一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法技术

本发明专利技术公开了一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法，包括以下步骤：建立了具有交叉区域的群塔多目标优化模型，使得塔机作业流程时间f1和最小冲突任务间隔时间之和f2最佳，优化后的解为一组均衡解；对于具有两两交叉区域的群塔作业调度任务作为个体，使用X和Y两条染色体进行编码，X为塔机作业任务编号，Y为作业任务的塔机指派；以目标函数f1与f2为优化问题，基于帕累托最优思想，通过双层染色体同步进化设计非支配排序遗传算法并进行求解，得到优化方案，并根据优化方案进行作业调度。本发明专利技术不仅提升塔机施工作业过程的平稳可靠性，同时优化塔机作业时间，兼顾施工的安全和效率。的安全和效率。的安全和效率。

【技术实现步骤摘要】
一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法


[0001]本专利技术涉及土木工程建造与管理领域，尤其涉及一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法。

技术介绍

[0002]目前，群塔作业广泛应用于装配式建筑的施工过程中。塔式起重机作为施工现场建筑材料运输的关键专用设备，其运行效率直接影响施工进度和工期成本。
[0003]与单塔作业相比，群塔施工的工作环境更为复杂。由于工期紧迫、需求量大以及场地空间的限制，塔式起重机之间往往形成多次交叉并联作业。在没有有效的计划和调度管理的情况下，会给设备自身的健康和现场施工带来巨大的安全隐患。
[0004]项目经理、司机和信号工人往往根据经验安排塔式起重机工作过程，容易造成施工现场混乱、干扰频繁，严重影响了现场的安全和进度。同时随着建筑工业化迅速推进，以装配式建筑为代表的新型建造模式对施工现场塔机吊装提出了高度时效性要求。
[0005]不同于普通物料的吊运，预制构件的吊装时间有着严格的要求。如果不能及时吊装，则会导致窝工、二次吊装或者运输车辆等待，形成增量成本，影响施工效率，造成施工资源的浪费。
[0006]借助统计学工具研究表明，装配式建筑增量成本产生的原因是调度与计划短缺、现场管理混乱以及工人素质不足。
[0007]文献一以实际混凝土建筑工程成本构成为切入点进行分析，指出PC构件设计、生产、运输和安装脱节是形成增量成本的主要原因（文献一：王广明,刘美霞. "装配式混凝土建筑综合效益实证分析研究."建筑结构 47.10 (2017): 32
‑
38）。
[0008]随着智能化施工现场和无人塔式起重机的快速发展，迫切需要深入分析群塔作业过程，形成高效的调度模型和计算方法。
[0009]国内外已有的研究大多集中在塔式起重机布置和塔式起重机监测领域。文献二首次提出了起重机服务排序问题( CSSP )，并将其转化为旅行推销员问题来解决。根据问题的规模和复杂性，采用不同的优化技术进行求解。与传统启发式算法相比，验证了所提方法的有效性（文献二：Zavichi A, Madani K ,Xanthopoulos P , et al. Enhanced Crane Operations In Construction Using Service Request Optimization[J]. Automationin Construction, 2014, 47:69
–
77）。
[0010]文献三深入分析塔机冲突并对其进行分类，提供一种针对塔机干扰调度的问题分类方案（文献三：Nils Boysen,DirkBriskorn,Frank Meisel. A Generalized Classification Scheme for CraneScheduling With Interference. EuropeanJournal of Operational Research .2016:1
–
15）。
[0011]文献四提出优化塔机安装位置、塔机作业顺序和服务计划的模型，该模型可以对紧急的任务请求进行优先排序，并将模型转化为二元混合整数线性规划(BMILP)，用标准的分支定界技术求解，与其他常规调度策略相比，该模型塔机总流程时间显著减少。（文献四：
Chun Huang, C.K. Wong. Optimization of Crane Setup Location and Servicing Schedule for UrgentMaterial Requests with Non
‑
Homogeneous and Non
‑
Fixed Material Supply. Automationin Construction. 2018,89:183
–
198）。
[0012]文献五针对塔机作业顺序调度问题提出一种依赖结构矩阵(DSM)序列特征进行塔机调度的框架，该方法在典型的楼层循环吊装计划中，能够得到更为精确化、系统化的塔机吊装方案（文献五：Kim S , Lee D . Sequential Dependency Structure Matrix Based Framework for Levelingof A Tower Crane Lifting Plan. CanadianJournal of Civil Engineering, 2018:1
‑
10）。
[0013]文献六探究了高层建筑施工中具有交叉区域的塔机作业优化问题，基于预见性计划，提供可靠的、无约束的塔机日常作业计划。开发了启发式优化的仿真模型，在塔机三维运动过程中，检查碰撞并实时的优化交叉区域的任务的分配，有效改善起重机作业效率（文献六：Malak Al Hattab, Emile Zankoul. Crane Overlap and Operational Flexibility: BalancingUtilization, Duration, and Safety. ConstructionInnovation. 2018,18(1):43
‑
63）。
[0014]文献七建立了基于双塔调度问题的整数线性规划模型，并引入启发式方法提高了模型的可处理性和求解质量。（文献七：Tarhini H ,Maddah B , F Hamzeh. The Traveling Salesman Puts
‑
on a Hard Hat
ꢀ‑
Tower CraneScheduling in Construction Projects[J]. EuropeanJournal of OperationalResearch, 2020）。
[0015]不同于塔机监控采用自动化传感装置采集位置、环境以及设备状态等数据，通过规划实时运动轨迹和可视化导航等避免碰撞。已有研究表明，塔机服务调度是在任务层级优化作业过程，通过对物料请求任务进行合理的分配与排序，能够从作业安排上提高施工效率、避免塔机运动过程交叉干涉，实现塔机作业过程的平稳性和有效性。
[0016]已有成果近五年不断涌现，但形成科学系统化理论体系仍然需要持续深入探索，随着施工管理的精益化与信息化水平提升，完备的数据支撑将推动调度模型方法与工程实际应用深度融合与发展。

