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多維作業(yè)空間下的裝配式建筑工程資源調(diào)度摘要:預(yù)制建筑項U具有標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計、工業(yè)化生產(chǎn)、預(yù)制施工、信息化管理和綠色施工的特點。其建造分布于現(xiàn)場裝配、構(gòu)件生產(chǎn)、運輸物流等多維作業(yè)空間(簡稱〃多空間勺的人力、設(shè)備等建造資源調(diào)度,通常具有異地域、非同步特點,并存在多維作業(yè)空間相互牽制、資源調(diào)度性質(zhì)各異的矛盾,導(dǎo)致裝配式建筑工程普遍出現(xiàn)低收益、超期、超預(yù)算局面,極大影響了其推廣應(yīng)用,LI前亟待展開裝配式建筑工程多維作業(yè)空間環(huán)境下的資源調(diào)度問題研究,以有效提高資源使用效率。關(guān)鍵詞:裝配式建筑;多維作業(yè)空間;建造資源;調(diào)度技術(shù);一、分析裝配式建筑關(guān)鍵調(diào)度技術(shù)以調(diào)度過程概念模型為研究基礎(chǔ),首先需克服多維作業(yè)空間非同步調(diào)度和相互牽制難題,進(jìn)而借鑒資源受限項目調(diào)度理論開展具體模型硏究。1?基于時間軸多維作業(yè)調(diào)度空間降維處理技術(shù)。結(jié)合裝配式建筑工程調(diào)度特點,需硏究一種技術(shù),用于將多空間非同步調(diào)度轉(zhuǎn)換為單空間同步調(diào)度。通過對裝配式建筑關(guān)鍵調(diào)度過程模擬解析,抽離出最基本的三空間并行調(diào)度過程形成一個典型建設(shè)單元,并作為研究對象。為確保各作業(yè)空間連續(xù)工作,假設(shè)各空間生產(chǎn)能力經(jīng)合理資源安排后可基本匹配,即典型建設(shè)單元內(nèi)各空間消耗時間基本相等。一個典型建設(shè)單元連續(xù)跨越三個時間段,若兩個建設(shè)單元的內(nèi)容基本一致,則各作業(yè)空間在不同時間段的工作可視為重復(fù)性工作,如此可以時間軸為載體將滯后的兩個作業(yè)空間的工作內(nèi)容平行移動至同一時間段Mi分析,那么服務(wù)于同一建設(shè)部位的分布于不同時間段的非同步調(diào)度作業(yè)內(nèi)容可轉(zhuǎn)換至同一時間段下進(jìn)行同步調(diào)度研究,從而可有效解決降維問題,運用此技術(shù)可將同一時間段下三個作業(yè)空間的活動視作三個項目統(tǒng)籌在經(jīng)技術(shù)處理的單維作業(yè)空間下,可借助多項H調(diào)度方法解決問題,同時能反映各個項H的的牽引與限制關(guān)系。2.信息共拿下多維作業(yè)空間資源調(diào)度協(xié)同技術(shù)。經(jīng)降維技術(shù)處理的多空間調(diào)度相比多項1_1調(diào)度,除共享資源庫外,多個作業(yè)空間相互牽制、協(xié)同生產(chǎn)的特點大大增加了項LI調(diào)度的難度,還需硏究一種技術(shù)解決多空間資源協(xié)同難題。釆用以下處理方法:建造過程中,以現(xiàn)場裝配作業(yè)空間為主空間進(jìn)行調(diào)度排產(chǎn)進(jìn)而牽引其余兩個協(xié)作生產(chǎn)空間完成排產(chǎn),同時協(xié)作空間的調(diào)度結(jié)果反向限制現(xiàn)場裝配作業(yè)空間計劃實現(xiàn)。三個作業(yè)空間在總LI標(biāo)約束下互動確定最佳調(diào)度排產(chǎn)組合。多作業(yè)空間信息共享是良好互動的前提,可借鑒分布式計算和云制造技術(shù)實現(xiàn),在假設(shè)三個作業(yè)空間信息已實現(xiàn)共享條件下進(jìn)行分析。在調(diào)度開始時,現(xiàn)場裝配空間可根據(jù)自身作業(yè)U標(biāo)和資源條件確定最優(yōu)調(diào)度計劃并向構(gòu)件生產(chǎn)空間發(fā)出生產(chǎn)需求指令,構(gòu)件生產(chǎn)空間收到訂單,即根據(jù)對方需求量和自身資源條件安排生產(chǎn),并委托物流運輸空間在規(guī)定時間內(nèi)運輸至現(xiàn)場,結(jié)合總□標(biāo)約束,依次類推,即可求取多個滿足各空間相互匹配關(guān)系的排產(chǎn)計劃組合,依據(jù)管理者決策偏好選取最滿意解。3?現(xiàn)場裝配作業(yè)空間最優(yōu)資源線確定技術(shù)。運用1節(jié)多空間降維和第2節(jié)資源調(diào)度協(xié)同技術(shù),需進(jìn)一步研究一種技術(shù)解決現(xiàn)場裝配作業(yè)空間最優(yōu)資源配置難題,進(jìn)而完成總調(diào)度計劃安排。結(jié)合裝配式建筑推廣瓶頸和效益關(guān)注點,選取工期和資源成本綜合效益最大化作為總體效益□標(biāo)。