全過程動態(tài)仿真技術(shù)及其在大型工程施工管理中的應(yīng)用探究

孟璟

（天津市動物園，天津 300381）

全過程動態(tài)仿真技術(shù)能夠模擬大型工程施工管理的實際情況，根據(jù)施工管理的需求，提供有價值的管理信息，避免施工管理出現(xiàn)失誤，影響整個工程項目的建設(shè)。工程單位利用全過程動態(tài)仿真技術(shù)提升施工管理的水平，發(fā)揮工程建設(shè)的效益。

大型項目施工很容易受到天氣、風速、雨水以及建筑水平等各種因素的影響,使得項目在建設(shè)過程中存在許多不確定性和問題,而單靠傳統(tǒng)的計量方法很難精確的對工程建設(shè)的進展和控制狀況進行記錄。所以,本文從實際出發(fā)，結(jié)合全過程動態(tài)仿真技術(shù)中的CPM技術(shù)和CYCLONE技術(shù)的優(yōu)勢,對實際工程進行進度的分析。

1 全過程動態(tài)仿真概述

1.1 系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)控制仿真是以過程控制模擬理論和微信息處理控制技術(shù)、相似控制理論以及多種計算機模擬技術(shù)實踐作為理論基礎(chǔ)的一門綜合性學科。通過系統(tǒng)仿真虛擬模型的系統(tǒng)構(gòu)建，并可以運用多種計算機模擬技術(shù)對該仿真模型系統(tǒng)進行過程控制，從而更加可靠地得到在不同的系統(tǒng)邊界的控制條件下，隨著邊界時間的不斷推移，其控制系統(tǒng)中所發(fā)生的基本狀態(tài)的不斷變化。

1.2 全過程動態(tài)仿真概述

全過程性的動態(tài)結(jié)構(gòu)仿真精度技術(shù)主要利用一個CYCLONE與一個CPM結(jié)合技術(shù)，以一個CPM系統(tǒng)作為技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計框架，將其中的各個節(jié)點進行細化后形成一個CYCLONE精度模型，從而初步形成不同技術(shù)層次的工程結(jié)構(gòu)精度模型，在其中利用動態(tài)仿真技術(shù)，對整個仿真工程的結(jié)構(gòu)精度情況進行了有計劃性的分析，從而達到工程管理的目的。

系統(tǒng)中也可以包括連續(xù)型與離散型的系統(tǒng)。所謂的連續(xù)型系統(tǒng)，是指物質(zhì)狀態(tài)隨著時間的增長，而發(fā)生了連續(xù)性的變化；對于離散型系統(tǒng),則是指系統(tǒng)的狀態(tài)在有限的時間內(nèi)，發(fā)生了跳躍性的變化。它還結(jié)合了工程管理，并作為離散式系統(tǒng)來進行研究。在離散系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的概念之一就是時間模擬時鐘,作為記錄系統(tǒng)中在不同的時間進行不同事件的標準時間,同時也是對系統(tǒng)活動過程和狀態(tài)的最基礎(chǔ)的描述。也因此在整個流程中,使用了管理層與工程實施層之間不同的時間層次，所以設(shè)置了全過程模擬時鐘和本地時間模擬時鐘。

全過程模擬時鐘,主要是利用對CPM網(wǎng)絡(luò)層中的事件模擬軌跡,一般使用時間量化步長法或下一步推進法。在該課題中我們采用下一步推進法為主，并輔助采用時間量化步長法,在系統(tǒng)的每一次的時間推進中檢測系統(tǒng)是不是有事件產(chǎn)生,而一旦有,那么系統(tǒng)就會在△T處進行系統(tǒng)改變。而根據(jù)上述的原則,在偵測到了事件發(fā)生之后,其系統(tǒng)就將自動跳轉(zhuǎn)至CYCLONE層,從而啟動了本地的仿真鐘。同時對本地的仿真時鐘也可采取下一步推進法,即將某個節(jié)點作為初始狀態(tài)節(jié)點,對系統(tǒng)進行了掃描,從而檢查系統(tǒng)中是不是發(fā)生了滿足條件的活動,從而進行了這種循環(huán)模擬,直到最后把整個系統(tǒng)控制權(quán)都交還給了全過程模擬時鐘。然后使用全過程模擬時鐘繼續(xù)正常工作,直到模擬完成。

2 仿真建模

根據(jù)全過程的模擬與動態(tài)原理形成了CPM控制層次模型和CYCLONE實施層次模型。

2.1 CPM網(wǎng)絡(luò)層仿真模型的構(gòu)成

CPM模型主要由矢線、節(jié)點與屬性組成，如圖1所示。

圖1 CPM網(wǎng)絡(luò)層仿真模型構(gòu)成元素

其中的節(jié)點圖示有3種不同節(jié)點圖示及其符號分別對不同工作狀態(tài)下的功能分別進行自動表示。一般節(jié)點表示在一個施工中有可能已確定的或較簡單的關(guān)鍵工序，而并無具有CYCLONE中的模型層；而仿真節(jié)點狀態(tài)則主要用來描述建筑工程中較復(fù)雜的工序，而這些工序所能維持的時限都是由模擬節(jié)點時間所確定的，而一旦全過程仿真鐘達到了該節(jié)點時間，它就會自動轉(zhuǎn)入CYCLONE層中模型并完成相應(yīng)運算；而滯后節(jié)點狀態(tài)則代表著不同的工程屬性要求。一般節(jié)點狀態(tài)可分為持續(xù)時間、時間分布形式、施工數(shù)量屬性需求等,而模擬節(jié)點狀態(tài)則分為施工條件布置、設(shè)備參數(shù)表示和有關(guān)的地質(zhì)參數(shù)。

