建立现场平面的BIM模型。在进行平面管理的同时，利用预测模型1，计算出每台塔式起重机的有效工作范围、不同类型构件的库存区域及库存区域的体积大小（体积指平面面积与不同构件安全允许堆放高度之间的关系）。基于预测模型1，要充分规划出平面模型中现场面积与拟建建筑的面积、车辆通行面积等之间的空间划分。

3）根据工期节点，在考虑各种影响因素的前提下，利用预测模型2，利用BIM 4D技术，反推出施工进度计划。在此过程中，要考虑平面体积、现场库存量及塔式起重机的作业频率对施工进度的影响。通过模拟，修正平面体积、现场库存量以及塔式起重机作业频率3个关键的末端因素对施工进度的影响程度。

4）通过BIM信息化技术，结合模型1和模型2，搭建一套针对装配式建筑施工进度控制的信息化平台，通过平台实现施工进度的预警与纠偏，并实现装配式建筑施工的高效建造。

3 案例应用分析

为验证预测模型，结合BIM信息化平台的应用，本文从装配式建筑的施工角度出发，选择应用案例。平发集团投资大厦项目包括2栋单体及1个裙房，总建筑面积5.51万m2（见图2）；其中，2号楼层数15层，在10层存在1层钢结构夹层，采用装配式钢梁、楼承板结构。此外，本工程施工现场场地狭小，现场布置2台塔式起重机，以上因素满足案例应用分析的基本条件。

图2 项目效果

3.1 塔式起重机工作区域选择

在塔式起重机的位置选择和安装阶段，通过利用BIM技术的仿真模拟技术，确定了2号塔式起重机的安装位置。结合预测模型1，可确定垂直运输设备工作时所需的现场平面的相关参数（见图3）。

图3 塔式起重机工作区域现场平面规划

3.2 平面规划与现场库存量的确定

考虑到10层钢结构装配式施工，在确定2号塔式起重机安装位置的条件下，通过平面规划，利用预测模型1进行钢结构构件的现场平面堆放及库存管理，合理规划现场平面位置。该阶段利用BIM信息化技术的模拟仿真完成。结合4D进度计划管理，在10层钢结构夹层安装施工阶段，利用预测模型2，模拟进度与库存及平面三者之间的变量关系。通过模拟，在确定总工期前提下，要求平面规划的现场平面体积容量与钢结构构件现场库存之间的确定参数，完成现场的平面规划和现场钢结构构件的库存量（见图4），其中，GL-1的库存量为8个，GL-2的库存量为13个，GL-3的库存量为3个，LB-1的库存量为26个，以上不同类型的构件的最优库存量，确定了现场施工进度与计划进度完全匹配，为最优进度计划；最大库存量GL-1为12个，GL-2为24个，GL-3为8个，LB-1的库存量为53个；PC构件堆场面积为400m2；其中，按照楼承板（LB-1）的最大堆场高度为1.5m计算，平面容积为600m3。

图4 平面规划

3.3 计划进度与实际进度对比分析

通过BIM技术应用，在利用预测模型1和预测模型2，可对10层钢结构装配式施工进度进行对比。通过计划进度与实际进度的对比分析，可发现实际施工进度与计划施工进度始终保持在可控的偏差范围内。

4 结语

针对装配式建筑施工，本文从塔式起重机等垂直运输设备作业区域相关参数的选择与确定以及现场平面规划、现场库存量3个主要方面，结合BIM信息化技术的应用，通过建立预测模型，进行施工进度的预测、控制与管理。

在装配式建筑施工过程中，本文提出的方法可有效拓展和深化BIM技术应用研究，更加科学、准确地预测和评估短期进度和整体进度风险，从而提高工程精细化管理和工程项目管理水平。