裝配式混凝土建筑施工流水分析與優(yōu)化

靳小飛 王 羽

中鐵建工集團(tuán)有限公司 北京 100160

隨著經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的調(diào)整及供給側(cè)結(jié)構(gòu)的改革，我國經(jīng)濟(jì)將持續(xù)穩(wěn)步健康發(fā)展。在政策及市場的推動下，以裝配式混凝土結(jié)構(gòu)快速發(fā)展為代表的新型建筑工業(yè)化進(jìn)入了新一輪的高速發(fā)展期。這個時期是我國住宅產(chǎn)業(yè)真正進(jìn)入全面推進(jìn)的時期，工業(yè)化進(jìn)程也在逐漸加快推進(jìn)，在新建工程中的占比越來越大。發(fā)展裝配式建筑真正意義上實(shí)現(xiàn)建筑從“建造”向“制造”的轉(zhuǎn)變[1-2]。國外關(guān)于裝配式建筑的研究開始較早，近幾年的研究主要聚焦于裝配式建筑的能耗、技術(shù)手段以及與信息技術(shù)的結(jié)合[3-5]，而目前國內(nèi)對裝配式建筑的研究主要集中在結(jié)構(gòu)體系、設(shè)計(jì)技術(shù)和檢測技術(shù)等方面，對于施工組織研究較少。一個科學(xué)、有效的施工組織設(shè)計(jì)對施工項(xiàng)目來說是非常有必要的，其能從全局出發(fā)，優(yōu)化配置生產(chǎn)要素、提高管理水平。但裝配式建筑由于其重點(diǎn)工序的變化，施工組織和以往的現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)存在較大的差異，特別是預(yù)制構(gòu)件吊裝時間，對流水段的劃分影響很大，若流水段劃分不合理，將直接影響建筑工期。本文以某群體裝配式建筑工程為例開展研究。

1 工程概況

本工程為鋼筋混凝土剪力墻結(jié)構(gòu)，地下現(xiàn)澆，地上采用裝配式建造方式，預(yù)制率40.3%?？偨ㄖ娣e251 723.15 m2，共41個單體，3個標(biāo)段。一標(biāo)段31#～38#樓為合院，地下3層、地上3層，建筑高度9.95 m；二標(biāo)段為疊拼，地下3層、地上4～6層，建筑高度18 m；三標(biāo)段為小高層，地下3層、地上11層，建筑高度34.9 m。

2 裝配式混凝土建筑施工組織設(shè)計(jì)要點(diǎn)

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)的施工過程可分為工廠制造、運(yùn)輸和現(xiàn)場安裝3個階段，這也是與現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)在施工時最大的差別[6]。為確保關(guān)鍵工序的順利實(shí)施，項(xiàng)目開始前，就要根據(jù)項(xiàng)目的整體規(guī)模、建設(shè)體量、建筑物布局、項(xiàng)目特點(diǎn)、周邊環(huán)境、現(xiàn)場條件、工期要求、預(yù)制構(gòu)件特性以及項(xiàng)目人、材、機(jī)的調(diào)配情況，制定整體實(shí)施性施工組織設(shè)計(jì)。

施工過程中，合理安排整體施工順序、區(qū)域和節(jié)點(diǎn)以及流水段施工順序，提前制定合理的總體進(jìn)度計(jì)劃、分階段進(jìn)度計(jì)劃、流水段進(jìn)度計(jì)劃、關(guān)鍵工序進(jìn)度控制節(jié)點(diǎn)；對于預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，要提前確定相適應(yīng)的預(yù)制構(gòu)件生產(chǎn)和進(jìn)場進(jìn)度計(jì)劃；根據(jù)確定的進(jìn)度計(jì)劃、施工順序以及現(xiàn)場規(guī)劃，配置相適應(yīng)的大型吊裝機(jī)械（塔吊）和預(yù)制構(gòu)件堆場，爭取實(shí)現(xiàn)構(gòu)件進(jìn)場后直接卸車、吊裝一體化，盡量避免二次周轉(zhuǎn)和吊裝，減少堆場預(yù)制構(gòu)件的長期占用和積壓，從而提高機(jī)械的使用效率，避免人力和機(jī)械浪費(fèi)，節(jié)約工期，達(dá)到增效節(jié)支的最終目標(biāo)。

3 單構(gòu)件吊裝施工周期分析

3.1 各類構(gòu)件吊裝時間數(shù)據(jù)分析

該工程所采用的預(yù)制構(gòu)件包括預(yù)制內(nèi)墻板、預(yù)制外墻板、疊合板、預(yù)制樓梯、預(yù)制空調(diào)板等，統(tǒng)計(jì)范圍內(nèi)疊拼類建筑高度13.9 m、合院類建筑高度11.45 m、高層類建筑高度36.4 m。構(gòu)件自地下室底開始吊裝，統(tǒng)計(jì)期間高層建筑進(jìn)行2—4層施工，吊裝高度（構(gòu)件起吊點(diǎn)至構(gòu)件安裝高度）在9.7～24 m之間。按照作業(yè)順序，對正常吊裝情況下各工序的吊裝時間進(jìn)行計(jì)量。為便于統(tǒng)計(jì)，各工序時間以分鐘為單位，以累計(jì)時間來進(jìn)行驗(yàn)證。在不考慮其他不可控影響因素的前提下，得到主要構(gòu)件吊裝時間表，如表1所示。

