建筑機(jī)電安裝項目中的精細(xì)化（無縫隙）管理的研究

王寧渤 胡宇華 董瑋華 成紅斌

（中建七局第四建筑有限公司，陜西 西安 710016）

0 引言

在現(xiàn)代工程建筑中，機(jī)電工程是建筑主體的重要組成部分，涉及的機(jī)電安裝專業(yè)面較廣泛，對安裝的質(zhì)量、成本和進(jìn)度等方面都有嚴(yán)格要求，安裝過程中的約束邊界條件很多，給建筑工程機(jī)電安裝項目管理帶來極大的挑戰(zhàn)。這些挑戰(zhàn)主要集中在以下方面：1）建筑機(jī)電工程安裝的施工周期較短，同時受到主體結(jié)構(gòu)移交的時間限制，因此需要保證對項目進(jìn)度的把控，對施工各個流程和工序進(jìn)行細(xì)化、量化。2）建筑機(jī)電工程安裝的勞動強(qiáng)度大，設(shè)備構(gòu)件的自重大，因此在安裝過程中存在搬移、起吊等危險性系數(shù)較高的工序，給安全管理帶來一定的難度。3）建筑機(jī)電工程的安裝目前信息化應(yīng)用程度較低，盡管目前有相關(guān)BIM技術(shù)的應(yīng)用實例，但實際推廣應(yīng)用并不廣泛，且安裝涉及的專業(yè)多，交叉現(xiàn)象嚴(yán)重，導(dǎo)致機(jī)電安裝仍依靠項目的施工圖紙以及與業(yè)主的大量溝通來進(jìn)行，管理過程較為粗放，極大地增加了管理成本。

1 建筑機(jī)電安裝項目中的精細(xì)化管理的基本原理及內(nèi)容

20世紀(jì)50年代，日本最早提出精細(xì)化管理的概念，它是現(xiàn)代管理學(xué)的基礎(chǔ)組成部分，主要目的是最大程度地降低生產(chǎn)管理過程中的資源占用和資源消耗，基于一般的管理機(jī)制的基礎(chǔ)，以精細(xì)化的管理模式降低管理成本，達(dá)到管理分工以及服務(wù)質(zhì)量的精細(xì)化、規(guī)范化和個性化。精細(xì)化管理不僅是一種企業(yè)的生產(chǎn)方式管理，更是一種企業(yè)的文化和技術(shù)相互融合的智慧。它在現(xiàn)代企業(yè)管理中，能夠更細(xì)致地對生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管控，通過數(shù)據(jù)化信息化的手段，使系統(tǒng)過程的組織管理和系統(tǒng)管理更精確和高效，同時，在管理實效上能夠讓系統(tǒng)單元更專注、精益求精和相互協(xié)同。從精細(xì)化管理的內(nèi)涵來看，其在生產(chǎn)活動中的思想內(nèi)涵可以認(rèn)為是對生產(chǎn)過程全過程和全面化的管控，具體包括操作的精細(xì)化、控制的精細(xì)化、核算的精細(xì)化、分析的精細(xì)化以及規(guī)劃的精細(xì)化。在生產(chǎn)管理的過程中，對每個生產(chǎn)崗位職責(zé)進(jìn)行精細(xì)分析，精確定位崗位職責(zé)，合理分配生產(chǎn)任務(wù)，達(dá)到細(xì)化辦事流程的目的，各個生產(chǎn)系統(tǒng)和生產(chǎn)崗位明確生產(chǎn)職責(zé)，建立完善的內(nèi)部管理制度和部門目標(biāo)的量化考核制度。

