并行设计和施工活动的最优化减少返工

并行设计和施工活动的最优化减少返工

M.A. Hossain               D.K.H. Chua

伊斯兰技术大学，董事会 ，加济布尔 1704，孟加拉国

新加坡国立大学，117576新加坡，新加坡

2013年3月3日收到；2013年10月25日收到修改稿；2013年10月31日接受

摘要

建筑行业经常面临一个在最短的时间内完成项目的挑战。从早期的先例设计信息来看，并行设计和施工活动可以缩短项目的完成时间和减少后期工程和施工活动的返工设计费用。然而，返工的预期金额必须正确量化，以决定并行的策略。本研究提出了一种集成框架设计和施工活动并行设计，使用评估前期和后期灵敏度的概念特点和具有开发性能仿真模型,以确定项目的总时间和预期的返工数量。结果表明,随前期工程早期的信息准确性和后期工程的敏感性来判断减少项目持续时间和预期的返工量。此外,并行设计不一定能减少项目持续时间，反而过度的设计和施工返工造成的费用可能非常昂贵。本研究还描述了一个以最小的返工来优化项目进度的决策框架。寻找一个最佳的并行设计是使用并行设计矩阵(OSM)和遗传算法(GA)来消除不必要的返工。所提出的优化方法是最大限度地减少返工，同时预算金额和确保项目合同竣工日期，并提供决定并行设计的有效手段。

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1 .前言

在当今的建筑行业，缩短建设工期是一个重要方面。在实践中,对于大多数的建设项目,建筑设计和每个紧随其后阶段是由自己的团队成员进行设计的。这种执行顺序会导致整个项目建设工期延长(Blacud等,2009),这种方法还受建筑效益和施工能力问题的影响(Alarcón和Mardones；1998;Lam等., 2006)。经过研究许多建筑效益和施工能力问题已得到解决。（例如Anumba和Evbuomwan ，1996;Faniran等，2001；Lam等，2006 ）。在施工阶段，由于专家之间缺乏协调，设计师建筑知识贫乏和运用非技术规范，会出现图纸和规格之间不一致的情况。为了整合设计与施工，采用了各种方法，如在早期设计阶段邀请建筑知识专家；根据建筑效益判断一个设计分数；提供指导方针的概念来实现施工能力等等（Lam等，2006；宋等，2009）。

另一方面,为了缩短建设工期,并行工程首先被引入来缩短设计项目的时间(Krishnan等.1997;Smith, 1997; Zheng和Hong-Sen，2005),然后对设计与施工之间出现大量的并行工程的地方，快速启动这个方法。(Blacud等,2009;Gill等 ,2005;Khoueiry等,2013)。这对于大型项目并行设计尤为重要。在施工开始之前完成并行设计。然而,最终设计可能与早期使用的设计参数不同,从而可能导致后期建筑活动返工。施工返工的花费是非常昂贵的，可能对整个项目建设工期造成不利影响。Hwang等人（2009）提出，返工成本超出建筑总成本的5%是成本超支，设计错误是造成返工最高成本的原因。Han等人（2013）也表示类似的研究结果，即设计错误导致高达79％返工成本。

Pena-mora和Li(2001)提出了一个两个连续活动并行的框架，使用前期工程进度的概念和后期工程对前期工程参数变化的敏感性来降低后期工程返工的风险。Blacud等(2009)还描述了后期施工活动的灵敏度降低施工返工的风险的框架。然而,这些研究只有考虑单一前期工程设计活动依赖一个后期建筑活动。有多个依赖项其会更加的复杂，返工的影响对整体工程竣工项目计划是一个重要的考虑因素。

此外，在协调设计和施工中将建设工程竣工测量检查作为参考输入到设计中是一个考虑的重要因素。在某些情况下如果竣工测量被忽视了，可能要进行重新设计。Chua and Song认为参数经过初步的概念到最终概念的改进之后才被批准建设。施工参数实现的阶段和实现价值可能与已经设计不同。如果偏差超出允许公差极限，可能对以后的设计参数和后去工程产生影响。然而，他们的研究并没有对后期工程和项目竣工后续的产生的影响建立明确的框架。

