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装配式建筑工程施工进度风险的系统动力学分析
发布时间:2020-01-10

  摘    要: 近年来,装配式建筑无法取代传统建筑,其施工进度控制是影响装配式建筑普及的问题之一。为了提高施工进度控制,缩短工期,本文将通过大量文献查阅及调查,筛选出影响装配式建筑施工进度权重较大的风险因子,使用Vensim软件,绘制各个风险因子因果关系图及流量图,构建仿真模型,分析对装配式建筑施工进度影响最大因子并给出建议,为其它风险项目评价提供参考。

  关键词: 装配式建筑; 施工进度风险; 系统动力学;

  Abstract: In recent years, prefabricated buildings cannot replace traditional buildings, and construction progress control is one of the issues affecting the popularity of prefabricated buildings. In order to improve the control of construction progress and shorten the construction period, this article will use a large amount of literature review and investigation to screen out the risk factors that have a greater weight for the construction progress of prefabricated buildings,uses Vensim software to draw a causality diagram and flow diagram of each risk factor to build a simulation model to analyze the factors that have the greatest influence on the construction progress of prefabricated buildings and give suggestions to provide references for the evaluation of other risk projects.

  Keyword: prefabricated building; construction progress risk; system dynamics;

  0、 引言

  为了加快建筑工业化步伐,同时符合可持续发展战略。装配式建筑以减少污染、加快工期、高度信息化等优势使得建筑市场的各方参与者纷纷对装配式建筑进行大量的研究和实践,取得了进一步的发展。然而装配式建筑目前处于初级阶段,整个产业链还不成熟,其施工进度控制环节为棘手问题之一,理论上装配式建筑可以集主体施工、园林绿化施工、装修于一体,缩短整个工程工期,减少成本。但在实际施工中多个工种管理、资质技术水平参差不齐、外部市场变动等风险因素使其施工进度与预期相比变动较大。而且装配式构件一般只能在白天吊装,打破了传统的“白天支模、架筋,晚上浇硅”施工模式,装配式建筑让赶工变得更难,进度的可控性进一步降低[1]。因此,对装配式建筑施工进度风险进行评价,在装配式建筑施工进度控制中具有重要意义。

  目前,国内外装配式建筑施工进度有大量的研究,对于国内学者研究来说多集中于信息化管理的应用及优化施工工艺。薛茹,王新渊,史科[2]通过BIM可视化、信息多元化、模拟化等优势,建立信息管理平台,做到信息共享及信息准确,来控制施工进度。张斌斌,程志军[3]通过实际工程案例,从多个层面分析施工进度的影响因素,提高施工效率,优化施工进度。国外学者的研究多集中于提出最优装配计划及施工方式不同组合。Rausch[4]通过改进构件接口,降低装配式构件安装错误率。Arashpour[5]通过不同的施工方法进行组合,减少施工进度风险。这些研究为装配式建筑的推广和发展发挥着重要意义。
 

装配式建筑工程施工进度风险的系统动力学分析
 

  对于装配式建筑施工进度风险研究方法数不胜数,许多学者通过模糊层次分析法、专家打分发、贝叶斯等方法研究施工进度风险,这些研究方法在分析风险因子中发挥重要作用,但还需要其他研究去完善和检验。系统动力学能够清晰看出系统内部各因素之间的因果反馈关系,以及存在的反馈回路,动态分析研究的问题[6]。因此,本文通过系统动力学分析装配式建筑施工进度风险,为实际装配式建筑施工进度风险评价提供参考。

  1、 研究方法

  装配式建筑施工进度环节具有周期比较长、参与人员多、环境多变、资金流动性大等特点。为了缩短施工工期,控制施工进度,笔者通过国内外文献查阅及现场调研发现影响装配式建筑施工进度风险因子主要涉及构件安装、资金、环境、管理等四大方面。因此,本文将从上述四个方面衍生出多个小指标,分析装配式建筑施工进度风险。

  1.1、 构件安装风险

  在装配式建筑施工中,预制构件通过塔吊及拼接构件将其组装起来,在此过程中,现浇速度、安装速度、施工的无缝对接、安装合格率都会直接影响构件安装。而施工无缝对接即两两相互安装构件信息准确对照、构件库存及时补给、各个工序之间条条有序、塔吊和员工完美对接。同时构件安装时间和预留时间影响安装速度。当一层构件安装完毕后需要对楼板及缝隙进行浇筑。安装合格率即符合安装条件构件和总构件的比值。

  1.2、 资金风险

  装配式建筑施工资金流动大。主要涉及成本和效益两方面,在施工过程中,若资金不到位会出现停工状况,直接影响施工进度。而资金效益可以减轻施工成本负担。因此,本文深入挖掘施工成本及资金效益的组成部分,通过分析成本及效益因果关系分析,间接了解资金对施工进度的影响。

  1.3、 环境风险

  由于装配式建筑处于初级阶段,发展不不成熟,受环境影响较大。对人为因素而言,装配式建筑需要政府资金扶持和信贷机构支持,否者会以成本过高阻碍装配式建筑的发展,依旧沿用传统式建筑方法。同时普及装配式建筑优势,加大宣传,提高消费者的信任能力。

  2、 模型建立

  系统动力学(system dynamic,SD)是一门用来研究系统反馈行为的科学,通过将系统科学理论与计算机仿真相结合,对各类定性和定量的系统进行研究[7]。关于本文数据,其概率数据大部分来源于专家打分法和问卷调查,而关于工程施工数据来源于佛山某项目,建筑面积达到123627平方米,自持物业类别,商业占10500平方米,住房占113127平方米,预制率高达65%以上。

