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  開(kāi)始檢測(cè)

　　摘要:裝配式建筑促進(jìn)傳統(tǒng)建造方式向現(xiàn)代工業(yè)化建造方式的轉(zhuǎn)變，但其現(xiàn)場(chǎng)裝配、構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸物流等多維作業(yè)空間的異地域與非同步特點(diǎn)，常導(dǎo)致建造資源調(diào)度性質(zhì)各異、相互牽制，并成為其推廣應(yīng)用的重要瓶頸問(wèn)題。該文以裝配式建筑工程為對(duì)象，深入分析其建造方式的特性，研究其建造過(guò)程中分布于各作業(yè)空間的建造資源協(xié)同機(jī)理;在多空間信息共享前提下，以人工、設(shè)備等建造資源協(xié)調(diào)配置為核心，提出基于時(shí)間軸多維作業(yè)調(diào)度空間降維處理技術(shù)、信息共享下多維作業(yè)空間資源調(diào)度協(xié)同技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間最優(yōu)資源線確定技術(shù);建立了裝配式建筑工程資源調(diào)度方法并進(jìn)行實(shí)證分析。結(jié)果表明，該調(diào)度方法能有效確定各作業(yè)空間的排產(chǎn)進(jìn)度計(jì)劃并提供額外決策支持信息。

　　關(guān)鍵詞:裝配式建筑;多維作業(yè)空間;建造資源;調(diào)度技術(shù)

　　引言

　　裝配式建筑工程具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、工業(yè)化生產(chǎn)、裝配式施工、信息化管理及綠色化建造的特點(diǎn)[1]，其建造分布于現(xiàn)場(chǎng)裝配、構(gòu)件生產(chǎn)、運(yùn)輸物流等多維作業(yè)空間(簡(jiǎn)稱“多空間”)的人力、設(shè)備等建造資源調(diào)度，通常具有異地域、非同步特點(diǎn)，并存在多維作業(yè)空間相互牽制、資源調(diào)度性質(zhì)各異的矛盾，導(dǎo)致裝配式建筑工程普遍出現(xiàn)低收益、超期、超預(yù)算局面[2]，極大影響了其推廣應(yīng)用，目前亟待展開(kāi)裝配式建筑工程多維作業(yè)空間環(huán)境下的資源調(diào)度問(wèn)題研究，以有效提高資源使用效率。

　　國(guó)內(nèi)外學(xué)者研究單項(xiàng)目及多項(xiàng)目資源調(diào)度問(wèn)題產(chǎn)生的大量成果[3-4]目前難以直接應(yīng)用于解決裝配式建筑工程這類多維作業(yè)空間并存下的資源調(diào)度問(wèn)題。究其原因，單項(xiàng)目資源調(diào)度主要以“施工現(xiàn)場(chǎng)”單一作業(yè)空間為對(duì)象，而多項(xiàng)目資源調(diào)度雖涉及項(xiàng)目間人力、設(shè)備等資源共享互動(dòng)[5]，并形似于多空間資源調(diào)度，但其項(xiàng)目之間除共享資源庫(kù)外相互獨(dú)立，實(shí)質(zhì)上仍屬于單一作業(yè)空間調(diào)度，無(wú)法有效解決多空間的信息牽制及資源協(xié)同問(wèn)題。若能克服多空間非同步調(diào)度難題，將多維作業(yè)空間資源調(diào)度有效轉(zhuǎn)換至一個(gè)虛擬的單作業(yè)空間下，則有望借鑒傳統(tǒng)項(xiàng)目調(diào)度方法進(jìn)行求解，而這方面的文獻(xiàn)極少，僅見(jiàn)Hsie[6]在重復(fù)性項(xiàng)目調(diào)度研究中提出過(guò)按空間或時(shí)間段劃分調(diào)度單元，該方法可為本文提供初步轉(zhuǎn)換思路。

　　因構(gòu)件生產(chǎn)調(diào)度方式與制造業(yè)相近，近年來(lái)，有學(xué)者嘗試將制造業(yè)生產(chǎn)調(diào)度理論移植到裝配式建筑工程資源調(diào)度中[7-8]。該理論除存在單作業(yè)空間問(wèn)題外，其穩(wěn)定流水線式調(diào)度方式難以有效克服裝配施工現(xiàn)場(chǎng)受環(huán)境因素的頻繁干擾，也無(wú)法直接適用現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間調(diào)度要求。受益于分布式計(jì)算技術(shù)發(fā)展[9]，李京生[10]等通過(guò)建立資源共享池實(shí)現(xiàn)多作業(yè)車間資源虛擬集中和分散利用，為異地域多作業(yè)車間的分布式資源共享提供了思路，但多維作業(yè)空間的相互牽制難題仍未得到有效解決。經(jīng)分析，多個(gè)作業(yè)空間若能在供應(yīng)鏈上進(jìn)行信息共享，即可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)。針對(duì)供應(yīng)鏈信息共享問(wèn)題Shin等[11]研究提出了管理框架和共享機(jī)制，李伯虎[12]等進(jìn)一步結(jié)合“云制造”模式，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將分散異構(gòu)性資源聚合為云節(jié)點(diǎn)虛擬化封裝，實(shí)現(xiàn)資源和信息共享思路。因此運(yùn)用云技術(shù)有望實(shí)現(xiàn)裝配式建筑多空間的信息共享。

