基于一種新流水步距的工期優(yōu)化分析*

吳 韜汪 梅王艷華李海霞

（1.安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院 安徽合肥 230088；2.合肥前城置業(yè)有限公司造價(jià)部 安徽合肥 230088）

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基于一種新流水步距的工期優(yōu)化分析*

吳 韜1汪 梅2王艷華1李海霞1

（1.安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院 安徽合肥 230088；2.合肥前城置業(yè)有限公司造價(jià)部 安徽合肥 230088）

摘 要：傳統(tǒng)流水施工組織方法在工程應(yīng)用中存在工期較長(zhǎng)、分層組織時(shí)主導(dǎo)施工過(guò)程不能連續(xù)作業(yè)等缺陷。為有效解決上述問(wèn)題，本文重新界定了流水步距的含義，并引入了逆流水步距概念，從而重新構(gòu)建了流水工期表達(dá)式。該表達(dá)式與流水工期的定義形式具有相同的構(gòu)造組成，可較為方便地更新現(xiàn)有《施工組織》教材中流水施工的相應(yīng)理論知識(shí)點(diǎn)，且實(shí)例應(yīng)用表明，基于新型流水步距的工期優(yōu)化可以實(shí)現(xiàn)工期與資源綜合最優(yōu)的效果，且工期縮短與費(fèi)用增加可以實(shí)現(xiàn)量化評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：流水施工 流水步距 工期優(yōu)化 異步距異節(jié)拍

一、問(wèn)題的提出

流水施工是現(xiàn)代施工管理領(lǐng)域中最科學(xué)的施工組織方法之一，并已在各類型的工程建設(shè)中得到了廣泛應(yīng)用，工程實(shí)踐表明，科學(xué)合理地應(yīng)用流水施工原理可以實(shí)現(xiàn)資源供應(yīng)均衡、工期有效縮短、施工質(zhì)量專業(yè)化等綜合效益。土木類施工或施工組織的經(jīng)典教材［1-3］介紹了流水施工的基本原理，如流水施工基本概念、流水參數(shù)、流水組織方式等，其中流水步距作為基本流水參數(shù)，同時(shí)也是間接性參數(shù)，在流水組織過(guò)程及實(shí)現(xiàn)流水工期效益中發(fā)揮著重要作用。也一直是流水施工原理的研究熱點(diǎn)［4-6］。傳統(tǒng)的流水步距有兩種定義：其一是指相同施工過(guò)程的施工班組先后進(jìn)入同一個(gè)施工段開(kāi)始施工的最小且合理的時(shí)間間隔（不包括間歇和搭接）［3］，其二是指相鄰施工班組先后入場(chǎng)的最小且合理的時(shí)間間隔（不包括間歇和搭接）［1］。第一種定義在應(yīng)用于成倍節(jié)拍流水時(shí)，與其流水特性不協(xié)調(diào)，因?yàn)槌杀豆?jié)拍流水的流水步距均相等的這一特性已成為行業(yè)共識(shí)，而依據(jù)第一種定義顯然與此特性矛盾，因此第二種定義逐漸被學(xué)界和工程界所認(rèn)同。依據(jù)第二種定義，“最小且合理”的含義主要體現(xiàn)出如下特點(diǎn)：（1）施工班組最大限度實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)；（2）相鄰施工過(guò)程盡可能平行搭接施工；（3）工作面盡可能連續(xù)利用。當(dāng)組織等步距流水（全等節(jié)拍流水和成倍節(jié)拍流水）時(shí)，不分層時(shí)以上特點(diǎn)可理想化表現(xiàn)，而分層時(shí)則一般需要滿足施工段數(shù)的限制；當(dāng)組織異步距流水（異步距異節(jié)拍流水和無(wú)節(jié)奏流水）時(shí)，以上特點(diǎn)很難完全體現(xiàn)，不分層時(shí)考慮班組連續(xù)作業(yè)則工期會(huì)相對(duì)較長(zhǎng)，且工作面閑置較長(zhǎng)，如圖1所示，分層時(shí)甚至連“主導(dǎo)施工過(guò)程連續(xù)作業(yè)”的關(guān)鍵流水條件也不能滿足［7］，如圖2所示。工程實(shí)踐中一般會(huì)在圖1的基礎(chǔ)上進(jìn)行局部調(diào)整，如圖3所示，但這種調(diào)整缺乏理論依據(jù)，調(diào)整后的流水工期不能直接應(yīng)用其定義公式（1）校核評(píng)價(jià)。式中，，1i iK+為流水步距，NT 為最后一個(gè)班組的作業(yè)持續(xù)時(shí)間，1Z為首層層內(nèi)所有間歇與搭接的代數(shù)和。

圖1　 不分層時(shí)的流水施工橫道圖（工期較長(zhǎng)）

圖2　 分層時(shí)的流水施工橫道圖（主導(dǎo)施工過(guò)程層間作業(yè)不連續(xù)）

圖3　 不分層時(shí)的流水施工調(diào)整橫道圖（工期較短）

二、逆流水步距與流水工期優(yōu)化原理

1.逆流水步距

為解決上述問(wèn)題，尤其是異步距異節(jié)拍流水的施工組織及工期計(jì)算問(wèn)題，本文建議適當(dāng)調(diào)整流水步距定義中“最小且合理”的含義，即將基于班組連續(xù)作業(yè)的前提改變?yōu)榛诠ぷ髅孢B續(xù)利用，并引入“逆流水步距”參數(shù)［7］，所謂逆流水步距是指相鄰施工班組先后退場(chǎng)的最小且合理的時(shí)間間隔（不包括間歇和搭接），用表示，當(dāng)有N個(gè)施工班組時(shí)，逆流水步距的數(shù)目為（N-1）。

