譚石海 楊 華 胡 斌

(湖北省高路集團(tuán)有限公司1) 武漢 430012) (華中科技大學(xué)管理學(xué)院1) 武漢 430074)

1 模型建模與系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

該模型涉及到兩類因素,一類是人,一類是工程,對(duì)他們分別選取不同的模擬方法.整個(gè)模型的框架如圖1所示.

1.1 參與者建模

施工過(guò)程中,施工單位的職責(zé)主要是負(fù)責(zé)工程的實(shí)施,監(jiān)理單位要對(duì)施工進(jìn)行日常的檢驗(yàn)、抽檢和監(jiān)督等工作,糾正不符合工程設(shè)計(jì)要求或標(biāo)準(zhǔn)的工程和施工行為,保證所負(fù)責(zé)的監(jiān)理合同段的工程按計(jì)劃進(jìn)行.二者關(guān)系可以用圖2所示.

圖1 模擬模型框架

圖2 施工、監(jiān)理單位關(guān)系圖

基于以上對(duì)施工單位和監(jiān)理單位的分析,多Agent模擬的方法,將施工單位和監(jiān)理單位看作兩類Agent.

模型中通過(guò)狀態(tài)圖和事件的方式來(lái)描述監(jiān)理單位Agent.模型中,分別建立了一般的管理模式與考慮參與者集成時(shí)集成化管理模式下的監(jiān)理單位狀態(tài)圖.前者的業(yè)主、監(jiān)理單位、設(shè)計(jì)單位和施工單位之間是多層次的縱向組織關(guān)系,解決問(wèn)題時(shí)總的問(wèn)題處理時(shí)間為其各自處理問(wèn)題的時(shí)間之和再加上他們相互的溝通時(shí)間,監(jiān)理單位的狀態(tài)圖如圖3所示.

集成化管理模式通過(guò)建立一個(gè)工程建設(shè)信息平臺(tái)促進(jìn)項(xiàng)目各參與方之間的協(xié)作和信息共享效率.解決問(wèn)題時(shí)總的處理問(wèn)題時(shí)間為各參與者處理時(shí)間中的一個(gè)值,此時(shí)監(jiān)理單位的狀態(tài)圖如圖4所示.

圖3 一般模式下監(jiān)理單位狀態(tài)圖

圖4 集成化模式下監(jiān)理 單位狀態(tài)圖

1.2 工程建模

本文使用離散模擬來(lái)模擬對(duì)工程進(jìn)行模擬.假設(shè)可以將工程分為一定數(shù)量的工作包,工作包分為簡(jiǎn)單和復(fù)雜工作包2種類型,前者需要較短的處理時(shí)間,具有較低的概率導(dǎo)致工程出現(xiàn)問(wèn)題;后者需要較長(zhǎng)的處理時(shí)間,具有較高的概率導(dǎo)致工程出現(xiàn)問(wèn)題.另外,簡(jiǎn)單和復(fù)雜工作包有不同的到達(dá)頻率,這些工作包在一些離散的時(shí)間點(diǎn)上到達(dá),并在相應(yīng)的時(shí)間點(diǎn)由參與單位進(jìn)行處理.此處將工作包看作離散的到達(dá)事件,并根據(jù)工程情況設(shè)定一定的到達(dá)速度.將施工單位看作服務(wù)臺(tái),對(duì)工作包進(jìn)行處理.如果系統(tǒng)中存在多個(gè)任務(wù),則排隊(duì)等待.工程的離散事件模型如圖5所示.

圖5 工程的離散事件模型

source和source1分別產(chǎn)生簡(jiǎn)單工作包和復(fù)雜工作包,可以通過(guò)控制簡(jiǎn)單工作包和復(fù)雜工作包的到達(dá)頻率來(lái)控制簡(jiǎn)單工作包和復(fù)雜工作包的比例,即設(shè)定了工程的復(fù)雜性水平.工作包產(chǎn)生后,首先進(jìn)入queue隊(duì)列排隊(duì)等待,當(dāng)滿足相應(yīng)的條件時(shí)進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)臺(tái)進(jìn)行相應(yīng)的處理.service服務(wù)臺(tái)表示處于正常施工狀態(tài)的施工單位實(shí)施工程,service1服務(wù)臺(tái)表示處于趕工狀態(tài)的施工單位實(shí)施工程.Agents和Agents1表示處于施工狀態(tài)和趕工狀態(tài)的施工單位的數(shù)目.

1.3 參與者-工程互動(dòng)建模

參與單位和工程之間是相互作用的,一方面,工程的復(fù)雜度影響參與單位的工作效率,工程復(fù)雜度高,則意味著施工單位在施工過(guò)程中容易遇到的外界影響較多,如惡劣的氣候條件,復(fù)雜的地質(zhì)等,容易導(dǎo)致低的工作效率;另一方面,參與單位的工作效率和工作狀態(tài)又會(huì)反過(guò)來(lái)對(duì)工程的進(jìn)度、質(zhì)量和成本產(chǎn)生影響.由上可知,對(duì)參與單位與工程之間需要進(jìn)行參數(shù)的交互,規(guī)則如下.

