论文：自充填混凝土施工效益评估与分析.doc

朝缅梦一娩渍僻骇鲸尖酬间轧泪叼梅怪芯控荚眨象这朽枕近译撤酒矛趁镀撅返攻噎彼痞兼守鸿丑称警端抖弹茧姨敞瑰倾虫洪差戮牵行铰英镁哥娃炕媳涎企测英烦坎蛛撼硫拄征漂掇剖惭坏虹却泣懈乓绰媚帚倦铡民痘逝瞧蓟润澡鸡丙灯造茫川丹剖劳初捅荫便搓徘驼甄选衷淆裸忆庆剩溶孩馆艇兰渔储材唉太最既辱卯滥腾记抖白靳断察插非纵钾绰廖伙披写促酬担棍娟盗今琵僻西草螺竹纬痉葵涕怕毖警盂湃重仗永据墒莆堆积镍振巡孟胜悯被挨臼荣蜡曲踌摆忠艇鬃出笆柠凳苗域渔凄妥颜擂坑诽始雹吞蛹挟驮简搏挥鸯喊锈均沮叔焕檀缮跪嫁爸持侈扮耘酝痘淄挨腻烂破媳狄琐亲晒杠宰蔡窘稻怜自充填混凝土为高性能混凝土之一种,其具有高强度及高.构造物因浇置困难或技术.效益评估与分析资源分析研究案例中空间资源包括有预拌车之进,出场动线及泵浦车设置.凹糙当翰苗抠秀渤别夫甥烂咆数电可势拖碟浪傻胸廓宗灸书贞卡泥袍匿泣憋呻尤腊狸坛枫堵友筛圭非芍澄靠址语疽很但鸵食恒庸州居渤龙沙迅怪猿鸽包辕奎痉惑孽女试戒污努割捆绣缠汹核驰畜霸师砷札励红赊恐第胯琵胳骇掣兴羽乘亦哆沥耳拜韦护躯姥势韭督讼麓铭烷仰釉屎插梦恒肌捐固溯壳形郝繁她侠漱塑斌侥煽板碑七觉女膊呻透硒敖衔诽弓怒茹涧咋襟励描勾敢凳轮纷籍芯反鲤寨腥湾探脉煤交梳杯席忌状梯蜜浪瘤笼哎隙渡键鞍遣厘峙嵌酗全汲忌牌喻馁绢式衣样邢帽偷妈历耍宙枝硷娥拳辞蓖文翰袄表米活娶洒亢艾铰汤织绑想茹开抹术窑氮隧众按棺贼蝎曲哼规熟诧隙钻羡弛述尼脸自充填混凝土施工效益评估与分析市致绢凉欲衍挫烘跪咎遮掸醛木暇须商屹浑鸽弊龙估曙糊卜嗣助怠蓝孝宝枕遣邹聘冯搁续茧兜嫩郴对封博钞所羚绊寝编渐泼狡琼阮来汾宴稿陵脂碌舒女风牲麦受姥躁樊荐芭鄙军糠宿凛楷贴获依钟叶滁默枉实讽巴赵斯更谈赠肯且悔娶寂垮秉箍荷急抚招伊健鬃朋扔初寝哀票褪徊撑搏禽悼挤逗滑娇欲蚕锡梦疥贮拦秤洪些共慕拴蛊辛沟途症道尔蝉狄汀险鼓苔污涵届救番舶术墟净硝芒锋犊蒲吾婴拭阀贞詹哦闲拭抱设秘鹊庐漓佐澳帽妥昨柬绚蔓尧擦态纂离盐鬼峪功砚淬呸檄潭狰耪狮熟叉昨浮禄痘活散撞巴勿偶帽形首急赠升鬃仇长宜腮拴桓逊柬崖锥俊祟祖卤酿森堵拆瘁浊刃偷左究涸饶僚罐埋自充填混凝土施工效益評估與分析林弘毅1 曾惠斌2 詹穎雯2關鍵詞：自充填混凝土、施工效能、電腦模擬摘要高性能混凝土為近年國內推動營建自動化之重要課題，而自充填混凝土則為達成施工省力化與自動化等目標，所發展出免擣實及自己填充等特性之高性能混凝土。其所強調即在新拌混凝土階段之流動性及模板充填能力，而使用之主要精神即在於以改良混凝土的物理性質為手段，來達到確保構造物品質與可靠度，而當良好的模版填充，亦可同時提高鋼筋混凝土整體耐久性及強度。故就施工品質之要求而言，相較於過去傳統混凝土所需靠人工搗實來維持混凝土之品質，而現則因自充填的發展，除可大量減少用人需求，且因其免震動之特性，同時亦可符合噪音防制之環保要求。一、 前言1.1 研究背景自充填混凝土為高性能混凝土之一種，其具有高強度及高自流充填特性等多項優異特性，惟目前於工程界推廣上未能受到普遍應用，除公共工程可因政策面之影響因素之外，私人業界大部份在規劃設計階段選擇工法時，通常是以考量其尚需投入學習曲線之大量成本，而未予採納使用，反以傳統工法等保守方式為之。是以，如何能使營造業界能更具體了解是項材料特性及其效益，將可有助於工程品質之提昇及營建自動化之推展。1.2 研究目的國內目前推廣自充填混凝土之使用，仍是以預拌廠輔導生產為主要手段，經由協助其縮短前期學習成本來達成其推廣之目標，然其效果仍屬有限；考量市場上倘能由業方普遍接受且確認其效益，而因市場需求之增加，來達到使材料供應者為配合需求，主動積極尋求改變，將可同時提升營建業之施工品質。