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装配式建筑基本工序标准工时制定方法研究论文

发布时间:2018-12-21 16:50:49 来源:职称论 我要评论














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摘 要:为研究装配式建筑装配过程的标准工时,运用模特排时法,结合动作经济原则对装配过程各手工工序进行了动作分析,求取其标准时间值,与秒表测时法所得的实测作业时间进行对比。分析结果表明,相较于秒表测时法,模特排时法在作业规范不明确,作业时间测定困难的装配过程的标准工时制定中效果良好,且有助于识别无效动作,优化空间布局,提高装配效率。

关键词:装配式建筑;标准工时;模特排时法

A Study on the Standard Man-Hours of the Basic Processes of Assembly Buildings Based on MOD Method
ZHAO Bin,SHI Yuan-yu,SUN Shi-shuai

(Faculty of Construction Management and Real Estate,Chongqing University,Chongqing 400044,China)

Abstract: To study the standard man-hours of prefabricated buildings,this research employs MODAPTS to analyze the manual procedures of assembly processes and calculate the standard time of assembly processes with economic principles. Then, we  compare the performance of MODAPTS with the stopwatch method. The results show that,compared with the stopwatch method, MODAPTS can be more adoptable to the processes that have no operation standards but it is hard to measure the working time. In addition, MODAPTS is useful to identify invalid actions,optimize the space layout, and improve the efficiency of assembly processes.
Keywords:prefabricated construction;standard man-hours;MODAPTS

装配式建筑是将在预制构配件加工厂生产的各类构配件在施工现场装配而成的建筑类型,构件装配工作为装配式建筑的核心工种,承担着预制构件的就位、安装工作,对装配式建筑的施工质量起着关键性作用。由于我国目前在装配工序上还没有通用的作业规范与作业标准,施工过程较多依靠施工队伍的经验开展工作,工作随意性较大、工作效率较低、工作时间较难把控,此现状与我国发展装配式建筑所希望形成的施工效率高、施工周期短、施工管理规范的转型升级目标不相适应。如何在缺乏标准作业指导、作业测定难度较大的情况下确定装配工序的标准工时,是建筑业企业科学高效地进行装配式建筑施工组织设计、施工进度管理与编制劳动力计划应当重视的问题。

现有的标准工时制定方法主要有统计经验类、直接时间研究类、预定时间标准类、标准资料类和数学模型类等。标准资料较欠缺的工作多通过直接时间研究类和预定时间标准类进行标准工时的研究[1]。直接时间研究类的主要方法有秒表测时法和工作抽样法;预定时间标准类的主要方法包括方法时间衡量法、工作因素法和模特排时法。国内外学者对上述方法在计算机[2]、汽车[3,4]、卧式钢卷[5]、船舶[6]等行业装配流水线上的应用进行了较为深入的研究,主要方向有流水线标准工时的制定和生产线平衡改善两类,均侧重于制造业流水线的生产组织,而对于装配式建筑这类具有制造业流水生产特征但标准化程度较低的工作的标准工时制定方法尚无对应的研究。

装配式建筑与制造业装配线之间既有流水作业、人机配合、动作重复的共同点,又有较为明显的不同点:一是制造业装配线产品流水,工位固定而装配式建筑构件位置固定,构件装配工人流水; 二是制造业装配线机械化程度较高且动作相对规范而装配式建筑装配过程机械化程度较低且暂无标准作业规范。尽管如此,装配式建筑的趋势正是向制造业靠近,因此本文将分析制造业中最为常用的两种标准工时测定方法——秒表测时法和预定时间标准法在装配式建筑装配过程标准工时编制中的应用流程及应用效果,探讨适应于我国现阶段装配式建筑施工特点的标准工时制定方法,为装配式建筑标准工时的制定与劳动力计划的编制提供依据。

1秒表测时法与 MOD 法

1.1秒表测时法
秒表测时法以工序作业时间为测量对象,按照操作顺序反复多次观测、记录操作时间,并予以统计分析得到标准工时。该方法的标准操作步骤为: 选择熟练合格的操作者作为测时对象;收集操作现场技术资料;划分操作单元;确定测时方法及观测次数;剔除异常值;确定宽放率与评比因数;制定标准工时。其中,在满足±5%精确度和 95%可靠度前提下,采用误差界限法计算的观测次数应为[7]:
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1.2MOD 法
模特排时法( Modular Arrangement of Predetermined Time Standard,MOD)是预定时间标准法(Predetermined Time System,PTS)中较易掌握的一种。相比工作因素体系法与方法时间衡量法,MOD 法的动作更简单,也更易于工程实践中使用,而与秒表测时法相比,MOD 法的优势在于无须现场测时即可分析某一工作所需的标准时间, 且可以识别无效动作,简化操作流程,减少操作人员疲劳[8],其常用于工业装配线的标准时间制定及工序平衡,装配式建筑装配过程与制造业装配线在标准工时制定方面的共性在于两者均包含较多手工操作,该类操作时间短,测定较困难。

