基于蟻群算法的建筑項(xiàng)目管理優(yōu)化

【摘要】建筑項(xiàng)目管理最核心是對(duì)進(jìn)度、成本和質(zhì)量三大核心要素進(jìn)行管理，它們是評(píng)價(jià)建筑項(xiàng)目的重要衡量標(biāo)準(zhǔn)。本文綜合分析優(yōu)化進(jìn)度、成本和質(zhì)量之間的關(guān)系，采用雙指數(shù)函數(shù)和二次函數(shù)分段模擬建筑項(xiàng)目成本和質(zhì)量和進(jìn)度之間的關(guān)系，進(jìn)而構(gòu)建了建筑項(xiàng)目均衡優(yōu)化模型，最后運(yùn)用蟻群算法求出最優(yōu)解。

【關(guān)鍵詞】進(jìn)度;成本;質(zhì)量;均衡優(yōu)化模;型蟻群算法

進(jìn)度管理、成本管理和質(zhì)量管理是建筑項(xiàng)目管理的三個(gè)基本目標(biāo)，這三個(gè)目標(biāo)既獨(dú)立又統(tǒng)一，存在著反饋關(guān)系，其中任何一個(gè)因素的變動(dòng)都可能會(huì)對(duì)其他兩個(gè)因素產(chǎn)生影響。

本文對(duì)建筑項(xiàng)目建設(shè)期進(jìn)度、成本和質(zhì)量三大目標(biāo)進(jìn)行分析提煉，提出了建筑項(xiàng)目模糊多模式進(jìn)度-成本-質(zhì)量均衡優(yōu)化模型，同時(shí)對(duì)進(jìn)度、成本和質(zhì)量三個(gè)目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化求解，所得結(jié)果與文獻(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析，并驗(yàn)證了模型的合理性和計(jì)算方法的有效性。

1、進(jìn)度-成本-質(zhì)量均衡優(yōu)化模型

1.1 初始條件

代表簡(jiǎn)化建筑項(xiàng)目模糊多模式進(jìn)度-成本-質(zhì)量均衡優(yōu)化問(wèn)題中的某幾項(xiàng)因素，對(duì)該問(wèn)題提出如下假設(shè)：

（1）在建筑項(xiàng)目進(jìn)行過(guò)程中，無(wú)其他資源約束，僅有資金約束;

（2）每一項(xiàng)工作有多個(gè)實(shí)施模式并且工作時(shí)間不一樣，過(guò)程所花費(fèi)的成本和產(chǎn)生的質(zhì)量結(jié)果也不一樣。并且在過(guò)程中，時(shí)間、成本和質(zhì)量都是未知的。

1.2 目標(biāo)函數(shù)

（1）進(jìn)度函數(shù)

由于周?chē)h(huán)境的不確定因素，導(dǎo)致每一項(xiàng)施工工序的工作持續(xù)時(shí)間有一定的不確定性，使得結(jié)果有一定的模糊性。本文以最小化期望進(jìn)度代表目標(biāo)建立建筑項(xiàng)目進(jìn)度目標(biāo)函數(shù)，如式（1）所示。

以上方程中：i代表某項(xiàng)工作;cp代表工作的關(guān)鍵路徑;k代表工作的執(zhí)行模式;K代表工作執(zhí)行模式個(gè)數(shù);xik代表0-1二元決策變量; ?代表i工作的模糊持續(xù)時(shí)間;代表i工作的模糊開(kāi)始時(shí)間;約束條件代表各工作只有一種實(shí)施模式;約束條件代表i工作的期望持續(xù)時(shí)間在最大和最小時(shí)間范圍內(nèi);約束條件代表緊項(xiàng)目的前工作完成后才可以開(kāi)始項(xiàng)目的緊后工作。

（2）成本函數(shù)

本文主要分析承包商建設(shè)期成本，設(shè)定建筑項(xiàng)目總成本是由直接成本、間接成本和懲罰獎(jiǎng)勵(lì)成本構(gòu)成。本文以最小化期望成本代表目標(biāo)建立建筑項(xiàng)目成本目標(biāo)函數(shù)，如式（2）所示。

以上方程中：代表i工作的模糊直接成本;T代表建筑項(xiàng)目實(shí)際進(jìn)度;D代表建筑項(xiàng)目計(jì)劃進(jìn)度;IC代表間接成本系數(shù);α代表延期懲罰系數(shù);β代表提前完工獎(jiǎng)勵(lì)系數(shù);B代表投資預(yù)算。約束條件代表i工作的期望直接成本在最大和最小成本范圍內(nèi);約束C>B代表建筑項(xiàng)目總成本不能超預(yù)算成本。

（3）質(zhì)量函數(shù)

