引入安全因素的工程項目多目標優化研究

來源: www.tcwpwd.live 作者:vicky 發布時間:2019-10-12 論文字數:35855字
論文編號: sb2019091616012927813 論文語言:中文 論文類型:碩士畢業論文
本文是一篇工程碩士論文,筆者通過查找文獻,學習理論知識的過程,對安全風險的管理和多目標管理優化問題有了一定的認知。再結合抽水蓄能電站上水庫工程的實際情況,對其施工過程中的
本文是一篇工程碩士論文,在論文研究過程中,首先利用多目標優化理論,分從工期和安全風險之間的關系出發,再分別研究工期—成本、成本—安全風險之間的關系,以工期目標為自變量,建立工期、成本和安全風險的均衡優化模型;然后以鎮安抽水蓄能電站的上水庫工程為例,對三個目標進行分析和確定;最后確定所建立的模型需要的各個參數,基于實例構建優化模型,使用粒子群算法進行求解。

1.緒論

1.1 研究背景及意義
1.1.1 研究背景
(1)建筑業發展平穩迅速,項目管理水平日益提高
近年來,建筑業仍處于平穩快速的發展階段,其總產值也在逐年上升:2016 年建筑行業總產值為 193566.78 億元,2017 年突破 20 萬億元,達到 213943.56 億元,2018 年的總產值則為 235086.00 億元。建筑業仍屬于國民經濟支柱之一。
相對應的,就是建筑工程項目趨于大型化和復雜化,如大型水利工程、超高層建筑、高速鐵路等,這些工程均具備內部結構復雜、外部聯系廣泛的特點,項目管理的難度變大。為保證各項工程項目的順利實施,[1]工程項目管理水平日益提高,相關理論研究更加深入,其中,多目標協調優化成為工程項目管理研究的熱點。
在工程施工項目管理過程中,最主要的是對各項管理目標的協調控制。各個目標之間的是相互關聯、相互影響的,不能為了滿足其中某個目標,而不顧忌其他目標,應對多個目標進行均衡優化,從而提高項目的整體管理效率,實現項目整體最優。
(2)建筑業施工安全風險壓力大,安全事故頻發
在各類工程項目的施工過程中,會受到工程原材料、施工方法、組織管理、人員組成、工程投資、施工環境等因素的影響,使得項目相關各方,諸如投資者和工程承包方等在保證施工現場和人員的安全方面承受很大的風險[2]。
建筑業是安全事故頻發的行業,安全形勢不容樂觀,尤其在一些大型工程項目中,發生安全事故對各方造成的損失都不可估量[3]。現如今,施工過程中的安全風險管理越來越成為項目管理中不可忽視的一部分,好多項目部都專設有質量安全部,并對建筑生產過程中的安全進行重點管理。在工程項目管理中,三大目標為工期、成本和質量,將安全風險管理的研究加入之后,發現工期—安全風險、成本—安全風險之間存在對立統一的關系,而質量與安全風險之間的關系是相互促進的。因此,可將質量目標作為一個既定條件,對工期、成本和安全風險這三個管理目標進行優化研究。
............................

1.2 國內外研究進展
1.2.1 多目標優化研究進展
多目標優化問題及優化模型建立早在 19 世紀就已提出。國內外的研究主要可以分為兩個方面,一是各目標間的相關關系及協調問題研究,另一方面則是建立多目標優化綜合模型并求解。經過多年的發展歷程,該領域取得了豐富的研究成果。
國外關于多目標優化問題的發展比較早。通過分析文獻可知,多目標優化問題的發展起源于對進度目標的控制,主要體現為網絡計劃技術的發展。二十世紀中期,網絡計劃技術得到了快速發展,為工程管理的研究和創新創造了條件。該技術既能夠對施工進度計劃進行合理的安排,還能夠按照工程管理目標(例如成本、質量、資源、安全以及工期等)的需求,及時對目標計劃進行優化和調整。
學者們對工期—成本間的關系研究比較成熟,普遍認為二者之間的關系為凸型曲線。隨著研究的深入,Prem Vrat[5]在考慮各個工序持續時間與成本的關系的基礎上,首次提出用分段函數代替傳統的凸型曲線,簡化了工期成本之間的關系,且更加貼合實際情況。Eshtehardian[6]通過引入模糊數學的概念,用模糊數來表示工序持續時間和成本,提出了在不確定因素影響的情況下,工期成本的優化方法。Azaron[7]借助排隊網絡的方法,結合動態網絡計劃評審技術,建立了基于交互式規劃算法的工程項目進度成本雙目標規劃模型。Hazir O[8]等學者針對離散型的工期成本優化問題,構建了 3 個魯棒優化模型,為離散型工程項目的工期成本魯棒優化模型的研究奠定了良好的基礎。
Babu、Suresh[9]首次對質量目標加以考慮,對工序直接成本、質量、時間三者間呈線性關系的角度進行模型設計,從三大目標的綜合優化出發,構建了工期—成本—質量綜合優化模型。Khaled 將前人所研究的進度、成本和質量平衡模型應用于實際建設項目中,
對模型進行求解并驗證模型的適用性和可靠性。ElRayes K[11]等學者在考慮時間、成本和質量三個目標的多模式均衡優化的情況下,假設工序的質量、成本、工期由施工方法、工人數量、加班時間 3 個因素決定,將 3 種因素進行不同搭配,從而形成了不同的工序施工方案。Bruce、Matthew[12]提出一種混合規劃模型,通過層次分析法確定了各個工序對于工程整體的的質量權重比,對質量目標綜合評價,并對模型的優越性進行了實例驗證。
.............................

