試論建筑工程土建施工技術(shù)的優(yōu)化措施

曹子飛

（山西八建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030027）

0 引言

新方法和新技術(shù)正在改變工程和建筑領(lǐng)域。從住房建設(shè)到基礎(chǔ)設(shè)施正常運(yùn)轉(zhuǎn)，都使該領(lǐng)域取得長足發(fā)展。在這項(xiàng)研究中，深度探討建筑工程土建施工技術(shù)的優(yōu)化，以此促進(jìn)建筑業(yè)的未來發(fā)展。

1 建筑工程土建施工技術(shù)優(yōu)化意義

良好建筑工程施工技術(shù)能夠保障施工正常進(jìn)行，降低突發(fā)問題發(fā)生的概率。為了保障企業(yè)的競爭力還必須具備一定先進(jìn)的技術(shù)條件和技術(shù)裝備，而這些技術(shù)條件和技術(shù)裝備是在逐步優(yōu)化的過程中逐步形成的，同時(shí)這些技術(shù)條件和技術(shù)裝備只有在有效的管理下，才能發(fā)揮它最高的水平。由此可見，建筑工程施工技術(shù)的優(yōu)化，不僅關(guān)系著建筑工程施工的水平，同時(shí)還關(guān)系著建筑企業(yè)在市場(chǎng)中的競爭能力，因而在建筑工程的發(fā)展中起著十分重要的作用[1]。

優(yōu)化是所有工程實(shí)踐的固有部分。在建筑物的施工中，從地基到屋頂?shù)乃胁糠侄紤?yīng)該在安全舒適的條件下進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)和節(jié)約建造，特別是在地基較弱的情況下。建筑工程土建施工技術(shù)優(yōu)化對(duì)于提高建筑工程土建施工的效率、生產(chǎn)率和安全性很重要。主要目的是利用全局最優(yōu)化技術(shù)，從而使施工成本總和并且將由于設(shè)施布局限制而產(chǎn)生的互動(dòng)成本降至最低。在實(shí)踐中，建筑工程土建施工技術(shù)優(yōu)化可以通過實(shí)現(xiàn)眾所周知的工程測(cè)試算法來獲得最佳的施工方案，用于增加解決方案的多樣性，有助于為建筑工地布局問題確定適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案。

2 建筑工程土建施工技術(shù)主要問題

在建筑工程發(fā)展的過程中，由于施工技術(shù)方面存在的問題，使建筑工程的發(fā)展中存在一些阻礙，這些問題主要體現(xiàn)在混凝土、土方工程以及管理等方面[2]。

（1）混凝土使用過程中存在的問題，混凝土是建筑工程施工中必不可缺少的原材料之一，其中涉及的混凝土技術(shù)在土建結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要的作用。首先，受到建筑施工規(guī)模、周圍環(huán)境、人員使用等方面的影響，會(huì)對(duì)混凝土的質(zhì)量造成一定的影響，從而影響混凝土的使用狀況；其次，在混凝土的運(yùn)送、和材料的攪拌過程中，受到時(shí)間、比例的因素，也會(huì)對(duì)建筑工程的施工質(zhì)量造成影響

（2）在建筑工程土建施工中，土方工程具有不可忽視的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境影響，是建筑工程土建施工中唯一缺少事先明確定義的計(jì)劃的領(lǐng)域?；谑褂觅|(zhì)量圖模型和優(yōu)化的經(jīng)典方法沒有考慮到現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)的材料的類型和質(zhì)量，因此很難優(yōu)化每種材料的實(shí)際流量。傳統(tǒng)意義上對(duì)土方工程的優(yōu)化取決于土方工程經(jīng)理的經(jīng)驗(yàn)，這就導(dǎo)致土方工程在土建施工實(shí)踐中幾乎沒有回旋的余地。

（3）在管理存在的問題，在傳統(tǒng)的建筑工程中，主要側(cè)重施工的實(shí)施和維護(hù)等方面，缺乏對(duì)整個(gè)過程的管理，使施工單位缺乏完善的管理體系作為支撐，受建筑工程管理不完善的影響，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)施工技術(shù)沒有按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施或由于人員疏忽造成的經(jīng)濟(jì)損失，從而給施工單位帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

3 建筑工程土建施工技術(shù)優(yōu)化措施

3.1 使用Taguchi 法優(yōu)化混凝土參數(shù)

