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多目标优化问题一直以来都是很多学者研究的课题,尤其是在工程建设领域,这个问题总是困扰着很多施工管理人员。
伴随着科技的日新月异,工程技术也得到了很大的发展,现在的工程项目工序越来越多,专业领域也越来越广,导致现在的工程项目管理越发复杂。工程项目管理中的工期、成本、质量三大目标又是对立与统一的辩证关系,使得工程项目的三大目标均衡实现变得更加困难。工程项目总体目标的实现依赖于项目管理者对三大目标的均衡协调和管理,通过建立一个有效的多目标优化模型,对工程项目三大目标进行综合优化,为项目管理者提供有效的决策支持。
以往的学者对工程建设领域中的多目标优化问题大多是建立三个目标中的一个目标优化模型或其中的两个目标的优化模型,使得工程项目三大目标的优化变成了两个目标间的优化,即现在比较成熟的工期-成本优化模型,工期-质量优化模型,成本-质量优化模型,然后运用相应的数学方法求的模型的优化结果。通过这种转换,然后得出工期、成本、质量间的均衡优化,这种方法使得三大目标间的关系紧密性降低。此外,很多模型对工程项目中的质量目标的量化处理方法不当。此外,传统的多目标优化方法在求解工程项目多目标优化模型存在着不足,使得不能很好的解决工程项目的多目标优化问题。
本文选择矿井工程这一领域来研究其工期、成本、质量间的均衡优化,因为大型煤矿矿井工程施工的工期长、投资大、工序多、施工条件复杂,且极易受自然条件的影响,因而在矿井工程施工中如何保证工期、成本、质量三大目标均衡实现成了施工管理者的难题。
针对如何实现矿井工程的多目标均衡优化问题,本文说明了矿井工程施工过程中,工期、成本、质量这三个目标的联系和重要性,并研究了多目标管理及多目标优化的理论,同时研究了很多学者研究的传统求解多目标规划问题的方法,如:多目标线性加权算法,多目标分层序列法,多目标ε-约束法,多目标的平方和加权法,多目标理想点法,多目标极大极小法。阐述了工期、成本、质量三个目标两两间的关系,并由此提出目前常用的工程项目多目标优化模型。主要包括基于网络技术的工期费用优化模型、质量成本模型、工期质量模型等。在分析以上模型的应用及特点的基础上,同时为了简化传统工程项目多目标优化中质量与成本间复杂的函数关系,本文引入了价值工程理论,使得质量和成本间的关系更为简洁,也便于矿井工程项目的多目标的分析和说明,将进度、成本、质量三大目标综合均衡优化,建立新的进度-成本-质量多目标优化模型。
此外,由于很多传统的多目标优化算法在解决多目标优化问题时约束条件太多,导致其使用的范围较小,很难作为矿井工程多目标均衡优化模型的理想算法。为了解决这个问题,本为将多目标遗传算法引入到本文的所研究的矿井工程的工期-成本-质量的优化模型的求解中,力求用一种基于多目标遗传算法的多目标优化算法解决工程项目的多目标优化问题,阐述了多目标遗传算法的基本原理和相应的工作流程。
最后本文通过一个有关矿井工程建设的事例来说明文章所采用的多目标优化模型和多目标遗传算法在求解工程多目标优化问题时的可操作性,为矿井建设单位提供了一种解决了工期、成本、质量优化的问题的方法和手段。
本文通过对矿井工程的多目标均衡优化得出如下主要结论:
1、通过对多目标遗传算法理论和矿井工程施工工期、成本、质量均衡优化的研究,并对其成果进行了分析和总结。在解决多目标均衡优化问题中,将矿井工程各工序施工的质量进行了量化处理,将整个矿井工程的质量表征为各施工工序质量的某种函数,与工期、成本一起建立了实际工程施工工程管理中工期、成本、质量的多目标优化模型,同时为了求解多目标均衡解,即找出工期短、成本低、质量优的平衡点,结合了多目标遗传算法的智能搜索寻优技术,提出了工期、成本、质量优化的定量方法。
2、以一个实际的煤矿矿井工程为研究对象,利用多目标遗传算法程序对构建的多目标均衡优化模型进行优化计算,比较分析了优化前后施工进度计划工期、成本、质量的变化量,取得了良好的效果,从而验证了多目标遗传算法和本文所构建的多目标均衡优化模型在矿井工程管理中应用的可行性。