2.相關理論研究

2.1 工程項目多目標優化
在工程項目的施工管理過程中,多個管理目標之間一般存在相互對立的關系,即一個目標的改善和優化,往往會影響到其他目標的實現。因此,現如今的工程項目管理一般會與多目標優化理論結合起來,將多個管理目標進行均衡協調優化。多目標優化問題中,主要考慮到的就是多目標優化模型的建立和求解[38]。
2.1.1 多目標優化基本理論
現實生產生活中的各個領域都存在多目標優化問題。在工業生產中,人們傾向于在追求資源最大化利用和資金投入最小的同時實現產量最大化;在工程項目的施工過程中,則是在工期一定的情況下,追求成本最低和質量最佳。
與傳統的單目標優化問題相比,多目標優化問題需要考慮到每一個目標,多目標優化問題往往不存在唯一最優解,而是存在一組最優解組成的最優解集[39]。向量的半有序性決定了備選方案之間不能直接進行比較,需要根據決策者的偏好及客觀要求確定備選方案的評價值,從而進行比選。多目標優化模型的一般形式如公式(2-1)所示:

...........................

2.2 工程項目施工管理
工程項目施工管理的主體是施工企業,施工企業運用系統的思想、理論和科學的方法,對工程項目全過程進行計劃、組織、監督、控制和協調。目標控制是建設項目管理的核心內容。施工階段的目標包括階段目標和最終目標。因此,施工項目目標管理應堅持以目標控制理論為指導,對整個施工過程進行科學的控制。在項目施工管理過程中,管理和控制的目標主要包括進度、成本、質量和安全等。論文研究了進度目標、成本目標與安全風險的關系。因此,在本節中,對施工期間的進度目標和成本目標的相關理論進行研究。
2.2.1 工程項目施工進度管理
工程項目施工階段進度管理的目的是保證工程項目按期規定期限建成并交付,以期實現更好的效益。在施工進度管理過程中,主要可分為以下三個階段:
(1)施工項目目標工期的確定
從不同角度層層分解施工進度總目標,形成合理的施工進度管理體系,作為進度管理的實施依據。在確定施工進度的分解目標時,主要考慮工程項目總進度目標對施工工期的要求、工期定額、類似工程項目的實際進度、工程難易程度和各項資源配備情況等。除此之外,還要考慮外部協作配合的各項條件,以及工程所處地區的地形地貌、水文氣象等方面的限制條件。工程項目施工進度管理的成效是由控制目標工期的有效程度來體現的。因此,在對施工進度目標進行分解后,必須將施工工期這一概念進行界定。在提及施工工期時,需對相關幾個工期的概念一同進行確定,如下所示:
1)建設工期:指建設項目或單項工程從設計文件所列工程正式破土動工到建成投產或交付使用為止所需要的時間,包括建筑、安裝、驗收、交付使用等所需要的時間,但不包括施工準備時間。
2)合同工期:通常情況下,業主單位都會與承包商協商一致后,在承包合同書中對項目的建設期限作出明確要求,即合同工期。
3)指令工期:一般由國家或政府投資興建的工程項目,會對工程建設期限以指令的方式作出明確規定,也就是指令工期。
4)施工工期:施工工期指建設項目或單項工程從正式開工至按設計規定的全部工程內容建成,并達到竣工驗收標準所用的實際施工天數,是構成建設工期的基礎,工程項目管理往往需要通過對施工工期的控制來實現對建設工期的控制。
..............................
3.工期—成本—安全風險綜合優化模型構建...............................19
3.1 工期—安全風險優化模型.................................19
3.1.1 工期—安全風險關系分析.................................19
3.1.2 工期—安全風險優化模型的建立..............................20
4.工程項目優化目標的分析確定..............................................28
4.1 項目概況..........................................28
4.1.1 工程位置及規模.................................28
4.1.2 樞紐布置....................................28
5.工程項目多目標優化模型的實證分析..................................43
5.1 模型建立.....................................43
5.1.1 相關參數確定.........................................43
5.1.2 結合實際構建模型...........................44