如圖1所示，在建筑機(jī)電安裝項目中，精細(xì)化管理表現(xiàn)出了7個最明顯的特征，分別是精細(xì)化、嚴(yán)格化、協(xié)調(diào)化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、量化和細(xì)化。在精細(xì)化方面，對機(jī)電工程的安裝進(jìn)行精細(xì)化管理，以項目的整體目標(biāo)為出發(fā)點，實現(xiàn)各個環(huán)節(jié)的資源最優(yōu)配置，獲取更大的生產(chǎn)效益；在嚴(yán)格化方面，應(yīng)該根據(jù)建筑工程機(jī)電安裝工程項目的特點建立嚴(yán)格的制度，以提高施工的執(zhí)行意識和執(zhí)行力；在協(xié)同性方面，機(jī)電安裝工程涉及的專業(yè)有消防專業(yè)、給排水專業(yè)、動力照明專業(yè)、信息網(wǎng)絡(luò)專業(yè)等，提高專業(yè)化的協(xié)作能力、提供專業(yè)化的支持，進(jìn)而降低管理成本以及資源內(nèi)耗；在標(biāo)準(zhǔn)化方面，實現(xiàn)精細(xì)化管理的前提是管理的標(biāo)準(zhǔn)化，在機(jī)電工程安裝中，無論是機(jī)電設(shè)備還是管道，都存在大小、規(guī)格、材質(zhì)的差異，在設(shè)備構(gòu)件選擇上應(yīng)以標(biāo)準(zhǔn)化為前提；在流程化方面，機(jī)電工程安裝管理還處于比較粗放的階段，流程化的能效問題突出，應(yīng)著重提高流程化的管理水平；在量化方面，機(jī)電工程安裝管理過程中產(chǎn)生了海量的信息與數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)的表達(dá)能夠?qū)崿F(xiàn)無形管理變?yōu)橛行蔚男Ч樌亻_展安裝工作；在細(xì)化方面，無論是機(jī)電工程安裝的技術(shù)還是項目安裝制定，都應(yīng)對其進(jìn)行細(xì)化管理，針對每個專業(yè)的內(nèi)容以及安裝技術(shù)要點進(jìn)行細(xì)化。

圖1 建筑機(jī)電安裝項目精細(xì)化管理

2 基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的建筑機(jī)電工程安裝管理

神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法在土木工程管理學(xué)領(lǐng)域?qū)κ┕べ|(zhì)量管理、進(jìn)度管理和資金管理等方法進(jìn)行優(yōu)化，為施工管理人員的決策提供依據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的計算核心是求解屬西數(shù)和求解隸屬度，兩者結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力和邏輯推理能力。在建筑機(jī)電工程安裝領(lǐng)域，它可以應(yīng)用于安裝風(fēng)險的排查、優(yōu)化安裝管控路徑、安裝工期、質(zhì)量和成本的精細(xì)化管理，為建筑工程機(jī)電安裝管理人員的決策提供依據(jù)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的基本原理如圖2所示，它是正向?qū)W習(xí)的機(jī)器學(xué)習(xí)方法，其層次主要分為3層，分別為輸入層、隱含層（可以為多個層級，如圖2所示，有1層隱含層）和輸出層。輸出層中包括大量的訓(xùn)練樣本，將其與訓(xùn)練集中的樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，即經(jīng)過隱藏層的運算和傳遞，達(dá)到輸出層，輸出層參數(shù)結(jié)果與實際值進(jìn)行對比，如果兩者出現(xiàn)誤差，則通過調(diào)整隱藏層的權(quán)函數(shù)值、閾值等，直到計算結(jié)果達(dá)到精度要求，即為期望的優(yōu)化結(jié)果。

圖2中N……N為訓(xùn)練樣本，N為輸入節(jié)點數(shù)量，N為隱含層的節(jié)點數(shù)量，……NN為權(quán)函數(shù)值，為傳遞函數(shù)，為傳遞函數(shù)斜率，為傳遞函數(shù)截距，采用雙曲正切線函數(shù)作為隱含層節(jié)點的激活函數(shù)，而采用線性函數(shù)作為輸出層的激活函數(shù)，激活函數(shù)的表達(dá)式如公式（1）所示。

圖2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的基本原理圖

式中：e為自然常數(shù)。

對第個因素樣本，在第個隱含層與輸出層之間的權(quán)值函數(shù)，其對應(yīng)的雅克比矩陣J如公式（2）所示。

由輸入層至隱含層之間的權(quán)值函數(shù)雅克比矩陣關(guān)系如公式（3）所示。

3 建筑機(jī)電工程安裝精細(xì)化管理應(yīng)用實例

某省房地產(chǎn)開發(fā)建設(shè)項目位于城市主干道南側(cè)，總用地面積42943.00m，總建筑面積117674m，見表1，采用裝配式建筑實施，裝配率不少于51%。該項目任務(wù)包括施工圖設(shè)計及概算、設(shè)備采購、施工（小區(qū)住宅以及配建幼兒園、社區(qū)用房、物業(yè)用房、景觀綠化、配套工程、人防、供水、供電、燃?xì)狻⑼L(fēng)空調(diào)、供電照明、光伏發(fā)電等全部工程）及與其有關(guān)的其他技術(shù)服務(wù)（包括BIM）等全部內(nèi)容。該項目投資概算45512.82萬元。中標(biāo)價為工程設(shè)計費32.00元/m，施工工程費下浮率13%。建設(shè)工期為總工期900天，其中設(shè)計60天，施工840天。

