公路工程施工组织设计：流水作业类型及特点

由于工程建筑物、构筑物的复杂程度不同，同时受地理环境影响不同，这就造成了流水参数的差异。公路工程施工过程根据流水节拍的不同，可将流水作业施工分为有节拍流水作业和无节拍流水作业。其中，有节拍流水作业是同一工序的流水节拍值在各施工段相等的流水作业类型；无节拍流水作业是施工任务的流水节拍无规律的施工组织类型。

1）有节拍流水作业分类及总工期

有节拍流水作业分为全等节拍流水、成倍节拍流水和分别流水。

（1）全等节拍流水

全等节拍流水又称稳定节拍流水。在组织流水作业时，如果所有工序（施工过程）在各个施工段上的流水节拍值彼此都相等，这种组织方式的流水作业称为全等节拍流水。

【案例5.3】 完成4个构件的预制工作（假定4个构件劳动量相等，施工条件、技术配备、工程数量等完全相同，所有工序在任意施工段的工作持续时间都为1天）。

【分析】 4个构件自然形成4个施工段，可把每个施工段的任务分解成3道工序，即模板、钢筋和混凝土。所有工序在任意施工段的工作持续时间都为1天，为有节拍流水作业的全等节拍流水，如图5.5所示。

图5.5　全等节拍流水施工进度横道图

由图5.5可以看出，全等节拍流水有以下特点：

①流水节拍彼此相等，流水步距彼此相等；而且两者的数值也相等，即ti=Kij=常数，这也是组织全等节拍流水作业的条件。

②按每一道工序各组织一个专业施工队，即专业施工队的数目等于工序数n。

③每个专业施工队都能连续作业，施工段没有空闲，实现了连续、均衡而又紧凑的施工，是一种理想的施工组织方式。但在实际工程中，这种情况并不多见。

总工期计算如下：

由图5.5可知，流水展开期t′为各专业施工队（即工序）之间的流水步距Kij值之和。因此，专业施工队（即工序）数为n时，流水步距就有n-1个，则：

最后一个专业施工队（即工序）应在每个施工段上依次作业，它的全部作业时间t0应为：

式中各符号意义同前。

在不考虑技术间隙时间C和组织间歇时间Z的情况下，全等节拍流水作业的总工期T等于t′与t0之和，即：

也即：

式中各符号意义同前。

【任务3】 结合案例5.3，判断图5.5是施工进度横道图的哪一种图式？并请将其转化为另一种图式。

（2）成倍节拍流水

相同工序的流水节拍值在各施工段上都相等，不同工序的流水节拍值彼此不相等，但在所有流水节拍值中有一个最大公约数，其他流水节拍值是最大公约数的整倍数关系，这种组织方式的流水作业称为成倍节拍流水。

【案例5.4】 某施工项目划分为3个施工段，每个施工段的施工任务分解为3道工序（即挖基础、砌墙身、回填土），各工序在各施工段的作业持续时间如表5.1所示。

表5.1　作业持续时间表（即流水节拍表）　单位：d

【分析】 同一道工序在各施工段的流水节拍值相等，不同工序在各施工段的流水节拍值不相等，但有最大公约数为2（6是2的3倍，4是2的2倍），这种施工组织为有节拍流水作业的成倍节拍流水作业，如图5.6所示。

图5.6　成倍节拍流水施工进度横道图

由图5.6可以看出，成倍节拍流水有以下特点：

①相同工序的流水节拍值在各施工段上都相等，不同工序的流水节拍值彼此不相等，但在流水节拍值中有一个最大公约数KK，其他流水节拍值是最大公约数的整倍数关系；并且各专业施工队相继间隔一定的时间KK开工，称KK为公共流水步距。

②专业施工队的数目大于工序数。

③各专业施工队都能保持连续施工，施工段没有空闲，整个施工过程是连续、均衡的，各专业施工队按自己的节奏施工。

如果仍按全等节拍流水作业组织施工，则会造成专业队窝工或作业面闲置，从而导致总工期延长。为了使各专业施工队仍能连续、均衡地依次在各施工段上作业，应按成倍节拍流水作业组织施工。其步骤如下：

①求各工序流水节拍值的最大公约数KK。与原流水步距Kij意义不同，KK是作为按成倍节拍流水作业组织施工的一个参数，是各道工序中所有专业施工队都共同遵守的一个“公共流水步距”。

