资源约束下装配式混凝土建筑优化调度模型研究

张利健

（福州职业技术学院，福建 福州 350108）

1 资源约束

资源约束是指在自然资源不足或者资源过度利用的情况下，对资源的利用造成了约束和限制[1]，其主要特点体现在资源供需矛盾严重、资源利用率低、资源浪费量大、对经济发展存在潜在约束等方面。在社会快速发展的过程中，建筑建设规模持续扩大，占用了大量的土地资源，并且在施工过程中需要投入大量的资源，很有可能会出现资源浪费的现象，和我国当前可持续发展理念相违背，也会引发资源约束问题的出现。而装配式混凝土建筑打破了以往施工技术存在的局限性，利用现场组装的方式完成建筑施工，能够控制资源的投入量。因此在资源约束背景下，装配式混凝土建筑的出现为后续建筑行业的发展提供了重要的动力，缓解了当前资源供需矛盾的问题。

2 资源约束背景下装配式混凝土建筑优化调度总体框架

2.1 调度特点

装配式混凝土建筑施工主要涉及现场施工、构件运输、构件生产3 个关键环节。从表面上看，该建筑施工模式的施工环节较少，但是和传统施工模式相比，其资源调度过程更为复杂。

（1）以往在施工过程中调度所涉及的作业空间具有单一化的特点，多个作业空间之间不存在资源牵制的现象。而在装配式混凝土建筑施工过程中存在多个不同的作业空间，特别是在为同一建设环节提供相应调度服务时，会受到处于不同空间下时间条件的约束和限制。

（2）传统施工项目调度模型单一，装配式混凝土建筑不同作业空间的调度形式存在较大差异。虽然在施工过程中，装配式混凝土建筑的调度模式仍然和传统施工项目相同，但在构件生产环节形成了工业化的生产流程，其调度也处于工业化生产范围内。

（3）现场装配环节、生产环节以及运输环节所处的地理位置具有较大差异。在对各类资源进行调度的过程中会受到多种不同因素的影响和制约，包括环境要素、资源要素、地域要素等，其中一项要素出现波动都会影响施工活动的有序开展，导致调度活动出现偏差，从而引发成本上升以及工期延误等问题的出现[2]。

2.2 调度过程

通过对装配作业空间进行分析，可以将其划分为多个不同的建设空间以及建设时间节点，利用运输作为媒介形成现场装配和生产环节之间的约束关系。例如，在某个施工节点，现场装配空间发出调度指令，生产环节根据调度指令对构件进行生产，再由物流单位将所生产出的构件运输到施工现场完成施工活动。每个调度空间均按照这样的顺序完成循环，一直持续到施工结束。在施工过程中，假设每个作业空间的工序不可以中断，同时要求可更新资源不能够作为成本，在确定环境下减少环境因素的影响，也不考虑构件生产以及装配过程中所需要投入的储存成本，可以进一步简化装配式建筑的施工过程。具体如下。

（1）在某个时间点上只完成运输作业和生产活动，不涉及现场装配，在这一阶段构件完成生产后会被放到施工现场储存。但是由于调度模型具有复杂性，因此不对储存阶段的成本进行考虑[3]。

（2）对于某段时间到另一段时间之间所涉及的各个环节的生产作业，在现场装配过程中如果发现存在资源不足的现象，需要对生产空间下发调度指令，要求生产空间对构件进行生产安排，之后运输到施工现场。在这一过程中忽略外界因素给调度活动带来的影响，确保调度处于不中断的状态。

（3）在施工过程中会需要使用各种不同类型的构件，需要分析构件类型对调度活动产生的影响，要求可以结合构件需求完成生产。

2.3 调度计划

调度计划的合理设计能够有效提高调度效率，需要从3 个作业空间出发，分别设置相应的调度流程：①在现场装配活动中，需要分析建筑的整体施工流程，明确各个构件的装配顺序，将其作为后续整体调度的基础。②在运输环节中，需要同时了解生产情况以及现场的构件需求，将不同类型的构件作为最小调度单元完成构件运输。③在生产环节中，需要明确不同构件的具体生产流程，为了能够形成协同调度模式、优化生产工序，需要将施工工期以及施工资源投入作为基础，结合现场施工情况对生产计划进行调整[4]。

3 资源约束背景下装配式混凝土建筑优化调度技术

3.1 动态调度协同技术

在装配式混凝土建筑建设过程中，涉及的作业空间较多，在具体的调度过程中空间以及空间之间会产生牵制关系，因此需要重视对牵制关系的处理。动态调度协同技术则可以有效解决这一问题，例如，在现场装配过程中，可以将时间要素作为约束条件，利用不同空间的调度顺序完成传递[3]。在调整空间以及空间的协同关系时，可以将现场装配调度优化后所需要的工期时间作为约束条件，利用运输环节完成不同资源的多个空间有序调度。动态调度协同技术将作业工期约束作为基础条件，同时也属于必要条件，利用多维度调度模型达到最短时间、最低成本的施工目标。

在具体的调度模型构建过程中，将TCTP 作为模型最优目标，利用现场作业资源对运输环节以及生产环节的调度进行牵引，具体是指结合现场装配过程中对不同类型构件的需求，对生产时间、运输时间以及生产计划进行约束。

其中运输环节需要为现场装配环节提供服务，结合现场装配的时间点明确运输计划[5]。在针对不同作业空间完成调度计划优化后，需要根据最优目标以及空间牵制要素利用遗传算法对调度计划进行最优调整。

