试论建筑工程土建施工技术的优化措施

2021-03-30曹子飞

建材与装饰 2021年7期

关键词：土建建筑工程优化

曹子飞

（山西八建集团有限公司，山西太原 030027）

0 引言

新方法和新技术正在改变工程和建筑领域。从住房建设到基础设施正常运转，都使该领域取得长足发展。在这项研究中，深度探讨建筑工程土建施工技术的优化，以此促进建筑业的未来发展。

1 建筑工程土建施工技术优化意义

良好建筑工程施工技术能够保障施工正常进行，降低突发问题发生的概率。为了保障企业的竞争力还必须具备一定先进的技术条件和技术装备，而这些技术条件和技术装备是在逐步优化的过程中逐步形成的，同时这些技术条件和技术装备只有在有效的管理下，才能发挥它最高的水平。由此可见，建筑工程施工技术的优化，不仅关系着建筑工程施工的水平，同时还关系着建筑企业在市场中的竞争能力，因而在建筑工程的发展中起着十分重要的作用[1]。

优化是所有工程实践的固有部分。在建筑物的施工中，从地基到屋顶的所有部分都应该在安全舒适的条件下进行优化设计和节约建造，特别是在地基较弱的情况下。建筑工程土建施工技术优化对于提高建筑工程土建施工的效率、生产率和安全性很重要。主要目的是利用全局最优化技术，从而使施工成本总和并且将由于设施布局限制而产生的互动成本降至最低。在实践中，建筑工程土建施工技术优化可以通过实现众所周知的工程测试算法来获得最佳的施工方案，用于增加解决方案的多样性，有助于为建筑工地布局问题确定适当的解决方案。

2 建筑工程土建施工技术主要问题

在建筑工程发展的过程中，由于施工技术方面存在的问题，使建筑工程的发展中存在一些阻碍，这些问题主要体现在混凝土、土方工程以及管理等方面[2]。

（1）混凝土使用过程中存在的问题，混凝土是建筑工程施工中必不可缺少的原材料之一，其中涉及的混凝土技术在土建结构中发挥着重要的作用。首先，受到建筑施工规模、周围环境、人员使用等方面的影响，会对混凝土的质量造成一定的影响，从而影响混凝土的使用状况；其次，在混凝土的运送、和材料的搅拌过程中，受到时间、比例的因素，也会对建筑工程的施工质量造成影响

（2）在建筑工程土建施工中，土方工程具有不可忽视的经济和环境影响，是建筑工程土建施工中唯一缺少事先明确定义的计划的领域。基于使用质量图模型和优化的经典方法没有考虑到现场发现的材料的类型和质量，因此很难优化每种材料的实际流量。传统意义上对土方工程的优化取决于土方工程经理的经验，这就导致土方工程在土建施工实践中几乎没有回旋的余地。

（3）在管理存在的问题，在传统的建筑工程中，主要侧重施工的实施和维护等方面，缺乏对整个过程的管理，使施工单位缺乏完善的管理体系作为支撑，受建筑工程管理不完善的影响，经常会出现施工技术没有按照标准实施或由于人员疏忽造成的经济损失，从而给施工单位带来巨大的经济损失。

3 建筑工程土建施工技术优化措施

3.1 使用Taguchi 法优化混凝土参数

混凝土是整个建筑业的主要参与者，它的生产和消费满足了对混凝土主要成分同样高产和高消耗的需求。在整个建筑环境的框架内，对建筑工程的可持续性进行全面评估，必须考虑到建筑在整个生命周期内的使用条件下的性能，包括耐久性。裂缝为侵蚀打开进入途径，使侵蚀能够渗透到结构元件内部，到达钢筋和内部大体积混凝土，并激活复杂的降解机制，其中相同钢筋的腐蚀肯定是最危险的腐蚀之一。在过去的50 年中，混凝土技术发展了纤维增强混凝土（FRC）。得益于分散的纤维增强从早期开始，就可以在整个结构中实现对裂缝宽度的有效控制。事实上，当前的建筑技术，工艺资格以及在某些情况下相同的结构概念还没有跟上混凝土和水泥基材料的材料概念和技术的发展。为此，用于优化过程参数的Taguchi 方法是一种有效的工具。Taguchi 方法是一种离线质量控制技术，旨在提高产品的可制造性和可靠性，并降低其使用寿命成本和产品开发。由于混凝土固有的脆性和低的拉伸强度，所采取的措施包括优化水泥生产工艺，包括废热的再利用或在水泥窑中使用二次燃料，例如废轮胎[3]。

