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第二章施工过程组织原理 花费近三分基金会 一 主要内容提要 本章主要介绍了公路施工过程的组成以及施工过程的组织原则 施工过程的时间组织 空间组织和流水作业的施工原理 类型以及工期的计算二 本章重点难点 1 重点 约 贝法则在实际工作中的运用 流水作业 2 难点 流水施工的重要参数 全等节拍流水 成倍节拍流水 分别流水 无节拍流水等施工类型的总工期的计算 三 学生掌握要点1 掌握流水作业的概念及特点 学会在实际工作中的运用 2 掌握流水节拍 流水步距以及流水强度 四 习题计算流水作业计划总工期 确定流水步距以及流水强度 2 1施工过程的组织原则 2 2施工过程的时间组织 2 3流水施工原理 2 4施工组织中的最优化方法 本章内容 2 1施工过程的组织原则 施工过程 生产建筑产品的过程 由一系列的施工活动组成 是互相联系的劳动过程和自然过程的全部生产活动的总和 劳动过程 自然过程 施工过程 施工准备过程 可行性研究 勘探 设计 施工准备 基本施工过程 基础 构筑等 辅助施工过程 动力 机械 材料加工 施工服务过程 后勤采购 运输 1 施工准备过程 指产品在投入生产前所进行的全部技术和现场的准备工作 如 可行性研究 勘测设计 施工准备等 2 基本施工过程 指直接为完成产品而进行的生产活动 如挖基 砌基等 3 辅助施工过程 指为保证基本施工过程的正常进行所必须的各种辅助活动 如 动力的生产 发电 机械设备维修 材料开采 加工等 4 施工服务过程 指为基本施工和辅助施工服务的各种服务过程 如 原材料 半成品 燃料的供应与运输等 一 公路施工过程的组成 1 公路工程的八个分部工程 临时工程 路基 路面 桥梁涵洞 交叉工程 隧道 其他工程及沿线设施 管理养护服务房屋根据上述八个分部 进行公路工程设计概预算文件编制 对应每个分项工程再细分为若干目 2 公路施工过程的划分 动作 工人劳动时一次完成最基本的活动 若干个相互关联的动作组成操作 如 取运模板 这个操作由取部分模板 走到安装处 将模板放在安装位置等相关的动作组成 操作 由若干个在技术上相互关联的工序所组成 各工序由不同的工种或使用不同的施工设备依次地或平行地完成 如 路堤施工中土方运输 这一操作过程由装土 运土 卸土 空回四个工序组成 工序 工序是指工人操作的机具 是在生产环境条件不变的情况下完成的劳动组织上不可分 施工技术相同的施工过程 工序划分基本要素 施工机械 工作地点 施工工具 施工材料 本工序 下道工序 上道工序 改变 改变 施工组织往往以工序为对象 如沥青混合料的搅拌 运输 摊铺 压实 施工段 由若干个技术上相互关联的工序组成 通常是一个可以相对独立完成的细部工程或分部分项工程 如 整个路基施工 路面施工等 综合过程若干个在产品结构上相互联系的的操作过程的总和 如 一座独立桥梁 一条隧道 一条路线等 根据工程性质 复杂程度 上述划分并非统一标准 对一些简单项目无需经历四个过程 但对复杂工程可能要几个综合构成 钢筋网架成型施工过程分解图 划分和研究施工过程的基本目的在于 正确划分工序 以便合理组织生产 正确编制施工作业计划 科学地制定定额等 二 施工过程的组织原则 施工过程受工程性质 产品结构 施工材料 半成品性质 机械设备 环境条件 自然条件等因素影响 可变性大 组织困难 科学 合理地组织施工应遵循以下原则 1 连续性原则 施工过程中各阶段 各工序在时间上紧密衔接 不发生不合理的停滞现象 保持和提高施工过程的连续性 加工状态 检验过程 自然过程 连续工作 建设周期 流动资金 窝工损失 生产效率 经济效益 2 协调性原则 比例性 指在施工过程中的各阶段 各工序之间 在施工能力上保持一定的比例关系 使施工中的人力 设备得到充分利用 