基于DSM的装配式建筑全过程流程建模与返工风险仿真优化研究

Compared to the traditional cast-in-site building, a certain amount of building components of prefabricated building are manufactured in factory, and some decoration work could be fulfil ahead of schedule with civil work simultaneously. This changes the working sequence in the traditional housing construction and brings many successor activities forward after foundation construction, resulting in more increased parallel works and cross works for prefabricated building construction. The increased parallel works and cross works are prone to increased rework at risk of wasting of resources and additional cost. The DSM is introduced to breakdown the prefabricated building construction process according to work categories, find out the relationships among different works, optimize parallel works and cross works, and finally recombine the work procedure in a more efficient way. A two-stage optimization model for prefabricated building construction process is established: in the first stage, a multi-objective process that involves parallel, iteration, duration and cost is established to achieve a more efficient work procedure by matrix operations; in the second stage, functions of rework risk and duration and cost is set up and simulation and optimization strategies are applied to minimize duration and cost. Finally, two-stage optimization model is used in typical prefabricated buildings to improve implementation efficiency and reduce cost.

与现浇建筑项目相比，装配式建筑项目实施流程增加了大量的并行工作，施工交叉面增多，大量的工作耦合与迭代关系处理不当，导致建造流程不连续、返工频发，引起工期延误和成本增加，降低企业的参与积极性，影响装配式建筑的发展。但目前关于装配式建筑流程优化和返工风险处理的系统研究还很缺乏。课题拟综合考虑装配式建筑的建造特点，建立基于DSM的装配式建筑全过程流程模型，对流程中的核心工作的复杂依赖关系进行客观测度和表征，揭示核心工作之间的深层关系和影响机理；挖掘并行工作中引起工作返工的深层原因和传播机理，建立返工风险与成本和工期的影响关系模型；最后通过将模型在典型装配式建筑项目中的应用，以及与传统现浇建筑项目的流程管理与控制方法的对比评价，验证模型和方法的有效性和科学性。课题研究为装配式建筑的流程优化和成本、进度控制提供有效方法，为项目管理人员进行项目成本和工期动态控制和返工风险管理提供决策依据。

本项目的主要研究内容从装配式建造全过程的角度出发，研究适用于装配式建造的过程优化方法与返工风险管理体系。首先在对返工风险进行明确界定的基础上，基于文献调研、访谈调研和项目资料，从供应链、利益相关者和工艺流程的角度全面梳理了装配式建造过程的范围，并从设计、生产和施工装配三个阶段识别返工风险因素，从返工频率、返工成本和返工工期三个维度详细分析了返工影响，其中，设计是建造过程中返工影响最大的阶段，生产阶段的返工对成本有显著的影响。通过构建期望影响函数识别了返工影响较大的13个核心工作，包括设计阶段的所有过程，生产阶段20%的过程和施工阶段23.1%的过程，为后续过程优化和构建管理体系奠定基础。其次基于并行工程理论，从装配式建造过程的特点出发，构建了DSM模型来分析装配式建造过程中的依赖关系，结合图论识别并优化了耦合任务，减少任务之间的耦合迭代。针对返工风险传播方式，建立了以最小化成本和工期为目标的过程优化模型，将DSM模型与自适应遗传算法相结合，对装配式建造全过程进行了优化分析。通过改进精益项目交付体系构建装配式建造返工风险管理体系，明确了管理目标、内外环境和主体，评估了返工风险，并提出了相应的预防、自留、降低、转移等应对策略和监控措施，以指导装配式建造全过程的规范管理。最后将上述成果应用于装配式建造项目中，梳理了案例的基本情况和返工问题，改进了建造过程，从优化结果看出模型减少了返工对成本和工期的影响。评估项目返工风险并分析其监控措施，提出了应对策略和管理方案，在一定程度上验证了返工风险过程优化模型和返工风险管理体系的有效性。.本项目所确定的装配式建造返工风险和构建的返工风险过程优化模型，深化了智能优化方法在建造过程中的应用，拓展了工程风险管理理论和方法体系。所提出的返工风险管理体系，对科学指导装配式建造返工风险预测，提升项目建造的管理效率，丰富装配式建造的管理体系具有应用价值。