張夢 顧偉紅

摘要：針對鐵路連續(xù)梁現(xiàn)澆施工不同工藝的工期、成本問題展開研究，運用系統(tǒng)動力學(xué)軟件VENSIM建立連續(xù)梁施工工期、成本分析的系統(tǒng)動力學(xué)模型。首先分析影響連續(xù)梁施工工期、成本的主要變量及其之間的邏輯關(guān)系和數(shù)學(xué)關(guān)系，并繪制出模型的存量流量圖;然后結(jié)合銀西線控制工程靈武西特大橋優(yōu)化方案實例，仿真模擬其支架現(xiàn)澆法與懸臂澆筑法的工期、成本偏差。模擬結(jié)果顯示支架現(xiàn)澆施工工藝在工期上較懸臂澆筑有較大優(yōu)勢，但是會增加施工成本。研究同時也驗證了系統(tǒng)動力學(xué)方法在連相關(guān)工藝對比中的適用性。

Abstract： This paper studies the construction period and cost of different processes of continuous beam cast-in-place construction. The system dynamics model VENSIM is used to establish the system dynamics model of construction period and cost analysis of continuous beam. Firstly， the main variables affecting the construction period and cost as well as the logical relationship and mathematical relationship between them of continuous beam are analyzed， and the stock flow chart of the model is drawn. Then， combining with the optimization scheme of Lingwuxi Bridge of Yinxi Line control project， the construction period and cost deviation of the cast-in-place method and the cantilever casting method is simulated. The simulation results show that the cast-in-place construction technology has a greater advantage over the cantilever casting in the construction period， but it will increase the construction cost. The study also validated the applicability of the system dynamics method in the comparison of related processes.

關(guān)鍵詞：橋梁工程;工期偏差;成本偏差;系統(tǒng)動力學(xué);連續(xù)梁現(xiàn)澆施工

Key words： bridge engineering;construction period deviation;cost deviation;system dynamics;continuous beam cast-in-place construction

中圖分類號：U445.4 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）14-0037-03

0 ?引言

鐵路是我國綜合交通運輸體系的骨干，近年來一直處于高速發(fā)展建設(shè)期。按照我國鐵路《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》，2025年后鐵路網(wǎng)規(guī)模將達(dá)到17.5萬公里，需新建鐵路網(wǎng)5.4萬公里[1]，與現(xiàn)有運行里程相等，鐵路新建項目任務(wù)重、時間緊。一些特大橋梁工程往往是新建線的控制性工程，如何加快橋梁施工的進度，縮短施工工期是橋梁施工管理的重要目標(biāo)[2]。

本文以靈武西特大橋主跨177.5m的單箱單室連續(xù)梁現(xiàn)澆施工為依托案例，從工期和成本兩個方面進行施工工藝的對比分析。研究內(nèi)容由四部分組成：首先介紹研究方法與思路;其次建立了連續(xù)梁現(xiàn)澆施工工藝的工期成本分析系統(tǒng)動力學(xué)模型，并對該模型進行了有效性檢驗;第三步結(jié)合實例進行仿真模擬;最后得出結(jié)論并提出決策。論文的研究和結(jié)論可為連續(xù)梁施工工藝決策提供數(shù)據(jù)參考。

1 ?研究方法

系統(tǒng)動力學(xué)是由麻省理工學(xué)院的Forrester教授在1956年創(chuàng)立的一門學(xué)科，以反饋控制理論作基礎(chǔ)，應(yīng)用計算機仿真技術(shù)實現(xiàn)對現(xiàn)實生活中較為復(fù)雜的、動態(tài)的系統(tǒng)問題的模擬研究[3]。連續(xù)梁現(xiàn)澆施工的工期、成本研究本身就是涉及多道工序及眾多影響因素的復(fù)雜系統(tǒng)，系統(tǒng)動力學(xué)對此問題的應(yīng)用具有良好的適用性，近年來系統(tǒng)動力學(xué)在工程項目工期-成本管理領(lǐng)域的應(yīng)用研究也是日漸廣泛[4-5]。系統(tǒng)動力學(xué)的建模通常遵循確定邊界、模型描述（存量流量圖）、模型檢驗、系統(tǒng)分析等幾個步驟[6]，本文同樣按照此程序構(gòu)建連續(xù)梁現(xiàn)澆施工工藝的工期-成本優(yōu)化系統(tǒng)動力學(xué)模型。

