並行設計和施工活動的最優化減少返工
M.A. Hossain D.K.H. Chua
伊斯蘭⊙技術大學，董事會 ，加濟布爾 1704，孟加拉國
新加坡國立大學，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
建築行業經常面臨一個在最短的時間內完成項目的挑戰。從早期的先例設計信息來看，並行設計和施工活動可以縮短項目的完成時間和』減少後期工程和施工活動的返工設計費用。然而，返工的預期金額必須正確量化，以決定並行的策略。本★研究提出了一種集成框架設計和施工活動並行設計，使用評估前期和後期靈敏度的概念特點和具有開發性能仿真模型,以確定項目的總時間和預期的返工數量。結果表明,隨前期工程早期的信息準確性和後期工程的敏感性來判斷減少項目持續時間和預期的返〓工量。此外,並行設計不一定能減少項目持續時間，反而過度的設計和施工返工造成的費用可能非常昂貴。本研究還描述了一個以最小的返工來優化項目進度的決策框架。尋找一個最佳的並行設計是使用並行設計矩陣(OSM)和遺傳算法(GA)來消除〇不必要的返工。所提出的優化方法是最大限度地減少返工，同時預算金額和確保項目合同竣工日期，並提供決定▲並行設計的有效手段。
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1 .前言
在當今的建築行業，縮短建設工期是一個重要方面。在實踐中,對於大●多數的建設項目,建築設計和每個緊隨其後階段是由自己的團隊成員進行設計的。這種執行順序會導致整個項目建設工期延長(Blacud等,2009),這種方法還受建築效益和施工能力問題的影響＠(Alarcón和Mardones；1998;Lam等., 2006)。經過研究許多建築效益和施工能力問題已得到解決。（例如Anumba和Evbuomwan ，1996;Faniran等，2001；Lam等，2006 ）。在施工階段，由於專家之間缺乏協調，設計師建築知識貧乏和運用非技術規範，會出現圖紙和規格之間不一致的情況。為了整合設計ξ 與施工，采用了各種方法，如在早期設計階段邀請建築知識專家；根據建築效益判斷一個設計分數；提供指導方針的概♀念來實現施工能力等等（Lam等，2006；宋等，2009）。
另一方面,為了縮短建設工期,並行工程首先被引入來縮短設計項目的時間(Krishnan等.1997;Smith, 1997; Zheng和Hong-Sen，2005),然後對設計與施工之◆間出現大量的並行工程的地方，快速啟動這個方法。(Blacud等,2009;Gill等 ,2005;Khoueiry等,2013)。這對於大型項目並行設計尤為重要。在施工開︼始之前完成並行設計。然而,最終設計可能與早期使用的設計參數不同,從而可能導致後期建築活動返工。施工返工的花費是非常昂貴的，可能對整個項目建設工期造成不利影響。Hwang等人（2009）提出，返工成本超出建築總成本的5%是成本超支，設計錯誤是造成返工最高成本的原因。Han等人（2013）也表示類似的研究結果，即設計錯誤導致高達79％返工成本。
Pena-mora和Li(2001)提出了一個兩個連續活動並行的框架，使用前期工程進度的概念和後期工程對前期工程參數變化的敏感▃性來降低後期工程返工的風險。Blacud等(2009)還描述了後期施工活動的靈敏度降低施工返工的風險的框架。然而,這些研究只有考慮╱單一前期工程設計活動依賴一個後期建築活動。有多個依賴項其會更加的∞復雜，返工的影響對整體工程竣工項目計劃是一個重要的考慮因素。
此外，在協調設計和施工中將建設工程竣工測量檢查作為參考輸入到設計中是一個考慮的重要因素。在某些情況下如果竣工測量被忽視了，可能要進行重新設計。Chua and Song認為參數經過初步的概念到最終概念的改進之後才被批準建設。施工『參數實現的階段和實現價值可能與已經設計不同。如果偏差超出允許公差極限，可能對以後的設計參數和後去工程產生影響。然而，他們的研究並沒有對後期工程和項目竣工後續的產生的影響建立明確的框架。