避免施工段和工序之间的停顿和等待 缩短施工周期 施工过程的协调性取决于施工组织设计的正确性3 均衡性原则 节奏性 指各个施工环节都应按照施工生产计划的要求 工作负荷保持相对稳定 不发生时松时紧 前松后紧的现象 全过程维持工作负荷平衡 避免前松后紧 突击赶工 质量成本 抢时间 保证 4 施工过程的经济型 在满足技术要求的前提下 追求经济 实用的施工方法和手段 本原则贯穿上述连续性 协调性 均衡性原则 最终都将体现为经济效益 例如 特殊情况与一般情况的区别处理 运用先进工艺设备与传统的方法决策 承担风险与回避 分散风险的选择 科学 合理的组织施工要综合上述四项原则 使之有机结合 最终达到确保工期 提高质量 控制成本的目的 2 2施工过程的时间组织 公路工程项目的施工过程组织包括空间组织 时间组织和资源组织两个方面 时间问题是施工组织设计必须解决的最基本问题 空间组织 施工平面设计 各施工单位设置 具体工程项目布置 生产 生活运输 行政 主要研究和解决加工厂内部或施工现场各施工作业单位的设置 分布 以及原材料 半成品 构件等的运输路线问题 时间组织 施工过程对基本作业时间顺序科学 合理地组织 主要解决工程项目的施工作业方式 以及施工作业单位的排序和衔接问题 时间组织的目的 生产作业单位之间按设计的工序顺序紧密衔接 在符合工艺条件的基础上 充分利用工时 设备 尽量缩短生产周期 一 施工过程的时间排序问题 施工任务的排序即系统的动态规划 一 简单排序法1 二道工序 m施工段假设工程只有两道工序 即在m个施工段中 完成每个施工段都需要完成A B两道工序 且应首先完成A工序 方能再作B工序 tij 第i项施工段中完成j工序所需的时间 施工进度横道图 工序号 进度 d t1A t3B t2B t1B t4A t3A t2A t4B 针对A B 总时间计算有 TA TiA TmBTB TiB TmA式中 TA A工序的施工总时间TB B工序的施工总时间tij 第i项任务中完成工序所需的时间 约翰逊 贝尔曼法则基本思想取min TiA TiB 先行工序安排在最前施工 后行工序安排在最后施工 挑出后继续取最小值 先行工序安排在次前 后行工序安排在次后 以此类推 直到完成排序 即可得到最佳施工顺序 例1 拟对相邻五座小桥挖基 砌基础施工 已知各道工序生产周期见下表 用约翰逊 贝尔曼法则确定最短施工总工期的施工顺序 5 1 4 3 2 第一步 min TiA TiB T2B 1天为2号桥后续工序 即把2号桥放在最后施工 第二步 去除2号桥 余下的1 3 4 5中取最小值 得T5A 2天 是前工序 即5号桥施工最前 第三步表中1 桥t1A 4为最小 是先行工序 1 任务放在第二施工 第四步表中3 桥t3B 4为最小 是后续工序 3 任务放在第四施工 第五步4 桥放在第三施工 因此五座小桥的施工顺序为 5 1 4 3 2 在排定施工顺序得基础上 绘制横道图 可计算最短施工总时间为25天 注意得问题 一般排序不可能获得上述结果 绘制施工进度图 确定总工期 按5 1 4 3 2 顺序绘制 按1 5的自然顺序绘制 例3 某工程划分为六个施工段 每段分为两道工序 各工序在各段的持续时间如下表 确定其总工期最短的最佳施工顺序 工序 施工段 解 1 填列 工序工期表 2 绘制 施工次序排列表 熟练后可不绘 总工期T 25 绘制施工进度图 确定总工期 总工期T 29 按1 6顺序施工 2 三道工序 多项任务 每项任务都由三道工序A B C组成 且工作顺序为A B C 即完成前道工序方能进行后道工序 与2道工序的情形相比 该排序情况要相对复杂 通常取决于一些条件 参考条件 a min TiA max TiB b min TiC max TiB 两条件同时成立 或其中一项成立 则可用下述方法进行最优施工顺序排列 三道工序 多项任务排序法 第1步 