　　基于以上研究思路，本文在多個(gè)作業(yè)空間信息暢通前提下，建立裝配式建筑調(diào)度過(guò)程概念模型，提出資源調(diào)度關(guān)鍵技術(shù)，構(gòu)建裝配式建筑工程資源調(diào)度模型，形成有效的資源調(diào)度方法并進(jìn)行實(shí)證分析，為解決裝配式建筑工程資源調(diào)度瓶頸問(wèn)題提供方法支持。

　　1裝配式建筑調(diào)度過(guò)程概念模型

　　裝配式建筑的“多空間性”主要體現(xiàn)在四個(gè)方面:一是“異性質(zhì)”，三作業(yè)空間分別涉及工程項(xiàng)目、運(yùn)輸和車間生產(chǎn)調(diào)度等三種不同性質(zhì)的調(diào)度;二是“非同步性”，服務(wù)于建筑同一建設(shè)部位的三個(gè)作業(yè)空間的工作內(nèi)容處在不同的時(shí)間點(diǎn)上;三是“異地域性”，三作業(yè)空間地理位置相異，且同一時(shí)間段內(nèi)三個(gè)作業(yè)空間的工作服務(wù)于不同的建設(shè)部位;四是“關(guān)聯(lián)性”，三作業(yè)空間共同服務(wù)于一個(gè)共有建設(shè)目標(biāo)。

　　為了更直觀描述裝配式建筑各作業(yè)空間的調(diào)度關(guān)系，將其調(diào)度過(guò)程運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)圖表達(dá)，通過(guò)模擬解析形成調(diào)度過(guò)程概念模型，如圖1所示。

　　以現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間A為基準(zhǔn)，將建造過(guò)程按時(shí)間劃分為不同時(shí)段，時(shí)間段Δti對(duì)應(yīng)的建設(shè)過(guò)程稱為建設(shè)單元i，共有n+1個(gè)建設(shè)單元。建造活動(dòng)開(kāi)始時(shí)，A向構(gòu)件生產(chǎn)作業(yè)空間C下單預(yù)制構(gòu)件Mi，C接單后，即投入生產(chǎn)Mi，生產(chǎn)完畢，則立即通過(guò)運(yùn)輸物流作業(yè)空間B運(yùn)往A的堆放空間Vi處。Mi到達(dá)Vi后，A即開(kāi)始建設(shè)單元i+1生產(chǎn)，對(duì)C下單生產(chǎn)Mi+1。依次循環(huán)，直至工程完工。上述模擬涵蓋了關(guān)鍵調(diào)度工序，能準(zhǔn)確反映各作業(yè)空間互動(dòng)與約束。

　　2裝配式建筑關(guān)鍵調(diào)度技術(shù)分析

　　以調(diào)度過(guò)程概念模型為研究基礎(chǔ)，首先需克服多維作業(yè)空間非同步調(diào)度和相互牽制難題，進(jìn)而借鑒資源受限項(xiàng)目調(diào)度理論開(kāi)展具體模型研究。

　　2.1基于時(shí)間軸多維作業(yè)調(diào)度空間降維處理技術(shù)

　　結(jié)合裝配式建筑工程調(diào)度特點(diǎn)，需研究一種技術(shù)，用于將多空間非同步調(diào)度轉(zhuǎn)換為單空間同步調(diào)度。本文通過(guò)對(duì)裝配式建筑關(guān)鍵調(diào)度過(guò)程模擬解析，抽離出最基本的三空間并行調(diào)度過(guò)程形成一個(gè)典型建設(shè)單元，并作為研究對(duì)象。為確保各作業(yè)空間連續(xù)工作，假設(shè)各空間生產(chǎn)能力經(jīng)合理資源安排后可基本匹配，即典型建設(shè)單元內(nèi)各空間消耗時(shí)間基本相等。一個(gè)典型建設(shè)單元連續(xù)跨越三個(gè)時(shí)間段，若兩個(gè)建設(shè)單元的內(nèi)容基本一致，則各作業(yè)空間在不同時(shí)間段的工作可視為重復(fù)性工作，如此可以時(shí)間軸為載體將滯后的兩個(gè)作業(yè)空間的工作內(nèi)容平行移動(dòng)至同一時(shí)間段Δti分析，那么服務(wù)于同一建設(shè)部位的分布于不同時(shí)間段的非同步調(diào)度作業(yè)內(nèi)容可轉(zhuǎn)換至同一時(shí)間段下進(jìn)行同步調(diào)度研究，從而可有效解決降維問(wèn)題，見(jiàn)圖2。

