[发明专利]装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法

说明书

本发明提供了一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法。该方法包括根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间；根据所述塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标调度优化模型；通过动态搜索启发式算法求解所述多目标调度优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程。本发明通过建模将装配式混凝土结构塔机吊装问题转化为考虑交货期约束的单设备多目标调度优化问题，计算吊钩行程时间并通过动态搜索启发式算法得到塔机服务序列优化方案，尽量满足构件交货期同时缩短塔机作业流程时间，并结合案例验证算法的有效性，从而通过合理的塔机服务调度有效地保证塔机作业的高效性和安全性。

技术领域

本发明涉及塔机吊装序列调度技术领域，尤其涉及一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法。

背景技术

装配式建筑是一种新型的集设计、生产和施工一体化的建造方式，这种建造方法的创新必然会给建筑结构施工带来新的技术难题，但同时也给施工手段和方法提出新的变革。传统的结构施工通常是建立在经验的基础之上，面对要求更高、更精准的预制结构施工，施工方案的确定需要经过大量的仿真模拟和计算分析，单凭经验无法完全有效地解决问题(Feng 2016)。吊装贯穿整个装配式建筑的建设过程，更是装配式建筑施工的核心部分，保证吊装能够安全、高效地运行是装配式建筑施工的首要任务之一(Kong 2019)。

塔式起重机是用于垂直和水平运输材料的关键设备，特别是重型预制单元，如钢梁、预拌混凝土、预制构件和大型模板等(Tam and Tong 2003)，目前被广泛应用于各种民用基础设施工程(Park et al.2013；Shapira et al.2007)。预制构件因其体积大、重量重，运输过程需要专门的起重设备和技术人员。塔机服务调度问题是保证塔机吊装安全的关键，吊装顺序的制定往往直接关系到吊装操作的安全和效率。然而，尽管起重机在建筑项目中得到了广泛的应用，但是物料请求任务的调度经常是临时的，没有预先安排或计划，并且在许多情况下仅仅基于起重机操作员的非专家判断(Zavichi et al.2011；Hasan etal.2013)，施工吊装环境变得日益复杂而凭经验制定吊装方案的安全性和经济效益难以满足所需要求(Kang et al.2009)。因此，在保证吊装安全的同时，为了提高经济效益，亟需继续展开吊装流程时间的相关研究。

吊钩的移动时间和移动顺序是塔机提升作业的关键影响因素，最早在集装箱码头考虑起重机的调度问题。Kap Hwan Kim(2004)通过建立一个混合整数规划模型，考虑了与质量控制系统运行相关的各种约束条件，提出了分支定界法获得质量控制调度问题的最优解，并提出了一种启发式搜索算法，即贪婪随机自适应搜索算法(GRASP)，来克服该算法的计算困难。Zavichiet al. (2011)首次提出塔式起重机的服务序列问题(CSSP,craneservice sequence problem)，开发了一个自动决策支持系统(DSS)，该系统利用线性规划(LP)解决旅行商问题(TSP)，以帮助起重机操作员选择服务提供的顺序，从而最大限度地减少起重机的行驶时间。由于最多只能处理15个同时进行的任务请求，Zavichi et al.(2014)通过将整数规划解决方案应用于TSP，改进了他们早期的SROMs算法，从而允许该模型在合理的时间范围内处理1000 个请求。Shahryar Monghasemi and Nikoo(2016)提出了一种将等待时间最小化并均匀分布的新方法，使用最小偏差方法对每个请求的起重机服务的等待时间进行排序。Hussein Tarhini et al(2020)基于多重旅行商问题 (MTSP)建立了两台塔机的整数规划模型，并引入了启发式方法提高模型的可处理性。

对装配式预制构件的吊装而言，除了考虑最小化塔机的总流程时间或所有任务的完工时间，还需要同时考虑物料请求任务的拖期惩罚。某些重要构件的吊装任务具有严格的交货期，未准时交付会导致人员窝工等吊装增量成本增加以及施工质量和安全等问题，该问题可以通过建立多目标数学模型来解决，在最小化塔机作业流程时间和准时交付惩罚值之间找到平衡。