第九章计算机辅助施工组织与管理

第九章计算机辅助施工组织与管理

同济大学建设管理与房地产系

9.1.1 发展阶段

计算机应用技术可以实现设计、工程量计算、造价分析、招标投标、施工管理、施工技术等各系统间的数据共享，为提高工程管理水平、增强企业竞争力，提供了现代化的工具。

9. 1 概述


计算机在工程施工建设领域的应用中也经历了以下几个阶段：

（ 1）电子数据处理阶段 (EDP:Electronic Data Processing System) ；

（ 2）管理信息系统阶段（ MIS:Management Information System) （ 3）决策支持系统阶段 (DSS:Decision Support System)

(4) 项目信息门户 (PIP:Project Information

Portal)

目前，国内计算机辅助工程施工管理软件的水平分布于各个阶段，但其中高水平的较少，大部分是电子数据处理软件。

9. 1 概述


国内外使用最多的计算机辅助施工管理软件是进度计划类软件，从使用层次上可以将其分为两大类：

第一类是高层次管理软件 : ▲ 主要适用于大型工程建设管理的各种需要； ▲ 其特点是功能强，提供了范围广泛的调度选项，能对任务进行精确的控制，具有计算机网络和通讯功能； ▲ 但一般使用复杂，需要进行专门的培训，而且价格高，应用面不广。

9. 1 概述


第二类是一般层次的软件 :

▲主要是为满足一般管理工作的需要，只能为工程施工的某一方服务； ▲ 其特点是使用简单，使用者一般只需要经过很短时间的培训就可以在工作中使用，而且价格便宜； ▲ 缺点是功能较简单，提供的指标和功能不是很完善，能满足复杂工程建设的需要。

9. 1 概述


从整个工程建设和管理看，工程各阶段和施工管理的各方是有机联系的一个整体。因此，理想的计算机系统是既能完成某一方的服务和功能，又能为其他各方提供数据共享。

9. 1 概述


一般应包括以下基本功能：

（ 1）提供施工组织设计文件的全套文档的编辑、管理、打印功能。

（ 2）根据实际工程条件，可以从模板素材库中选取相关内容，任意组合，自动生成规范合理完整的施工组织设计文件。

（ 3）可以与相关模板或数据库相结合，生成各种资源图表、施工进度计划和施工网络计划图，以及施工平面图。

9 ． 1． 2 计算机辅助施工组织设计的内容

9. 1 概述


通过计算机辅助施工组织设计，可以做到 :

施工组织设计文件所需数据与设计阶段的相关数据接口 ;

不需要大量的计算和文字输入就可以快速、准确地制作施工组织设计文件 ;

可以随意更改补充施工组织设计内容，使工作变得更方便轻松。

9. 1 概述


计算机辅助生成的某施工组织设计文件的基本内容，如表 9-1 所示。

9. 1 概述


（ 2）要求

计算机辅助软件应贮存大量典型工程和常用施工方案的基本要求，并有大量可用的图表和施工流程图。

9 ． 2 计算机辅助施工方案制定

（ 1）特点施工方案与具体工程项目的地理位置、结构类型、建筑布局、设备种类等密切相关，计算机辅助技术为施工方案的制定提供了一种灵活、方便、快捷、又能满足各种不同工程项目的施工组织设计的环境。


根据具体工程项目的施工条件，选择合适的施工方案，通过适当的组合、删减和增添，就可以迅速形成合理实用的施工组织设计文件。

施工方案

测量工程

土方工程

基础结构工程

主体结构工程

屋面工程

装饰工程

吊装工程

设备安装

技术措施

（ 3）主要功能



9 ． 2． 1 土方工程

计算机辅助制定土方工程的施工方案时，首先应计算土方开挖和回填的工程量，然后明确土方开挖的顺序和开挖分区，并且做好土方边坡的支护，保证土方边坡的稳定，进行降水处理，最后安排土方运输和土方回填。土方工程的程序功能结构如图 9-2 所示。