混凝土是整個(gè)建筑業(yè)的主要參與者，它的生產(chǎn)和消費(fèi)滿足了對(duì)混凝土主要成分同樣高產(chǎn)和高消耗的需求。在整個(gè)建筑環(huán)境的框架內(nèi)，對(duì)建筑工程的可持續(xù)性進(jìn)行全面評(píng)估，必須考慮到建筑在整個(gè)生命周期內(nèi)的使用條件下的性能，包括耐久性。裂縫為侵蝕打開進(jìn)入途徑，使侵蝕能夠滲透到結(jié)構(gòu)元件內(nèi)部，到達(dá)鋼筋和內(nèi)部大體積混凝土，并激活復(fù)雜的降解機(jī)制，其中相同鋼筋的腐蝕肯定是最危險(xiǎn)的腐蝕之一。在過去的50 年中，混凝土技術(shù)發(fā)展了纖維增強(qiáng)混凝土（FRC）。得益于分散的纖維增強(qiáng)從早期開始，就可以在整個(gè)結(jié)構(gòu)中實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫寬度的有效控制。事實(shí)上，當(dāng)前的建筑技術(shù)，工藝資格以及在某些情況下相同的結(jié)構(gòu)概念還沒有跟上混凝土和水泥基材料的材料概念和技術(shù)的發(fā)展。為此，用于優(yōu)化過程參數(shù)的Taguchi 方法是一種有效的工具。Taguchi 方法是一種離線質(zhì)量控制技術(shù)，旨在提高產(chǎn)品的可制造性和可靠性，并降低其使用壽命成本和產(chǎn)品開發(fā)。由于混凝土固有的脆性和低的拉伸強(qiáng)度，所采取的措施包括優(yōu)化水泥生產(chǎn)工藝，包括廢熱的再利用或在水泥窯中使用二次燃料，例如廢輪胎[3]。

此外，混凝土技術(shù)的強(qiáng)大研究和進(jìn)步促進(jìn)了水泥和黏合劑使用的巨大優(yōu)化。為減少水泥對(duì)混凝土生產(chǎn)的需求而不斷做出的努力，以及保持其利益的“性能”，補(bǔ)充使用補(bǔ)充性膠凝材料，以代替混凝土中的水泥和生產(chǎn)多種水泥?；旌纤?，包括粉煤灰、顆粒狀高爐礦渣、硅粉、天然火山灰以及來自各種工業(yè)和廢物回收燃燒過程的副產(chǎn)品。通過操縱材料的最內(nèi)部結(jié)構(gòu)，將能夠獲得無法獲得的性能和性能水平可以通過傳統(tǒng)的處理獲得和實(shí)現(xiàn)。這類高級(jí)水泥復(fù)合材料的成分具有高含量的水泥和輔助黏合劑，具有火山灰（粉煤灰，硅粉）或延遲的水泥活性（礦渣）和低水含量。所產(chǎn)生的大量反應(yīng)性材料，在未暴露于水的情況下，并截留在結(jié)構(gòu)元件的大體積內(nèi)部，可能會(huì)在暴露于室外環(huán)境的裂縫中出現(xiàn)，如果存在液態(tài)或蒸氣水。這些都可以延遲激活水合反應(yīng)和碳酸化反應(yīng)，其產(chǎn)物沉淀在裂縫表面上，將其密封，以減慢侵蝕劑滲透到其核心結(jié)構(gòu)中的速度，并最終達(dá)到加固的水平。由于其天生的自我修復(fù)能力，基體還能夠逐漸密封相同的緊密間隔和狹窄的開口裂縫，從而使其在未破裂狀態(tài)下的原始性能得以恢復(fù)。

3.2 使用ICOM 方法優(yōu)化土方運(yùn)輸

建筑工程土建施工中，土方運(yùn)輸是一項(xiàng)復(fù)雜的活動(dòng)，由必須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行以獲取坡度的一組動(dòng)作組成，該坡度將作為最終路徑的基線。這就需要從生產(chǎn)區(qū)域到將要使用的地方挖掘和運(yùn)輸大量材料。這項(xiàng)工作的成本可能占工作總預(yù)算的15～30%，這對(duì)整個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)生巨大影響。如果做得正確，它可以顯著減少材料數(shù)量，從而減少對(duì)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)上，線性活動(dòng)計(jì)劃方法基于物料的縱向平衡，它表示平均運(yùn)輸距離，但不能根據(jù)物料的組成和質(zhì)量來區(qū)分物料的類型，這意味著可能無法遵循指示可用于垃圾填埋場(chǎng)類型的材料類型的建筑標(biāo)準(zhǔn)，產(chǎn)生的補(bǔ)償性土壤運(yùn)動(dòng)可能是無效的，需要部分甚至全部重復(fù)計(jì)算以產(chǎn)生新的平衡程序。ICOM 方法（優(yōu)化質(zhì)量補(bǔ)償?shù)闹悄芊椒ǎ┰试S對(duì)經(jīng)典工程進(jìn)行優(yōu)化，例如挖掘和填充，從而優(yōu)化施工成本。這種通用的方法為每個(gè)項(xiàng)目設(shè)想了不同的選擇，并允許在考慮其他因素（包括其他因素）的情況下選擇最合適的一種，基本原理是在盡可能短的距離內(nèi)運(yùn)輸最小體積的物料，包括體積系數(shù)的應(yīng)用和建立提取物資或廢物傾倒區(qū)。ICOM 方法通過將與挖掘，運(yùn)輸和填充操作相對(duì)應(yīng)的三個(gè)項(xiàng)目加在一起來定義單位成本，有助于快速適應(yīng)影響建筑工程項(xiàng)目施工的不可預(yù)見的事件，這樣可以更新土方工程的計(jì)劃，從而提供更大的多功能性[4]。

