[发明专利]一种公路工程多目标施工计划确定方法

说明书

本发明公开了一种公路工程多目标施工计划确定方法。该方法包括：获取公路工程项目中各施工活动可选的施工方案和各施工方案的施工时长、费用、质量系数、安全系数以及每日资源使用量；以各施工活动的先后顺序以及公路工程项目每日可获取的资源量为约束条件，以施工时间短、施工费用低、质量高和安全性高为优化目标，采用遗传算法与线性规划相整合的方法，确定一组帕累托最优解，其中每个解的信息包含：每个施工活动所对应的施工方案、施工开始时间。本发明综合考虑了公路工程的时间、费用、质量和安全因素，同时加入了资源约束，设计了遗传算法与线性规划相整合的求解方法，具有求解质量高、求解效率高、解的信息全面、实用性强的特点。

技术领域

本发明涉及建设工程项目管理领域，特别是涉及一种公路工程多目标施工计划确定方法。

背景技术

现有的公路工程施工计划编制及优化方法一般分为单目标施工计划编制优化、双目标施工计划编制优化和三目标施工计划编制优化。

单目标施工计划编制优化包括工期优化、费用优化和资源优化等，工期优化指网络计划的计算工期不满足承包商所要求的工期时，通过压缩关键工作的持续时间，即选取更优的施工方案，以满足工期目标的过程。工期优化不改变网络计划中各项工作之间的逻辑关系，不能将关键工作压缩成非关键工作。此外，当网络计划中存在多条关键线路时，必须将各条关键线路的持续时间压缩相同数值。费用优化又称工期成本优化，指不断地在网络计划中找出直接费用率最小的关键工作，缩短其持续时间，同时比较增加的直接费用和减少的间接费用的数值，最后求得工程成本最低时的最优工期或按要求工期求得最低成本的计划安排。网络计划的资源优化分为两种，即“资源有限，工期最短”的优化和“工期固定，资源均衡”的优化。前者是通过调整计划安排，在满足资源限制条件下，使工期增加最少的过程。后者是在保持工期不变的情况下，通过调整计划安排，使整个工程每单位时间的资源需求量不出现过多的高峰与低谷，使资源需用量尽可能均衡的过程。

基于双目标的公路建设工程施工计划编制优化，通常针对时间与费用两个维度进行优化，也即通常所述的时间—费用权衡分析。与单目标优化中只关注工期或者费用等单一目标不同，时间—费用权衡分析将建设工程整体的工期与费用进行综合决策优化，寻求最具成本效益的建设工程施工持续时间。为了达成这一目标，承包商通常是以更高的直接成本为代价，为施工活动分配更多的施工资源，换取更短的施工持续时间以及更少的施工间接费用。亦或是在满足工期要求的前提下，延长工期，以此降低施工直接费用与施工资源消耗量。

基于三目标的公路建设工程施工计划编制优化，是在双目标优化的基础上延伸而来，通常，在原有的时间—费用权衡分析中引入质量维度，形成时间—费用—质量权衡分析。在三目标施工计划编制优化过程中，首要解决的就是施工质量的量化处理，其方法通常分为：①工程质量作为施工持续时间的函数；②工程质量作为施工持续时间与成本的非线性函数；③工程质量作为各施工方案中待估参数。在完成工程质量的量化处理后，构建数学模型，进行时间—费用—质量权衡分析。分析的结果为承包商提供：满足确定的质量要求的同时，在有限的工期和费用范围内完成公路建设工程的施工方案组合。

现有公路工程多目标施工计划编制优化的求解方法主要有两大类：①以目标权重法等方法将多目标优化转变为单目标优化，然后根据模型选用单目标优化中的分支定界、非线性优化等方法求取最优解。②运用遗传算法、蚁群算法等启发式算法，寻找多目标优化下的帕累托最优解。

具体的方法归类如图1所示。

但是，无论是单目标优化，还是多目标的时间—费用权衡分析，还是时间—费用—质量权衡分析，都存在有以下缺陷：

1)考虑影响公路建设工程施工计划编制的因素不够全面

随着时代的发展，评价公路建设项目是否成功的重要指标已不仅仅局限于传统的时间、费用、质量，仅考虑三个传统维度的优化方法，使得分析结果不够全面，难以满足公路建设工程现场实际施工需求。

2)优化算法存在缺陷