MOD 法的工作原理为通过分析操作时人体动作的部位、动作距离、操作物物理特性等参数来预测标准动作时间。MOD 法以手指移动约 25mm 所需时间 0.129 秒为其计时单位,根据其他动作相对于手指移动的时间比确定其他动作的 MOD 值[7]。MOD 法中最常用的人体动作共有 21 个,包括基本动作和其他动作,其中基本动作又分为移动动作和终结动作,用动作分类代号表示。动作分类代号中的字母 M(移动)、G(抓取)、P(放置)、L(重量因素)、E(目视)、R(修正)、D(瞬时判断)、F(脚踏)、A(压力)、C(旋转)、W(走步)、B(屈身弯腰)、S(坐立)表示动作类型,其后附带的数字表示该动作的 MOD 数。

2秒表测时法与 MOD 法的应用示例

2.1装配式建筑吊装工序分解
根据对国内 6 个大型装配式建筑施工流程的调查与分解,发现不同项目虽然在不同类型构件的吊装先后顺序与节点连接方式上不尽相同,但其在单个构件的吊装工序上却是统一的,据此本文将关注点集中在单构件的吊装标准工时上。首先根据调研结果将装配式建筑单构件的装配顺序划分为挂钩、吊运、就位、摘钩、回程 5 道基本工序及临时支撑搭设、钢筋调校、位置调校 3 道辅助工序,装配工序流程如图 1 所示。除特殊情况外,构件的 3 道辅助工序在“回程、挂钩、吊运”3 道基本工序进行过程中即可完成,故本研究仅对基本工序进行时间测定与分析。同时,由于吊运与回程两道基本装配工序为机械操作工序,可以借鉴传统施工经验数据,故本文不对这两道工序进行讨论,仅分析挂钩、就位、摘钩 3 道人工操作工序的标准工时问题。
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2.2装配式建筑案例介绍
A 项目位于成都市龙华区,总占地面积约 125.7 亩,总建筑面积 32 万㎡,其中 9#~35#别墅地上主体结构梁、板、楼梯均采用预制构件。该项目由 1 名装配组长、1 名信号工和 5 名装配组员组成的装配班组进行构件装配,施工单位对该装配班组的装配效率、单位时间工作量等并未进行规定。其中组长负责确定装配顺序、统筹协调工人以及判断构件方位状态与就位状态,组员则随机应变地处理就位与摘钩工作,装配过程中管理较为粗放,装配操作过于随意,多有不必要的工时延长与就位后返工。

2.3运用秒表测时法测定装配基本工序时间
本研究选取前述装配班组作为秒表测时法的观测对象,对基本装配工序进行连续测时,各工序起始节点及构件装配工的工作内容如表 1 所示,下一工序的起始节点即为上一工序的结束节点。
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采用秒表测时法测量装配式建筑基本装配工序的作业时间,得到 31 个尺寸、重量、吊运距离均接近的叠合板在挂钩、就位、摘钩 3 道基本装配工序中所使用的装配时间,经 3 倍标准差法剔除所测数据的异常值,计算平均值得到观测时间,由于装配式建筑目前暂无标准作业参考依据,本项目构件装配工人的水平与现场环境影响系数较难评定, 故暂不考虑评比因素与宽放率,根据秒表测时法所得挂钩、就位、摘钩 3 道工序的平均观测时间之和为 89.56s。

对上述 31 组叠合板的测量数据进行计算,得到挂钩、就位、摘钩 3 道基本工序在满足±5%精确度和 95%可靠度前提下的测量次数分别为:370、537、586 次,测量次数较多,同时,挂钩、就位与摘钩3 道工序测量时间的标准差分别为16.36、20.88 和 11.77,数据波动较大。

从上述数据可以看出,对于尚无标准作业指导书的工作,运用秒表测时法会带来较大的测时偏差,不利于标准工时的确定,且秒表测时仅能对操作时间进行描述,但操作过程存在的动作浪费难以优化。