另外，該方法還提高了建筑工程項(xiàng)目施工的可持續(xù)性，可以通過比較加權(quán)結(jié)果來選擇理想的選擇，無論是以運(yùn)輸距離、要運(yùn)輸?shù)奈锪狭?、完成時(shí)間、廢物產(chǎn)生、CO2排放量的形式。ICOM 方法提供的與運(yùn)輸力矩之和相對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)反映了過程的優(yōu)化程度。因此，ICOM 數(shù)量越低，獲得的優(yōu)化程度就越大。該方法可以應(yīng)用于土建項(xiàng)目的所有階段。在設(shè)計(jì)階段，該方法可確保與可用的地質(zhì)，地形或其他材料數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳平衡選擇；在計(jì)劃階段，它會(huì)在所有計(jì)算出的假設(shè)和執(zhí)行階段中選擇最佳假設(shè)，并提供有關(guān)材料的最可靠信息，更加精確地想象所有可能的假設(shè)，然后選擇最合適的假設(shè)；在評(píng)估和監(jiān)視階段，它可以監(jiān)視工作，隨時(shí)更新數(shù)據(jù)，并在結(jié)果顯示中包含實(shí)際執(zhí)行的所有工作信息，從而獲得報(bào)告，工作清單，這不僅可以節(jié)省預(yù)算，還可以減少二氧化碳排放量以及整個(gè)工作日，從而避免給用戶帶來不必要的不便。

3.3 使用BIM 優(yōu)化土建施工的流程

建設(shè)項(xiàng)目過程本質(zhì)上是分解的，具有復(fù)雜的生命周期。它們是內(nèi)置的順序階段，從項(xiàng)目的初始階段到可能的拆除階段，這些階段假定了龐大的文檔和信息。建設(shè)項(xiàng)目的現(xiàn)實(shí)要求來自不同組織的不同專業(yè)人員進(jìn)行互動(dòng)和整合，以在項(xiàng)目范圍和目標(biāo)內(nèi)執(zhí)行已定義的任務(wù)。傳統(tǒng)目標(biāo)（即時(shí)間，成本和質(zhì)量）以及項(xiàng)目的生產(chǎn)率通常會(huì)受到影響，是土建施工績效差的主要問題。通過適當(dāng)?shù)夭捎煤蛯?shí)施BIM，可以大大減少項(xiàng)目管理中的復(fù)雜性和困難。BIM 增強(qiáng)了當(dāng)前的通信流程，提供了一個(gè)協(xié)作平臺(tái)，并支持不同業(yè)務(wù)域之間的互操作性。此外，成功實(shí)施BIM 可以在整個(gè)項(xiàng)目施工生命周期中提高性能并提高工作效率[5]。

BIM 是改善建筑工程性能，降低生產(chǎn)成本以及施工過程中出現(xiàn)的故障，在土建活動(dòng)中進(jìn)行流程優(yōu)化的主要來源。從建設(shè)到利用，BIM 自始至終為了提高土建施工技術(shù)在整個(gè)施工生命周期中以及跨不同建設(shè)業(yè)務(wù)職能的有效性，在不同的集成平臺(tái)中進(jìn)行項(xiàng)目開發(fā)，使不同的專業(yè)人士（建筑師、工程師和設(shè)計(jì)師）可以實(shí)時(shí)地在同一模型中工作，以此推動(dòng)建筑工程土建施工的進(jìn)步，以挑戰(zhàn)更高的成本優(yōu)勢(shì)，避免錯(cuò)誤和遺漏，提高生產(chǎn)率，支持計(jì)劃，安全性，成本和質(zhì)量管理。它包含了所有建筑組成部分，包括幾何形狀、空間關(guān)系、屬性和數(shù)量，使用該工具可以提高項(xiàng)目流程的效率和精度，通過更好的信息協(xié)調(diào)來減少錯(cuò)誤，可以模擬某些項(xiàng)目組件、生成生產(chǎn)文檔、降低維護(hù)成本。

4 結(jié)論

綜上所述，對(duì)建筑工程土建施工技術(shù)的優(yōu)化，目的在于利用更加先進(jìn)的技術(shù)和工具，完善建筑工程土建施工過程，提高土建施工水平。