[发明专利]一种基于建筑信息模型的施工进度资源自动优化方法

说明书

本发明涉及一种基于建筑信息模型的施工进度资源自动优化方法，其包括以下步骤：准备具备建筑元素类别以及主资源类别的建筑信息模型，并在工作包模板数据库中添加必要信息，形成若干需要的工作包模板；以建筑构件类型以及材料类型为基础进行数据集成；利用RCPSP的约束条件和目标函数，生成进度资源优化模型，并求解，完成施工进度资源的优化。本发明能大幅提升数据整合、施工优化的效率，将施工方案优化的时间缩短，从几天降低到几小时。

技术领域

本发明涉及一种资源优化方法，特别是关于一种基于建筑信息模型的施工进度资源自动优化方法。

背景技术

资源约束项目调度问题(resource-constrained project scheduling problem，RCPSP)是施工进度资源优化的重要数学模型。RCPSP是NP问题，研究者们使用众多的启发式算法以解决这些问题，包括基于优先级规则的启发式算法如精简分支定界法、局部搜索技术等，以及元启发式算法，例如遗传算法、粒子群算法以及禁忌搜索。对于建筑项目，有很多研究通过建立更复杂的问题模型以满足实际需求，如考虑多项目、不断变化的资源约束、同时考虑资源约束与时间资源均衡(time-cost trade-off，TCT)问题。一般而言，这些问题都可以统一为RCPSP的形式。尽管RCPSP的数学模型可以描述实际工程需求并且在合理的时间内完成求解，但现有相关研究很少考虑数据的获取难度，并且所需数据的复杂程度高，因此RCPSP求解技术在实际应用中仍面临效率低下、实际应用困难等问题。

1)资源受限的施工项目优化调度问题

最基本的RCPSP中定义了一系列互为前后关系的工序，每个工序在进行时占用若干可重用资源，而这些资源的可用性在整个项目期受到常数上限的约束。在此基础上，可以衍生出各类更加完备的RCPSP模型。对近期的24个研究进行分析可以发现，工序时长、前后置关系以及资源可用量是基本RCPSP模型求解的必需信息，而也有较多研究考虑多模式以及成本等约束。但仅有1项研究考虑了不同资源的可重用类型。进一步统计分析可知，进度资源优化问题涉及工序时长、多模式、前后置关系、发包时间与里程碑、资源可用量、资源可重用类型、成本等7类信息，但上述24个研究中，往往只考虑5种或以下数量的因素，并未见到同时考虑这7类信息的RCPSP模型。此外，有关研究多将工序时长设置为固定的值，或者通过多模式表示资源用量或工序成本对时长的影响。但并不考虑资源的单价和前后置任务的时间间隔，对成本的考虑也比较简单。因此，现有优化模型难以反映真实施工过程的资源优化场景。

2)基于BIM(建筑信息模型，Building Information Modeling)的施工进度资源优化方法

当前，已有大量研究探索利用BIM生成进度优化问题的模型。包括利用BIM模型据导出进度计划、结合BIM模型和离散事件仿真、集成BIM与粒子群优化方法等等，有关研究也试图考虑空间约束等条件。也有研究通过设置一系列简单规则来自动生成进度和资源计划，并进行优化。不过，有关研究和方法均假设BIM模型中已包含完整的进度、资源与成本数据，且相应数据之间的关联关系也已具备。然而，这个假设并不正确，当前进度、资源、成本等数据的集成和关联仍然高度依赖手工，存在自动化水平低、耗时长等问题。同时，有关研究并未将标准施工工艺等积累的工程知识纳入到资源优化过程，难以利用既有工程经验、知识。最后，有关研究往往需将BIM模型的数据进行人工抽取和转换之后，构建进度资源优化模型，并进行资源优化问题求解，最终再根据优化结果人工调整BIM模型，整个过程需要投入大量人力，效率低下且容易产生错漏。

综上，现有技术存在以下问题：

1)RCPSP模型不够完备，并未完全考虑施工资源优化的7类信息。

2)数据集成、关联过程高度依赖手工，效率低、易出错。

3)不能充分利用标准工艺等既有工程知识或经验。

4)进度资源优化模型构建过程需手工介入，繁琐易出错，浪费大量时间。

发明内容