2.4运用 MOD 法计算标准工时

2.4.1装配工序标准工时编制中的应用流程
根据 MOD 法的一般应用流程,结合装配式建筑装配过程相较于工业装配线的复杂性与特殊性,引入待定参数法,得到基于 MOD 法的装配式建筑基本装配工序的标准工时制定流程如下:
(1)采集作业要素数据和作业程序数据。作业要素数据包括构件装配工作面与构件堆场的空间布局,装配人员的行走路径、吊装机械的运作参数等。工位作业程序数据包括装配作业计划、工艺流程及装配班组的劳动分工等[10]。
梳理装配顺序、工艺流程及标准动作。根据动作经济原则合理安排装配顺序与施工操作,辨别操作人员的无效动作与浪费,制定出标准的操作规程,尽量简化基本动作,排除判断动作以减少作业时间[11]。
(3)识别可能影响基本装配工序 MOD 值的待定参数,如构件尺寸、重量、类型等,结合工程实际分析各影响因素与 MOD 值的相关关系。
(4)对于 MOD 法 21 种基本动作未进行描述的工序或过程,可先根据工程实际对其适用的替代动作进行假设,再验证该假设的合理性。
(5)将标准动作划分为动作要素,要求分解
后的动作组合单元起点与终点明确,易于判别,按照分解的动作组合,通过模特法的动作分析式得到各标准动作的 MOD 值,生成模特排时法记录表[12]。
(6)选取单位 MOD 值和待定参数的大小, 并根据模特排时法的记录表和 MOD 值计算出各基本装配工序的标准工时。

2.4.2在叠合板装配过程中应用的分析与假设
(1)步行距离的分析。板式构件基本参数如图 2 所示,吊点的布置根据构件尺寸及吊装要求确定,本项目中叠合板的吊点数量为 4。
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构件装配工在挂钩作业过程中步数与挂钩人数 m(1≤m≤4)有关,步数关于 m 的函数计作 θ(m),讨论如下:
当 m=1 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 左上方图形所示,挂钩及吊运前构件装配工应步行至既安全且能及时上前调整的距离,记为 q,此时构件装配工的步行距离为(q+W/2+f+b+c+b+a+q)/人即(2q+W/2+f+2b+c+a)/人,其中,f=√[(W/2-a)2+ (L/2-d)2]。设构件装配工人正常步距为 l,则 m=2时每名构件装配工的行走步数为[(2a+2b+c+q)/l] 步,计作 θ(1)。

当 m=2 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 左中间图形所示,此时构件装配工的步行距离为(q+W/2+f+b+a+q)/人即(2q+W/2+f+b+a)/人,故 m=2 时每名构件装配工的行走步数为[(2q+W/2+f+b+a)/l] 步,计作 θ(2)。当 m=3 时,构件装配工最大行走步数与 m=2 人时相同。
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当 m=4 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 左下方图形所示,此时构件装配工的步行距离为(q+W/2+f+a+q)/人即(2q+W/2+f+a)/人,故 m=4 时每名构件装配工的行走步数为[(2q+W/2+f+a)/l]步,计作 θ(4)。

在作业流程优化的前提下,就位过程构件装配工可在起重机械回程、挂钩、吊运过程中到达构件就位点,从一个构件至另一构件之间的步行时间在塔吊回程、吊运过程中已被消化,不再重复计算。摘钩过程构件装配工的步行距离与摘钩人数 n(1≤n≤4)有关,行走步数关于 n 的函数计作 τ(n),讨论如下:

当 n=1 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 右上方图形所示,此时构件装配工步行距离为(2q+2a+2b+c)/人,故 n=1 时每名构件装配工的行走步数为[(2q+2a+2b+c)/l]步,计作 τ(1)。

当 n=2 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 右中间图形所示,此时构件装配工步行距离为(2q+W)/ 人, 故 n=2 时每名构件装配工的行走步数为[(2q+W)/l]步,计作 τ(2)。当 n=3 时,构件装配工最大行走步数与 n=2 时相同。

当 n=4 时,构件装配工最佳行走路径如图 3 右下所示,此时构件装配工步行距离为(2a+2q)/人, 故 n=4 时每名构件装配工的行走步数为[(2a+2q)/l] 步,计作 τ(4)。
(2)重量因素的影响假设。构件吊运至安装地点后的下降过程按物体重量计取 MOD 值,即若实际操作过程中构件重量为 p kg,则重量因素MOD值应为(p-6)/4。
(3)挂钩及摘钩动作的分析假设。挂钩及摘钩过程均涉及按压吊具并使其绕过吊环这一工序, 现行 MOD 法并无该工序对应的动作,按操作特征将其归类为弯腰放置并按压的动作, 记为B17P2A4。

2.4.3叠合板基本装配工序 MOD 排时表
根据表 1 所示的装配式建筑叠合板装配过程基本工序,前期分析假设及现场观测资料,得到叠合板装配过程的MOD 排时表如表 2 所示。
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根据塔式起重机吊运时地面人员应在构件旋转半径以外,取 q=(L-W)/2,成年人平均步距约为60~75cm,取中间值 l=0.7m,31 块板式构件的重量、尺寸、挂钩与摘钩人数 3 项参数,代入表 2 所示MOD 值函数,得到挂钩、就位、摘钩 3 项工作的平均时间之和为 48.25s。