将第1 2道工序上各项任务的施工周期依次分别相加 第2步 将第2 3道工序上各项任务的施工周期依次分别相加 第3步 将前两步计算所得的施工周期序列看作 2道工序 多项任务 的情形 第4步 用约翰逊 贝尔曼法则求最优工序 第5步 所得最优顺序即三道工序上的最优工序 例2 某工程具备三道工序 五项任务 各工序施工周期见表 求优施工顺序 3工序5任务施工周期表 第1步 计算A B第2步 计算B C 相当 2工序5任务施工周期表 第4步 按约翰逊 贝尔曼法则排序得最佳工序排列 2 5 1 3 4 作横道图 满足条件b min TiC max TiB 第3步计算列表 第4步 按约翰逊 贝尔曼法则排序进行最优排序 在ti A B 和ti B C 中找出最小值 先行工序排在最前 后续工序排在最后施工 t2 A B 4 ti A B min先行工序 2 任务第一施工 t1 A B t5 A B 9 tmin都为先行工序 查其后续工序t1 B C 10 t5 B C 11 t1 B C 10 t5 B C 11 1 任务排在5 任务后面 5 任务第二 1 任务第三 t3 A B 11 tmin为先行工序 3 任务第四施工 4 任务第五施工 最优施工顺序为 2 5 1 3 4 第5步结论 施工周期41天 满足前提条件 排序正确 绘制施工进度图 确定总工期 注意 第二道工序要在第一道工序完的基础上才能开始 第三道工序要在第二道工序完的基础上才能开始 按1 5顺序 绘制施工进度图 确定总工期 工序 工期 例 确定下表的最优施工顺序及最短工期 工序 施工段 二 多道工序多施工段的最优排序方法 采用分界排序法 选出一个施工时间最长的施工段 第一道工序时间小于或等于最后一道工序的施工段 一次按第一道工序时间递增顺序排在施工总时间最长的施工段前面 剩余施工段依次按最后一道工序时间递减顺序排列在施工总时间最长的施工段之后 例4 某工程有四道工序5个施工段 各道工序施工时间见下表 试确定最优施工顺序 四道工序5个施工段施工时间列表 10 13 17 14 12 AECDB 工序 施工段 解 按 分界排序法 步骤 1 TA 10 TB 13 TC 17 TD 14 TE 12 施工时间和最大的施工段是C2 第一道工序时间小于或等于最后一道工序的施工段是A E 按递增顺序排列在施工段C之前 为A E C3 剩余的施工段有B D 依次按施工时间的递减顺序排列在施工段之后 为C D B最优施工排序为 A E C D B 绘制施工进度图 确定总工期 注意 下一道工序要在上一道工序完后才能开始 按1 5顺序 绘制施工进度图 确定总工期 当工序n大于3时 相关影响因素较多 求解最优排序较为复杂 通常需借助相应应用软件 1 经验综合法根据施工客观规律 可将前后相关工序的施工周期按一定方式合并 再运用上述两种方法进行工序安排 可得施工顺序的 较优安排 2 相关影响因素当前讨论的 时间组织 是以获得最短工期为前提 而实际工程施工顺序排列还应考虑成本 质量 安全等条件 因此不论2道 3道 n道 有关计算一般只作重要参考 三 运用约翰逊 贝尔曼法则的注意事项 1 经验方法由于影响施工过程的因素很多 理论计算通常只是重要参考 随着不断增加的资源和额外投入 有关计划需滚动调整 简捷的缩短施工工期的理论途径 复杂施工条件下缩短工期2 注意事项 工序划分的相对性 使用的局限性 注意灵活应用 流水作业为基础 使时间排序与流水作业紧密联系 除考虑进度加快外 同时保证施工质量和安全 降低工程费用 二 工程项目施工作业方式 2 平行作业 1 顺序作业 3 流水作业 1 顺序作业 当有若干作业任务时 按工艺流程和施工程序确定的先后顺序进行施工操作 如路面工程 路槽 底基层 基层 联结层 面层 路肩组织方式 只组织一个施工队 该队完成所有施工段上的所有工序 特点 