基于遗传算法的建筑工程项目绿色施工多目标管理均衡优化_宋阳.pdf

自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications基于遗传算法的建筑工程项目绿色施工多目标管理均衡优化*宋 阳（陕西铁路工程职业技术学院，陕西 渭南 714000）摘要:针对目前方法对工程进行均衡优化时，由于未能对项目之间的关系进行分析，所以工程在均衡优化时无法有效检测出进化的迭代曲线，存在施工工序时间长、优化效果差的问题，提出基于遗传算法的建筑工程项目绿色施工多目标管理均衡优化方法。该方法首先对工程中工期与质量、工期与成本等项目关系进行分析；再基于分析结果构建多项目管理均衡优化模型；最后利用遗传算法对模型进行求解，从而实现建筑工程的管理均衡优化。实验结果表明，运用该方法进行优化时，能够有效检测出进化迭代曲线，施工各项工序的时间短、均衡优化的优化效果好。关键词:绿色施工；多项目管理；均衡优化；管理体系中图分类号：TP183文献标识码:A文章编号:1003-7241(2023)06-0165-05Balanced Optimization of Multi-objective Management of GreenConstruction of Construction Projects Based on Genetic AlgorithmSONG Yang(Shaanxi Railway Institute,Weinan 714000 China)Abstract:Aiming at the current method of balancing and optimizing the project,due to the failure to analyze the relationship between theprojects,the project cannot effectively detect the evolutionary iterative curve during the balancing optimization,and there areproblems of long construction process time and poor optimization effect.A balanced optimization method for multi-objectivemanagement of green construction of construction projects based on genetic algorithm.This method first analyzes the project rela-tionship between construction period and quality,construction period and cost;then builds a multi-project management balanceoptimization model based on the analysis results;finally uses genetic algorithm to solve the model,so as to realize the manage-ment balance optimization of the construction project.The experimental results show that when the method is used for optimiza-tion,the evolutionary iteration curve can be effectively detected,the construction time of each process is short,and the optimiza-tion effect of balanced optimization is good.Keywords:green construction;multi-project management;balanced optimization;management system*基金项目：陕西铁路工程职业技术学院2021年第一批科研基金项目（KY2021-42）收稿日期:2021-08-23DOI:10.20033/j.1003-7241.（2023）06-0165-05.1引言近年来，随着科技的飞速发展，建筑领域的竞争日渐激烈，建筑工程逐渐呈现出复杂化趋势。工程难度增大，项目愈加难以管理。基于可持续发展的绿色化施工技术得到人们的喜爱，绿色施工管理方法就此出现。绿色化施工管理作为全新的管理方式，更加注重管理的科学化、绿色化1。随着绿色施工管理的广泛应用，如何进行有效地多目标均衡优化已成为建筑行业亟待解决的问题之一2。20世纪70年代，Charles J Kibert提出可持续施工理念，强调高消耗建筑业在进行建筑施工时，要做到对不可再生资源的有效利用，并减少过程中可能出现的环境污染，成功将可持续发展理念运用到建筑行业中。文献3提出内蒙古西部草原民居建筑节能多目标优化模型构建方法。该方法首先分析优化时的影响因素，并确定该工程的优化变量；再依据神经网络优化变量值，构建BPNN预测模型，获取优化适应度函数；最后利用人工蚁群算法对适应度函数进行计算，构建目标优化模型，实现对建筑工程多目标管理的均衡优化。该方法由于未能对工程中绿色施工管理各种项目之间的关系进行详细地分析，所以该方法在进行均衡优化时无法有效检测出进化迭代次数。文献4提出西安市办公建筑多目标优化设计方法。该方法首先基于性能模拟方法对工程的设计要素和设计性能进行标准化处理，并对工程中的多变量进行寻优处理，从而为工程施工提供数据支持；再对优化的框架进行设计，并进行模拟评价；最后基于遗传算法工程目标进行寻优计算，从而实现建筑工程的多目标管理均衡优化。