2 ?連續(xù)梁現(xiàn)澆工藝工期成本對比分析的系統(tǒng)動力學(xué)模型

2.1 模型邊界及假設(shè)

在建立施工工藝對比模型時，本著必要和簡約原則確定模型邊界：在建立模型此時先不考慮返工和損耗的影響;成本方面只計算人工費、材料費和機械使用費組成的直接工程費定額水平基價;為了分析各工序的成本組成并準(zhǔn)確對比分析兩種施工工藝差異，各工序的成本計算以2017年《鐵路工程預(yù)算定額》[7]為準(zhǔn)，也不計實際價差（宏觀影響因素）。工期按照2018年《鐵路工程施工組織設(shè)計規(guī)范》[8]對工程進度進行施工組織設(shè)計安排。

為了方便建立該研究模型，提出以下假設(shè)：連續(xù)梁施工現(xiàn)場均滿足懸臂澆筑和支架現(xiàn)澆的條件;施工過程中現(xiàn)場條件對兩種施工方法的滿足度一致，即除了因施工方法不同帶來的工期、成本變化外，其余影響可忽略，并且現(xiàn)場可保證兩方案施工過程流暢。

2.2 系統(tǒng)動力學(xué)模型的存量流量圖

從施工工藝的工期、成本兩個方面切入，模型系統(tǒng)研究的主要變量是工期偏差和成本偏差， 工期偏差是指計劃工期與實際工期的差值：以懸臂澆筑的施工工期為計劃工期，以支架現(xiàn)澆法的工期為實際工期，實際工期與單位時間實際工程量成比例關(guān)系。成本偏差同樣是指計劃成本與已完工程實際成本的差值：以懸臂澆筑的施工成本為計劃成本;實際成本是指支架現(xiàn)澆的施工成本。

確定系統(tǒng)元素及其因果聯(lián)系以后，需要構(gòu)建存量流量圖明確變量間量化關(guān)系以使因果關(guān)系圖所表示的模型能在計算機上運行，進而可以模擬兩種不同現(xiàn)澆施工方案的工期、成本對比情況。本文運用VENSIM軟件繪制存量流量圖，如圖1所示。

存量流量圖明確了影響因素的變量類型，并根據(jù)量化模型的需要及變量之間的邏輯關(guān)系添加了一些輔助變量，如總工程量與剩余工程量。

3 ?模型研究分析

3.1 案例數(shù)據(jù)

本文依托銀西線靈武西特大橋主跨177.5m長的單室單箱連續(xù)梁現(xiàn)澆工程案例對項目采用支架現(xiàn)澆和懸臂澆筑兩種施工工藝施工進行成本、工期對比，該工程主要工程量如表1所示。

通過查詢2017年《鐵路橋涵工程預(yù)算定額》得知，表1中的工程量可歸于連續(xù)箱梁混凝土、普通鋼筋、粗鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線、掛籃的安拆和腳手架搭設(shè)與拆除等子目中計算。

考慮以上工序涉及的工程量的單位并不一致，為了使模型保證量綱的一致性，現(xiàn)統(tǒng)一計算單位為長度米。本文依據(jù)2018年《鐵路工程施工組織設(shè)計規(guī)范》工期指標(biāo)對懸臂澆筑與支架現(xiàn)澆的工期進行施工組織設(shè)計安排，為簡化計算，用每一道工序《規(guī)范》進度指標(biāo)中所用時間占總工期的比例作為換算每一道工序的工程量占總長度177.5m的比例，如式（1）所示：