顺序作业总工期长 劳动力需要量少 周期起伏不定 材料供应 作业班组的作业是间歇的 在工种和技工的使用上形成极大的不合理 劳动力数量需求动态矩形图 8 6 14 5 8 8 8 6 6 6 14 14 14 5 5 5 依次施工组织计划图 2 平行作业 当有若干作业任务时 各个施工任务同时开工 各自独立生产 同时完成 组织方式 划分几个施工段 就组织几个施工队 各施工队需完成相应施工段上的所有工序 特点 可以充分利用时间和空间 工期最短 同时投入的人力 设备多 临时设施投入过多 资源需求量过于集中 现场施工管理 协调 调度困难 每个工段内仍按顺序施工 适于综合施工队施工 不利于专业化施工和生产率的提高 劳动力数量需求动态矩形图 32 24 56 20 平行施工组织计划图 3 流水作业 将不同工程对象的同一施工工序交给专业施工队执行 各施工队在统一计划安排下 依次在各个作业面上完成指定操作 前一操作完成后 转移至另一作业面 执行同样的操作 后一操作由其它专业队执行 组织方式 划分几道工序 就组织几个专业施工队 各施工队在施工中只完成相同的操作 一个施工段的任务是由多个施工队共同协作完成 特点 工期适中 劳动力得到合理的利用 避免了短期内的高峰现象 当各专业队都进入流水作业后 机具和材料的供应与使用都稳定而均衡 流水作业法是组织专业队施工 工程质量有保证 劳动力数量需求动态矩形图 8 14 28 33 25 19 5 流水施工组织计划图 例 三个钻孔灌注桩单桩基础工程工程可分三个施工段 每个基础为一个工段 每个工段按施工顺序钻孔 清孔 混凝土灌注三道工序 三 作业方式的综合运用 1 平行流水作业施工 在平行的基础上 再流水 如一个项目划分几个施工段 每个施工段同时开工 而每工序流水作业 2 顺序平行作业法 以增加施工力量 来缩短工期 缺点突出 适用于突击作业 3 立体交叉平行流水作业法 在平行流水的基础上 采用上 下 左 右全面施工的方法 它可充分利用工作面 有效地缩短工期 一般适用于工序繁多 工程集中的大型构造物 2 3流水施工原理 一 流水施工的实质 1 把劳动对象的施工过程划分为若干工序或操作过程 每个工序或操作过程分别由按工艺原则建立的专业班组来完成 2 把劳动对象按自然形成或人为地划分成劳动量大致相等的若干施工段 3 各个作业班组按照一定的施工顺序 携带必要的机具 依次地 连续地由一个施工段转移到另一个施工段 反复完成同类施工 4 不同工种或同种作业班组完成工作的时间尽可能的相互衔接起来 流水施工的经济效果主要体现的方面 1 消除工作时间间歇 避免劳动力过分集中 2 提高劳动生产率和工程质量 3 合理和充分利用机械和劳动力 4 缩短工期 劳动力和物质消耗均衡 降低工程间接费用和直接费用 组织流水施工 主要是对各施工过程在时间和空间上的开展情况及相互依存关系进行组织安排 为了说明组织流水施工时 各施工过程在时间和空间上的展开情况及相互制约关系 必须引入一些描述流水施工的工艺流程 空间布置和时间安排等方面的特征和各种数量关系的状态参数 这些参数称为流水施工参数 二 流水施工的主要参数 一 工艺参数1 施工过程数n 把一个综合的施工过程划分为若干具有独立工艺特点的个别施工过程 其数量n为施工过程数 即工序数n 施工组织应根据构造物的特点和施工方法划分 不宜少 也不宜多 2 流水强度V 又称流水能力 生产能力 每一施工过程 工序 在单位时间内所完成的工程量 如 每工作班浇捣砼的数量 1 机械施工工程的流水强度 R 某种施工机械台数C 该种机械台班产量X 用于同一施工过程的主导施工机械种数 例 某铲运机铲运土方工程 推土机1台 C 1562 5m3 台班 铲运机3台 C 223 2m3 台班 求流水强度 解 v 1 1562 5 3 223 2 2232 1m3 台班 2 手工操作流水强度 v RCR 