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裝配式建筑工程施工進度風險的系統動力學分析
發布時間:2020-01-10

  摘    要: 近年來,裝配式建筑無法取代傳統建筑,其施工進度控制是影響裝配式建筑普及的問題之一。為了提高施工進度控制,縮短工期,本文將通過大量文獻查閱及調查,篩選出影響裝配式建筑施工進度權重較大的風險因子,使用Vensim軟件,繪制各個風險因子因果關系圖及流量圖,構建仿真模型,分析對裝配式建筑施工進度影響最大因子并給出建議,為其它風險項目評價提供參考。

  關鍵詞: 裝配式建筑; 施工進度風險; 系統動力學;

  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

  為了加快建筑工業化步伐,同時符合可持續發展戰略。裝配式建筑以減少污染、加快工期、高度信息化等優勢使得建筑市場的各方參與者紛紛對裝配式建筑進行大量的研究和實踐,取得了進一步的發展。然而裝配式建筑目前處于初級階段,整個產業鏈還不成熟,其施工進度控制環節為棘手問題之一,理論上裝配式建筑可以集主體施工、園林綠化施工、裝修于一體,縮短整個工程工期,減少成本。但在實際施工中多個工種管理、資質技術水平參差不齊、外部市場變動等風險因素使其施工進度與預期相比變動較大。而且裝配式構件一般只能在白天吊裝,打破了傳統的“白天支模、架筋,晚上澆硅”施工模式,裝配式建筑讓趕工變得更難,進度的可控性進一步降低[1]。因此,對裝配式建筑施工進度風險進行評價,在裝配式建筑施工進度控制中具有重要意義。

  目前,國內外裝配式建筑施工進度有大量的研究,對于國內學者研究來說多集中于信息化管理的應用及優化施工工藝。薛茹,王新淵,史科[2]通過BIM可視化、信息多元化、模擬化等優勢,建立信息管理平臺,做到信息共享及信息準確,來控制施工進度。張斌斌,程志軍[3]通過實際工程案例,從多個層面分析施工進度的影響因素,提高施工效率,優化施工進度。國外學者的研究多集中于提出最優裝配計劃及施工方式不同組合。Rausch[4]通過改進構件接口,降低裝配式構件安裝錯誤率。Arashpour[5]通過不同的施工方法進行組合,減少施工進度風險。這些研究為裝配式建筑的推廣和發展發揮著重要意義。
 

裝配式建筑工程施工進度風險的系統動力學分析
 

  對于裝配式建筑施工進度風險研究方法數不勝數,許多學者通過模糊層次分析法、專家打分發、貝葉斯等方法研究施工進度風險,這些研究方法在分析風險因子中發揮重要作用,但還需要其他研究去完善和檢驗。系統動力學能夠清晰看出系統內部各因素之間的因果反饋關系,以及存在的反饋回路,動態分析研究的問題[6]。因此,本文通過系統動力學分析裝配式建筑施工進度風險,為實際裝配式建筑施工進度風險評價提供參考。

  1、 研究方法

  裝配式建筑施工進度環節具有周期比較長、參與人員多、環境多變、資金流動性大等特點。為了縮短施工工期,控制施工進度,筆者通過國內外文獻查閱及現場調研發現影響裝配式建筑施工進度風險因子主要涉及構件安裝、資金、環境、管理等四大方面。因此,本文將從上述四個方面衍生出多個小指標,分析裝配式建筑施工進度風險。

  1.1、 構件安裝風險

  在裝配式建筑施工中,預制構件通過塔吊及拼接構件將其組裝起來,在此過程中,現澆速度、安裝速度、施工的無縫對接、安裝合格率都會直接影響構件安裝。而施工無縫對接即兩兩相互安裝構件信息準確對照、構件庫存及時補給、各個工序之間條條有序、塔吊和員工完美對接。同時構件安裝時間和預留時間影響安裝速度。當一層構件安裝完畢后需要對樓板及縫隙進行澆筑。安裝合格率即符合安裝條件構件和總構件的比值。

  1.2、 資金風險

  裝配式建筑施工資金流動大。主要涉及成本和效益兩方面,在施工過程中,若資金不到位會出現停工狀況,直接影響施工進度。而資金效益可以減輕施工成本負擔。因此,本文深入挖掘施工成本及資金效益的組成部分,通過分析成本及效益因果關系分析,間接了解資金對施工進度的影響。

  1.3、 環境風險

  由于裝配式建筑處于初級階段,發展不不成熟,受環境影響較大。對人為因素而言,裝配式建筑需要政府資金扶持和信貸機構支持,否者會以成本過高阻礙裝配式建筑的發展,依舊沿用傳統式建筑方法。同時普及裝配式建筑優勢,加大宣傳,提高消費者的信任能力。

  2、 模型建立

  系統動力學(system dynamic,SD)是一門用來研究系統反饋行為的科學,通過將系統科學理論與計算機仿真相結合,對各類定性和定量的系統進行研究[7]。關于本文數據,其概率數據大部分來源于專家打分法和問卷調查,而關于工程施工數據來源于佛山某項目,建筑面積達到123627平方米,自持物業類別,商業占10500平方米,住房占113127平方米,預制率高達65%以上。