地基加固

土方工程

土方开挖

土方运输

边坡支护

降水

土方回填

爆破工程



计算机辅助土方工程设计时，根据记录和贮存

大量典型和通用工程项目的土方工程施工的布置和设计，针对具体工程项目，可以较快速方便地选择与之相关的内容，组成一份有针对性、且考虑全面的土方工程施工方案设计文件。



9 ． 2． 2 基础结构工程基础结构工程包

括基础工程和基础的结构工程两部分。基础工程的施工方案可分为浅基础工程的施工方案和深基础工程的施工方案。基础结构工程的程序功能结构如图 9-3 所示。

基础工程

浅基础工程

深基础工程

地下连续墙

强夯

深层搅拌

堆载预压

沙桩挤密

化学加固

桩基础

墩基础

沉井基础

沉箱基础

机械压实



9 ． 2． 3 钢筋混凝土工程

钢筋混凝土材料应用范围广泛，在大多数工程项目的基础结构工程和主体结构工程中均得到应用。计算机辅助钢筋混凝土施工方案的编制，分别由下列各功能模块组成：

1 ）钢筋工程

2 ）混凝土工程

3 ）模板工程

4 ）脚手架工程

5）预制构件工程



钢筋工程施工方案的重点在于：(1)钢筋类型选择； (2) 钢筋进场前的检验；(3) 钢筋下料和加工；(4) 钢筋连接。

以及围绕上述各阶段工作的质量控制措施和安全控制措施的制定，见图 9-4 所示。

钢筋工程

钢筋下料

钢筋冷加工

调直

剪切

镦头

弯曲

钢筋连接

钢筋冷拉

钢筋冷拔

钢筋绑扎

钢筋焊接

机械连接



9 ． 3． 1 基本原理

近年来，随着人工智能（ AI ）技术的迅速发展，为施工进度计划的自动安排创造了条件。施工进度自动安排是建筑、工程和施工（ AEC）平行工程技术中非常重要的一个环节。

Morad和 Beliveau(1993 ）提出 KNOW PLAN 专家系统，利用三维计算机模型产生所需的输入数据，进行进度安排。 Zozaya Gorostiza 等（ 1990）开发 CONSTRUCTION PLANEX专家系统，估算项目成本，安排施工进度。 Chang 和 Beliveau(1997)开发 SCaxRC专家系统，对时间约束和资源约束条件下的项目进度进行自动安排。

9 ． 3 计算机辅助施工进度计划


基本知识系统的施工进度自动安排的基本原理：

通过考虑工期定额和施工经验，对施工活动分类，建立不同施工活动之间的逻辑关系，计算不同施工活动的资源需求量和持续时间，然后进行施工总进度计划安排和子工程进度自动安排，并且可根据需要，人工调整进度安排。如图 9-5所示。



从 CAD来用户输入

工程量生成

项目分解活动分类工期定额库工程经验

基于知识系统

进度安排

人工调整资源需求量计划

进度生成

显示

打印工程数据


图 9-5


9 ． 3． 2 进度计划管理软件

进度计划管理软件从使用角度可从以下两个层次：

（ 1）大型进度计划管理软件

高层次进度计划管理软件中，比较好的主要有： Primavera公司的 Primavera Project Planner(即 P3 ） Welcom Software Technology公司的 Open Plan Computer Aided Management公司的 PARISS Enterprise Lucas Management System Inc. 公司的 Artemis Prestige Applied Business Technology Corp公司的 Project Workbench

大型进度计划管理软件之间的区别主要在于它们的容量和使用的网络协调多个项目的能力不同。



Primavera Project Planner 在多次评比中获得好评，并且在大型工程建设项目中获得了广泛的应用； Primavera公司是著名的项目管理软件供应商， 2000 年在软件 100