每一工作队施工人数C 每人工日产量 例 人工开挖土阶工程 C 22 2m3 工日 R 5人 求流水强度 解 v 5 22 2 111m3 工日 二 时间参数 1 流水节拍ti 某个施工过程在某个施工段上的持续时间 ti Qi CRn Pi Rn 式中 Qi 某施工段的工作量 C 每一工日 或台班 的计划产量 产量定额 R 施工人数 或机械台数 P 某施工段所需要的劳动量 或机械台班量 n 作业班组 资源的使用效率 流水施工组织计划图 例 人工挖运土方工程Q 24500m3 C 24 5m3 工日 R 20人 求 t 解 挖运土方工程所需要的劳动量P P 24500 24 5 1000工日施工人数R 20人 流水节拍t 持续时间 t 1000 20 50天 例6 2 流水步距Bij 定义 两个相邻的施工队先后进入第一施工段进行流水施工的时间间隔 即开始时间之差 确定流水步距的目的 保证作业组在不同施工段上连续作业 不出现窝工现象 确定流水步距的要求 1 保证施工工艺的先后顺序 垫层 基层 面层 2 保持各施工过程的连续作业 3 施工过程最好的搭接 工作面不拥挤 4 满足工艺 组织 质量的要求 流水开展期 从第一个专业队开始作业起 至最后一个专业队开始作业止的时间间隔 劳动力数量需求动态矩形图 8 14 28 33 25 19 5 流水施工组织计划图 三 空间参数 1 作业面A 是指施工对象的场地或空间可能安排工人或机械进行有效率地工作的地段 用来反映施工过程在空间布置的可能性 2 施工段数m 定义 把施工对象划分为劳动量大致相同的施工段 划分施工段的目的 保证不同工种能在不同作业面上同时工作 为流水作业创造条件 只有划分了施工段才能开展流水作业 考虑的因素 结构界限 劳动量大致相同 足够的施工作业面 考虑施工机械 人员 材料 安全等因素 1 施工段的分界同施工对象的结构界限取得一致 2 施工段上所消耗的劳动量大致相等 3 必须考虑各作业班组有合宜的工作面 以及发挥机械能力之可能性 4 数量多少应考虑机械使用效能 工人的劳动组合 材料供应情况 施工规模大小等因素 施工段数划分要点 M n即施工段数大于或等于工序数 四 充分流水条件 三 流水施工的类型及总工期的计算 1 全等节拍流水 定义 指各施工过程在所有施工段上的流水节拍均相等 即各施工过程的流水节拍ti与相邻施工过程之间的流水步距Bij完全相等的流水施工 也即是各专业施工队在所有施工段上的作业时间均相等 特点 ti Bij 常数 总工期计算公式 T n 1 Bij m ti m n 1 ti 例 某施工项目有三个施工段 每个施工段有5道工序 每道工序的流水节拍ti 2天 Bij 2天 确定施工组织的方法 绘制施工进度图 计算总工期 解 流水开展期t0 n 1 Bij最后工序作业时间tn mti总工期T t0 tn n 1 Bij mti m n 1 tiT 3 5 1 2 14天 例 某分部工程由四个分项工程组成 划分成五个施工段 流水节拍均为3天 无技术 组织间歇 试确定流水步距 计算工期 并绘制流水施工进度表 解 m 5n 4ti 3T 5 4 1 3 24 2 成倍节拍流水 定义 各施工过程的流水节拍彼此不等 但互成倍数关系 总工期的计算步骤 1 计算各流水节拍的最大公约数K 相当于各施工过程共同遵守的 公共流水步距 仍称流水步距 2 计算各施工过程的施工队伍数目bi 每个施工过程流水节拍ti是K的几倍 就组织几个专业队bi ti K 3 将专业队数综合 bi看成施工过程数n K看成流水步距 按全等节拍流水法组织施工 4 总工期 T m n 1 ti m bi 1 K 例 有6座类型相同的管涵 每座管涵包括四道工序 每个专业队由4人组成工作时间为 挖槽2天 砌基4天 安管6天 洞口2天 求 总工期T 绘制施工进度图 解 1 由t1 