3.2 最优资源总量确定技术

在多空间调度资源优化时，需要将不同空间的效益作为基础目标，在时间约束以及资源约束的基础上，利用遗传算法明确资源的最佳配置方式。如果不同空间的资源量出现变化，则调度计划也需要进行调整。当每个空间资源总量处于较多状态时，资源成本投入也会有所提高，但是在生产安排过程中不会出现过多的资源冲突问题，施工工期也随之缩短。当每个空间资源总量处于较少状态时，资源成本投入虽然会降低，但是在生产安排过程中容易出现资源冲突问题，导致施工时间有所延长。因此需要明确资源总量，可使用最优资源总量确定技术进行分析。如果该技术能够了解在不同空间作业下资源总量的最佳数值，就能加强对成本以及资源的控制。此外，相关人员需要调整各个空间的调度进度计划，明确初始资源总量数值，再不断地调整资源总量，减少资源总量，从而完成调度优化，确保在资源总量有限的情况下能够提高施工效率[6]。

4 资源约束背景下装配式混凝土建筑优化调度模型构建

4.1 优化调度模型思路

在进行调度时，通过动态协调技术可以针对多个空间的资源调度问题进行处理，防止资源调度过程中存在的约束问题。首先需要构建协同管理平台，针对装配作业环节、运输环节、生产环节分别进行深入分析，从资源约束、工期约束、紧前关系约束角度出发对调度方式进行优化，尽可能在最短时间内达到最优的成本控制效果。如果对调度模型进行应用模拟后，其预期成果不符合成本以及工期控制要求，可以再次通过协同管理平台对调度模型进行优化。在优化调度模型时，以成本-工期最优目标为基础，利用现场装配资源调度对运输环节和生产环节的调度进行牵引，使用遗传算法获得最为合适的调度计划[7]。在运输调度过程中，将现场装配总工期、装配构件时间节点和该节点所需资源量作为基础约束，以资源成本最优作为调度优化目标，保证在某一段运输时间内可以运输最多的资源，并将生产资源成本作为调度模型优化目标，以此为基础对生产工序进行合理安排。

4.2 模型建立

4.2.1 现场装配调度优化模型

现场装配是影响装配式混凝土建筑后续使用安全的关键要素，在现场装配过程中需要对各类构件进行合理应用，尽量缩短施工时间。在该环节中，应合理安排工序活动，选择在合适的时间实施合适的施工工序，以此来达到最佳的施工建设效果。在施工过程中，直接成本和工序持续时间呈现出反比关系，工序时间缩短则直接成本会上升，当施工时间被压缩到极致状态时，直接成本变化不会给工期带来过多的影响。

在优化现场装配调度模型时，以工序持续时间-直接成本作为计算基础，对工序时间和成本的关系进行假设，设定其为二次函数关系，再针对成本以及工序之间的关系进行计算。在计算的过程中，需要考虑压缩以及未压缩工序工期后的直接成本、工序直接成本压缩系数、压缩工期以及最长工期。在分析间接成本和工序工期关系时，需要考虑间接成本、压缩工期以及间接成本系数。在具体模型建立过程中，应从成本约束、工期约束以及时间约束角度出发对模型进行优化，并综合分析施工总工期、工序施工最短和最长工期、最大限制总成本以及总工期[8]。

4.2.2 运输调度优化模型

构件运输会影响构件的质量，也会影响构件是否能够及时运送到施工现场。为了确保各个环节能够得到有效调度，形成协同作业的模式，需要对配件生产过程中所需要的时间以及资源作为基础进行分析，将构件作为最基础的调度单元，在满足工期约束的基础上，将资源成本作为最佳条件。在满足工序逻辑关系以及资源约束的基础之上对调度模型进行优化。在调度模型中紧前关系是主要的参数之一，要求每项工序在开始之前其时间和紧前工序完成时间相同，或者超过这一时间。针对在不同时间段、对不同类型可更新资源提出的需求，应当保证其需求量少于供应量[9]。除去调度模型优化外，在运输过程中同时需要做好合理管控，在确保运输时效性的基础上减少资源浪费；还需要做好包装保护措施，针对容易碰坏的位置采取特殊的防护手段，进而避免在磕碰过程中出现质量问题。

4.2.3 生产调度优化模型

构件的生产过程主要由工厂完成，形成了流水化的生产体系，和现场调度相比，该环节的调度方式更为简单，可以利用RCPSP 完成求解。在优化生产调度模型时仍然将构件作为最小调度单元，分析在生产过程中所需要的时间以及所需要的资源[10]。在具体的模型构建过程中可以不考虑材料成本，但需重点分析人工成本以及设备成本。在生产过程中，应当与工厂的管理人员进行沟通提出构件的具体质量要求，并确保工厂拥有完善的生产设备以及高素质的生产队伍，确保构件生产的合理性，保证人力资源投入在最佳范围内。

5 结语

装配式混凝土建筑简化了以往的施工流程，提升了施工效率，但是其存在的质量隐患出现较大的变化，如果仍然使用以前的调度策略，将难以有效发挥装配式混凝土建筑的优势，会给建筑的发展造成不利影响，降低人们对于装配式建筑的认可程度。在资源运输背景下，优化调度成为装配式混凝土建筑施工建设所关注的重点，这需要相关人员明确该类建筑的调度特点，制订合适的调度流程和调度计划，对动态调度协同技术、最优资源总量确定技术进行合理利用，保证后续调度模型构建的合理性。在优化调度模型时需要从现场装配、运输环节以及生产环节入手，为装配式混凝土建筑活动的开展打下良好基础，提高施工的科学性和有序性。