  2.1、 因果關系回路

  本文上述對裝配式建筑施工進度影響因子進行深入解剖,構建出構件安裝風險子集系統、資金風險子集系統、環境風險子集系統、管理風險子集系統,找出子集系統之間的因果關系,使用Vensim軟件繪制出因果關系回路圖。其中狀態變量分別為構件安裝風險、資金風險、環境風險、管理風險,速率變量分別為構件安裝水平變量、資金水平變量、環境水平變量、管理水平變量。

  找出各個指標因果關系,繪出因果關系圖,得到多個反饋回圖,而“+”符號為正向反饋,“-”符號為負反饋。以構件安裝為例,可以得到5個回路,分別為:

  (1)人員工作量(+)→完成工作量(+)→安裝速度(+)→構件安裝(+);

  (2)構件安裝風險(+)→安裝成本(+)→施工成本(-)→資金風險(+)市場需求(-)→外部環境(+)→安全管理(+)→管理風險(+)→施工無縫對接(+);

  (3)構件安裝風險(+)→人員工作量(+)→完成工作(+)→現澆速度(+);

  (4)構件安裝風險(+)→安裝成本(+)→施工成本(+)→資金風險(-)→市場需求(-)→外部環境(+)→環境風險(-)→組織管理(+)→驗收合格構件(+)→安裝合格率(+);

  (5)構件安裝風險(+)→安裝成本(+)→施工成本(+)→資金風險(-)→市場需求(-)→外部環境(+)→環境風險(+)→組織管理(+)→管理風險(+)→施工無縫對接程度(+)。

  2.2、 裝配式建筑施工進度流量

  對于SD仿真分析,首先對參數進行設置,對應的INITIAL TIME=0,FINAL TIME=20,TIME STEP=4,Units forTime=week,參照因果關系圖繪出流量圖。并對流量圖附上方程式。本文使用特殊函數方程式的設置如下:

  政府補貼=IF THEN ELSE(預制率>0.65,建筑面積*100+外部環境影響*建筑面積,0),當預制率達到65%以上,國家會以每平米100元的價格對裝配式建筑進行補貼,但如果預制率達不到上述條件則補貼0元。安裝速度涉及時間期望,會運用延遲函數,安裝速度=DELAY1I(完成工作量,構件預留時間,構件安裝時間),即構件預留時間為延遲時間,構件安裝時間為最初時間,最后得出的是每周延遲多少平方米。某些人員的工作時間也是不等的,則人員工作時間=MAX(56,70)。由于本文評價施工進度風險,因此施工進度風險=構件安裝風險+環境風險+資金風險+管理風險,施工進度風險屬于水準變量,涉及初始值,本文將初始值設置為100。當所有方程式設置完畢后對此模型進行仿真。

  2.3、 SD仿真

  可知施工進度風險呈波動起伏狀態,在未開工時,處于0風險狀態,隨著時間推移,風險急劇上升,達到最高點,此時在,施工全面展開,當施工快接近尾聲,施工進度風險呈下降趨勢直到施工完畢。

  使用vensim軟件點擊Sim Setup對常量即工作時間、建筑面積、施工工藝水平等等進行數字修改,仿真修改后的流量圖,施工進度風險,當滑動常量工作時間即工作時間、工作速度、員工資質、市場、成本、培訓教育等等,施工進度風險圖也會隨之變動。當滑動構件安裝風險子集系統中的常量時,施工進度風險概率達到0。88,風險高于滑動其他子集系統常量。因此,構件安裝風險對施工進度影響最大。

  分別調出構件安裝風險、資金風險、環境風險、管理風險圖,管理風險、環境風險呈直線上升,施工完工后呈緩慢下降趨勢。以施工進度管理風險為例,其概率從0開始,涉及施工工序復雜多樣,人員冗雜、信息混亂使得管理風險逐步加大,當施工達到尾聲,有更多信息進行整理驗收,因此,風險會呈直線緩慢下降。而資金風險呈直線上升趨勢,即當資金效益少于施工成本,資金風險達到最高,延遲施工進度。構件安裝風險近似于正態分布,處于波動形態,由于構件安裝對施工進度風險影響較大,因此,施工進度風險圖類似于構件安裝風險,同上述操作,當滑動員工資質和施工工藝水平,構件安裝風險變動明顯,因此員工資質和工作速度對施工進度間接影響較大。

  3、 結論

  綜上所述,就研究方法而言,本文選用系統動力學評價裝配式施工進度風險,動態仿真,再次證實系統動力學可以調整任何變量評價項目風險,為其他風險評價項目提供方法參考。就裝配式建筑施工進度風險評價而言,由仿真結果可知構件安裝風險、資金風險、環境風險、管理風險等影響因子是相互聯系,相互影響,任意常量的變化都會使其他影響因子發生變化,與其他風險項目評價相比,其優勢在于動態性。但缺點也很明顯,本文不確定性因子僅限于此次風險項目評價,而且優選了因子的影響權重比較大的,淘汰影響因子小的不確定性因子。因此,如何將影響因子考慮更全面是日后研究的重要走向。

  參考文獻

  [1] 劉晨晨.工程總承包方視角下裝配式建筑施工進度風險管理研究[D].北京:中國礦業大學,2019.
  [2] 薛茹,王新淵,史科.基于建筑信息建模技術的裝配式建筑施工問題及對策分析[J].工業建筑,2018,48(11):207-210.
  [3] 張斌斌,程志軍.裝配式混凝土建筑施工進度影響因素分析[J].混凝土與水泥制品,2018(8):78-80.

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