建筑項(xiàng)目施工質(zhì)量不但會(huì)影響建筑物的壽命和效益，更嚴(yán)重的是一旦發(fā)生問(wèn)題，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和生命財(cái)產(chǎn)將造成不可挽回的損失。本文對(duì)工序的工作質(zhì)量做出如下假設(shè)：未開(kāi)工時(shí)工作質(zhì)量代表零;工作初期，隨著資源的大量投入使用，工作質(zhì)量大幅提升;當(dāng)工作持續(xù)一定時(shí)間時(shí)，質(zhì)量提高幅度慢慢降低;當(dāng)工作持續(xù)時(shí)間達(dá)到臨界時(shí)間時(shí)，再延長(zhǎng)工作時(shí)間質(zhì)量下降。

2、算法實(shí)現(xiàn)

2.1 蟻群優(yōu)化算法介紹

蟻群算法求解的思路：一只螞蟻行走的路徑代表問(wèn)題的一個(gè)可行解，整個(gè)蟻群的行走路徑代表所有可行解的集合，隨著時(shí)間的積累，螞蟻會(huì)選擇距離最短的路徑，并且留下信息素，并使得以后的螞蟻在此路徑越走越多，最終所有螞蟻集中在一條路線(xiàn)，這條路徑是待優(yōu)化問(wèn)題的最優(yōu)解。

2.2 蟻群優(yōu)化進(jìn)度-成本-質(zhì)量算法的步驟

（1）初始解的產(chǎn)生

蟻群算法剛開(kāi)始時(shí)，設(shè)定所有螞蟻均在始點(diǎn)。隨著螞蟻的行走，產(chǎn)生的每個(gè)路線(xiàn)就相當(dāng)一種隨機(jī)方案，一條路線(xiàn)的完成就代表算法對(duì)項(xiàng)目模擬實(shí)施了一次，也對(duì)應(yīng)于進(jìn)度-成本優(yōu)化問(wèn)題的一個(gè)可行解。

（2）利用公式（1）～（4）和公式（5）的分析和計(jì)算，代表每只螞蟻探索出的路線(xiàn)計(jì)算項(xiàng)目進(jìn)度、成本和質(zhì)量方案。

（3）建立解庫(kù)

解庫(kù)的建立是為了減少不必要的計(jì)算程序，每次產(chǎn)生一個(gè)新的解后，系統(tǒng)會(huì)首先搜索解庫(kù)，如果當(dāng)前解庫(kù)中此解已經(jīng)存在，則直接輸出其進(jìn)度和成本目標(biāo)值，如果當(dāng)前解庫(kù)中暫無(wú)此解，則按照第二步的方法重復(fù)再計(jì)算。

（4）計(jì)算進(jìn)度成本質(zhì)量目標(biāo)綜合值

采用加權(quán)的方法將進(jìn)度和成本目標(biāo)轉(zhuǎn)化代表單一目標(biāo)，從而產(chǎn)生進(jìn)度成本質(zhì)量目標(biāo)綜合值。綜合目標(biāo)值比較小說(shuō)明解的性能比較優(yōu)，定義ACO算法的目標(biāo)函數(shù)代表當(dāng)前解和理想點(diǎn)之間的相對(duì)偏差。如下式，為當(dāng)前解和理想點(diǎn)之間的相對(duì)偏差定義：

式中：X代表一次循環(huán)產(chǎn)生的解的序號(hào);Zc、Zt、Zq分別代表第X個(gè)解的成本、進(jìn)度、質(zhì)量目標(biāo)值;r代表均布在0到1范圍之間的隨機(jī)數(shù)（避免綜合目標(biāo)值出現(xiàn)零和無(wú)效值）。

（5）分析循環(huán)一次后路徑信息素殘跡的更新值

通過(guò)這種選擇方式，實(shí)際上進(jìn)行多次選擇，首先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)q，q在[0，1]均勻分布，如果q小于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)q0，則按照第一種方式進(jìn)行選擇，即選擇使上式中括號(hào)內(nèi)數(shù)值最大的k值;如果大于等于預(yù)先設(shè)定的參數(shù)，則按照公式（10）確定的概率進(jìn)行選擇。

（9）多次往復(fù)進(jìn)行（2）～（8）步驟，直至結(jié)果滿(mǎn)足終止條件停止。

結(jié)論：

（1）本文采用雙指數(shù)函數(shù)和二次函數(shù)分段模擬工作質(zhì)量和工作持續(xù)時(shí)間之間的關(guān)系，有效克服了傳統(tǒng)模式專(zhuān)家打分的主觀(guān)性，同時(shí)更加符合建筑項(xiàng)目施工過(guò)程的客觀(guān)實(shí)際。

（2）蟻群算法對(duì)施工項(xiàng)目進(jìn)度、成本和質(zhì)量?jī)?yōu)化問(wèn)題的求解具有高效性和適用性。

（3）隨著工程目標(biāo)管理體系的發(fā)展，除了進(jìn)度、成本、質(zhì)量三大目標(biāo)之外，還應(yīng)考慮安全、環(huán)境等因素，只有這樣才會(huì)更符合建筑項(xiàng)目實(shí)際情況。

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作者簡(jiǎn)介：

田輝陽(yáng)（1991—），男，漢族，四川遂寧，助理建筑項(xiàng)目師，項(xiàng)目副經(jīng)理，本科。