一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法与流程

1.本发明属于市政施工技术领域，具体而言涉及一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法。


背景技术：

2.目前中国地铁车站深基坑工程特点有：环境条件复杂土方运输日均量不确定、材料及设备需求量大供应链容易中断、劳动人员密集流动性大、深度大地质条件存在一定的不确定性等。因此，对标准和异型地铁车站的施工计划安排多采用横道图的形式，各个施工工艺(施工过程)难以有效的形成流水施工，当前还没有形成固定的缩短工期、优化计算的技术方法
3.现有中国专利申请号为cn202210043363.8提供了一种缩短工期的优化方法及系统，所述方法包括：确定一个维修计划编制周期内，轨道交通线性资产每个区段的每种维修方式的维修活动执行时间；确定每个区段的各种维修方式中，维修活动执行时间最大值；根据所有区段的维修活动执行时间最大值，确定维修计划的工期最小值；根据维修计划的工期最小值，优化维修计划的工期。该发明优化编制出的轨道交通线性资产维修计划的工期最短，增强轨道交通线性资产维修计划的实用性。但是并没有提出一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法。
4.又如中国专利申请号为cn202111617840.9公开一种工期进度计划编排的方法及系统，包括如下步骤：s1：录入项目参数信息、引入经验工期，从施工知识库和公共数据库中获取在内的基本参数信息，输入该项目的基本参数信息；引入经验工期；s2：生成计划工期，依照该项目的基本参数信息，根据各工序间的关系、权重设置、资源配置约束条件，计算并生成计划工期；s3：优化工期，比对经验工期和计划工期，依据当前施工情况进行工期优化，生成最佳工期计划；通过引入以往同类型的经验工期，计算生成计划工期，即最小工期和预计工期，将经验工期和预计工期进行比对，结合当前施工情况对工期进行智能化压缩或拉伸，输出符合当前施工情况的最佳进度计划。但是同样没有提出一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法。


技术实现要素：

5.为解决上述问题，本发明提出一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法。
6.所述地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，包括以下步骤：
7.步骤1、根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标；
8.步骤2、基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期；
9.步骤3、根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大
的施工工艺步骤；
10.步骤4、根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期。
11.进一步的，步骤1，所述根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标包括：
12.步骤101、根据地铁车站深基坑施工地形确定土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺，对施工地形进行划分，包括标准段型施工区域和异型施工区域；
13.步骤102、计算每一个施工区域中利用土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺的工程量；
14.步骤103、定义完整的工程施工队，工程施工队伍包括固定人员和设备配置，针对不同的施工区域，配置工程施工队伍进行施工实践，每一个施工工艺连续工作5个工作日计算日均工程量，定义为施工工艺的日工作效率指标；
15.步骤104、根据不同施工工艺的日工作效率指标和施工区域的工程量确定每个施工工艺完成施工区域所需工作日数：
16.土方施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；喷锚施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；
17.锚索施工工艺：6个工作日施工一个施工区域；钢结构施工工艺：2个工作日施工一个施工区域。
18.进一步的，步骤2，所述基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期包括：
19.步骤201、根据每个施工工艺的日工作效率，定义施工过程流水节拍的累加数列，如式(1)所示：
[0020][0021]