技术实现思路

[0017]本专利技术的目的在于提供一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法，以优化塔机作业时间，兼顾施工的安全和效率。
[0018]为此，本专利技术提供了一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法，包括以下步骤：S1、对于具有两两交叉区域的群塔作业环境，以塔机作业流程时间f1与最小冲突任务间隔时间之和f2为优化的目标函数，建立群塔多目标优化模型，使得f1和f2最佳,优化后的解为一组均衡解；S2、对于群塔需要吊装的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种考虑冲突任务间隔时间的群塔多目标调度优化方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、对于具有两两交叉区域的群塔作业环境，以塔机作业流程时间f1与最小冲突任务间隔时间之和f2为优化的目标函数，建立群塔多目标优化模型，使得f1和f2最佳,优化后的解为一组均衡解；S2、对于群塔需要吊装的物料请求任务进行双层染色体设计，分别使用X和Y两条染色体进行编码，其中X为塔机作业任务编号，Y为作业任务的塔机指派，并随机生成初始种群，种群规模为N；S3、X和Y采用同步进化策略，分别进行交叉、变异，产生新种群pop0=[X
off
,Y
off
]，规模为N；将在先种群和得到的新种群进行合并，即得到规模为2N的种群；S4、染色体解码得到调度方案，根据塔机运动特征计算每个任务的起止时间参数，根据冲突任务进出交叉区域的时间段，判定是否冲突，若冲突则进行冲突消解，并对无冲突的或冲突消解的个体分别进行计算，得到目标函数值f1、f2；S5、根据求得的两个目标函数值f1、f2，进行非支配排序分层和拥挤度计算，得到个体的所在层数与拥挤度的值，对所有个体进行优劣排序，依次选取规模为N的后代种群；S6、重复执行步骤S3
‑
S5，直至达到预定的迭代次数，最终输出帕累托最优解，即输出最优...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹静，李嘉浩，方一凡，谢贻东，叶春维，
申请(专利权)人：北京建筑大学，
类型：发明
国别省市：