　　運(yùn)用此技術(shù)可將同一時(shí)間段下三個(gè)作業(yè)空間的活動(dòng)視作三個(gè)項(xiàng)目統(tǒng)籌在經(jīng)技術(shù)處理的單維作業(yè)空間下，可借助多項(xiàng)目調(diào)度方法解決問(wèn)題，同時(shí)能反映各個(gè)項(xiàng)目的的牽引與限制關(guān)系。

　　2.2信息共享下多維作業(yè)空間資源調(diào)度協(xié)同技術(shù)

　　經(jīng)降維技術(shù)處理的多空間調(diào)度相比多項(xiàng)目調(diào)度，除共享資源庫(kù)外，多個(gè)作業(yè)空間相互牽制、協(xié)同生產(chǎn)的特點(diǎn)大大增加了項(xiàng)目調(diào)度的難度，還需研究一種技術(shù)解決多空間資源協(xié)同難題。本文采用以下處理方法:

　　建造過(guò)程中，以現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間為主空間進(jìn)行調(diào)度排產(chǎn)進(jìn)而牽引其余兩個(gè)協(xié)作生產(chǎn)空間完成排產(chǎn)，同時(shí)協(xié)作空間的調(diào)度結(jié)果反向限制現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間計(jì)劃實(shí)現(xiàn)。三個(gè)作業(yè)空間在總目標(biāo)約束下互動(dòng)確定最佳調(diào)度排產(chǎn)組合。多作業(yè)空間信息共享是良好互動(dòng)的前提，可借鑒分布式計(jì)算和云制造技術(shù)實(shí)現(xiàn)，本文在假設(shè)三個(gè)作業(yè)空間信息已實(shí)現(xiàn)共享?xiàng)l件下進(jìn)行分析。

　　在調(diào)度開(kāi)始時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)裝配空間可根據(jù)自身作業(yè)目標(biāo)和資源條件確定最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃并向構(gòu)件生產(chǎn)空間發(fā)出生產(chǎn)需求指令，構(gòu)件生產(chǎn)空間收到訂單，即根據(jù)對(duì)方需求量和自身資源條件安排生產(chǎn)，并委托物流運(yùn)輸空間在規(guī)定時(shí)間內(nèi)運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)，結(jié)合總目標(biāo)約束，依次類推，即可求取多個(gè)滿足各空間相互匹配關(guān)系的排產(chǎn)計(jì)劃組合，依據(jù)管理者決策偏好選取最滿意解。

　　2.3現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間最優(yōu)資源線確定技術(shù)

　　運(yùn)用第2.1節(jié)多空間降維和第2.2節(jié)資源調(diào)度協(xié)同技術(shù)，需進(jìn)一步研究一種技術(shù)解決現(xiàn)場(chǎng)裝配作業(yè)空間最優(yōu)資源配置難題，進(jìn)而完成總調(diào)度計(jì)劃安排。結(jié)合裝配式建筑推廣瓶頸和效益關(guān)注點(diǎn)[1-2]，本文選取工期和資源成本綜合效益最大化作為總體效益目標(biāo)。當(dāng)改變資源分配總量時(shí)，需對(duì)應(yīng)調(diào)整其最優(yōu)調(diào)度計(jì)劃，本文稱該資源總量為“資源線”。若資源線過(guò)高，則資源成本較高，但后期排產(chǎn)時(shí)資源沖突小，可兼顧并行排產(chǎn)，工期縮短;反之，若資源線過(guò)低，則資源成本較低，但后期排產(chǎn)時(shí)資源沖突較大，部分工序需往后排，工期延長(zhǎng)。因此，一定存在某個(gè)最佳資源線，使得工期與資源效益達(dá)到綜合最優(yōu)，圖3粗略描繪了資源線與工期的關(guān)系，其中Rbest、tbest即為對(duì)應(yīng)的最佳資源線和工期。——論文作者：陳偉1秦海玲1童明德2

　　論文來(lái)源：《土木工程學(xué)報(bào)》是中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部主管、中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)主辦的土木工程綜合性學(xué)術(shù)期刊，以土木工程界中、高級(jí)工程技術(shù)人員為主要讀者對(duì)象。主要報(bào)道土木工程各專業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展綜述，重大土木工程實(shí)錄，建筑結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)、巖土力學(xué)及地基基礎(chǔ)、隧道及地下結(jié)構(gòu)、道路及交通工程、建設(shè)管理等專業(yè)在科研、設(shè)計(jì)、施工方面的重要成果及發(fā)展?fàn)顩r，同時(shí)也刊登建筑材料、港口、水利、市政、計(jì)算機(jī)應(yīng)用、力學(xué)、防災(zāi)減災(zāi)等專業(yè)中與上述學(xué)科交叉或有密切聯(lián)系的論文報(bào)告。本刊辦刊宗旨為促進(jìn)國(guó)內(nèi)外土木工程界的學(xué)術(shù)交流。