其中，第一行为土方施工工艺的施工过程累加数列，定义为i，第二行为喷锚施工艺的施工过程累加数列，定义为ii，第三行为锚索施工工艺的施工过程累加数列，定义为iii，第四行为钢结构施工艺的施工过程累加数列，定义为iv；每一列所代表的含义为每一个施工区域不同施工工艺所需要的的天数；n代表施工作业区域的总数量；
[0022]
步骤202、针对每一行的累加数据采用错位相减的方式，取正值最大值流水步距；
[0023]
其中，i与ii之间的流水步距为k1＝2，
[0024]
ii与iii之间的流水步距为k2＝2，
[0025]
iii与iv之间的流水步距为k3＝4n+2，
[0026]
根据上述流水步距值和iv的最后一步施工过程总工作日数进行累加计算总的施工期如下式(2)：
[0027]
t＝2+2+4n+2+2n＝6n+6......(2)；
[0028]
进一步的，步骤3，所述根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大的施工工艺步骤包括：
[0029]
步骤301、根据施工工艺的日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素包括：社会条件及施工场地条件、环境条件复杂土方运输日均量不确定、资金数量、材料及设备需求量大供应链容易中断、劳动人员密集流动性大、深度大地质条件存在的不确定性因素；
[0030]
步骤302、根据不确定性因素对不同施工工艺进行最大靠前级系数定义，包括土方靠前级系数为3、喷锚靠前级系数为2、锚索靠前级系数为1、钢结构靠前级系数为1；
[0031]
步骤303、根据不同施工工艺的最大变量靠前级系数对不同施工工艺，评估定义风险级系数，包括土方风险级别系数为2、喷锚风险级别系数为3、锚索风险级别系数为1、钢结构风险级别系数为2；
[0032]
步骤304、将各个施工工艺靠前级系数和风险级系数相乘，计算最大值获取最大变量因素为土方施工工艺。
[0033]
进一步的，步骤4，所述根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期包括：
[0034]
步骤401、根据土方施工工艺的风险级别数与日工作效率指标相乘，作为其他施工工艺匹配流水节拍的标准；根据土方施工工艺2个工作日施工一个施工区域增加对应的喷锚施工工艺施工队伍数、锚索施工工艺施工队伍数以及钢结构施工工艺施工队伍数；
[0035]
步骤402、按2个工作日为各个施工工艺的时间间隔，将所有施工过程的作业对数与土方施工工艺的施工时间相匹配，将所工作变为等节奏异步流水施工优化计算总工期，如下式(3)：
[0036]
t
优
＝(n+m-1)
×
l......(3)，
[0037]
其中，t
优
表示优化后的总工期，n表示施工作业区域总数，m表示总的施工队伍数，l表示最大变量施工工艺完成一个施工区域的工作日数。
[0038]
与本技术领域现有技术相比较，本发明具有以下优越的技术效果：
[0039]
1、所述地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法具有简便快捷、大幅度优化缩短施工工期，推广应用前景广泛，具有显著的社会效益和经济效益。
[0040]
2、所述地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法通过确定方法工艺及日工效、大差法工期计算、不确定性因素分析、判断最大变量因素、匹配最大变量因素的流水节拍、优化计算新的流水工期等技术方法，达到优化、缩短工期的目的。
附图说明
[0041]
图1是所述地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法流程图；
[0042]
图2是施工作业区域划分为矩形标准段和异型段区域示意图；
[0043]
图3是未优化前的进度计划图；
[0044]
图4是优化后的进度计划图。
具体实施方式
[0045]
下面结合说明书附图1-4和具体实施方式对本发明进行进一步的详细描述。
[0046]
如图1所示，所述地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，包括以下步骤：
[0047]
步骤1、根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标；
[0048]
步骤101、根据地铁车站深基坑施工地形确定土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺，对施工地形进行划分，包括标准段型施工区域和异型施工区域；
[0049]
步骤102、计算每一个施工区域中利用土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺的工程量；
[0050]
步骤103、定义完整的工程施工队，工程施工队伍包括固定人员和设备配置，针对不同的施工区域，配置工程施工队伍进行施工实践，每一个施工工艺连续工作5个工作日计算日均工程量，定义为施工工艺的日工作效率指标；
[0051]