2t2 4t3 6t4 2 得K 2天 2 施工队数目 b1 1b2 2b3 3b4 1 bi 1 2 3 1 7 3 按7个专业队 流水步距为2组织施工 4 总工期T m bi 1 K 6 7 1 2 24天 5 绘制施工进度图 绘制施工进度图 水平 1 1 1 1 2 2 2 3 2 3 3 3 4 4 4 4 5 5 5 5 6 6 6 6 绘制施工进度图 垂直 挖槽 砌基 安管 洞口 课堂练习 某项目划分为4个施工段 由 等三个施工过程组成 流水节拍分别为 天 天 天 试组织成倍流水施工专业流水施工 解 1 由t1 2t2 6t3 4 得K 2天 2 施工队数目 b1 1b2 3b3 2 bi 1 3 2 6 3 按6个专业队 流水步距为2组织施工 4 总工期T m bi 1 K 4 6 1 2 18天 5 绘制施工进度图 3 分别流水 1 定义 指各道工序 施工过程 在各个施工段的流水节拍保持不变 ti 常数 但不存在最大公约数 流水步距Bij也是一个变数的流水作业 2 特点 1 各工序本身的流水节拍ti 常数 但相互间并不全部相等 2 各工序间的流水步距Kij 常数 一个施工段流水步距及不同施工段上的同类流水步距等也不全部相等 3 流水步距Bi A 第一种类型 当后一道工序的作业持续时间ti 1等于或大于前一工序的作业持续时间ti时 流水步距根据后一工序所要求的时间间隔确定 即 B ti 一般不小于1天 B第二种类型 当后一个施工过程的作业持续时间ti 1小于前一个施工过程的作业持续时间tn时 B m ti ti 1 ti 1式中 m 施工段数 4 总工期计算 T t0 tn B tn B 各相邻工序之间流水步距之和 tn 最后一个专业施工队的作业持续时间 t0 第一个施工过程开始至最后一个施工过程开始之间的时间间隔 例 有结构尺寸相同的涵洞5座 每个涵洞四道工序 各涵每道工序的工作时间为t1 3d t2 2d t3 4d t4 5d 求总工期 绘制水平进度图 解 t2 2 t1 3B12 5 3 2 2 7t3 4 t2 2B23 2天t4 5 t3 4B34 4天t0 B12 B23 B34 7 2 4 13T t0 te 13 25 38天 绘制进度图 B12 7B23 2B34 4T t0 tn 13 25 38天 B12 7 B23 2 B34 4 安管 挖槽 砌基 洞口 课堂练习 某路面工程5公里 划分为四个施工段施工 垫层施工的持续时间12天 基层20天 面层20天 保护层8天 计算总工期 并绘制施工进度图 解 t1 3t2 5t3 5t4 2t2 5 t1 3B12 3天t3 t2 5B23 5天t4 2 t3 5B34 4 5 2 2 14t0 B12 B23 B34 3 5 14 22T 22 8 30天 绘制进度图 B12 3B23 5B34 14T t0 tn 22 8 30天 B12 3 B23 5 B34 14 垫层 基层 面层 保护层 4 无节拍流水 1 定义 各道工序在各施工段上的流水节拍不相同 不同工序的流水节拍也不相同的流水作业 ti 常数B 常数 2 确定最小流水步距目的 保证各作业组在不同作业面上能连续施工 不出现窝工 3 确定方法 累加数列错位相减取大差 所取大差为最小流水步距 现有一钢筋混凝土结构物 分为 四个施工段 每个施工段又分为立模 扎筋 浇混凝土三道工序 各工序工作时间如下表 确定最小流水步距 求总工期 绘制其施工进度图 1 计算B12 将第一道工序的工作时间依次累加后得 25912 将第二道工序的工作时间依次累加后得 37914 将上面两步得到的二行错位相减 取大差得B1225912 379142223 B12 3 2 计算B23 将第二道工序的工作时间依次累加后得 37914 将第三道工序的工作时间依次累加后得 25810