  2.1、 因果关系回路

  本文上述对装配式建筑施工进度影响因子进行深入解剖,构建出构件安装风险子集系统、资金风险子集系统、环境风险子集系统、管理风险子集系统,找出子集系统之间的因果关系,使用Vensim软件绘制出因果关系回路图。其中状态变量分别为构件安装风险、资金风险、环境风险、管理风险,速率变量分别为构件安装水平变量、资金水平变量、环境水平变量、管理水平变量。

  找出各个指标因果关系,绘出因果关系图,得到多个反馈回图,而“+”符号为正向反馈,“-”符号为负反馈。以构件安装为例,可以得到5个回路,分别为:

  (1)人员工作量(+)→完成工作量(+)→安装速度(+)→构件安装(+);

  (2)构件安装风险(+)→安装成本(+)→施工成本(-)→资金风险(+)市场需求(-)→外部环境(+)→安全管理(+)→管理风险(+)→施工无缝对接(+);

  (3)构件安装风险(+)→人员工作量(+)→完成工作(+)→现浇速度(+);

  (4)构件安装风险(+)→安装成本(+)→施工成本(+)→资金风险(-)→市场需求(-)→外部环境(+)→环境风险(-)→组织管理(+)→验收合格构件(+)→安装合格率(+);

  (5)构件安装风险(+)→安装成本(+)→施工成本(+)→资金风险(-)→市场需求(-)→外部环境(+)→环境风险(+)→组织管理(+)→管理风险(+)→施工无缝对接程度(+)。

  2.2、 装配式建筑施工进度流量

  对于SD仿真分析,首先对参数进行设置,对应的INITIAL TIME=0,FINAL TIME=20,TIME STEP=4,Units forTime=week,参照因果关系图绘出流量图。并对流量图附上方程式。本文使用特殊函数方程式的设置如下:

  政府补贴=IF THEN ELSE(预制率>0.65,建筑面积*100+外部环境影响*建筑面积,0),当预制率达到65%以上,国家会以每平米100元的价格对装配式建筑进行补贴,但如果预制率达不到上述条件则补贴0元。安装速度涉及时间期望,会运用延迟函数,安装速度=DELAY1I(完成工作量,构件预留时间,构件安装时间),即构件预留时间为延迟时间,构件安装时间为最初时间,最后得出的是每周延迟多少平方米。某些人员的工作时间也是不等的,则人员工作时间=MAX(56,70)。由于本文评价施工进度风险,因此施工进度风险=构件安装风险+环境风险+资金风险+管理风险,施工进度风险属于水准变量,涉及初始值,本文将初始值设置为100。当所有方程式设置完毕后对此模型进行仿真。

  2.3、 SD仿真

  可知施工进度风险呈波动起伏状态,在未开工时,处于0风险状态,随着时间推移,风险急剧上升,达到最高点,此时在,施工全面展开,当施工快接近尾声,施工进度风险呈下降趋势直到施工完毕。

  使用vensim软件点击Sim Setup对常量即工作时间、建筑面积、施工工艺水平等等进行数字修改,仿真修改后的流量图,施工进度风险,当滑动常量工作时间即工作时间、工作速度、员工资质、市场、成本、培训教育等等,施工进度风险图也会随之变动。当滑动构件安装风险子集系统中的常量时,施工进度风险概率达到0.88,风险高于滑动其他子集系统常量。因此,构件安装风险对施工进度影响最大。

  分别调出构件安装风险、资金风险、环境风险、管理风险图,管理风险、环境风险呈直线上升,施工完工后呈缓慢下降趋势。以施工进度管理风险为例,其概率从0开始,涉及施工工序复杂多样,人员冗杂、信息混乱使得管理风险逐步加大,当施工达到尾声,有更多信息进行整理验收,因此,风险会呈直线缓慢下降。而资金风险呈直线上升趋势,即当资金效益少于施工成本,资金风险达到最高,延迟施工进度。构件安装风险近似于正态分布,处于波动形态,由于构件安装对施工进度风险影响较大,因此,施工进度风险图类似于构件安装风险,同上述操作,当滑动员工资质和施工工艺水平,构件安装风险变动明显,因此员工资质和工作速度对施工进度间接影响较大。

  3、 结论

  综上所述,就研究方法而言,本文选用系统动力学评价装配式施工进度风险,动态仿真,再次证实系统动力学可以调整任何变量评价项目风险,为其他风险评价项目提供方法参考。就装配式建筑施工进度风险评价而言,由仿真结果可知构件安装风险、资金风险、环境风险、管理风险等影响因子是相互联系,相互影响,任意常量的变化都会使其他影响因子发生变化,与其他风险项目评价相比,其优势在于动态性。但缺点也很明显,本文不确定性因子仅限于此次风险项目评价,而且优选了因子的影响权重比较大的,淘汰影响因子小的不确定性因子。因此,如何将影响因子考虑更全面是日后研究的重要走向。

  参考文献

  [1] 刘晨晨.工程总承包方视角下装配式建筑施工进度风险管理研究[D].北京:中国矿业大学,2019.
  [2] 薛茹,王新渊,史科.基于建筑信息建模技术的装配式建筑施工问题及对策分析[J].工业建筑,2018,48(11):207-210.
  [3] 张斌斌,程志军.装配式混凝土建筑施工进度影响因素分析[J].混凝土与水泥制品,2018(8):78-80.

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