步骤104、根据不同施工工艺的日工作效率指标和施工区域的工程量确定每个施工工艺完成施工区域所需工作日数：
[0052]
土方施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；喷锚施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；
[0053]
锚索施工工艺：6个工作日施工一个施工区域；钢结构施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；
[0054]
步骤2、基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期；
[0055]
步骤201、根据每个施工工艺的日工作效率，定义施工过程流水节拍的累加数列，如式(1)所示：
[0056][0057]
其中，第一行为土方施工工艺的施工过程累加数列，定义为i，第二行为喷锚施工艺的施工过程累加数列，定义为ii，第三行为锚索施工工艺的施工过程累加数列，定义为iii，第四行为钢结构施工艺的施工过程累加数列，定义为iv；每一列所代表的含义为每一个施工区域不同施工工艺所需要的的天数；n代表施工作业区域的总数量；
[0058]
步骤202、针对每一行的累加数据采用错位相减的方式，取正值最大值流水步距；
[0059]
其中，i与ii之间的流水步距为k1＝2，
[0060]
ii与iii之间的流水步距为k2＝2，
[0061]
iii与iv之间的流水步距为k3＝4n+2，
[0062]
根据上述流水步距值和iv的最后一步施工过程总工作日数进行累加计算总的施工期如下式(2)：
[0063]
t＝2+2+4n+2+2n＝6n+6......(2)；
[0064]
步骤3、根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大的施工工艺步骤；
[0065]
步骤301、根据施工工艺的日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素包括：社会条件及施工场地条件、环境条件复杂土方运输日均量不确定、资金数量、材料及设备需求量大供应链容易中断、劳动人员密集流动性大、深度大地质条件存在的不确定性
因素；
[0066]
步骤302、根据不确定性因素对不同施工工艺进行最大靠前级系数定义，包括土方靠前级系数为3、喷锚靠前级系数为2、锚索靠前级系数为1、钢结构靠前级系数为1；
[0067]
步骤303、根据不同施工工艺的最大变量靠前级系数对不同施工工艺，评估定义风险级系数，包括土方风险级别系数为2、喷锚风险级别系数为3、锚索风险级别系数为1、钢结构风险级别系数为2；
[0068]
步骤304、将各个施工工艺靠前级系数和风险级系数相乘，计算最大值获取最大变量因素为土方施工工艺；
[0069]
步骤4、根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期；
[0070]
步骤401、根据土方施工工艺的风险级别数与日工作效率指标相乘，作为其他施工工艺匹配流水节拍的标准；根据土方施工工艺2个工作日施工一个施工区域增加对应的喷锚施工工艺施工队伍数、锚索施工工艺施工队伍数以及钢结构施工工艺施工队伍数；
[0071]
步骤402、按2个工作日为各个施工工艺的时间间隔，将所有施工过程的作业对数与土方施工工艺的施工时间相匹配，将所工作变为等节奏异步流水施工优化计算总工期，如下式(3)：
[0072]
t
优
＝(n+m-1)
×
l......(3)，
[0073]
其中，t
优
表示优化后的总工期，n表示施工作业区域总数，m表示总的施工队伍数，l表示最大变量施工工艺完成一个施工区域的工作日数。
[0074]
结合图2-4所示，应用工程如西安某地铁2号线二期工程草滩北站超宽异型车站为例，进行如下解释说明：
[0075]
第一步：确定施工方法、工艺，划分施工作业区域(标准段矩形或异型)和施工段：
[0076]
具体的，首先划分矩形标准段和异型段区域，如图2所示，其中矩形标准段区域有1、2、3、6区域，而异型段区域有4、5、7区域，施工工艺包括：土方、喷锚、锚索、钢结构、锚杆等施工工艺；
[0077]
第二步，确定各个施工工艺的日工作效率。划分竖向施工为两层数、水平方向施工为施工区域总计7个施工段数，确定每一施工段的各个工艺的工程量，分别选取一个施工队伍形成一个完整的班组固定人员、设备，每一个施工工艺由这个完整的班组进行施工实践，将每一个施工工艺连续工作5个工作日，计算日均工程量，为该工艺的日工作效率，工作效率指标为单位时间内完成的工作量，最高效率为百分之百。
[0078]
例如：每一层分7个施工段，施工过程1(土方)：2个工作日施工一个施工段；施工过程2(喷锚)：2个工作日施工一个施工段；施工过程3(锚索)：6个工作日施工一个施工段；施工过程4(钢结构)：2个工作日施工一个施工段。
[0079]
第三步，利用大差法计算总工期。
[0080]
(1)则各施工过程流水节拍的累加数列：