2.5秒表测时法与 MOD 法应用的对比分析
经过对单构件的装配工序分解、现场测时与MOD 排时分析,运用秒表测时法和 MOD 法得到的叠合板挂钩、就位、摘钩 3 道基本工序对应的工时数据如表 3 所示。从表 3 可以看出,实际工作时间与用 MOD 法得到的理论时间差距较大,将实测的31 块叠合板的 MOD 时间与秒表测定时间进行方差分析,取显著性水平 α=0.05,得到挂钩、就位、摘钩 3 道基本装配工序的P-value 值分别为 6.43E-10、0.648、3.82E-7,对比 α 值可知挂钩与摘钩工序的两组时间差异显著,就位工序的两组时间在该显著性水平下无显著性差异。
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运用 MOD 法与秒表测时法得到挂钩与摘钩工作的标准工时相距较大,究其原因主要有:一是挂钩与摘钩过程操作工人缺乏标准时间指导与绩效考核,响应与行动都较为迟缓;二是构件的吊装顺序与堆放顺序不相吻合,导致挂钩工人需先寻找构件所在位置再行挂钩,耽误工时;三是在实际操作过程中挂钩与摘钩工作都有一系列的判断动作,这些判断时间给构件装配工人的构件装配工作带来了较大的不确定性,使得现场装配作业时间出现较大波动。

综上所述,对于操作规范不明确,以经验安排生产的工作过程而言,秒表测时法存在较大的不适用性,而 MOD 法在此类工作的标准工时制定过程中存在较大的优势,其不仅能够较为精确地确定标准工时,还能够规范工人操作,识别无效动作,为改善生产效率提供思路。

3MOD 法在装配式建筑中的应用建议

3.1基本工序标准作业优化建议
(1)构件装配顺序优化。根据动作经济原则, 应提前就近排布吊装顺序,按吊装顺序安排构件生产计划及进场堆放计划,减少构件堆场与装配现场上构件位置查找、判断与步行的时间,工人整体步行距离将有效缩短,体力消耗将得以较少,且可在吊具回程及吊运构件的机械操作工序中到达下一构件装配点,节约整体工作时间。
(2)生产与构件装配工艺优化。为减少构件位置判断及调整所带来的无效动作或动作浪费,应考虑在构件预制过程中预留限位装置如孔槽,在构件就位点预留预埋构件定位装置或引力装置,以引导构件落入指定位置,简化构件装配工人的判断决策与调整过程。
(3)劳动分工细化。在装配过程中,应根据预留预埋、装配、钢筋调校、位置调整、节点连接等工作大致时长以及起重器械的工作周期确定流水节拍,尽量在施工连续的前提下让构件装配工人专岗专职。在条件允许的情况下,可考虑将预留预埋、钢筋调校、位置调整等辅助工作由专人负责, 减少工人因拿取辅助工作所需仪器设备如撬杆、扳手等而发生走动与蹲起等工作所带来的体能消耗。

3.2基本工序标准工时编制过程的使用建议
(1)步行距离假设与步行路线优化。基于工作面布局与吊装流程、构件尺寸的行走距离是运用MOD 法进行标准工时编制的前提,同时,编制过程中应当结合动作经济性原则考虑构件装配工人最小的行走路径,以减少体力消耗,保证工作效率。
(2)非基本操作的假设与验证。装配式建筑基本装配工序中的挂钩、摘钩工作并无对应的MOD 动作分类,在运用 MOD 法进行基本装配工序标准工时编制前可通过实际情况对该类工作进行假设,让构件装配工人根据假设进行操作以验证和优化,从而获得较为准确的标准工时。
(3)考虑宽放时间。在编制标准工时前应考虑装配班组的熟练程度、吊装的难易程度等对工时的影响效力以酌情考虑调整、判断等的宽放时间, 从而更好地适应工程实际。

4结语

在装配式建筑装配过程中运用 MOD 法能较好地规避操作规范不明确的问题,对于工人操作不规范、未制定标准工时、以经验安排生产的企业明确标准动作与制定标准工时有较好的指导作用。运用MOD 法进行装配过程标准时间分析,要求企业对构配件调配及场地布置进行合理规划;对生产与构件装配工艺进行有效优化以减少人为判断的时间; 细化劳动分工以减少高能耗操作,有利于规范施工组织与装配动作,提升装配式建筑现场施工效率。运用MOD 法进行装配式建筑基本装配工序标准工时制定时应考虑不同装配率、不同装配难度、不同装配班组的工作效率对于工时的影响,灵活确定宽放率。

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