此外，混凝土技术的强大研究和进步促进了水泥和黏合剂使用的巨大优化。为减少水泥对混凝土生产的需求而不断做出的努力，以及保持其利益的“性能”，补充使用补充性胶凝材料，以代替混凝土中的水泥和生产多种水泥。混合水泥，包括粉煤灰、颗粒状高炉矿渣、硅粉、天然火山灰以及来自各种工业和废物回收燃烧过程的副产品。通过操纵材料的最内部结构，将能够获得无法获得的性能和性能水平可以通过传统的处理获得和实现。这类高级水泥复合材料的成分具有高含量的水泥和辅助黏合剂，具有火山灰（粉煤灰，硅粉）或延迟的水泥活性（矿渣）和低水含量。所产生的大量反应性材料，在未暴露于水的情况下，并截留在结构元件的大体积内部，可能会在暴露于室外环境的裂缝中出现，如果存在液态或蒸气水。这些都可以延迟激活水合反应和碳酸化反应，其产物沉淀在裂缝表面上，将其密封，以减慢侵蚀剂渗透到其核心结构中的速度，并最终达到加固的水平。由于其天生的自我修复能力，基体还能够逐渐密封相同的紧密间隔和狭窄的开口裂缝，从而使其在未破裂状态下的原始性能得以恢复。

3.2 使用ICOM 方法优化土方运输

建筑工程土建施工中，土方运输是一项复杂的活动，由必须在现场进行以获取坡度的一组动作组成，该坡度将作为最终路径的基线。这就需要从生产区域到将要使用的地方挖掘和运输大量材料。这项工作的成本可能占工作总预算的15～30%，这对整个项目产生巨大影响。如果做得正确，它可以显著减少材料数量，从而减少对环境的影响。传统上，线性活动计划方法基于物料的纵向平衡，它表示平均运输距离，但不能根据物料的组成和质量来区分物料的类型，这意味着可能无法遵循指示可用于垃圾填埋场类型的材料类型的建筑标准，产生的补偿性土壤运动可能是无效的，需要部分甚至全部重复计算以产生新的平衡程序。ICOM 方法（优化质量补偿的智能方法）允许对经典工程进行优化，例如挖掘和填充，从而优化施工成本。这种通用的方法为每个项目设想了不同的选择，并允许在考虑其他因素（包括其他因素）的情况下选择最合适的一种，基本原理是在尽可能短的距离内运输最小体积的物料，包括体积系数的应用和建立提取物资或废物倾倒区。ICOM 方法通过将与挖掘，运输和填充操作相对应的三个项目加在一起来定义单位成本，有助于快速适应影响建筑工程项目施工的不可预见的事件，这样可以更新土方工程的计划，从而提供更大的多功能性[4]。

另外，该方法还提高了建筑工程项目施工的可持续性，可以通过比较加权结果来选择理想的选择，无论是以运输距离、要运输的物料量、完成时间、废物产生、CO2排放量的形式。ICOM 方法提供的与运输力矩之和相对应的数据反映了过程的优化程度。因此，ICOM 数量越低，获得的优化程度就越大。该方法可以应用于土建项目的所有阶段。在设计阶段，该方法可确保与可用的地质，地形或其他材料数据进行最佳平衡选择；在计划阶段，它会在所有计算出的假设和执行阶段中选择最佳假设，并提供有关材料的最可靠信息，更加精确地想象所有可能的假设，然后选择最合适的假设；在评估和监视阶段，它可以监视工作，随时更新数据，并在结果显示中包含实际执行的所有工作信息，从而获得报告，工作清单，这不仅可以节省预算，还可以减少二氧化碳排放量以及整个工作日，从而避免给用户带来不必要的不便。

3.3 使用BIM 优化土建施工的流程

建设项目过程本质上是分解的，具有复杂的生命周期。它们是内置的顺序阶段，从项目的初始阶段到可能的拆除阶段，这些阶段假定了庞大的文档和信息。建设项目的现实要求来自不同组织的不同专业人员进行互动和整合，以在项目范围和目标内执行已定义的任务。传统目标（即时间，成本和质量）以及项目的生产率通常会受到影响，是土建施工绩效差的主要问题。通过适当地采用和实施BIM，可以大大减少项目管理中的复杂性和困难。BIM 增强了当前的通信流程，提供了一个协作平台，并支持不同业务域之间的互操作性。此外，成功实施BIM 可以在整个项目施工生命周期中提高性能并提高工作效率[5]。

BIM 是改善建筑工程性能，降低生产成本以及施工过程中出现的故障，在土建活动中进行流程优化的主要来源。从建设到利用，BIM 自始至终为了提高土建施工技术在整个施工生命周期中以及跨不同建设业务职能的有效性，在不同的集成平台中进行项目开发，使不同的专业人士（建筑师、工程师和设计师）可以实时地在同一模型中工作，以此推动建筑工程土建施工的进步，以挑战更高的成本优势，避免错误和遗漏，提高生产率，支持计划，安全性，成本和质量管理。它包含了所有建筑组成部分，包括几何形状、空间关系、属性和数量，使用该工具可以提高项目流程的效率和精度，通过更好的信息协调来减少错误，可以模拟某些项目组件、生成生产文档、降低维护成本。