钢结构多起重设备配置与塔吊布置分层优化方法研究与工程应用

摘要

针对多栋钢结构建筑并行安装中设备数量、塔吊布置、作业面和构件任务分配相互耦合的问题，提出一种建筑信息模型驱动的分层优化方法。上海交通大学崇明校区新建未来农业中心综合楼、中英低碳学院综合楼、分析测试中心及地下车库（二）项目钢结构工程项目以两台塔吊为工程硬约束，分别针对甲方70 d期限和施工企业60 d目标，根据总作业量与三个独立楼栋作业面的容量计算设备数量下限；随后在平面图中两个塔吊布置域内生成1 m网格，以构件级幅度—能力可行性进行Top-K组合筛选；最后从下限开始递增设备数量，通过作业面覆盖预检查与期限约束混合整数线性规划联合确定设备组合、塔吊位置和构件任务分配。项目案例包含2899个真实Tekla构件、总重量3191.371 t，两处塔吊布置域分别形成1097和420个候选点。全组合基准包含460740对，Top-50分层法仅评价2 500对，组合数减少99.457%，并复现相同的覆盖优先字典序最优解。利用率为0.8时，70 d和60 d的总工时下限均为3台；加入三个独立作业面后容量下限均提高为4台。三种四设备组合的最大覆盖量均为2865件，尚缺34件；增加至2台塔吊、2台25 t汽车吊和1台50t汽车吊后实现2899件完整覆盖，两个期限下均得到相同最小可行配置。期限分配阶段的推荐塔位为(165.000，57.000)m和(60.000，30.000)m，最大设备作业时间17343 min，按0.8利用率折算工期45.164 d。结果说明，时间容量下限不能替代作业面和空间覆盖验证，设备数量必须在塔位—作业面—任务分配循环中确定。