基于智能建造的结构施工阶段劳动力资源动态控制研究

本研究基于动态控制原理，将智能建造相关技术运用到动态控制的流程中，解决结构施工阶段劳动力资源调度问题。

某中心行政办公区二期东南组团三标段项目位于北京市通州区潞城镇，由167地块、172地块及留庄路3部分组成，以行政办公、商务服务为主导功能，总建筑面积166076m2，地下为混凝土结构，地上为钢结构。

1 劳动力资源现状及问题分析

1.1 劳动力资源现状

建筑行业较多为露天工作环境，舒适度低，居住环境一般，导致施工人员人数逐年下降且平均年龄不断提高，面临劳动力缺乏，劳动力成本上升等问题。施工生产较多情况是依靠管理人员，缺乏结合实际的理论基础和技术手段，易造成劳动力资源分配浪费、工序任务与劳动力数量不匹配、项目招工难、施工队伍不稳定等现象，导致项目质量、进度、成本等难以控制。

1.2 存在的问题及原因分析

劳动力需求计划与施工进度计划不匹配，导致劳动力安排与实际用工需要不对应，在施工过程中出现窝工或断工等现象。

在施工过程中，项目对劳动力的需求随时间变化而变化，通常会出现劳动力“波峰”和“波谷”资源不均衡现象。导致这种现象的原因是非关键工序安排不合理，固定工期内某些时段出现劳动力需求量大，某些时段需求量小。

工程项目的劳动力资源配置通常只有计划和执行，很少重视过程中的动态控制，导致动态控制流程不严谨，调整之后的劳动力结构和数量不科学，达不到解决问题的目的。

2 劳动力资源动态控制流程及相关问题

我国在多年前引进了项目管理的相关理论和方法，但运用动态控制原理控制项目的目标未得到施工企业的重视，项目目标控制还处于相当粗放的状态。运用动态控制原理进行项目目标的控制有利于项目目标的实现，并且可以促进施工管理科学化进程。

2.1 动态控制流程

工作任务的逐层分解，匹配适量的劳动力资源。工作任务的分解根据每个项目自身的特点，抓取项目施工过程中的必要环节，整理编码，系统地将工作任务分解成可计量的工作包，匹配相应的劳动力资源，用以确定劳动力资源控制的计划值。

按照劳动力资源控制的要求，收集劳动力资源消耗实际值。在施工过程中管理人员采集每工日不同施工队的不同工种劳动力的数量以及现场的实际施工进度。

定期进行计划值与实际值的比较。根据项目的规模和特点，以1个月为控制周期，进行计划值和实际值的定量比较，以确定两者之间的偏差值。

如有偏差，采取相应纠偏措施进行纠偏。纠偏措施要分析产生偏差的根本原因，结合计划值和实际值的偏差值，采取科学的、合理的纠偏措施。动态控制工作流程如图1所示。

图1 动态控制工作流程

2.2 动态控制过程存在的问题

（1）BIM模型精度与分解后的工作任务不匹配。三维模型的建立、挂接信息和精细化拆分有着严格的要求，传统施工BIM模型几何精度低，挂接信息深度差，BIM模型精度与施工现场不匹配，施工模型无法达到动态控制所需要的标准，无法挂接实际进度信息。

（2）现场数据采集不够准确及时。结构施工阶段施工现场进度、劳动力数据采集手段单一，进度信息及劳动力投入信息获取方式为人工现场目测估算，采集工作效率慢，测算准确率低。

3 基于智能建造的劳动力资源动态控制方法

3.1 基于BIM模型的资源需求计划创建

3.1.1 BIM模型的创建及拆分

模型绘制前，各专业模型、每个独立的楼层模型具有统一原点的样板文件，便于在模型的交接与传递过程中对模型进行准确定位，不同模型或多种软件创建模型后，应调整好坐标原点位置，便于后期模型整合。柱、梁、墙、板、后浇带分别独立建模，有独立的剪切关系，并且建立各自独立的工作集及过滤器，楼板要求在梁之间独立绘制不能整块切梁，非连续板需拆分单独绘制，楼板、梁、墙、楼承板等构件在后浇带处断开。

构件命名体现混凝土等级和流水段信息，具体名称位置严格按照项目部施工组织设计文件与施工计划流水段等属性信息，添加的属性信息统一在项目参数和共享参数中设定，如图2所示（定期进行计划值与实际值的比较）。

图2 挂接施工信息的BIM模型（计算机截图）

3.1.2 编制项目施工进度计划

项目结构的分解过程需要按照一定的原则和规定，分解过程细化到项目的最底层，并采用编码形式进行不同工作类型的表示。本研究由167地块、172地块、留庄路3部分组成，将167地块以及172地块各分为9个施工段，留庄路分为4个施工段，并采用流水施工的方式。

