动态仿真技术在工程施工管理的应用

摘要：所谓全过程动态仿真技术，是将现代网络计划和传统数值模拟仿真技术融于一体，并实现多过程网络动态仿真模拟的全新技术。它的基本系统框架设计概念也就是通过构建新的CPM，一个现代网络工程计划管理模型，并直接通过调用一个新的CYCLONE网络计划模型于这个系统框架中，使得整个现代网络计划模型尽可能在结构上同时具有多个管理层次。需要我们构建有效的网络工程项目管理控制系统平台，利用网络动态模拟仿真项目管理控制途径，实现覆盖网络计划全过程的现代网络计划动态模拟仿真项目管理，准确得出施工规律。

关键词：智能全过程动态网络仿真；网络动态仿真技术；施工管理

全过程动态仿真技术能够模拟大型工程施工管理的实际情况，根据施工管理的需求，提供有价值的管理信息，避免施工管理出现失误，影响整个工程项目的建设。工程单位利用全过程动态仿真技术提升施工管理的水平，发挥工程建设的效益。大型项目施工很容易受到天气、风速、雨水以及建筑水平等各种因素的影响,使得项目在建设过程中存在许多不确定性和问题,而单靠传统的计量方法很难精确的对工程建设的进展和控制状况进行记录。所以,本文从实际出发，结合全过程动态仿真技术中的CPM技术和CYCLONE技术的优势,对实际工程进行进度的分析。

1全过程动态仿真概述

1.1系统仿真

系统控制仿真是以过程控制模拟理论和微信息处理控制技术、相似控制理论以及多种计算机模拟技术实践作为理论基础的一门综合性学科。通过系统仿真虚拟模型的系统构建，并可以运用多种计算机模拟技术对该仿真模型系统进行过程控制，从而更加可靠地得到在不同的系统边界的控制条件下，随着边界时间的不断推移，其控制系统中所发生的基本状态的不断变化。

1.2全过程动态仿真概述

全过程性的动态结构仿真精度技术主要利用一个CYCLONE与一个CPM结合技术，以一个CPM系统作为技术基础设计框架，将其中的各个节点进行细化后形成一个CYCLONE精度模型，从而初步形成不同技术层次的工程结构精度模型，在其中利用动态仿真技术，对整个仿真工程的结构精度情况进行了有计划性的分析，从而达到工程管理的目的。系统中也可以包括连续型与离散型的系统。所谓的连续型系统，是指物质状态随着时间的增长，而发生了连续性的变化；对于离散型系统,则是指系统的状态在有限的时间内，发生了跳跃性的变化。它还结合了工程管理，并作为离散式系统来进行研究。在离散系统中最基础的概念之一就是时间模拟时钟,作为记录系统中在不同的时间进行不同事件的标准时间,同时也是对系统活动过程和状态的最基础的描述。也因此在整个流程中,使用了管理层与工程实施层之间不同的时间层次，所以设置了全过程模拟时钟和本地时间模拟时钟。全过程模拟时钟,主要是利用对CPM网络层中的事件模拟轨迹,一般使用时间量化步长法或下一步推进法。在该课题中我们采用下一步推进法为主，并辅助采用时间量化步长法,在系统的每一次的时间推进中检测系统是不是有事件产生,而一旦有,那么系统就会在△T处进行系统改变。而根据上述的原则,在侦测到了事件发生之后,其系统就将自动跳转至CYCLONE层,从而启动了本地的仿真钟。同时对本地的仿真时钟也可采取下一步推进法,即将某个节点作为初始状态节点,对系统进行了扫描,从而检查系统中是不是发生了满足条件的活动,从而进行了这种循环模拟,直到最后把整个系统控制权都交还给了全过程模拟时钟。然后使用全过程模拟时钟继续正常工作,直到模拟完成。

2仿真建模

根据全过程的模拟与动态原理形成了CPM控制层次模型和CYCLONE实施层次模型。

2.1CPM网络层仿真模型的构成

CPM模型主要由矢线、节点与属性组成，如图1所示。其中的节点图示有3种不同节点图示及其符号分别对不同工作状态下的功能分别进行自动表示。一般节点表示在一个施工中有可能已确定的或较简单的关键工序，而并无具有CYCLONE中的模型层；而仿真节点状态则主要用来描述建筑工程中较复杂的工序，而这些工序所能维持的时限都是由模拟节点时间所确定的，而一旦全过程仿真钟达到了该节点时间，它就会自动转入CYCLONE层中模型并完成相应运算；而滞后节点状态则代表着不同的工程属性要求。一般节点状态可分为持续时间、时间分布形式、施工数量属性需求等,而模拟节点状态则分为施工条件布置、设备参数表示和有关的地质参数。矢量曲线主要就是用来表示各工程节点间持续时间与工序空间的逻辑关系，也就是说，箭尾节点完成之后，箭头节点才能够开始，但是矢线本身并不会消耗时间的资源。