預(yù)制構(gòu)件吊裝工序主要由預(yù)備掛鉤、安全檢查、起升回轉(zhuǎn)、就位安裝、位置校正、檢查摘鉤、回轉(zhuǎn)返回7步構(gòu)成，如圖1所示。其中，預(yù)備掛鉤、安全檢查、檢查摘鉤時間，各類構(gòu)件基本一致；對于起升回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)的返回時間，本次統(tǒng)計(jì)因塔吊均為2倍率，并且吊裝高度在24 m以內(nèi)，從圖表中反映出時間一致，但此項(xiàng)時間參數(shù)與吊裝高度有極大關(guān)聯(lián)性，隨著吊裝高度的增加，提升及返回時間會相應(yīng)增加，2倍率狀態(tài)下和4倍率狀態(tài)下的吊裝時間也不相同；就位安裝、位置校正時間隨吊裝構(gòu)件的不同而不同，且時間相差比較大；正常施工時，受工人操作熟練度、構(gòu)件復(fù)雜程度、氣候條件等因素的影響，時間會有所不同。

圖1 預(yù)制構(gòu)件各工序吊裝時間柱狀圖

3.2 構(gòu)件吊裝時間參數(shù)的完善

受到該工程建筑高度、構(gòu)件種類、塔吊倍率的影響，對于裝配式構(gòu)件的吊裝，存在高度擴(kuò)展、構(gòu)件種類擴(kuò)展、塔吊倍率調(diào)整等因素，無法實(shí)際采集數(shù)據(jù)。但其他構(gòu)件與上述構(gòu)件在工藝上有著相似之處，根據(jù)已采集的構(gòu)件數(shù)據(jù)可以推斷出其他構(gòu)件的吊裝時間，以及高度調(diào)整、塔吊倍率調(diào)整對于吊裝時間的影響數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 其他預(yù)制混凝土構(gòu)件單構(gòu)件吊裝時間單位：min

高度調(diào)整與塔吊倍速的變化主要對吊裝過程中的穩(wěn)定提升及降落時間有影響，而提升加速、降落減速的時間相對固定。塔吊的穩(wěn)定提升及降落時間按照2倍率32 m/min，4倍率16 m/min考慮，吊裝提升加速、降落減速的時間按照0.5 min考慮。以24 m為基礎(chǔ)，吊裝高度以每增加16 m為一個區(qū)間，進(jìn)行起升回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)返回時間的確定。

3.3 構(gòu)件吊裝時間函數(shù)的確定

分析可得，構(gòu)件吊裝時間主要由以下幾方面組成：

1）固定時間：包括預(yù)備掛鉤、安全檢查、檢查摘鉤時間3項(xiàng)，記作T1。

2）隨高度和塔吊倍率變化的時間：包括起升回轉(zhuǎn)、回轉(zhuǎn)返回時間兩項(xiàng)，記作T2。

3）隨構(gòu)件類型變化的時間：包括就位安裝、位置校正時間兩項(xiàng)，記作T3。

4）其他時間：受工人操作熟練度、構(gòu)件復(fù)雜程度、氣候條件等因素影響的時間，記作T4。

構(gòu)件吊裝時間T可以用式（1）函數(shù)表達(dá)：

其中：T1取值4 min；T2按照表3取值；T3按照表4取值；T4取值范圍為1～3 min，根據(jù)工人操作熟練度、構(gòu)件復(fù)雜程度、氣候條件等對吊裝的影響進(jìn)行取值。

表3 T2取值

表4 T3取值

4 裝配式混凝土結(jié)構(gòu)流水段劃分

通過對裝配式混凝土單構(gòu)件吊裝施工周期進(jìn)行分析，得出了不同種類構(gòu)件的吊裝時間。裝配整體式剪力墻結(jié)構(gòu)豎向構(gòu)件為預(yù)制內(nèi)墻板和預(yù)制外墻板，其吊裝時間分別為19 min和21 min（其他時間T4取值為2 min，按照24 m以內(nèi)考慮，下同），平均吊裝時間按照20 min計(jì)，每小時平均吊裝3塊；水平構(gòu)件為疊合板、空調(diào)板和預(yù)制陽臺，其吊裝時間分別為15、14、20 min，考慮水平結(jié)構(gòu)大多數(shù)為疊合板，其平均吊裝時間按照15 min計(jì)，每小時平均吊裝4塊。根據(jù)塔吊的使用時長，按照豎向構(gòu)件、水平構(gòu)件吊裝各1 d考慮，單流水段豎向構(gòu)件、水平構(gòu)件吊裝時間控制在6～10 h之內(nèi)，因此可以得出豎向構(gòu)件單個流水段的數(shù)量介于18～30塊之間，水平構(gòu)件單個流水段的數(shù)量介于24～40塊之間。