②求各工序的专业施工队数目bi。每道工序流水节拍值ti是KK的几倍，就相应安排几个专业施工队，即专业施工队数目bi=ti/KK。

③求专业施工队数目的总和n′。n′=∑bi=∑ti/KK，各工序所有专业施工队就依次间隔KK时间投入施工生产。这样，才能保证均衡、连续的施工作业。

④计算总工期T。将n=n′，KK=Kij代入式（5.9）得：

（3）分别流水

分别流水是指相同工序的流水节拍值在各施工段上相等，而不同工序的流水节拍值相互不完全相等，也不存在最大公约数KK的流水组织类型。

组织分别流水作业时，要完全实现连续性（即专业施工队不停工的施工状态，施工对象不间断的被加工状态）是做不到的。所以为了降低施工成本，应保证专业施工队的连续施工状态；或者为了达到缩短施工工期的目的，在工作开展的过程中只要具备开工条件就开工（即开工要素法或紧凑法）。

【案例5.5】 4个构件的施工任务，由模板、钢筋和混凝土3道工序完成，各工序在各构件的作业持续时间如表5.2所示。

表5.2　作业持续时间表（即流水节拍表）　单位：d

【分析】 同一道工序在各施工段的流水节拍值相等，不同工序的流水节拍值不完全相等，也不存在最大公约数KK。这种施工组织为有节拍流水作业的分别流水。

由于流水步距是一个变数，其作图不能像全等节拍流水作业，也不能像成倍节拍流水作业，因此，分别流水作业作图有它自身的特点。对于分别流水作业作图，可以采用两种方法，即专业队连续作业法和紧凑法（即开工要素法），如图5.7所示。

图5.7　分别流水施工进度横道图

由图5.7可见，总工期都等于21 d，即T=21，不同的组织方法，总工期相同（这是一个特例）。一般来说，若项目工期紧，应采用工期短的施工组织方法，否则，应使专业队连续作业，这样才经济合理。但是，该案例工期相同，应采用前一种组织方法，既能实现专业施工队连续作业又缩短工期。

分别流水作业施工总工期的确定，一般采用作图法。但当按紧凑法组织施工时，也可以用直接编阵法求得最短施工总工期。

•紧凑法。此法也称为“开工要素法”。实际工程中，若要求施工工期最短，并未要求是否连续施工，可以通过直接编阵法求得最短施工总工期。

直接编阵法计算工期的原则是：只要具备开工要素就开工，具体计算如表5.3所示。(www.xing528.com)

表5.3　作业持续时间表（即流水节拍表）　单位：d

说明：

对于第一行各新元素（括号中的值），可以直接累加得到。因为对于模板工序而言，所有施工段上的工作面都是闲置的，只要当生产力要素具备就可以开工，所以可以直接用旧元素值加左边新元素值。也就是说，到第8天末，模板工序（施工专业队）就完成了所有施工段的施工任务。

对于第一列（即首施工段构件1）各新元素，也是直接用旧元素值加上面新元素值得到该新元素值。因为所有工序（专业施工队）都是停工的状态，即生产力要素具备；只要有工作面就可以开工，所以可直接用旧元素加上面新元素值。即每累加一个数，也就是一道工序已完成了在首施工段构件1的操作。

对于其他新元素值，用旧元素值加上面和左边两新元素中的较大值（之所以加较大值是为了具备开工要素，工作面和生产力二者缺一不可开工，上面的数值说明有无工作面，左边的数值说明有无生产力），得到该新元素值，从第二行起顺序进行，直至完成每行的累加。

【任务4】 案例5.5中，图5.7是施工进度横道图的哪一种图式？请将其转化为另一种图式。

【任务5】 4座涵洞的施工任务，由基础、洞身和洞口3道工序完成，各施工工序在各涵洞的作业持续时间如表5.4所示。

表5.4　作业持续时间表（即流水节拍表）　单位：d

思考：该施工任务如果按流水作业法组织施工，是有节拍流水作业吗？如果是，是哪一种有节拍流水作业类型？试绘制施工进度横道图。

2）无节拍流水作业组织及总工期

无节拍流水作业是指同一工序的流水节拍值在各施工段上不完全相等，并且不同工序的流水节拍值相互也不完全相等的施工组织类型。

对于公路工程来说，沿线工程量并非均匀分布（如大、中型桥梁或路基土、石方的高填、深挖等属于集中型工程）。在实际工程中，各专业施工队在施工机械和劳动力固定的条件下，流水作业速度不可能总保持一致。所以，有节拍流水作业并非常见，大多是无节拍流水作业。