2.2CYCLONE仿真模型的构成

根据这种建模方法，人们一般将模型定义为用5种符号来完成对各种情况的描述，然后按照实际情况的施工作业态势及其相应的逻辑关联步骤，将他们之间完成了矢量状态的联系，并合理的加以了调节机制的加入，构造出图示模式来完成对实际工况的描述。CYCLONE的基本模型是由流水单元，矢线及其相应的节点所组成。CYCLONE模型的流水单元则是在该系统过程中，不断的完成相应的状态变化和流动实体的分类，并且对具体的操作作业中所要求的资源配置状况加以说明。矢线的表示，是对各个流水单元的流动方向及其相应的活动顺序之间逻辑关系的分析，在这种状态下是不进行时间的消耗的，节点就是用5种不同的符号加以标识。在构建相关的CYCLONE模式时，首先需要明确对各施工流程中所发生的活动及其与活动间的关联进行连接，在活动展开的过程中，再根据所需要的流水单元及其模块中存在的关联参数设置实现模式组成的活动最终建立，在模式的构建过程中就是一个经过不断研究、多次讨论的过程，当这种构建的模式和对实际的系统状况进行操作步骤基本吻合时，便是最后的CYCLONE模式的形成。

2.3全过程动态仿真模型的构建

建立全过程动态仿真模式的过程中，仿真模式也类似于相关的单代号网络图。针对全过程动态仿真模型的建立过程而言，首先需要确定使用该模块的相应施工工程序列的安排，及其与它们之间在时间和相关空间上的逻辑关系，之后再通过相应的矢线以及不同的节点表示方式加以联系和描述。全过程动态仿真模型的构建需要注意以下几点要求：首先是可以有一个起始的节点和一个终止的节点，然后是在针对整个流程的建设中，不要出现违反常规的逻辑情况发生，最后是在建立相关模块的整个流程中，不要采用相同的工程编号进行序列的安排。

3工程实例应用

3.1工程概况

某工程需要修建建筑小品8座，合计面积约为1500m2，总建筑物标高约为12.3m。建筑构造的基本型式为框架-剪切墙的结构。本项目混凝土使用了预先准备的产品混凝土，水泥施工使用8m3的混凝土运输车运输，水泥注入方式主要采取了混凝土泵送至车的变流台形式，一部分还采取了用水泥施工的升降机运输或手推车一并注入的型式。

3.2建立仿真模型

通过本项施工人员对不同施工活动工期的可能性分布参数估计后，经统计分析可以得到对不同施工活动工期的可能性分布参考值，如图2所示，而上表中所有数值的单位都是实际时间。

3.3仿真参数的确定

根据本项目施工人员对各种施工活动工期的概率分布参数估计，经统计分析得出各种施工活动工期的概率分布参数，如表1所示，表中每个数据的单位为时。

3.4仿真结果分析

根据每个方案的资源分配情况和施工时间参数,通过CYCLONE模拟软件表示所示模式。每个方案的模拟运行共10次,模拟结果，如表2所示。仿真模拟工程单独进行了10次,总施工时间如表2显示。10次结果的平均数是1194.66h。由此可见,8个建筑小品均采取了平行施工的组织方法,故工期相对较短,为1194.66h。按资源效率的从高至低顺序则是：钢筋组36.28%，木工组30.35%，架子工组10.13%，混凝土运输车9.2%，混凝土泵送车6.39%，混凝土组6.39%，测量组3.08%。因此，采用这种施工组织方式，工期短，但资源利用率有待提高。

4结语

对于大型工程项目的管理，采用全过程动态仿真系统，以CPM为框架，以CYCLONE为实现，形成互补的技术优势，在工程应用中具有很强的可操作性和实用性，对工程管理具有现实的参考意义。同时，面对计算机技术的不断发展，全过程动态仿真技术在未来仍有很大的发展和应用空间。

作者：孟璟 单位：天津市动物园