動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)在工程施工管理的應(yīng)用

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摘要：所謂全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，是將現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃和傳統(tǒng)數(shù)值模擬仿真技術(shù)融于一體，并實(shí)現(xiàn)多過(guò)程網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真模擬的全新技術(shù)。它的基本系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)概念也就是通過(guò)構(gòu)建新的CPM，一個(gè)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)工程計(jì)劃管理模型，并直接通過(guò)調(diào)用一個(gè)新的CYCLONE網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型于這個(gè)系統(tǒng)框架中，使得整個(gè)現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃模型盡可能在結(jié)構(gòu)上同時(shí)具有多個(gè)管理層次。需要我們構(gòu)建有效的網(wǎng)絡(luò)工程項(xiàng)目管理控制系統(tǒng)平臺(tái)，利用網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)模擬仿真項(xiàng)目管理控制途徑，實(shí)現(xiàn)覆蓋網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃全過(guò)程的現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃動(dòng)態(tài)模擬仿真項(xiàng)目管理，準(zhǔn)確得出施工規(guī)律。

關(guān)鍵詞：智能全過(guò)程動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)仿真；網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)；施工管理

全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)能夠模擬大型工程施工管理的實(shí)際情況，根據(jù)施工管理的需求，提供有價(jià)值的管理信息，避免施工管理出現(xiàn)失誤，影響整個(gè)工程項(xiàng)目的建設(shè)。工程單位利用全過(guò)程動(dòng)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(xiàng)目施工很容易受到天氣、風(fēng)速、雨水以及建筑水平等各種因素的影響,使得項(xiàng)目在建設(shè)過(guò)程中存在許多不確定性和問(wèn)題,而單靠傳統(tǒng)的計(jì)量方法很難精確的對(duì)工程建設(shè)的進(jìn)展和控制狀況進(jìn)行記錄。所以,本文從實(shí)際出發(fā)，結(jié)合全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)中的CPM技術(shù)和CYCLONE技術(shù)的優(yōu)勢(shì),對(duì)實(shí)際工程進(jìn)行進(jìn)度的分析。

1全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真概述

1.1系統(tǒng)仿真

系統(tǒng)控制仿真是以過(guò)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(jì)算機(jī)模擬技術(shù)實(shí)踐作為理論基礎(chǔ)的一門(mén)綜合性學(xué)科。通過(guò)系統(tǒng)仿真虛擬模型的系統(tǒng)構(gòu)建，并可以運(yùn)用多種計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)對(duì)該仿真模型系統(tǒng)進(jìn)行過(guò)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(shí)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(guò)程動(dòng)態(tài)仿真概述