5 裝配式混凝土建筑施工流水分析

流水施工的最大特征是連續(xù)性較強(qiáng)，可以有效避免由于工程隊(duì)伍或機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)移而造成的時間浪費(fèi)[7]。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)由于構(gòu)件吊裝及安裝的工藝特點(diǎn)，其工序較現(xiàn)澆混凝土多出了構(gòu)件吊裝和灌漿工序，而相應(yīng)的現(xiàn)場鋼筋綁扎、模板支設(shè)、混凝土澆筑的數(shù)量大幅減少。因此其流水組織形式與現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)有較大的不同。根據(jù)工序特點(diǎn)形成了以下5種流水組織形式，并對其特點(diǎn)進(jìn)行分析，使項(xiàng)目能夠更充分地利用整個施工現(xiàn)場的空間資源，實(shí)現(xiàn)資源優(yōu)化[8-9]。

5.1 單流水段形式

如圖2所示，當(dāng)采用單流水段時，塔吊利用率較低。塔吊主要使用時間為第1天和第4天，第3天和第5天有使用但未利用充分，第2天、第6天基本處于閑置狀態(tài)。鋼筋工和木工工作時間為2 d，其余4 d處于窩工狀態(tài)。混凝土工和灌漿工每層施工僅工作1 d。此種流水組織形式的生產(chǎn)資源利用率非常低，一般不建議采用。

5.2 雙流水段形式一

對第1種流水進(jìn)行改進(jìn)，當(dāng)采用雙流水段時，塔吊利用率有明顯提升，無閑置狀態(tài)。塔吊主要使用時間為第1天、第2天、第4天、第5天，第3天、第6天有使用但利用不充分，第4天、第5天塔吊工作量較平時大。鋼筋工和木工工作時間為4 d，其余3 d處于窩工狀態(tài)?；炷凉ず凸酀{工每層施工工作2 d。此種流水組織形式對生產(chǎn)資源的利用率有了較大的提高，但也存在著一定的閑置和不平衡。單流水段吊裝時間較長時，可劃分2個流水段施工，如圖3所示。

圖3 雙流水段形式一

5.3 雙流水段形式二

對第1種、第2種流水組織形式按照提升塔吊利用率的原則進(jìn)行改進(jìn)，如圖4所示，塔吊利用率較高，無閑置狀態(tài)。塔吊每天都有吊裝任務(wù)，第3天、第6天有使用但利用不充分，第1天（第9天）、第4天、第6天、第8天塔吊輔助吊裝鋼筋模板等。鋼筋和木工工作時間為4 d，其余4 d處于窩工狀態(tài)?；炷凉ず凸酀{工每層施工工作2 d。此種流水組織形式對塔吊的利用率有了較大的提高，但其他生產(chǎn)資源的利用率有所下降，也存在著一定的資源閑置和不平衡。可以在構(gòu)件數(shù)量較多，單流水段豎向/水平構(gòu)件無法一天吊裝完成且結(jié)構(gòu)受限無法采取更多流水段時使用。

圖4 雙流水段形式二

5.4 三流水段形式

將上述幾種流水組織形式對主要生產(chǎn)資源的利用進(jìn)行綜合考慮，塔吊、鋼筋工、木工做到無閑置，混凝土工和灌漿工每層施工工作3 d，閑置3 d，但灌漿工和混凝土工工作時間連續(xù)，可以通過組織另一組同樣的流水施工實(shí)現(xiàn)無閑置，如圖5所示。此種流水組織形式對各種生產(chǎn)資源的利用率都做到了最優(yōu)，整體工期較短，在構(gòu)件吊裝數(shù)量滿足的前提下宜優(yōu)先采用。

圖5 三流水段形式

5.5 四流水段形式

考慮到部分工程存在豎向結(jié)構(gòu)與水平結(jié)構(gòu)不能同時澆筑的要求，在滿足豎向結(jié)構(gòu)和水平結(jié)構(gòu)分開澆筑的條件下，對上述三流水的做法做出了調(diào)整。塔吊、鋼筋工、木工、混凝土工做到無閑置，灌漿工每層施工工作4 d，閑置4 d，但灌漿工工作時間連續(xù)，可以通過組織另一組同樣的流水施工實(shí)現(xiàn)無閑置，如圖6所示。此種流水組織形式對各種生產(chǎn)資源的利用率都做到了最優(yōu)，整體工期較短，在構(gòu)件吊裝數(shù)量滿足的前提下宜優(yōu)先采用。

6 結(jié)語

1）裝配式建筑施工組織的合理性對建筑施工順利開展有著決定性的作用，流水段的合理劃分，可顯著節(jié)省施工工期。

2）預(yù)制構(gòu)件的吊裝時間是施工流水設(shè)計(jì)的關(guān)鍵因素，通過吊裝過程數(shù)據(jù)采集形成吊裝時間表，進(jìn)一步建立預(yù)制構(gòu)件吊裝時間函數(shù)，以此計(jì)算單構(gòu)件吊裝時間，為施工流水設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

3）5種施工組織流水形式中，四流水段形式對各種生產(chǎn)資源的利用率都做到了最優(yōu)，整體工期較短，在構(gòu)件吊裝數(shù)量滿足的前提下宜優(yōu)先采用。