[0081]
施工过程1：2 4 6 8 10 12 14，
[0082]
施工过程2：2 4 6 8 10 12 14，
[0083]
施工过程3：6 1218 24 30 36 42，
[0084]
施工过程4：2 4 6 8 10 12 14，
[0085]
(2)错位相减，取正值最大值得流水步距：
[0086]
施工过程1—施工过程2＝
[0087]
2 4 6 8 10 12 14
[0088]
—2 4 6 8 10 12 14
[0089]
k1-2＝2，k2-3＝2，k3-4＝30
[0090]
(3)如图3所示，为未经过优化后的总工期。
[0091]
t＝流水步距和值+最后一步施工过程7段和值＝(2+2+30)+14＝48个工作日
[0092]
所以，48个工作日为未优化前的工期。
[0093]
第四步：针对各个施工工艺，列出影响日工作效率的各种不确定性因素。
[0094]
技术人员列出各种不确定性因素，包括：社会条件及施工场地条件、环境条件复杂土方运输日均量不确定、资金数量、材料及设备需求量大供应链容易中断、劳动人员密集流动性大、深度大地质条件存在的某种不确定因素，如人员、设备、材料、工法、环境因素。
[0095]
第五步：对各种不确定性因素进行分析，判断最大变量因素。
[0096]
首先，明确完成该基坑开挖的工艺有土方、喷锚、锚索、钢结构(围檩及张拉)4个，设定“靠前级别”为4-1＝3个级别系数，则4个工艺的“靠前级别”系数分别为土方系数为3、喷锚系数为2、锚索系数为1、钢结构系数为1。
[0097]
然后，将变量因素的“风险级别”系数设定为“靠前级别”的逆级别，即3、2、1级三个等级系数(3级最高、2级中等、1级最低)。
[0098]
继续，采用专业技术人员头脑风暴法和当地专家意见法，分别评定出4个工艺的“风险级别”为3、2、1系数级中的哪一级，经过评定：土方为2级系数、喷锚为1级系数、锚索为3级系数、钢结构为2级系数。
[0099]
最后，将各个工艺的“靠前级别”系数
ד
风险级别”系数，取最大值为最大变量因素。
[0100]
例如，土方的最大变量因素值为：3
×
2＝6；喷锚的最大变量因素值为：2
×
1＝2；锚索的最大变量因素值为：1
×
2＝3；钢结构的最大变量因素值为：1
×
2＝2；
[0101]
所以基坑开挖及支护工程的最大变量因素为土方施工工艺。
[0102]
第六步：确定最大变量因素(为土方工艺)后，将此工艺的“风险级别”系数2，与日工作效率相乘，作为其他工艺匹配其流水节拍的标准。
[0103]
土方工程的“风险级别”系数2，日工作效率为500m3，则后续施工工艺全部以2
×
500＝1000m3，所提供的作业面，匹配施工设备、人员，并以2个工作日为时间间隔，增加施工过程相应的施工队伍数。
[0104]
针对每一层分7个施工段，优化后：
[0105]
施工过程1(土方)：2/2＝1，土方作业1个施工队伍即可。
[0106]
施工过程2(喷锚)：2/2＝1，喷锚作业1个施工队伍即可。
[0107]
施工过程3(锚索)：6/2＝3，锚索作业增加2个施工队伍，共3个施工队伍即可形成流水。
[0108]
施工过程4(钢结构)：2/2＝1，钢结构作业1个施工队伍即可。
[0109]
各个施工队，按等节奏(2日)流水步距，开展流水作业。
[0110]
总施工队伍数＝1+1+3+1＝6
[0111]
第7步：按2个工作日为各个工艺(施工过程)的时间间隔，将所有施工过程的作业对数与土方工程各个施工段的施工时间相匹配，将所工作变为等节奏异步流水施工优化计算，取得结果即为优化后的工期。
[0112]
t＝(施工段数+总专业队伍数-1)
×
流水步距＝(7+6-1)
×
2＝24个工作日
[0113]
则，增加作业队优化后的总工期为24个工作日，如图4所示。
[0114]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。

技术特征：
1.一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标；步骤2、基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期；步骤3、根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大的施工工艺步骤；步骤4、根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期。2.