該工序長度=該工序時間/總時間×總長度（1）

然后結(jié)合工序的長度與工序?qū)嶋H消耗的時間可以計算出單位時間實際工程量如式（2）所示，其中，工序?qū)嶋H消耗時間數(shù)據(jù)來源于案例實地調(diào)查數(shù)據(jù)。

單位時間完成的實際工程量=該工序長度/該工序?qū)嶋H消耗時間 ? ? ? ?（2）

另結(jié)合查定額計算得出的每道工序費用，與工序長度相除得出單位工程費用，見式（3）所示：

單位工程費用=該工序總費用/該工序長度 （3）

根據(jù)公式計算，列出分項工程子目的成本，具體數(shù)據(jù)如表2所示。

3.2 模型方程建立及檢驗

計劃工期及計劃成本以懸臂法施工組織提供數(shù)據(jù)。結(jié)合存量流量圖及表2數(shù)據(jù)，建立模型方程，主要變量的方程式如下：

（01）人工費= INTEG （單位時間人工費，0）

Units： 元

（02）剩余工程量=IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=總工程量，總工程量-實際已完成工程量，0）

Units： m

（03）單位時間人工費=IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=28.5，單位時間實際工程量*18662.2，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=55.5，單位時間實際工程量*12966.5，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=83.5，單位時間實際工程量*2021.62，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=121.5，單位時間實際工程量*4314，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=177.5，單位時間實際工程量*8099.56，0）））））

Units：元/Day

（04）單位時間實際工程量=IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=28.5，1.9，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=55.5，1.93，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=83.5，1.87，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=121.5，1.9，IF THEN ELSE（實際已完成工程量<=177.5，1.87，0）））））

Units： m/Day

Units： Day

（05）實際成本=人工費+機械使用費+材料費

Units： 元

（06）工期偏差=計劃工期-實際工期

Units： Day

（07）總工程量=177.5

Units： m

（08）成本偏差=計劃成本-實際成本

Units： 元

（09）計劃工期=151

Units： Day

（10）計劃成本=5276000

Units： 元

以上方程式是與支架現(xiàn)澆工藝對應(yīng)對的方程式，模型的開始時間為0，終止時間為160，步距為1天。

3.3 模擬結(jié)果和分析

①對支架現(xiàn)澆與懸臂澆筑工期偏差進行模擬預(yù)測結(jié)果見圖2，該圖顯示：支架現(xiàn)澆法下工期偏差在第94天達(dá)到最小值并持平，比懸臂澆筑法的計劃工期節(jié)約了57天，在工期上支架現(xiàn)澆法較懸臂澆筑法有優(yōu)勢。

②對支架現(xiàn)澆與懸臂澆筑工期偏差進行模擬預(yù)測結(jié)果見圖3，該圖顯示：懸臂澆筑法下成本偏差在第151天達(dá)到最小值并持平，為零，與原計劃成本相等，說明相關(guān)參數(shù)的設(shè)計符合實際情況;支架現(xiàn)澆法下成本偏差在第94天達(dá)到最小值并持平，為負(fù)數(shù)，說明該施工方法的施工成本比懸臂澆筑法的施工成本高，約100萬元。

4 ?結(jié)語

①本文遵循系統(tǒng)動力學(xué)的建模步驟：提出假設(shè)、確定邊界明確模型的主要變量;根據(jù)兩個主要變量分析了變量之間的因果關(guān)系;依據(jù)變量間的邏輯關(guān)系繪制存量流量圖，并書寫方程式量化變量的關(guān)系，驗證了系統(tǒng)動力學(xué)在橋梁施工工藝比選中的適用性。②模擬結(jié)果顯示支架現(xiàn)澆法相較于懸臂澆筑法在工期上有較大優(yōu)勢，較懸臂法工期縮短了38%;成本上支架現(xiàn)澆成本比懸臂澆筑成本高出將近100萬元，較懸臂法增長了19%。本文方法和數(shù)據(jù)可作為施工工藝選擇的參考，在實際施工中應(yīng)結(jié)合實際情況、工期及成本要求來選擇施工工藝。

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