基于Pareto解的堆石坝施工工期-质量-成本均衡优化研究

摘要

堆石坝施工是一个极其复杂的过程，工程规模宏大，施工机械数量众多，填筑进度及质量受众多因素影响，给施工管理带来了不小的挑战，大坝工程中能否对工期-质量-成本三大核心要素进行综合均衡优化，是工程项目评价的重要衡量标准。工期、质量和成本三个目标之间既相互独立又相互统一，其中任何一个因素的变动都可能对其他两个产生显著影响，同时，对于多目标优化问题，往往无法在改进任何目标函数的同时不削弱至少一个其他目标函数，因此，对堆石坝坝体填筑施工进行工期-质量-成本均衡优化，已成为当今工程决策者所面临的重要课题。
　　目前大坝工程施工存在缺少工期-质量-成本均衡优化研究，且多目标均衡优化最优解非唯一、而是存在一组Pareto解集的问题，虽然传统的算法（如遗传算法、非支配排序遗传算法）在一定程度上对其进行了考虑，但计算过程比较繁琐，因此有必要对算法进行改进，以解决上述问题并提高算法的计算效率。本文基于实时监控系统及堆石坝施工特点，建立了堆石坝施工工期-质量-成本均衡优化数学模型，并建立了Pareto叠加模型对组合解支配关系进行求解;通过对线性加权和法与TOPSIS法的比较分析，验证了耦合线性加权和法的可行性，基于Pareto叠加模型结论并结合多属性效用函数提出了改进的耦合线性加权和的非支配排序遗传算法。通过结合工程实例，在考虑各施工因素（如机械参数、机械故障、碾压参数等）的前提下分析计算各施工方案的工期、质量和成本，并采用改进的非支配排序遗传算法进行工期-质量-成本均衡优化，降低了算法的计算复杂度且提高了计算效率和鲁棒性，克服了最优解非唯一的问题，优选了符合工程实际且满足工程需求的施工方案，提高了优化结果的可靠性，为实际施工方案设计及优选提供可靠的理论依据与有效的解决手段。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 多目标优化方法研究现状

1．2．2 工期-质量-成本均衡优化研究现状

1．3 主要研究内容

第二章 堆石坝坝体施工实时监控系统理论及方法

2．1 堆石坝上坝运输实时监控系统

2．1．1 堆石坝上坝运输过程分析

2．1．2 堆石坝上坝运输实时监控目标函数

2．1．3 解决方案及系统结构

2．2 堆石坝坝面碾压实时监控系统

2．2．1 堆石坝坝面碾压过程分析

2．2．2 堆石坝坝面碾压实时监控目标函数

2．2．3 解决方案及系统结构

2．3 本章小结

第三章 堆石坝旋工进度仿真建模及算法

3．1 堆石坝施工进度仿真建模

3．1．1 堆石坝旋工过程分析

3．1．2 堆石坝施工进度仿真理论

3．2 耦合质量因素的堆石坝施工进度仿真算法

3．2．1 进度影响因素分析

3．2．2 旅工进度仿真程序设计

3．3 本章小结

第四章 堆石坝施工质量和成本分析

4．1 堆石坝施工质量分析

4．1．1 堆石坝碾压质量影响参数

4．1．2 样本数据的获取

4．1．3 数据拟合方法

4．1．4 堆石坝施工质量评估模型

4．2 堆石坝施工成本分析及计算

4．2．1 工程概预算概念

4．2．2 堆石坝填筑施工费用构成与计算

4．2．3 堆石坝填筑成本分析

4．3 本章小结

第五章 堆石坝施工工期-质量-成本均衡优化

5．1 工期-质量-成本关系分析

5．2 模糊集理论

5．3 多目标优化问题的数学描述

5．4 Pareto支配关系及Pareto最优解

5．4．1 基本概念

5．4．2 Pareto叠加模型

5．5 改进的带精英策略的非支配排序遗传算法

5．5．1 基本原理

5．5．2 算法改进内容

5．5．3 目标函数

5．5．4 改进算法的计算步骤

5．6 本章小结

第六章 工程实例

6．1 工程概况

6．2 施工方案设计

6．2．1 确定方案工期

6．2．2 方案质量分析

6．2．3 获取施工方案

6．3 优选施工方案

6．3．1 优选过程及结果

6．3．2 方法比较

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