表1 建筑工程建設(shè)指標(biāo)明細(xì)

基于視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對項目中的機(jī)電安裝管理進(jìn)行優(yōu)化，具體的機(jī)電安裝內(nèi)容包括供水系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、燃?xì)庀到y(tǒng)、消防系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、供電照明系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)和供暖系統(tǒng)，計算結(jié)果如圖3所示。從圖3（a）中可以看出，在采用視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對各個建筑機(jī)電安裝項目系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化后，實際工期比預(yù)期工期呈現(xiàn)不同程度的縮短，縮短幅度最大的安裝項目為供暖系統(tǒng)的安裝，縮短了約10d，縮短幅度最小的安裝項目為消防系統(tǒng)，其實際工期與計劃工期相同，這是因為消防系統(tǒng)在整個項目中受到建筑消防檢查的影響，對工期的要求較為嚴(yán)格，可以優(yōu)化的工序較少；從圖3（b）中可以看出，對各個建筑機(jī)電安裝項目系統(tǒng)進(jìn)行成本優(yōu)化后，優(yōu)化前各個安裝系統(tǒng)的成本比率出現(xiàn)不同程度的變化，最大值為1.18（供暖系統(tǒng)），最小值為0.8，成本超標(biāo)的有消防系統(tǒng)和供電照明系統(tǒng)，而優(yōu)化后，所有的安裝成本均低于成本平衡線（圖中的虛線），最大值為0.84（供水系統(tǒng)），最小值為0.51（供電照明系統(tǒng)），表明采用精細(xì)化的管理可以有效地節(jié)約建筑機(jī)電安裝項目的成本；從圖3（c）中可以看出，運用視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對各個建筑機(jī)電安裝項目系統(tǒng)的質(zhì)量管理進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化，結(jié)果表明優(yōu)化前的各機(jī)電安裝系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)良率變化為70.38%～85.00%，質(zhì)量優(yōu)良率小于75.00%的機(jī)電安裝項目有供水系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)，其質(zhì)量優(yōu)良率分別為70.38%、73.23%和70.86%，而經(jīng)過精細(xì)化管理后，各個機(jī)電安裝系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)良率得到了大幅度的提升，優(yōu)良率的變化為80.05%～94.33%，供水系統(tǒng)、光伏發(fā)電系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)良率分別提高至80.05%、81.34%和88.14%。

圖3 基于視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的建筑機(jī)電安裝項目的精細(xì)化管理成果對比

4 結(jié)論

以實際工程案例為研究對象，基于精細(xì)化（無縫隙）管理的思想，運用視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法對建筑機(jī)電安裝項目的質(zhì)量、工期和成本進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化，分析其管理優(yōu)化效果，得到以下4個結(jié)論。1）建筑機(jī)電安裝項目中，精細(xì)化管理表現(xiàn)出了7個最明顯的特征，分別是精細(xì)化、嚴(yán)格化、協(xié)調(diào)化、標(biāo)準(zhǔn)化、流程化、量化和細(xì)化；2）在采用視神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對各個建筑機(jī)電安裝項目系統(tǒng)進(jìn)行精細(xì)化優(yōu)化后，實際工期比預(yù)期工期呈現(xiàn)不同程度的縮短，達(dá)到了建筑機(jī)電安裝項目的工期降低的目的；3）優(yōu)化前各個安裝系統(tǒng)的成本比率出現(xiàn)不同程度的變化，優(yōu)化后所有的安裝成本均低于成本平衡線，有效地實現(xiàn)建筑機(jī)電安裝項目的成本節(jié)約；4）優(yōu)化前的各機(jī)電安裝系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)良率變化為70.38%～85.00%，而經(jīng)過精細(xì)化管理后，各個機(jī)電安裝系統(tǒng)的質(zhì)量優(yōu)良率得到了大幅度的提升，優(yōu)良率的變化為80.05%～94.33%。