當(dāng)改變資源分配總量時,需對應(yīng)調(diào)整其最優(yōu)調(diào)度計劃,稱該資源總量為〃資源線S若資源線過高,則資源成本較高,但后期排產(chǎn)時資源沖突小,可兼顧并行排產(chǎn),工期縮短;反之,若資源線過低,則資源成本較低,但后期排產(chǎn)時資源沖突較大,部分工序需往后排,工期延長。因此,一定存在某個最佳資源線,使得工期與資源效益達(dá)到綜合最優(yōu),圖1粗略描繪了資源線與工期的關(guān)系,圖1資源線R與工期t關(guān)系其中Rbest、tbest即為對應(yīng)的最佳資源線和工期。最優(yōu)資源線確定方法如下:(1)運用關(guān)鍵線路法確定理論最優(yōu)工期,對應(yīng)最大資源線Rimax,定為初始資源線。計算該作業(yè)空間工期和資源綜合效益值作為當(dāng)前全局最優(yōu)效益值。(2)按照后文中的式⑸逐步調(diào)整當(dāng)前資源線,運用單項U調(diào)度方法依次確定當(dāng)前最優(yōu)調(diào)度訃劃,并計算新的效益值和工期,經(jīng)比較逐步更新當(dāng)前全局最優(yōu)效益值和其對應(yīng)的資源線與工期。(3)重復(fù)步驟(2),直至資源線降至最小值Riminf單工作資源消耗最大量為最小資源線),停止迭代。(4)輸岀最優(yōu)資源線,及其對應(yīng)的最優(yōu)調(diào)度計劃和綜合效益值。二.裝配式建筑工程多維作業(yè)空間調(diào)度模型構(gòu)建1?問題描述。圖2為裝配式建筑總體調(diào)度示意圖。將現(xiàn)場裝配、構(gòu)件生產(chǎn).運輸物流作業(yè)空間分別表示為子項H1、2、3,三個子項以資源和工期為載體實現(xiàn)相互牽制并共享資源庫。為確保項U總體效益實現(xiàn),假設(shè)在進(jìn)行生產(chǎn)能力設(shè)計時滿足:一個典型建設(shè)單元內(nèi),構(gòu)件生產(chǎn)和物流運輸空間的最小生產(chǎn)或運輸周期不超過現(xiàn)場裝配空間最小施工周期。綜合以上分析,工程總承包商以追求自身總效益最優(yōu)為項LI調(diào)度第一LI標(biāo),見式(1),并以現(xiàn)場裝配作業(yè)空間的效益最優(yōu)為調(diào)度第二目標(biāo),見式⑵。2.裝配式建筑匸程多維作業(yè)空間調(diào)度模型構(gòu)建思路。構(gòu)建模型流程的具體思路如圖3所示。(1)給定現(xiàn)場裝配作業(yè)空間資源線Rlmax,以式⑵為H標(biāo),通過智能尋優(yōu)獲得該資源下的最優(yōu)調(diào)度計劃及對應(yīng)工期T1。(2)以Tl、max(P2)分別為構(gòu)件生產(chǎn)作業(yè)空間的工期限制和U標(biāo)函數(shù),求取該作業(yè)空間的最優(yōu)調(diào)度計劃,及對應(yīng)最大資源消耗量,設(shè)定為資源線R2k;運用相同方法求取運輸物流作業(yè)空間的資源線R3ko⑶計算Pt。、Pl,分別存儲為當(dāng)前總項目全局最優(yōu)效益Ptogl.子項目1全局最優(yōu)效益Plglo(4)按式⑸調(diào)整Rlk值,重復(fù)操作步驟⑴、(2)、(3),分別更新當(dāng)前總項H和子項H1全局最優(yōu)效益值,并保留滿足圖3中約束條件的次優(yōu)值。(5)重復(fù)步驟(4),直至子項口1資源線降至最小值或達(dá)到迭代最大次數(shù)為止,停止迭代。⑹輸出所有保留的Ptog、Pig及其對應(yīng)資源線組合(Rlk,R2k,R3k)o(7)根據(jù)決策偏好,選取調(diào)度滿意解,輸出匹配資源線和對應(yīng)調(diào)度計劃。3?裝配式建筑工程資源調(diào)度模型建立。根據(jù)以上構(gòu)建思路,建立如下調(diào)度模型:1)現(xiàn)場裝配作業(yè)空間確定資源線下的最優(yōu)調(diào)度LI標(biāo)函數(shù):式(2)該工期即為物流運輸作業(yè)空間的限定工期。3)tr算當(dāng)期現(xiàn)場裝配作業(yè)空間效益值和三作業(yè)空間總效益值:式(1)、式(2)。4)按確定規(guī)則調(diào)整Rlk,重復(fù)步驟1)2)3)操作,完成當(dāng)前Plgl.Ptogl的更新和較優(yōu)值的存儲,直至停止迭代。終止條件為:以上模型求解可借助資源調(diào)度算法實現(xiàn)。經(jīng)模型求解,結(jié)合工程總承包商的決策偏好,可確定多組滿意解(對應(yīng)Pto、Pl均較滿意)。據(jù)此輸出匹配最優(yōu)資源線Rik,對應(yīng)工期Ti及資源調(diào)度計劃,以指導(dǎo)總體資源優(yōu)化配置??傊?,調(diào)度方法可有效確定各作業(yè)空間的排產(chǎn)進(jìn)度計劃并為管理者提供
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