矢量曲線主要就是用來表示各工程節(jié)點間持續(xù)時間與工序空間的邏輯關(guān)系，也就是說，箭尾節(jié)點完成之后，箭頭節(jié)點才能夠開始，但是矢線本身并不會消耗時間的資源。

2.2 CYCLONE仿真模型的構(gòu)成

根據(jù)這種建模方法，人們一般將模型定義為用5種符號來完成對各種情況的描述，然后按照實際情況的施工作業(yè)態(tài)勢及其相應(yīng)的邏輯關(guān)聯(lián)步驟，將他們之間完成了矢量狀態(tài)的聯(lián)系，并合理的加以了調(diào)節(jié)機制的加入，構(gòu)造出圖示模式來完成對實際工況的描述。CYCLONE的基本模型是由流水單元，矢線及其相應(yīng)的節(jié)點所組成。

CYCLONE模型的流水單元則是在該系統(tǒng)過程中，不斷的完成相應(yīng)的狀態(tài)變化和流動實體的分類，并且對具體的操作作業(yè)中所要求的資源配置狀況加以說明。矢線的表示，是對各個流水單元的流動方向及其相應(yīng)的活動順序之間邏輯關(guān)系的分析，在這種狀態(tài)下是不進行時間的消耗的，節(jié)點就是用5種不同的符號加以標識。

在構(gòu)建相關(guān)的CYCLONE模式時，首先需要明確對各施工流程中所發(fā)生的活動及其與活動間的關(guān)聯(lián)進行連接，在活動展開的過程中，再根據(jù)所需要的流水單元及其模塊中存在的關(guān)聯(lián)參數(shù)設(shè)置實現(xiàn)模式組成的活動最終建立，在模式的構(gòu)建過程中就是一個經(jīng)過不斷研究、多次討論的過程，當這種構(gòu)建的模式和對實際的系統(tǒng)狀況進行操作步驟基本吻合時，便是最后的CYCLONE模式的形成。

2.3 全過程動態(tài)仿真模型的構(gòu)建

建立全過程動態(tài)仿真模式的過程中，仿真模式也類似于相關(guān)的單代號網(wǎng)絡(luò)圖。針對全過程動態(tài)仿真模型的建立過程而言，首先需要確定使用該模塊的相應(yīng)施工工程序列的安排，及其與它們之間在時間和相關(guān)空間上的邏輯關(guān)系，之后再通過相應(yīng)的矢線以及不同的節(jié)點表示方式加以聯(lián)系和描述。全過程動態(tài)仿真模型的構(gòu)建需要注意以下幾點要求：首先是可以有一個起始的節(jié)點和一個終止的節(jié)點，然后是在針對整個流程的建設(shè)中，不要出現(xiàn)違反常規(guī)的邏輯情況發(fā)生，最后是在建立相關(guān)模塊的整個流程中，不要采用相同的工程編號進行序列的安排。

3 工程實例應(yīng)用

3.1 工程概況

某工程需要修建建筑小品8座，合計面積約為1500m2，總建筑物標高約為12.3m。建筑構(gòu)造的基本型式為框架-剪切墻的結(jié)構(gòu)。本項目混凝土使用了預(yù)先準備的產(chǎn)品混凝土，水泥施工使用8m3的混凝土運輸車運輸，水泥注入方式主要采取了混凝土泵送至車的變流臺形式，一部分還采取了用水泥施工的升降機運輸或手推車一并注入的型式。

3.2 建立仿真模型

通過本項施工人員對不同施工活動工期的可能性分布參數(shù)估計后，經(jīng)統(tǒng)計分析可以得到對不同施工活動工期的可能性分布參考值，如圖2所示，而上表中所有數(shù)值的單位都是實際時間。

圖2 施工人員對不同施工活動工期的可能性分布參考值

3.3 仿真參數(shù)的確定

根據(jù)本項目施工人員對各種施工活動工期的概率分布參數(shù)估計，經(jīng)統(tǒng)計分析得出各種施工活動工期的概率分布參數(shù)，如表1所示，表中每個數(shù)據(jù)的單位為時。

表1 各種施工活動工期的概率分布參數(shù)

3.4 仿真結(jié)果分析

根據(jù)每個方案的資源分配情況和施工時間參數(shù),通過CYCLONE模擬軟件表示所示模式。每個方案的模擬運行共10次,模擬結(jié)果，如表2所示。

仿真模擬工程單獨進行了10次,總施工時間如表2顯示。10次結(jié)果的平均數(shù)是1194.66h。由此可見,8個建筑小品均采取了平行施工的組織方法,故工期相對較短,為1194.66h。按資源效率的從高至低順序則是：鋼筋組36.28%，木工組30.35%，架子工組10.13%，混凝土運輸車9.2%，混凝土泵送車6.39%，混凝土組6.39%，測量組3.08%。因此，采用這種施工組織方式，工期短，但資源利用率有待提高。

表2 仿真結(jié)果分析表

4 結(jié)語

對于大型工程項目的管理，采用全過程動態(tài)仿真系統(tǒng)，以CPM為框架，以CYCLONE為實現(xiàn)，形成互補的技術(shù)優(yōu)勢，在工程應(yīng)用中具有很強的可操作性和實用性，對工程管理具有現(xiàn)實的參考意義。同時，面對計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，全過程動態(tài)仿真技術(shù)在未來仍有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。