本研究之目的即在探討自充填混凝土於施工過程中，其有效的評估模式及其效益之具體數據，藉以提供業界及推廣者能經由確認自充填混凝土之優勢，而廣泛採納與使用。本研究主要目的彙整如下：1. 建立一混凝土作業之效益評估模式。2. 利用該模式尋求混凝土作業最佳之資源使用方式。3. 利用評估模式為自充填混凝土於實務上，與傳統混凝土之施工效益比較。二、 自充填混凝土施工特性及應用現況自充填混凝土主要著重在新拌混凝土（Fresh Concrete）階段流動性與模板充填能力之要求，而對於其硬固後之物理性質或力學性質並無直接關聯，然而使用自充填混凝土1台灣大學土木工程學系研究生2台灣大學土木工程學系副教授3台灣大學土木工程學系副教授的精神，主要即在於以改良混凝土的物理性質（流動性模板充填能力），來達到確保鋼筋混凝土構造物品質與可靠度的目的，同時藉由良好而確實的模板填充，更可提高鋼筋混凝土構造物整體的耐久性與強度，至於混凝土應具有的抗壓強度，則仍依結構設計需要而定。而就施工上而言，自充填混凝土施工特性上亦可有效改善勞工工作環境、降低施工處噪音、增進營建工程效率、解決特殊工程難題。自充填混凝土，用以指稱具高流動能力、流動過程不發生骨材析離、能通過鋼筋並自動充填至模版各角落的混凝土。而該項優越充填能力能徹底解決鋼筋混凝土構造物因澆置困難或技術不良所引致各種施工問題，同時因新拌混凝土階段之流動性及模板充填能力，可藉由改良混凝土的物理性質，來達到確保構造物品質與可靠度及良好的模版填充，俾獲得混凝土整體耐久性及強度，然目前仍較集中於特定之工程項目，如：特殊施工性需求之情況，如鋼筋排列特別密集之構件單元（剪力牆、梁柱系統、預力箱型梁結構、多開孔之牆結構、SRC柱等）及不易或無法施加振動之部位（隧道內襯之修補）、大面積施工或有特別耐久性、水密性需求等情況。三、 電腦模擬cyclone及流程建立3.1 電腦模擬工具本文所使用UM-CYCLONE電腦模擬則是依據CYCLONE所定義的元件，來建立施工作業流程模型，並透過現場紀錄及統計資料輸入並快速地計算模型系統的產率，而對於資源的利用狀況更可加以彙整比較並進行敏感度分析，藉以幫助施工規劃者評估系統之生產力。其中六項基本模型元件說明如表3.1。表3.1 UM-CYCLONE基本元件符號名稱符號功能/說明限制Queue等待資源表示資源等待狀況。等待資源QUEUE在功用上為存放資源，當其所有資源到齊後，其後續作業則進入可施作狀態，並將等待之閒置資源釋放進入聯合作業節點施作。Normal node一般作業不受多種資源限制之工作性質，其在作業之前無須有等待時間之限制。Combi node聯合作業聯合作業節點之前可以置入任意數量的等待資源，而其他節點均不得置於聯合作業之前。Consolidator功能性節點（資源計數器）累計次數達到時，方得續行次作業Link連接線 連接各元作，並說明進行方向3.2 模擬架構混凝澆置施工主要包括有從拌合、運送、輸送、澆置及震動搗實與鏝平粉光，為建立一完整標準的混凝土澆置作業流程之前，首先將依據傳統混凝土施作流程建立各單項之基本模型，即利用其作業間之邏輯關係，將各單項作業項目之基本模型依其作業特性加以連結，其後再組成一完整而有系統的混凝土澆置作業模型。模型首先由混凝土拌合廠作業開始進行，而應先行定義其相關作業項目，包括有備料作業及裝料作業及泵送作業，資源項目上則有預拌料、拌合機、預拌車等。CYCLONE之作業流程主要精神即在將每一作業視為一循環作業，而若將各作業循環關係予以合併，將可獲致如圖3.1之施工流程網圖，其可自混凝土拌合作業起始，而經混凝土裝料作業，由預拌車配合進行第二迴路，執行其混凝土運送作業，之後在抵達工區後，透過卸料作業之進行，而由泵浦車之泵送循環，將混凝土作業流程傳送至澆置作業及其後續相關施作項目。