该项目根据工程所处地理位置、施工各方面的特点及BIM模型，编制施工进度计划。

3.1.3 编制劳动力资源需求计划

根据施工进度计划，对混凝土、钢筋等施工资源创建代码、计量单位、单位时间最大量等信息。

由于本文主要研究劳动力资源，将不考虑材料、机械等资源的情况。每道施工作业的完成离不开相应工种的参与，还需保证足够的数量来完成，根据施工需要为每道作业分配相应的劳动力资源，见表1。

表1 劳动力资源需求计划

3.2 施工数据的采集路径优化

3.2.1 标准化采集表格

表格采集精细到施工流水段的各施工队中各工种的施工信息。内容包括施工阶段、施工楼层、施工区域（即施工流水段）、施工劳务队信息、采集日期（每日两次采集）、采集工种（各工种的施工人数）、采集工作时长、采集进度预估完成百分比和记录影响施工的事件工作任务记录，具体内容见表2。

表2 167地块劳动力数据

3.2.2 采集App研发

项目自主研发数据采集App，利用数字化采集工具，通过项目自有人员实现对项目进度、资源投入等数据的采集，提高掌握现场实际情况的准确性和及时性，实现施工过程数据留痕。采集人员携带手机进入现场，按照数据采集标准，确保数据采集与现场情况一致性。

App后台系统向现场采集人员派发日常采集任务，在项目多个采集人员协同管理时，系统会向各采集人员分别分配若干项相同内容的任务，通过对相同任务完成情况的数据交叉比对，验证各计划采集人员任务完成的真实性。采集人员完成每一项系统派发的任务，都会对任务目标进行标准化照片拍摄，并上传至系统，在形成完整的过程回溯机制的同时，保证任务完成内容真实有效。上传的数据可以长期存在于平台中，以达到承载项目数据的目的，供数据分析使用。使用手机App采集可以提升采集效率，降低采集消耗的时间成本。

3.2.3 智能闸机+视频监控

通过现场闸机+人脸识别设备+劳务管理系统的集成，对项目现场进行劳动力实名制考勤，极大地节省了人工考勤成本，提升了采集工作的效率，使劳动力采集数据真实可靠。基于劳务管理系统，对项目现场的工人属性、出勤情况等进行数据分析，方便管理层对项目现场劳动力情况的判断分析。在施工现场安装视频监控，增强管理人员对现场施工情况进行全方位的监管，通过视频监控直接采集施工数据，提高了采集的工作效率，增加了采集工作的范围。

3.3 基于VICO系统的工效及进度分析

3.3.1 工效测算

通过每日现场实际进度及劳动力采集并形成数据积累，结合施工现场实际工程量信息，测算现场工效值，并通过与工效基础值比对剔除偏差较大的问题工效值，通过正态分析等多种统计手段精确测算施工现场精准工效值。工效测算需要有细化到流水段的各结构施工主材的精细工程量，同时还要有主材对应的劳动力数量。

前者通过BIM模型生成，后者通过现场采集的施工数据。各流水段劳动力数量经过现场实际抽查、视频监控人数对比验证和智能闸机数据验证等方法提升采集人数的准确性。经过测算，钢筋工的工效为定额的1.8~2倍，混凝土工的工效为定额的6.2~6.5倍，模板工的工效为定额的2~2.3倍（图3）。

图3 各工种工效测算（计算机截图）

3.3.2 进度分析

采用VICO流线图系统分析原始进度计划，将进度计划自动挂接WBS拆分后的BIM模型，形成符合施工精细化管控需求的多层级工作进度计划，并为各工作之间赋予准确的逻辑关系，实现工序级别的项目进度管控。以测算的工效和BIM模型为驱动，采用主动式进度分析预测，通过对比里程碑节点分析进度实际情况，按月推送贴合现场施工的进度分析报告。

3.4 劳动力资源优化建议

采用流线图展示进度偏差，提供延误预警，以便项目管理人员根据实际进度延误情况及时进行纠偏，进度计划数据与采集的实际数据进行比对分析报告，预知延误风险，及时预警，并根据采集的劳动力情况，给出合理纠偏建议。

如2021年6月份建议：172地块模板支设施工人数提升至110人，钢筋工人数提升至90人，167地块模板支设施工人数提升至160人，钢筋施工人数提升至115人，梁板钢筋绑扎增加班组同时增加预留预埋施工人数，增加的人数在172地块9段和167地块7段开始施工后可以提升效率、缩短工期，建议墙柱混凝土施工和梁板混凝土施工可同步实施提升混凝土施工效率。为项目管理人员做决策提供科学可考的依据，保证按计划完成各项目标（图4）。