本研究提出了一個框架，在早期的信息整理中將並行設計和施工活動合並起來。在後期工程中，多個活動存在的依賴關系可能會造成返工的現象。下面的框架中，一個模擬模型通過量化返工產生的影響估算設計和施工活動對整體項目完成的影響。研究還提出了一個框架來尋找一個的並行設計，使返工達到最小化的預期最優策略。該框架以典型案例為例有效地進行了研究。
2 .重疊序列活動
並行設計是以縮短建設工期的活動，是常見的工程項目。Krishnan等（1997）詳細描述了↑一種並行的戰略框架，在產品開發策略中利用前期工程發展和後期工ζ程靈敏度的概念，並行一對相關的設計活動。該術語是指從初步形式到前期的設計參數的優化率轉化為最終價值。為了後期活→動開始初降低早期返工的風險，進度更快更準確的設計參數可以被運用。另一方面，由於前期工程的變化，靈敏度將被用於衡量返工所需額外的時間的參數。後期工程的敏感性是改變上遊參數，低風險是從一個後期工程的早期開始的,反之亦然。因此，最好的並行設計是一個快速發展的※前期工程和低靈敏度。Peña-mora和Li（2001）提出了一個並行的框架,兩個連續的活動可以與後期工程最小風險的返工並行設計。並行設計的特點在於通過把活動分為不同的時間間隔，前期工程的進度和後期工程的敏感性兩方面。Bogus等（2006）描述並行的策略，目的是在後期工程中最大限度地減少重新設計。Srour等（2013）也提出了一種基於依賴信息的並行設計活動的調」度模型。
然而，設計返工與利用早期的信息建設返工有所不同。設計返工通常涉及修訂設計計算或設計信息的重新評估。另一方面，結構是一種涉及的建築材料表面工程。因此工程返工將導致物理返工如添加更多具體到一個基礎或什至更換一個新的現有基礎。這種類型的返工費用昂貴，可能需要很長的時間從而延遲項目的竣工。
Blacud（2009）解決了綜□合施工活動部分的問題。在他們的研究中，他們集中在有助於建設活動的具有上遊設計變化敏感性的決定因素（如改造過程中，前置時間，模塊化和組件的交①互）。建築活動可以根據這些因素進行分類，確定建築活動的靈敏度，以方便設計和施工的並行。不過，這項研究並沒有考☉慮對項目竣工和生產力造成的整體損失影響。
上述研究認為一個前期工程和一個後期工程之間只有一個單一的◣依賴關系。此外,施工反饋設計活動時沒有妥善解決設計和施工活動的並行。
3 .並行設計和施工活動
本節介紹了系∴統並行的策略，以量化的項目竣工和生產力造成的損失，考慮設計和施工活動之間的多個依賴的影響。項目竣工和損失的總體影響生產率依賴於每個活動所需的返工量。在這樣,Blacud 等人(2009)的敏感〖性參數用於確定返工的數量,可能需要從前期工程中一個施工活動的早期√設計參數。對於低靈敏度設計變化的活動，返工量預計將比較低，反之亦然 。一個設計活動緩慢釋放速率（即有較高的概率，最終⌒ 設計將不同於初步設計提供參數）和一個高度敏感的建築活動之間將發生最嚴重的並行。由於施工返工是昂貴的，可能對項目的持續時間造成不利影響，應該避免這樣的並行。
此外，正如前面提到▼的，設計活動並行(Bogus等, 2006; Chua and Hossain, 2010; Krishnan等,1997)縮短設計階段，這種並行也具有重新設計的後期工程的可能性。設計活動並〗行時,建築活動可能在三個階段獲得設計參數：通過初步設計參數估計,從全面分析,確認檢查後重新設計。設計和施工活ω 動之間的並行量的決定是基於設計參數的準確性和施工活動的】敏感性。舉一個這種並行的一個例子,其中前期工程“B”之後施工活動“C ”可以開始初步設計參數。然而,如果有一個高ぷ概率的設計參數改變狀態和設計變化有很高的靈敏度，施工活動“C ”的開始可能需要延期。
在設計與施工活動的並發執行中，一些設計活動需要施工活動的反饋】。我們可以在圖2中看到，施∩工活動設計活動“D ”需要“C”的反饋。如果一個設計活動必須在前一施工活動之後，這將對整個項目竣工將會造成很大的延遲。相反,設計活動在早期被就被允許開始,施工活動完成後做一次檢查。項目竣工方案可能不同於◤已經設計好的方案，並可能導致一些後期工程的重新設計。早期設計應該檢查活動開始所獲得的利益和重新設計的不利影響之間的權衡。
