基于粒子群算法的施工進度優化管理方法

劉蘇波

（嶺南師范學院基建處　524048）

基于粒子群算法的施工進度優化管理方法

劉蘇波

（嶺南師范學院基建處524048）

針對傳統施工進度管理無法優化配置資源的問題，研究了基于粒子群算法的施工進度優化管理方法。在該方法中，建立了施工進度管理優化模型，并采用先進的集群智能優化算法即粒子群算法搜索模型的最優解，設計了新的拓撲結構。

施工進度；粒子群算法；進度管理；優化方法

1　施工進度管理問題分析

采用傳統的人工方法進行施工進度管理存在以下幾個方面問題：

1.1進度計劃缺乏優化

對于小規模工程，管理者缺乏重視。對于大型工程，人工方法又無法解決工期長，存在各種意外情況的問題，無法制定優化的、科學地進度計劃。

1.2進度計劃沒有考慮實際情況

人工方法難以準確核算工期，因此制定出的進度計劃水平低，不能如實反映施工狀況以至失去指導作用。

1.3進度計劃缺乏可行性

傳統管理方法容易造成制定的計劃過粗或過細。一旦發現作業延誤，將難以挽回。

2　施工進度優化管理數學模型

施工項目發生的總成本主要集中于組織、管理正式工程的施工階段，而這一階段所投入人力、物力的直接目的是為了達到業主認可的各階段進度目標。因此，將施工進度優化的目標分為兩個階段，約束條件為施工工期與所能投入的人力、資源與工期。

（1）第一階段工期優化模型

式中：T為工期；ti為分項工程的開工日期；di為分項工程的工期，i=1，2，…，n；n為總的分項工程署；C為整個工程的直接費用；tj為分項工程j的開工日期。

（2）第二階段資源配置優化模型

式中：P=∑[pt（tj-ti）]+∑[pr（Rkq-bk）]。lk為第k種資源實際值與其總均值只差的和，P為總的懲罰值，pt為各分項工程的先后關系被破壞時的懲罰系數，pr為資源需求超過資源供給時的懲罰系數。wk為第k種資源的權重，Rkq為第q天第k種資源的總需求量。

3　基于粒子群算法的施工進度優化

基于PSO算法的施工進度優化過程具體為：

首先隨機的初始化一個粒子群（隨機解），在每一次的迭代中，每個粒子通過跟蹤兩個極值來實現更新自身：①粒子本身找到的最優解，這個最優解叫做個體極值點（用pbest表示它的位置）；②整個種群到目前為止找到的最優解，叫做全局極值點（用gbest表示它的位置），然而局部PSO算法不用整個種群，僅用種群中的一部分鄰近粒子，所有鄰近粒子中的最優解就是局部極值點（用lbest表示它的位置）。

粒子i的位置和速度信息可以用D維向量表示，位置表示為Xi=（Xi1，Xi2，…，XiD）

速度表示為Vi=（Vi1，Vi2，…，ViD）T，其他的向量與之類似，其速度和位置的更新方程為：

每一維粒子的速度都被限制了一個最大速度Vmax如果某一維速度更新后超過用戶設定的Vmax，那么這一維的速度就被設定為新的Vmax，粒子群優化算法把每個可能產生的解表示為粒子群中的一個粒子，而每一個粒子都有自己的速度向量和位置向量，每一個位置都表示一個參數值，因此，對于一個N維優化問題而言，在N維空間中的每一個位置的粒子都表示了優化問題中的一個解，而位置就代表等待接受優化調整的參數。

分配序列可表示為，其中di是指從一個節點出發經過i條邊（不循環）可以到達的節點個數平均值。

采用的拓撲結構為Ring拓撲結構。它的節點間擁有最少的邊，信息在這種拓撲下流動緩慢，這反映在算法中，搜索空間的不同區域可同時被搜索，這是由于一塊區域的成功搜索，要經過很長時間才能傳遞到拓撲結構的其他地方[2]。

4　實例應用

以河道疏浚工程為例驗證所提方法的效果。該工程包括主壩工程（工程1）、副壩工程（工程2）、挖沙工程（工程3）、開流工程（工程4）、新建孔深孔閘工程（工程5）、石灘挖掘工程（工程6）、河道分岔改流工程（工程7）。整個工程周期長、耗資大、施工工序與物資需求復雜，因此需要對施工進度進行優化管理以提高資源配置效率并縮短工期。采用本文提出的PSO算法以施工項目進度控制為主線，在資源有限的前提下進行全局優化管理，給出工期優化方案。選擇該方案將在投資額等資源不變的情況下整個施工工期由202個月縮短為187.1個月，壓縮了6.14%的工期（計14.9個月），并且在有限物資資源約束下，以合理的開工邏輯順序完成了主壩工程、副壩工程、300t挖沙工程、5km開流工程、新建孔深孔閘工程、318平方石灘挖掘工程以及1km河道分岔改流工程，施工進度管理優化效果顯著。

5　結論

本文首先建立了施工進度管理優化模型，并采用先進的集群智能優化算法即粒子群算法搜索模型的最優解，設計了新的拓撲結構提高施工進度優化精度。運用實例對所提方法進行了驗證，應用結果說明所提方法能夠顯著縮短施工工期，具有顯著的資源配置優化效果。

[1]王錫勇，王鴻雁，張興千.試論項目管理中施工進度的管理[J].中國建材科技，2009（03）.

[2]吳霞，羅新艷.建筑施工進度的管理方法探討[J].科技信息，2013（19）.

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1673-0038（2015）28-0160-01

2015-5-23