全過(guò)程性的動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)仿真精度技術(shù)主要利用一個(gè)CYCLONE與一個(gè)CPM結(jié)合技術(shù)，以一個(gè)CPM系統(tǒng)作為技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)框架，將其中的各個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)化后形成一個(gè)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(dòng)態(tài)仿真技術(shù)，對(duì)整個(gè)仿真工程的結(jié)構(gòu)精度情況進(jìn)行了有計(jì)劃性的分析，從而達(dá)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(shí)間的增長(zhǎng)，而發(fā)生了連續(xù)性的變化；對(duì)于離散型系統(tǒng),則是指系統(tǒng)的狀態(tài)在有限的時(shí)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(lái)進(jìn)行研究。在離散系統(tǒng)中最基礎(chǔ)的概念之一就是時(shí)間模擬時(shí)鐘,作為記錄系統(tǒng)中在不同的時(shí)間進(jìn)行不同事件的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間,同時(shí)也是對(duì)系統(tǒng)活動(dòng)過(guò)程和狀態(tài)的最基礎(chǔ)的描述。也因此在整個(gè)流程中,使用了管理層與工程實(shí)施層之間不同的時(shí)間層次，所以設(shè)置了全過(guò)程模擬時(shí)鐘和本地時(shí)間模擬時(shí)鐘。全過(guò)程模擬時(shí)鐘,主要是利用對(duì)CPM網(wǎng)絡(luò)層中的事件模擬軌跡,一般使用時(shí)間量化步長(zhǎng)法或下一步推進(jìn)法。在該課題中我們采用下一步推進(jìn)法為主，并輔助采用時(shí)間量化步長(zhǎng)法,在系統(tǒng)的每一次的時(shí)間推進(jìn)中檢測(cè)系統(tǒng)是不是有事件產(chǎn)生,而一旦有,那么系統(tǒng)就會(huì)在△T處進(jìn)行系統(tǒng)改變。而根據(jù)上述的原則,在偵測(cè)到了事件發(fā)生之后,其系統(tǒng)就將自動(dòng)跳轉(zhuǎn)至CYCLONE層,從而啟動(dòng)了本地的仿真鐘。同時(shí)對(duì)本地的仿真時(shí)鐘也可采取下一步推進(jìn)法,即將某個(gè)節(jié)點(diǎn)作為初始狀態(tài)節(jié)點(diǎn),對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了掃描,從而檢查系統(tǒng)中是不是發(fā)生了滿(mǎn)足條件的活動(dòng),從而進(jìn)行了這種循環(huán)模擬,直到最后把整個(gè)系統(tǒng)控制權(quán)都交還給了全過(guò)程模擬時(shí)鐘。然后使用全過(guò)程模擬時(shí)鐘繼續(xù)正常工作,直到模擬完成。

2仿真建模

根據(jù)全過(guò)程的模擬與動(dòng)態(tài)原理形成了CPM控制層次模型和CYCLONE實(shí)施層次模型。

2.1CPM網(wǎng)絡(luò)層仿真模型的構(gòu)成

CPM模型主要由矢線、節(jié)點(diǎn)與屬性組成，如圖1所示。其中的節(jié)點(diǎn)圖示有3種不同節(jié)點(diǎn)圖示及其符號(hào)分別對(duì)不同工作狀態(tài)下的功能分別進(jìn)行自動(dòng)表示。一般節(jié)點(diǎn)表示在一個(gè)施工中有可能已確定的或較簡(jiǎn)單的關(guān)鍵工序，而并無(wú)具有CYCLONE中的模型層；而仿真節(jié)點(diǎn)狀態(tài)則主要用來(lái)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(shí)限都是由模擬節(jié)點(diǎn)時(shí)間所確定的，而一旦全過(guò)程仿真鐘達(dá)到了該節(jié)點(diǎn)時(shí)間，它就會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)入CYCLONE層中模型并完成相應(yīng)運(yùn)算；而滯后節(jié)點(diǎn)狀態(tài)則代表著不同的工程屬性要求。一般節(jié)點(diǎn)狀態(tài)可分為持續(xù)時(shí)間、時(shí)間分布形式、施工數(shù)量屬性需求等,而模擬節(jié)點(diǎn)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(lái)表示各工程節(jié)點(diǎn)間持續(xù)時(shí)間與工序空間的邏輯關(guān)系，也就是說(shuō)，箭尾節(jié)點(diǎn)完成之后，箭頭節(jié)點(diǎn)才能夠開(kāi)始，但是矢線本身并不會(huì)消耗時(shí)間的資源。