本研究提出了一个框架，在早期的信息整理中将并行设计和施工活动合并起来。在后期工程中，多个活动存在的依赖关系可能会造成返工的现象。下面的框架中，一个模拟模型通过量化返工产生的影响估算设计和施工活动对整体项目完成的影响。研究还提出了一个框架来寻找一个的并行设计，使返工达到最小化的预期最优策略。该框架以典型案例为例有效地进行了研究。

2 .重叠序列活动

并行设计是以缩短建设工期的活动，是常见的工程项目。Krishnan等（1997）详细描述了一种并行的战略框架，在产品开发策略中利用前期工程发展和后期工程灵敏度的概念，并行一对相关的设计活动。该术语是指从初步形式到前期的设计参数的优化率转化为最终价值。为了后期活动开始初降低早期返工的风险，进度更快更准确的设计参数可以被运用。另一方面，由于前期工程的变化，灵敏度将被用于衡量返工所需额外的时间的参数。后期工程的敏感性是改变上游参数，低风险是从一个后期工程的早期开始的,反之亦然。因此，最好的并行设计是一个快速发展的前期工程和低灵敏度。Peña-mora和Li（2001）提出了一个并行的框架,两个连续的活动可以与后期工程最小风险的返工并行设计。并行设计的特点在于通过把活动分为不同的时间间隔，前期工程的进度和后期工程的敏感性两方面。Bogus等（2006）描述并行的策略，目的是在后期工程中最大限度地减少重新设计。Srour等（2013）也提出了一种基于依赖信息的并行设计活动的调度模型。

然而，设计返工与利用早期的信息建设返工有所不同。设计返工通常涉及修订设计计算或设计信息的重新评估。另一方面，结构是一种涉及的建筑材料表面工程。因此工程返工将导致物理返工如添加更多具体到一个基础或什至更换一个新的现有基础。这种类型的返工费用昂贵，可能需要很长的时间从而延迟项目的竣工。

Blacud（2009）解决了综合施工活动部分的问题。在他们的研究中，他们集中在有助于建设活动的具有上游设计变化敏感性的决定因素（如改造过程中，前置时间，模块化和组件的交互）。建筑活动可以根据这些因素进行分类，确定建筑活动的灵敏度，以方便设计和施工的并行。不过，这项研究并没有考虑对项目竣工和生产力造成的整体损失影响。

上述研究认为一个前期工程和一个后期工程之间只有一个单一的依赖关系。此外,施工反馈设计活动时没有妥善解决设计和施工活动的并行。

3 .并行设计和施工活动

本节介绍了系统并行的策略，以量化的项目竣工和生产力造成的损失，考虑设计和施工活动之间的多个依赖的影响。项目竣工和损失的总体影响生产率依赖于每个活动所需的返工量。在这样,Blacud 等人(2009)的敏感性参数用于确定返工的数量,可能需要从前期工程中一个施工活动的早期设计参数。对于低灵敏度设计变化的活动，返工量预计将比较低，反之亦然 。一个设计活动缓慢释放速率（即有较高的概率，最终设计将不同于初步设计提供参数）和一个高度敏感的建筑活动之间将发生最严重的并行。由于施工返工是昂贵的，可能对项目的持续时间造成不利影响，应该避免这样的并行。

此外，正如前面提到的，设计活动并行(Bogus等, 2006; Chua and Hossain, 2010; Krishnan等,1997)缩短设计阶段，这种并行也具有重新设计的后期工程的可能性。设计活动并行时,建筑活动可能在三个阶段获得设计参数：通过初步设计参数估计,从全面分析,确认检查后重新设计。设计和施工活动之间的并行量的决定是基于设计参数的准确性和施工活动的敏感性。举一个这种并行的一个例子,其中前期工程“B”之后施工活动“C ”可以开始初步设计参数。然而,如果有一个高概率的设计参数改变状态和设计变化有很高的灵敏度，施工活动“C ”的开始可能需要延期。

在设计与施工活动的并发执行中，一些设计活动需要施工活动的反馈。我们可以在图2中看到，施工活动设计活动“D ”需要“C”的反馈。如果一个设计活动必须在前一施工活动之后，这将对整个项目竣工将会造成很大的延迟。相反,设计活动在早期被就被允许开始,施工活动完成后做一次检查。项目竣工方案可能不同于已经设计好的方案，并可能导致一些后期工程的重新设计。早期设计应该检查活动开始所获得的利益和重新设计的不利影响之间的权衡。