强中排名 32 ， 2001年以 7400 万美元的销售额列 25 位，是最大的项

目管理软件供应商； P3 （ primavera project planner ）是最早的、专业级的基于网络

的计划技术（ CPM) 的项目管理软件之一， 1983年始发第一版； P3 项目管理系列软件在项目管理市场占 60%，在工业界占 80%，在

大型项目中有 92%的市场份额； ENR(Engineer News-record)评选的建筑企业 400强中有 375 家使

用，业主 200强中有 150 家使用：属高端项目管理软件。

P3 软件的基本情况：



P3 软件的发展：

P3

P3E

P3E/C

Teamplay

PMer

MM

PR

PA

PV

计划管理

知识管理

基于 WEB的信息沟通

投资组合分析

基于 WEB的计划管理



P3 软件的基本功能：

可集成和二次开发

可同时管理多个项目能有效的管理和控制大型、复杂项目

信息编码和工作结构分解（ WBS) 计划的编制、跟踪和比较分析费用管理资源管理丰富的报表和图表



国内 P3软件的应用现状：

应用层次

大多用于计划的编制、跟踪和控制，部分进行了资源和费用的管理，较少进行了集成和开发，软件的应用层次还比较低。

应用范围

从上海普华公布的资料看，国内已经有 1800 家用户，但大多集中在石化、电力系统、交通等，其他行业也开始渗透，如房地产等。



P3 软件应用应注意的主要问题：

正确认识项目管理软件，项目管理的推行先于项目管理软

件的应用；

P3 软件的应用需要组织保证、制度保证以及人员保证；

P3 软件的应用需要一个过程，在这个过程中需要进行项目

管理；

P3 软件会在一定程度上改变传统的工作模式，组织要有接

受变革的思想，形成良好的企业文化或项目文化；



影响 P3 软件应用的因素有：组织因素、管理因素、应用模式、应用过程的管理、应用对象以及软硬件因素等；

P3 软件的应用要不断地进行培训，包括项目管理的培训和软件的培训；

P3 软件的应用可以从最低层次运行，在某个项目或部门试点，有点既面、由深到浅的逐步推行。



应用单位项目准备阶段项目实施阶段业主方 √ √

工程管理咨询单位 √ √

工程监理单位 √ √

主设计单位 √ √

工艺设备总集成商 √

施工总承包管理单位 √

P3 软件应用范围：

参与单位

阶段



P3 软件应用规划的主要内容：

总体规定

操作规定

应用范围和应用目的1

P3 应用的组织结构2

计划的层次和工作内容3

参与单位与职能部门的职责4

进度计划的过程管理6

考核制度10

数据传递的规定9

P3操作手册10

用户与权限的设置8

7

编码的定义和编码的规则5

进度计划文件、过滤器、视图和图表的规定



目前常用的中、小型进度计划管理软件种类很多，主要有： Microsoft公司的 Project 4/98/2000/2003 ； Primavera公司的 Primavera Sure Trak Project Planner ， Scitor公司的 Project Scheduler ， Symantec公司的 Time Line Computer Associates公司的 CA Super Project

Leach Management Systems公司的 CS Project, Asta Development Corporation Limited 公司的 ASTA Power Project