2.2CYCLONE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(hào)來(lái)完成對(duì)各種情況的描述，然后按照實(shí)際情況的施工作業(yè)態(tài)勢(shì)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(jī)制的加入，構(gòu)造出圖示模式來(lái)完成對(duì)實(shí)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(diǎn)所組成。CYCLONE模型的流水單元?jiǎng)t是在該系統(tǒng)過(guò)程中，不斷的完成相應(yīng)的狀態(tài)變化和流動(dòng)實(shí)體的分類(lèi)，并且對(duì)具體的操作作業(yè)中所要求的資源配置狀況加以說(shuō)明。矢線的表示，是對(duì)各個(gè)流水單元的流動(dòng)方向及其相應(yīng)的活動(dòng)順序之間邏輯關(guān)系的分析，在這種狀態(tài)下是不進(jìn)行時(shí)間的消耗的，節(jié)點(diǎn)就是用5種不同的符號(hào)加以標(biāo)識(shí)。在構(gòu)建相關(guān)的CYCLONE模式時(shí)，首先需要明確對(duì)各施工流程中所發(fā)生的活動(dòng)及其與活動(dòng)間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行連接，在活動(dòng)展開(kāi)的過(guò)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(shí)現(xiàn)模式組成的活動(dòng)最終建立，在模式的構(gòu)建過(guò)程中就是一個(gè)經(jīng)過(guò)不斷研究、多次討論的過(guò)程，當(dāng)這種構(gòu)建的模式和對(duì)實(shí)際的系統(tǒng)狀況進(jìn)行操作步驟基本吻合時(shí)，便是最后的CYCLONE模式的形成。

2.3全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型的構(gòu)建

建立全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模式的過(guò)程中，仿真模式也類(lèi)似于相關(guān)的單代號(hào)網(wǎng)絡(luò)圖。針對(duì)全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型的建立過(guò)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(shí)間和相關(guān)空間上的邏輯關(guān)系，之后再通過(guò)相應(yīng)的矢線以及不同的節(jié)點(diǎn)表示方式加以聯(lián)系和描述。全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真模型的構(gòu)建需要注意以下幾點(diǎn)要求：首先是可以有一個(gè)起始的節(jié)點(diǎn)和一個(gè)終止的節(jié)點(diǎn)，然后是在針對(duì)整個(gè)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(gè)流程中，不要采用相同的工程編號(hào)進(jìn)行序列的安排。

3工程實(shí)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(jì)面積約為1500m2，總建筑物標(biāo)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(xiàng)目混凝土使用了預(yù)先準(zhǔn)備的產(chǎn)品混凝土，水泥施工使用8m3的混凝土運(yùn)輸車(chē)運(yùn)輸，水泥注入方式主要采取了混凝土泵送至車(chē)的變流臺(tái)形式，一部分還采取了用水泥施工的升降機(jī)運(yùn)輸或手推車(chē)一并注入的型式。

3.2建立仿真模型

通過(guò)本項(xiàng)施工人員對(duì)不同施工活動(dòng)工期的可能性分布參數(shù)估計(jì)后，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析可以得到對(duì)不同施工活動(dòng)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(shí)際時(shí)間。

3.3仿真參數(shù)的確定

根據(jù)本項(xiàng)目施工人員對(duì)各種施工活動(dòng)工期的概率分布參數(shù)估計(jì)，經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析得出各種施工活動(dòng)工期的概率分布參數(shù)，如表1所示，表中每個(gè)數(shù)據(jù)的單位為時(shí)。

3.4仿真結(jié)果分析

根據(jù)每個(gè)方案的資源分配情況和施工時(shí)間參數(shù),通過(guò)CYCLONE模擬軟件表示所示模式。每個(gè)方案的模擬運(yùn)行共10次,模擬結(jié)果，如表2所示。仿真模擬工程單獨(dú)進(jìn)行了10次,總施工時(shí)間如表2顯示。10次結(jié)果的平均數(shù)是1194.66h。由此可見(jiàn),8個(gè)建筑小品均采取了平行施工的組織方法,故工期相對(duì)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(yùn)輸車(chē)9.2%，混凝土泵送車(chē)6.39%，混凝土組6.39%，測(cè)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。

4結(jié)語(yǔ)

對(duì)于大型工程項(xiàng)目的管理，采用全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真系統(tǒng)，以CPM為框架，以CYCLONE為實(shí)現(xiàn)，形成互補(bǔ)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，在工程應(yīng)用中具有很強(qiáng)的可操作性和實(shí)用性，對(duì)工程管理具有現(xiàn)實(shí)的參考意義。同時(shí)，面對(duì)計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，全過(guò)程動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)在未來(lái)仍有很大的發(fā)展和應(yīng)用空間。

作者：孟璟 單位：天津市動(dòng)物園