于是，流水步距和逆流水步距可分別按照式（2）和式（3）計(jì)算，如圖4所示，能滿足關(guān)鍵條件“主導(dǎo)施工過(guò)程連續(xù)作業(yè)”的約束。

式中，it為第i個(gè)施工過(guò)程的流水節(jié)拍，1it+為第i+1個(gè)施工過(guò)程的流水節(jié)拍。

2.流水工期優(yōu)化原理

重新界定流水步距含義及引入逆流水步距后的橫道圖如圖4所示，比較圖3和圖4可知，兩者工期相同，而圖3可理解為在基于工作面連續(xù)利用的前提下實(shí)現(xiàn)最大程度的班組連續(xù)作業(yè)和施工過(guò)程最大限度的平行搭接。因此流水工期可參照?qǐng)D4，并依據(jù)定義公式（1）的概念化結(jié)構(gòu)建立其表達(dá)式（4），進(jìn)一步地，代入式（2）、（3）后，式（4）可簡(jiǎn)化成式（5）。

式中，m為施工段數(shù)，maxt為主導(dǎo)施工過(guò)程的流水節(jié)拍，其他符號(hào)與前文同。

于是，在資源總量不變的情況下，合理最短的工期可根據(jù)式（5）直接確定，而最優(yōu)進(jìn)度橫道圖可參照“圖4→圖3”的優(yōu)化思路分兩步繪制。

圖4　 流水步距與逆流水步距

圖5　 基于工期最優(yōu)原則繪制的橫道圖

圖6　 基于工期和資源綜合最優(yōu)原則繪制的橫道圖

三、應(yīng)用分析

某工程按照異步距異節(jié)拍流水組織施工，包括施工過(guò)程A、B、C、D、E、F、G，含4個(gè)施工段，不分層，各施工過(guò)程的流水節(jié)拍分別為2、4、3、5、2、4、3，B、C之間存在2天技術(shù)間歇，C、D之間存在1天組織搭接。

依據(jù)式（5）計(jì)算流水工期為39天，而依據(jù)式（1）計(jì)算的流水工期為48天，可見(jiàn)應(yīng)用本文的優(yōu)化方法工期縮短了9天，降幅達(dá)18.75%。

基于工作面連續(xù)的新流水步距及其他流水參數(shù)，繪制橫道圖（即工期最優(yōu)原則）如圖5所示，再按照?qǐng)D3的傳統(tǒng)思路盡量壓縮班組作業(yè)的不連續(xù)時(shí)間，優(yōu)化后的橫道圖（即工期和資源綜合最優(yōu)原則）如圖6所示。

圖6反映了C、D之間組織搭接參數(shù)的目的是為了組織D班組提前入場(chǎng)施作第一個(gè)施工段，以縮短工期，此后施工段可不考慮搭接關(guān)系；且圖6中班組作業(yè)不連續(xù)的總時(shí)間為9天，正好等于按式（5）和式（1）計(jì)算的工期縮短差值，由此也可以獲得進(jìn)一步的結(jié)論，即在不考慮間歇和搭接的前提下，依據(jù)（5）計(jì)算得到的最優(yōu)工期減少值即為班組作業(yè)不連續(xù)時(shí)間，這一結(jié)論不僅是初始橫道圖優(yōu)化的目標(biāo)，還可作為工期縮短與成本增加綜合效益分析的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

四、結(jié)論

本文在不改變流水參數(shù)具體數(shù)值的前提下，基于最優(yōu)流水工期為目標(biāo)，重新界定了流水步距的含義，并引入了逆流水步距，進(jìn)而建立了流水工期新的簡(jiǎn)明計(jì)算表達(dá)式，結(jié)合不分層時(shí)的異步距異節(jié)拍流水施工組織實(shí)例表明，本文提出的新型流水步距可以實(shí)現(xiàn)最短工期及其量化的優(yōu)化目標(biāo)，不僅完善了現(xiàn)有傳統(tǒng)教材中關(guān)于流水施工的理論知識(shí)，而且在實(shí)例中采用的施工組織方法與思路可以直接應(yīng)用于工程實(shí)踐。

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本文創(chuàng)新點(diǎn)：

1.重新界定了流水步距的含義

2.引入逆流水步距參數(shù)，并提出其計(jì)算方法

3.基于新的流水步距和逆流水步距，構(gòu)建了最優(yōu)流水工期的計(jì)算表達(dá)式

4.提出基于工期和資源綜合優(yōu)化的流水施工組織方法

作者簡(jiǎn)介：

吳韜（1982-），男，安徽東至人，安徽新華學(xué)院土木與環(huán)境工程學(xué)院講師，碩士，研究方向：工程結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析與防震減災(zāi)。

*基金項(xiàng)目：安徽省教育廳教研項(xiàng)目（2012jyxm584）；安徽新華學(xué)院教研項(xiàng)目（2013jy036）；安徽新華學(xué)院骨干教師資助項(xiàng)目（2012xgg03）。