该方法由于未能分析施工项目中工期与质量之间的关系，所以该方法在进行优化时的施工工序时间较长。文165行业应用与交流Industrial Applications and Communications自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期Techniques ofAutomation&Applications献5提出考虑作业空间干涉的工程项目时间-成本均衡优化方法。该方法首先要分析工程空间的调度优化问题；再基于分析结果对作业空间的度量方式以及作业效率函数进行定义，构建工程均衡优化模型；最后利用NS-GA-II算法求解模型，从而实现建筑工程绿色施工多目标管理均衡优化。该方法由于未能对施工项目中工期与成本之间的关系进行详细地分析，导致该方法在进行优化时的均衡优化效果较差。为解决上述建筑工程多目标管理均衡优化时存在的问题，提出基于遗传算法的建筑工程项目绿色施工多目标管理均衡优化方法。2项目管理分析2.1绿色施工的管理目标绿色施工管理中包括工期、质量、环保以及成本几大部分，区别于传统施工管理来说，绿色施工多目标管理更加注重环保。所以建筑工程在实行绿色施工管理时既要注重工期、质量、成本几大项目之间的关系，还需要关注生态环境对成本、工期造成的诸多影响。绿色施工的多目标管理体系具体结构如图1所示。图1多项目管理体系结构图2.2工期与质量关系首先设定该工程的工序为i，为i的临界质量水平，而则为i的最佳质量水平，且。由于质量与工期之间存在非线性的相关联系，所以二者之间存在曲线变化关系。但是，通常情况下人们对于建筑工程的质量要求是没有上限的，需在基本功能满足的情况下，尽量节约成本加快建筑工期，从而减少不必要的损失6。因此要将工序i的时间控制在的范围内。由于建筑工程项目的质量水平为工程定性指标，所以要对各个工序质量的好坏进行评价，若数值接近1说明该工序的质量好，若接近0则说明较差。设定工程项目中的工序质量的系数为Qi，通过工序质量之间的加权、平均获取质量水平与作业时间的关系，过程如式（1）所示。（1）式中，工序i作业时间与质量水平之间的斜率为i，工序的实际作业时间为Ti，最佳作业时间为，临界作业时间为，工程系数为wi，且wi不小于0。2.3工期-成本关系设定工序i的临界作业时间为，最佳作业时间为，最长作业时间为，且；工序的正常作业成本为，临界作业成本为，且。在建筑工程中，工程所需花费的总费用为直接、间接等费用综合而来的。依据工序作业时间与工期效益以及成本之间的关系，构建工期-成本的基本模型，过程如下式所示：（2）式中，工序i的临界成本为，工程的赶工费率为，间接的费率为，奖励系数为y，总工序的数量为n。2.4工程项目中环保-其他目标关系基于弱化环境与质量目标之间的关系，构建环保项目目标与工期目标、成本目标之间的数学模型，过程如下式所示：（3）式中，建筑工程中项目整体对周边环境的影响值为E，工程的项目能源与资源消耗之间的影响值为M，消耗量可直接用成本进行替换，项目的区位影响指数为d，社会的经济发展指数为s，环境影响的水平指数为ei。其中，dd作为该工程与邻近中心城区的距离评价指标，当dd50 km时，d为1；当dd50 km时，dd的作用呈逐渐减小趋势，对中心城区的环境造成的影响就越大，具体关系如式（4）所示。（4）ei作为工序影响环境的水平指数，需对工程中工期等影响因素的影响程度进行评分。划分时，设定无影响为0分，轻度影响为0.1分，中度影响为0.2分，严重影响为0.5分。依据该评价标准完成工程中噪声、固体废料、扬尘等污染因素的评价。3构建施工多目标均衡优化模型基于上述分析结果，构建绿色施工的多项目管理均衡优化模型。首先设定模型中的属性变量为整个工程的诸多项目，其中施工整体工期为T，成本为C，质量水平为Q，安全水平为S，环境水平为E；一个完整的工程是由各个工序组合构成的，若工程中存在m道工序，那么工程中第i道工序的工期、成本、质量水平、安全水平以及环境水166自动化技术与应用2023 年第 42 卷第 6 期行业应用与交流Industrial Applications and CommunicationsTechniques ofAutomation&Applications平分别为Ti,Ci,Qi,Si,Ei，第i道工序的最小持续施工时间、最小费用、最低质量水平以及最低安全水平与最低环保水平分别为Tmin,Cmin,Qmin,Smin,Emin，而第i道工序的最大持续施工时间、最大费用、最高质量水平以及最高安全水平与最高环保水平分别为Tmax,Cmax,Qmax,Smax,Emax。3.1目标函数分析由于绿色施工项目中的成本、质量、工期等因素都具有不同的属性，所以要利用多属性效用函数对其进行分解7。设定多属性效用函数为U，且U=U(T，C，Q，S，E)，将其进行单属性分解，获取其单属性效用函数kTU(T)、kCU(C)、kQU(Q)、kSU(S)以及 kEU(E)。由此可知单属性效用函数是分析转化的定量分析核心。首先依据分解定理分解上述函数，获取的新效用函数如式（5）所示。（5）式中，绿色施工项目的进度、成本、质量以及安全和环境等目标的权重分别为kT、kC、kQ、kS、kE，可以直观的反映出各个目标的偏好。3.2建立有效的效用函数基于效用函数，对凹函数进行重新定义。当Ti=Timax时，目标的效用直接可看做0；当Ti=Timin时，效用值则为1，表达过程如式（6）所示。（6）基于上式，构建多目标管理的均衡优化模型，过程如式（7）所示。（7）3.3模型求解基于遗传的粒子群算法对构建的建筑工程绿色施工多目标管理均衡优化模型进行求解。首先设定粒子群的群体规模为m，再依据工程具体情况计算粒子群的规模迭代次数。具体过程如下：（1）确认初始化粒子群的位置及速度设定工程均衡优化的粒子搜索空间维度为D，粒子群中第i个粒子的初始位置为，初始