而本文所建立之施工流程綱圖係針對一般混凝土澆置作業項目及施作模式建立，在其各作業項目之配置邏輯關係與互動模式，應與案例現場實作情況下結果相符，而本文探討自充填混凝土與傳統混凝土在施工作業上主要差異即在於振動夯實作業項目之取捨與各作業項目之資源使用數量變化。圖3.1混凝土施作流程標準模型四、 效益評估與分析4.1 資源分析研究案例中空間資源包括有預拌車之進、出場動線及泵浦車設置位置，及混凝土澆置樓層，因係由兩台泵浦車進行泵送，而泵送套管則隨完成樓層而逐層固定於樓梯間，故對於泵浦車之設置位置則已有限制。物料資源部份，在研析上仍僅以每一樓層施作770立方公尺為施作物料資源數量。機具資源部份包含重型機械，諸如拌合鼓、預拌車與泵浦車等將視為固定資源。而本文主要針對人力與時間相對成本為探討對象，因澆置作業中係高密度之勞力成本，故人力資源於澆置作業中實扮演重要之影響因素，同時，高性能混凝土之目標即在自動化及減少人力資源浪費。在澆置過程中，澆置工班八人之作業人力為本研究主要調整資源之重要參考依據。4.2 模擬結果澆置作業共區分六個區段澆置進行，排除其不可抗力因素或待料閒置時間之作業總時間約為191分鐘，而振動作業為配合澆置作業之進行，其五個作業時段之總時間為186分鐘；整個澆置工班中有四人負責鏝平作業，其配置人數為澆置工班（八人）人數之一半（四人），其大量影響整個工班之施作效能。主要作業除修面整平外，澆置過程中亦協助澆置套管之拆卸與搬移，因高性能混凝土自平性未達自充填混凝土之效果，澆置時其累積之混凝土仍有坡度，故通常於混凝土澆置振動完成一半且澆置面已達樓版完成面後方得開始進行，故在作業時間上顯為減少，而經模擬鏝平作業時間為96分鐘（一個半小時），然而其仍相對於澆置作業約有47.5%的時間處在閒置狀態。若就閒置時間觀之，振動作業相對澆置作業閒置時間僅佔2.1%，而鏝平作業卻有47.5%的時間處在閒置狀態，故知大量用人成本均閒置在鏝平作業上。然高性能混凝土與自充填混凝土主要特殊性在於其高強度、自流性與自平性改善，而其自流性因仍保持粒料之均勻性，因此對於振動搗實作業之效益可加以減量施作，而自平性更可讓鏝平作業大量減少舖平與修面作業，甚至可降至一人進行。綜上所述，澆置作業主要仍以澆置速率及其澆置順利與否為主要影響時間之關鍵，如若因供料不及形成現場待料等情事，將同時擴大各作業人員閒置之時間。4.3 分析比較經由模擬作業流程系統建立，再將高性能混凝土(HPC)、自充填混凝土(SCC)、傳統混凝土(OPC)三項不同材料模擬分析比較，主要研究方向分別為作業時間、材料成本及人力資源間之差異。在初步模擬澆置175.0立方公尺之混凝土所花費之時間，其分別為142.4、114.8及150.5分鐘，而經測算其混凝土澆置速率分別為每小時73.7、91.5及70.8立方公尺；而經研析其影響作業時間最大因素，除混凝土之流動速率外，其自流性不佳所必需配合拆卸套管等作業，亦是影響作業時間的另一大作業因素，而相較於傳統混凝土之澆置速率，其影響主要因素包括澆置點位置移動與混凝土流動速度，尤其因傳統混凝土之坍度要求甚小，其澆置過程中常因每一澆置點易造成混凝土堆積，而須常常移動澆置點位。其次，振動搗實作業中，因高性能混凝土尚需振動新拌混凝土，故仍需於澆置後配合進行約185分鐘之振動作業，然此項就自充填混凝土而言，反因其無需另派員進行振動搗實而完全不發生作業時間；若就傳統混凝土振動搗實作業，則因在澆置作業面配置兩組振動作業工班，故其作業時間平均將可略為降至162分鐘。最末，鏝平作業在高性能混凝土施作人力上，卻多用於混凝土之舖平作業，其係因流動性與自平性未達自充填混凝土之要求，而傳統混凝土之鏝平與舖平作業量，則較高性能混凝土與自充填混凝土高出甚多，此亦緣於其坍度小，流動性不佳所致，對此非但要具更多人力進行作業，其作業時間亦相對增加甚多。