5.工程項目多目標優化模型的實證分析

5.1 模型建立
5.1.1 相關參數確定
鎮安抽水蓄能電站項目是一個龐大復雜的工程項目,本文選取其上水庫工程進行研究。上水庫工程的計劃工期為 49 個月,計劃成本為 89413.31 萬元,施工安全風險值約為84.10,危險等級為 3 級。在進行優化時,應均衡優化,在工期最短、成本最低的條件下,使得安全風險值盡可能的降低,項目安全水平達到最優。
依據前文分析,模型的建立需要確定各工作單元的工序持續時間、消耗成本和安全風險值等相關參數。在確定工期時,根據各工序間的邏輯關系,將其分為 6 條工作線路,其中,時間最長的工作線路為項目的關鍵線路,其時間就是該工程的工期。通過估算和統計,各工作線路的工序相關參數見下表 5-1。

.............................

6.結論與展望

6.1 研究結論
安全風險管理是近些年工程建設管理中的熱點問題,本文將其與工期、成本的優化控制相結合,站在全局的高度,使得這三個目標均衡優化,項目總體目標達到最優。由于研究發現工程管理三大目標中的質量目標與安全風險目標之間是相互促進的關系,因此在研究的過程中單單考慮工期和成本目標的影響。
在論文研究過程中,首先利用多目標優化理論,分從工期和安全風險之間的關系出發,再分別研究工期—成本、成本—安全風險之間的關系,以工期目標為自變量,建立工期、成本和安全風險的均衡優化模型;然后以鎮安抽水蓄能電站的上水庫工程為例,對三個目標進行分析和確定;最后確定所建立的模型需要的各個參數,基于實例構建優化模型,使用粒子群算法進行求解。
本文的主要研究結論和成果如下:
(1)建立工期—安全風險優化模型。由于發生安全事故后對工期的影響具有不可控性,在只考慮事前控制的前提下,研究工期和安全風險之間定性關系,畫出二者的關系曲線,通過研究工序持續時間和工序安全風險的關系,然后考慮總工期和工程項目整體安全風險的關系,建立二者之間的優化模型。
(2)對安全風險目標進行定量化。在分析上水庫工程的安全風險目標時,采用工作—風險分解(WBS—RBS)法識別安全風險,結合作業條件危險性評價(LEC)法,對上水庫工程中分解出的 15 項工作的安全風險分別進行量化,并確定了各項工作的風險權重,進而確定了上水庫工程的整體安全風險值。
(3)模型實際應用。將建立的模型應用于鎮安抽水蓄能電站上水庫工程建設項目中,采用粒子群算法求取最優解,求解過程中,設置種群為 50,迭代次數為 200 次,得到了工期—成本—安全風險優化模型求解的收斂過程圖和最優決策向量,算法表現出良好的收斂性。優化后達到的結果為:上水庫工程的工期為 48 個月,相較計劃工期縮短了約 30天,成本減少了 9512.67 萬元,安全風險從中度風險(3 級)降為一般風險(4 級),整體結果較為理想。
參考文獻(略)

原文地址:http://www.tcwpwd.live/gclw/27813.html,如有轉載請標明出處,謝謝。

您可能在尋找工程碩士論文方面的范文,您可以移步到工程碩士論文頻道(http://www.tcwpwd.live/gclw/)查找


上一篇:基于BIM的項目管理流程再造之工碩士研究
下一篇:資深小編告訴怎么寫好工程碩士論文(附范文)
二年级看图写话下课了