（ 2）中、小型进度计划管理软件



我国国内开发的进度计划管理软件基本属于该层次。市场

上能够看到的软件主要有：

北京梦龙科技开发公司的智能化项目管理软件 PERT 大连同洲电脑有限公司的 Tz Project 清华大学和同济大学等开发的进度计划管理软件

国内软件的共同特点是结合我国的实际情况，使用中文界面，有些软件提供单代号、双代号网络图的转换，一般均可输出国内比较通行的双代号网络图。



日程安排工具

资源管理工具

费用管理工具

进度跟踪功能

组织大规模项目的基本功能

报告、表格和图形

自定义功能

二次开发工具

与 Microsoft公司的其他软件互为补充

在一般层次的进度计划管理软件中，以 Microsoft公司的 MS Project 的市场占有率最高，约占五成以上。具有如下功能：



第 1步：设定用户格式与操作环境

第 2步：设置项目基本信息

第 3步：确定工作分解结构

第 4步：输入详细工序名称第 5步：输入工序持续时间

第 6步：确定工序之间的逻辑关系第 7步：检查网络逻辑关系

采用 Microsoft Project 软件编制工程项目进度计划可分为 15个步骤：



第 8步：资源分配和资源均衡第 9步：输入费用数据

第 10步：设置横道图格式第 11步：修改时间坐标第 12步：确定外加约束（时限）

第 13步：将当前计划设置为基准计划第 14步：打印报告

第 15步：保存进度计划和基础数据



9.4.1 计算机辅助施工平面图布置系统的主要功能和程序计算机辅助施工平面图布置系统的主要功能：

（ 1）通过人机交互式图形界面，用户可以方便地进行施工平面图的生成、修改、显示切换、放大，并能生成动态施工平面图；（ 2）对生成的施工平面图进行评判；

（ 3）提供相应的辅助设计功能，例如，塔吊的选择、供水供电系统的计算等；

（ 4）生成用户所需的各种图、表，并能以数据文件、屏幕、打印机或绘图仪等多种形式输出。

9 ． 4 计算机辅助施工平面图布置


施工平面图应依据施工方案和施工进度计划的要求进

行设计。设计人员必须在认真研究有关资料、勘查现场，取得第一手资料的基础上，最终决定施工平面的布置方案。施工平面图布置的基本程序如图 9-11 所示。



施工平面图布置的计算模型需要解决三方面的问题：

状态描述，尤其是初始状态的描述方式；

算符集合，即状态之间的转换规则；

目标状态的描述。

9.4.2. 施工平面图布置的计算模型



施工平面图的设计状态可以由图上的布置内容表示。在每一个状态下，平面图都包括两方面的内容：

一是已有的固定设施（已建建筑物、构筑物、现

有的道路、管线等），在设计过程中一经设定即

不再改变；

二是新布置的各种设施、设备，须在设计过程中

确定其参数和平面位置。



可以把场地平面图的布置内容按几何形式归结为点、

线、多边形三种，即：

点——如混凝土搅拌站、变电房、水泵房、各种临建房屋等的布置；

线——如道路、供水供电管网、通讯线路等的规划与布置；多边形——用多边形表示布置场地。如各种材料、构件、设备的堆放场地、起重机械运行场地、结构装配和组装场地等平面位置的规划，以及对其使用期限进行的安排。



以此为基础，先设定四个表：待布置物体表；待布置物体位置表；初始占用空间表；可供布置的空间表。

由待布置物体表中选取待布置的物体，并根据初始占用空间表和可供布置的空间确定其平面位置的过程是一个相当复杂的搜索和推理求解过程。如图 9-12所示。



开始

初始化：根据现场条件和工程要求，建立相应的待布置物体表、待布置物体位置表、初始占用空间表、可供布置的空间获取问题的初始状态

结束

确定该物体的参数

生成该物体的可能位置集

确定该物体的“最终”平面位置

调整待布置物体表、待布置物体位置表、可供布置的空间表，得到新的设计状态

根据待布置物体位置表、初始占用空间表、可供布置的空间获取布置结果

从待布置物体表中选定以待布置物体

待布置物体表为空？

布置规划布置要求约束条件评判准则

初始状态

搜索（求解）过程

目标状态

N

Y



9.4.3 ．施工平面图布置的计算机设计方法

（ 1）计算机辅助的人工布置方法

布置物体的选定及平面位置的确定均由用户完成，计算机仅提供存储、计算和修改的便利，充当用户进行布置设计的辅助工具。

进行施工平面布置设计时须考虑的因素是多方面的，很难采用确定的算法进行描述和分析。因此，将求解过程中主观性和经验性较强的决策留给用户去做。



（ 2）计算机自动生成布置方案

使用这种方法，系统可根据用户提供的条件，自动选择待布置设施、设备，并按照一定的方法确定其平面位置，生成满足用户要求的若干可行方案。在用户给定评价因素和准则时，系统选定一个或多个优化解作为最终布置结果。



（ 3）人、机交互的计算机辅助设计

该方法在充分发挥人的直观理解力，让用户灵活运用其经验、习惯做法和主观要求的基础上，利用计算机的存储和计算功能，实现局部布置设计的智能化，生成总体布置结果，并进行若干可行布置方案的评价和比较，从而得出最终的优化布置结果。



9 ． 4． 4工平面图的动态布置

施工平面图计算机辅助设计系统按不同的施工阶段进行相应变动，动态地显示施工现场的实际布置情况，生成不同施工阶段的施工现场平面布置图。

动态施工平面图的计算机生成可以采用以下方法：（ 1）将施工所需设施、设备的进出场时间作为布置内容数据结构的一项，存储于系统之中。当用户指定施工期间的某一时刻时，系统自动识别此时施工现场内的布置内容，并生成相应的施工平面图。



（ 3）将待建建筑物以及施工现场内设施、设备空间上的变化直接与施工进度计划相联系，通过计算机实现具有时空性的施工现场布置。

（ 2）通过建立施工现场内布置内容与施工工序之间的联系，用推理的方法生成动态施工平面图。



寰宇建筑施工平面规划软件广泛应用于施工方案、现场管理、标书制作等方面。它面向施工技术人员，参数智能化，图形标准，图库丰富，自动化程度高。

例如：

■要绘制塔吊 ,只需给出其位置及臂长；

■要绘制某种堆场，只需选择对应的堆场图标，

然后指定位置和大小即可；

■要绘制水电等各种线路，也只需寥寥几键…



◆ 支持图例完全自动生成（软件能分析图面内容，自动不重不漏的绘制图例图形和文字）；



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