不确定环境下装配式建筑的项目管理绩效提升研究

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装配式建筑采用装配式生产和现场施工方式,具有技术标准化、构件生产自动化、施工设备机械化等特征的新型建筑生产模式。装配式建筑项目通过整合设计、生产、施工产业链,实现在节能、环保更具优势,经济效益更高。目前,我国装配式建筑行业处在不断发展中,由于标准化设计、工厂化生产、装配化施工方面的技术成熟度不高,导致在预制构件生产、现场施工过程受到诸多不确定性因素的影响,造成成本高、工期延迟以及建筑质量等问题。不确定环境下装配式建筑项目管理绩效提升方法研究能够切实帮助企业在装配式建筑项目实施过程中,克服预制构件生产、现场施工中的各种不确定性因素影响,通过项目调度有效地组织项目参与者协同工作,优化项目资源,提高生产与装配效率,保障项目质量与安全,提升装配式建筑项目管理绩效水平。本研究的特色是从不确定性因素对装配式建筑项目实施过程影响的角度出发,分析影响装配式建筑项目管理绩效的原因,利用模糊理论、生产调度和项目调度的建模与优化方法、物联网实时监控技术,开展了以下研究工作:(1)从装配式建筑项目执行过程中的不确定性因素入手,建立不确定环境下的装配式建筑项目管理绩效分析模型。综合考虑装配式建筑项目工期、成本和质量与安全三个项目管理绩效指标,研究项目过程管理能力、不确定性环境的适应能力和项目参与者的协同程度三个方面对项目管理绩效指标影响及作用路径。通过实证分析和定量分析,验证了装配式建筑项目工期、成本、质量与安全均受到生产、施工等关键环节的不确定性影响,其中项目工期受到预制构件生产调度、现场施工过程调度、以及项目资源利用效率的影响显著,项目成本受到现场施工过程调度、项目资源利用效率的影响显著。(2)针对项目工期受到预制构件生产调度影响,研究加工时间扰动下的预制构件生产调度优化方法。考虑了实际预制构件生产过程中的加工时间不确定特征,采用模糊理论对加工时间的不确定性进行区间值表达,构建模糊预制构件生产调度模型,并提出了一种基于合作协同进化的优化算法(CCEA)求解问题。通过对某企业的实际PC构件生产过程实例进行测试,本文提出的生产调度优化算法可以有效地缩短工期,并一定程度上降低了加工时间延迟对工期的影响。充分验证了模型的有效性与优越性。(3)针对项目工期与成本受到现场施工过程调度影响,研究施工时间与可利用资源扰动下的现场施工项目调度优化方法。本文根据装配式建筑项目特征与项目执行过程,考虑实际现场施工项目执行过程中的时间与资源扰动特征,采用模糊理论对现场施工项目中活动的执行时间不确定性进行区间值表达,构建了多目标多模式模糊资源约束现场施工项目调度模型,并提出了一种混合型基于合作协同进化的优化算法(HCCEA)求解问题。通过对某企业的9栋装配式建筑住宅项目为例,验证了在施工时间与资源扰动情况下,本文提出的项目调度优化算法可以有效地缩短工期、同时降低成本,并一定程度上降低了时间延迟与资源变化对项目的影响。(4)从预制构件生产到装配施工的关键环节中对不确定性的动态响应出发,研究物联网环境下的项目多阶段动态过程控制方法。本文通过引入工业物联网技术,对装配式建筑项目从预制构件生产到施工过程中关键环节的不确定因素进行监控,构建了多阶段动态过程控制模型。当不确定性因素变化造成项目调度任务执行时间或可利用资源相关约束无法满足时,可以通过动态优化获得满足新的系统约束的预制构件生产调度方案和现场施工项目调度方案。最后通过基于某企业装配式建筑住宅施工项目的案例研究,项目中任务执行时间和资源可用率扰动在10%-30%之间,采用多阶段动态过程控制模型及动态优化方法可以有效地提升项目管理绩效。本文从装配式建筑项目管理绩效视角进行预制构件生产调度优化、装配施工项目调度优化和动态过程控制优化研究,以此为基础,研究加工时间扰动、可利用资源扰动等不确定性环境下的项目管理绩效提升方法。研究创新点包括:(1)提出了基于模糊理论的预制构件生产调度优化模型。考虑了实际预制构件生产过程中的加工时间不确定特征,采用模糊理论对加工时间的不确定性进行区间值表达,弥补传统生产车间调度中仅考虑确定性加工时间的不足。(2)提出了多目标多模式的模糊资源约束项目现场施工调度优化模型。针对实际装配式建筑项目现场施工问题,弥补传统项目调度模型的简单假设不足,构建考虑了最大完工时间和最小运营成本的多目标多模式模糊资源约束现场施工项目调度模型,同时考虑实际过程中的时间与资源扰动特征,采用模糊理论对现场施工项目中活动的执行时间不确定性进行区间值表达。(3)物联网环境下的项目关键阶段动态调度模型及方法。引入物联网环境下的装配式建筑项目过程控制方法,通过动态调度替代静态调度,提出项目任务执行时间或可利用资源发生变化造成相关约束无法满足时的动态调度优化方法。(4)提出了合作协同进化算法求解模糊调度优化模型。针对数学模型中增加了实际装配式建筑项目管理的约束,同时考虑了不确定性因素的数学表达,计算复杂度造成现有优化算法求解困难问题,本文提出基于合作协同进化的优化算法,并验证了算法的有效性与优越性。通过本文的研究,进一步发展了装配式建筑项目的过程管理与优化方法,同时也将为装配式建筑领域实际从业者的项目管理决策提供理论依据。
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