无节拍流水作业的作图与分别流水作业一样，也有两种方法，即专业队连续作业法（潘特考夫斯基法）和紧凑法（开工要素法）。

无节拍流水作业的施工总工期，一般是通过作图确定。为了求得最短的施工总工期，首先必须对施工段进行排序，然后才能通过作图确定其最短总工期。无节拍流水作业施工组织流程如图5.8所示。

图5.8　无节拍流水作业施工组织流程图

（1）紧凑法（即开工要素法）

任何一道工序开工时，必须具备工作面和生产力（工人、施工机械、材料等资源）两个开工要素，二者缺一不可。开工要素法就是按照只要具备开工要素就开工组织施工生产的方法。

为了使流水施工组织总工期最短，在作图时，各相邻工序之间尽量紧凑衔接，即尽量使所排工序向作业开始方向靠拢（一般向作业图的左端），所以开工要素法也称为紧凑法。

（2）专业队连续作业法

在流水作业施工组织中，可使各个专业施工队在各施工段间连续作业，以避免“停工待面”和“干干停停”。这样尽管不能保证总工期最短，但提高经济效益是肯定的。专业队实现连续作业，不等于总工期最短；但总工期最短，不等于不能实现连续作业。

为了组织在总工期尽可能短的条件下，各专业施工队能在各个施工段间进行连续作业，必须确定各相邻工序的专业施工队间的最小流水步距Kijmin。最小流水步距Kijmin可以用潘特考夫斯基法或者“纸条串法”确定。

①潘特考夫斯基法。此法也称为“累加数列，错位相减，取大差法”。下面举例介绍其具体应用。

【案例5.6】 4个构件的预制工作，各工序各施工段的流水节拍如表5.5所示，试进行无节拍流水作业组织（专业队连续作业），并求总工期。

①作表。按施工段和施工工艺流程，将各工序专业施工队在各施工段上的流水节拍值，列于表5.5中。

②求首施工段上各相邻工序专业施工队间的最小流水步距Kijmin。

表5.5　4个构件的作业持续时间表（即流水节拍表）　单位：d

首先，求：

将a工序的ta依次累计相加，可得数列：2，5，8，10；

将b工序的tb依次累计相加，可得数列：2，4，7，10；

将a工序的累加数列和b工序的累加数列错位相减，即：

则所得差值中的最大数4，即为a，b两工序的最小流水步距。

同理，求：

则所得差值中的最大数2，即为b，c两工序的最小流水步距。

③绘制流水作业施工进度横道图。根据求得的最小流水步距和流水节拍表（表5.5），绘制流水作业施工进度横道图，如图5.9所示。此外，还可以绘制施工进度斜道图，如图5.10所示。

④结论：由图5.9、图5.10可得总工期T=17 d。若采用紧凑法组织施工，可得较短施工总工期T=16 d，如表5.6所示用直接编阵法求施工总工期。在实际工程中，可根据具体要求选取施工组织方法。

图5.9　专业施工队连续作业施工进度横道图

图5.10　专业施工队连续作业施工进度斜道图

表5.6　4个构件的流水节拍表　单位：d

②纸条串法。此法只适用于横向工段式的施工进度横道图。以图5.9为例来说明纸条串法求的步骤：a.作流水节拍表，列于表5.5中。b.绘制“流水作业施工进度横幅图”的图框，填好施工进度日历和工序名称（以下简称施工进度图）。

c.将首工序即a工序，在各个施工段上的流水节拍值直接连续地绘于施工进度图上，并标注施工段名称。

d.将b工序在各施工段上的流水节拍值连续地绘在纸条上，并标注施工段名称。然后将纸条在“施工进度图”的b工序行由左向右调整，调整的原则是相同施工段不能重叠（重叠说明两个不同的专业施工队在同一个施工段作业。也就是说，上一道工序还没有完工，还不具备工作面，下一道工序的专业施工队就进入了现场），但要做到衔接最紧凑。调整好后，将纸条固定。

e.将c工序在各个施工段上的流水节拍值连续地绘在纸条上，并重复上述操作，调整好后将纸条固定。

若还有更多的工序，可以一直重复上述操作。实践证明，纸条串法简捷、直观、准确、不必计算。

【任务6】 请应用纸条串法完成案例5.6的任务，对比纸条串法与潘特考夫斯基法，其结论是否一样，为什么？

【任务7】 4座涵洞基础施工任务，由施工放样、挖基坑、砌基础、回填土4道工序构成。各工序专业施工队在各涵洞的施工作业持续时间如表5.7所示。试组织专业队连续作业，并分别绘制施工进度横道图和斜道图。

表5.7　涵洞基础施工作业持续时间表（流水节拍表）　
单位：d