根据权利要求1所述的地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，其特征在于，步骤1，所述根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标包括：步骤101、根据地铁车站深基坑施工地形确定土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺，对施工地形进行划分，包括标准段型施工区域和异型施工区域；步骤102、计算每一个施工区域中利用土方、喷锚、锚索和钢结构施工工艺的工程量；步骤103、定义完整的工程施工队，工程施工队伍包括固定人员和设备配置，针对不同的施工区域，配置工程施工队伍进行施工实践，每一个施工工艺连续工作5个工作日计算日均工程量，定义为施工工艺的日工作效率指标；步骤104、根据不同施工工艺的日工作效率指标和施工区域的工程量确定每个施工工艺完成施工区域所需工作日数：土方施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；喷锚施工工艺：2个工作日施工一个施工区域；锚索施工工艺：6个工作日施工一个施工区域；钢结构施工工艺：2个工作日施工一个施工区域。3.根据权利要求1所述的地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，其特征在于，步骤2，所述基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期包括：步骤201、根据每个施工工艺的日工作效率，定义施工过程流水节拍的累加数列，如式(1)所示：其中，第一行为土方施工工艺的施工过程累加数列，定义为i，第二行为喷锚施工艺的施工过程累加数列，定义为ii，第三行为锚索施工工艺的施工过程累加数列，定义为iii，第四行为钢结构施工艺的施工过程累加数列，定义为iv；每一列所代表的含义为每一个施工区域不同施工工艺所需要的的天数；n代表施工作业区域的总数量；
步骤202、针对每一行的累加数据采用错位相减的方式，取正值最大值流水步距；其中，i与ii之间的流水步距为k1＝2，ii与iii之间的流水步距为k2＝2，iii与iv之间的流水步距为k3＝4n+2，根据上述流水步距值和iv的最后一步施工过程总工作日数进行累加计算总的施工期如下式(2)：t＝2+2+4n+2+2n＝6n+6......(2)。4.根据权利要求1所述的地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，其特征在于，步骤3，所述根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大的施工工艺步骤包括：步骤301、根据施工工艺的日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素包括：社会条件及施工场地条件、环境条件复杂土方运输日均量不确定、资金数量、材料及设备需求量大供应链容易中断、劳动人员密集流动性大、深度大地质条件存在的不确定性因素；步骤302、根据不确定性因素对不同施工工艺进行最大靠前级系数定义，包括土方靠前级系数为3、喷锚靠前级系数为2、锚索靠前级系数为1、钢结构靠前级系数为1；步骤303、根据不同施工工艺的最大变量靠前级系数对不同施工工艺，评估定义风险级系数，包括土方风险级别系数为2、喷锚风险级别系数为3、锚索风险级别系数为1、钢结构风险级别系数为2；步骤304、将各个施工工艺靠前级系数和风险级系数相乘，计算最大值获取最大变量因素为土方施工工艺。5.根据权利要求1所述的深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法，其特征在于，包括：步骤4，所述根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期包括：步骤401、根据土方施工工艺的风险级别数与日工作效率指标相乘，作为其他施工工艺匹配流水节拍的标准；根据土方施工工艺2个工作日施工一个施工区域增加对应的喷锚施工工艺施工队伍数、锚索施工工艺施工队伍数以及钢结构施工工艺施工队伍数；步骤402、按2个工作日为各个施工工艺的时间间隔，将所有施工过程的作业对数与土方施工工艺的施工时间相匹配，将所工作变为等节奏异步流水施工优化计算总工期，如下式(3)：t
优
＝(n+m-1)
×
l......(3)，其中，t
优
表示优化后的总工期，n表示施工作业区域总数，m表示总的施工队伍数，l表示最大变量施工工艺完成一个施工区域的工作日数。

技术总结
本发明提出一种地铁车站深基坑工程匹配最大变量因素工期优化方法。包括：步骤1、根据地铁车站深基坑施工地形确定施工工艺、划分施工作业区域，基于施工作业区域和施工工艺确定施工工艺的日工作效率指标；步骤2、基于施工作业区域和施工工艺的日工作效率指标采用大差法计算施工地形总的施工期；步骤3、根据日工作效率指标列出影响日工作效率指标的相关因素，判断影响最大的施工工艺步骤；步骤4、根据最大变量因素施工一个施工区域作为时间节点，匹配相应的施工工艺和完整的工程施工队伍，计算优化后的工期。本技术方案具有简便快捷、大幅度优化缩短施工工期，推广应用前景广泛，具有很高的社会效益和经济效益。高的社会效益和经济效益。高的社会效益和经济效益。


技术研发人员：孔锤钢 曹玉新 温少鹏 姜永涛 张雯
受保护的技术使用者：中电建铁路建设投资集团有限公司
技术研发日：2023.03.10
技术公布日：2023/7/11