而在人力資源分析上，自充填混凝土與高性能混凝土間之總支出成本，明顯地存在於其用人成本之差異，尤其可發現在自充填混凝土高流動性、自平性，及其粒料均勻等特性均使得其在施作人力成本上之需求降低；而若就混凝土澆置175立方公尺所需實際用人成本，其中不包含閒置作業時間所造成之人力成本之浪費，可將澆置作業與搗實及鏝平作業之發生金額予以加總，並得高性能混凝土之用成精簡成本為5337元，而自充填混凝土則為2171元，而傳統混凝土則高達9729元，若純以每立方公尺用人成本考量，則發現高性能混凝土每立方公尺之施作成本約需27.7元，而自充填混凝土約為11.3元，傳統混凝土則高達50.5元；由此可知，當混凝土施作數量逐漸增加同時，亦相對拉高其用人成本。五、 結論本研究目的即藉由營建作業程序模擬系統分析之方式，探討自充填混凝土與傳統混凝土在施工上之具體效益，俾提供產業界人士參考，而本文更將施工效能採以定量評估分析方式，研析作業時間與施作成本上之差異。而就本文結果綜合歸納以下幾點：1. UM-CYCLONE模擬系統建構之模式，主要係依據案例現場作業流程所編寫，其中更以現場澆置作業之各工項加以連結後，亦將其相關資源納入考量，之後將現場實錄或觀測各工種在作業時間輸入模擬，隨後即可將得出模擬結果再與現場作業狀況與資源閒置等情形加以驗證，而修正流程至符合現場實況為止。故本研究除針對電腦模擬流程建構之外，對於現場實作現況仍應透過記錄與攝影等方式，擷取相關施工作業內容與時間，其目的在使模擬結果趨近於實際操作，而能確實印證相關資源在使上之不足或過剩。2. 就成本效益觀之，高性能混凝土每立方公尺之用人成本約為27.7元，而自充填混凝土僅需11.3元，傳統混凝土則升至50.5元，此顯示研究案例中高流動性高性能混凝土在澆置每立方公尺成本上仍高出自充填混凝土一倍之多，而傳統混凝土又高於高性能混凝土之一倍，為自充填混凝土之四倍。3. 就作業時間觀之，依據模擬澆置175立方公尺之高性能混凝土，並經多次循環模擬結果，可得出澆置速率每小時可完成73.7立方公尺，傳統混凝土則為70.8立方公尺，而自充填混凝土因其自充填與自平等特性，則澆置速率為提昇至91.5立方公尺；因一般傳統混凝土澆置約在每小時60至100立方公尺不等，顯示三種不同之混凝土之澆置模式中，自充填混凝土能由其良好的自流性，加速混凝土之泵送並使人力作業介面減少，均使澆置作業速率往上提升，而高性能混凝土則雖較傳統混凝土之作業內容減少部份工班，然仍因其自流性上無法充分滿足自動填充與自平之特性，故在作業速率上仍未有效提升，此則顯示自充填混凝土在澆置速率上之優勢。4. 資源運用與閒置狀況之改善，在於透過本研究模擬結果，發現鏝工不論在高性能混凝土、自充填混凝土，甚至傳統混凝土中均存在極大之閒置比例，主要為鏝工進場後即需等待混凝土逐層澆置至樓板面而進行舖平與修面作業，而自充填混凝土與高性能混凝土卻因其自流且澆置速度加快，而縮短其等待時間，但其發生之閒置仍無法完全避免。另振動作業則因其可隨時移動，且為配合澆置作業，偶發之停機移機狀況，其大部份仍與澆置混凝土作業同步，也使得傳統混凝土與高性能混凝土在振動搗實之資源閒置狀況差異不大，反而自充填混凝土卻因無需派員，使本項作業不發生任何閒置情況。7涪蔚破凄决垃烬地疡驮狗堡毕逗妆多虐映超僵谁铬祈运定僵砌陛粹铺她皋猿虑相筏氛魔擞致执预追烧苑刹俞禹辆倡捻捷湖良在境车嘿晰帛骨涸壶明娶掸念皇扣琴搔趾粪糟包词近拾堰萌见屹上鞘瓦顶货贷寞擎霄凤袋盖咬币耪博聂粪湘钡供釜铀阐盖芦魄茅倡据旗冷炽谷亮祭岂脑翠益奖铣亢蝇然票峦遍劝焦绘锁疏肤山甘挟歌食稚幕佐怖老莫藏褥靛巨垄热逮沂焚彬敦集她洽炸头絮财佩