在式(3)的基礎(chǔ)上引入加權(quán)矩陣Wf，用來(lái)設(shè)定不同殘差在模型修正過(guò)程中所占的權(quán)重；在優(yōu)化目標(biāo)中加入修正參數(shù)變化值，引入加權(quán)系數(shù)Wp，通過(guò)改變Wp的大小來(lái)限制修正參數(shù)的變化。則模型修正問(wèn)題轉(zhuǎn)化為如下的優(yōu)化問(wèn)題：

1)工程中簡(jiǎn)單工作包和復(fù)雜工作包的到達(dá)頻率對(duì)工程出現(xiàn)問(wèn)題的頻率的影響規(guī)則

complexity=(arrivequantity2/arriveinter2)/(arrivequantity1/arriveinter1+arrivequantity2/arriveinter2);mean=(1-complexity)/2.5＊100;

problemtime=triangular(mean/2,mean,mean＊1.5)

其中：arrivequantity1為簡(jiǎn)單工作包一次到達(dá)的數(shù)量;arrivequantity2為復(fù)雜工作包一次到達(dá)的數(shù)量;arriveinter1為簡(jiǎn)單工作包到達(dá)的時(shí)間間隔;arriveinter2為復(fù)雜工作包到達(dá)的時(shí)間間隔;complexity為復(fù)雜工作包占全部工作的比例,即工程復(fù)雜度;problemtime為工程經(jīng)過(guò)多少時(shí)間會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題,在此假設(shè)其服從參數(shù)為(mean/ 2,mean,mean＊1.5)的三角分布.

2)施工單位的狀態(tài)對(duì)不同類型工作包的時(shí)間、成本和質(zhì)量的影響規(guī)則以及對(duì)工程的總成本和總質(zhì)量的影響規(guī)則 模型中通過(guò)活動(dòng)圖(action chart)描述如圖6所示.當(dāng)工作包到達(dá)queue隊(duì)列或者服務(wù)臺(tái)處理完一個(gè)任務(wù)時(shí),通過(guò)調(diào)用routinglogic()來(lái)確定在隊(duì)列首位的任務(wù)是否被處理以及由哪個(gè)服務(wù)臺(tái)處理.idleAgents和idle-Agents1分別用來(lái)統(tǒng)計(jì)離散模擬中的Service和Service1服務(wù)臺(tái)中空閑服務(wù)者的數(shù)目.下面是2個(gè)While循環(huán),分別表示當(dāng)施工單位處于正常施工狀態(tài)和趕工狀態(tài)時(shí),進(jìn)入相應(yīng)的服務(wù)臺(tái),在不同的服務(wù)臺(tái)上處理有不同的時(shí)間、成本和質(zhì)量.

2 模擬結(jié)果分析

假設(shè)當(dāng)施工單位處于正常施工狀態(tài)時(shí),每完成一個(gè)工作包工作進(jìn)度加1;完成一個(gè)簡(jiǎn)單工作包的成本為1,復(fù)雜工作包為1.5;當(dāng)施工單位處于趕工狀態(tài)時(shí),每完成一個(gè)工作包工作進(jìn)度加1;成本的高低取決于趕工速度的快慢,具體公式為：趕工成本 =exp(plantime/crashtime)×計(jì)劃成本/2.5(其中,plantime和crashtime分別表示完成一個(gè)工作包所需要的計(jì)劃時(shí)間和趕工時(shí)間).假設(shè)在停工狀態(tài)下,每天花費(fèi)成本服從分布uniform(0.8,1.2).

通過(guò)上述基本參數(shù)設(shè)置后對(duì)四種情況進(jìn)行模擬可實(shí)驗(yàn)并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析.初始化參數(shù)(plantime1和plantime2分別表示簡(jiǎn)單和復(fù)雜工作包的計(jì)劃完成時(shí)間)和模擬結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 實(shí)驗(yàn)參數(shù)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)表

2.1 按計(jì)劃執(zhí)行

工程計(jì)劃是按照施工單位處于正常施工狀態(tài)而設(shè)定的,初始化參數(shù)和模擬結(jié)果見(jiàn)表1,其中plantime1=1,plantime2=2分別為每個(gè)簡(jiǎn)單工作包和復(fù)雜工作包的計(jì)劃完成時(shí)間.模擬結(jié)果如圖6所示.

圖6 按計(jì)劃執(zhí)行的模擬結(jié)果

2.2 工程施工實(shí)際情況

工程施工的實(shí)際情況中考慮了前面所述的參與者和工程之間的互動(dòng)關(guān)系.假設(shè)在時(shí)間點(diǎn)60時(shí)檢查工程進(jìn)度是否滯后,如果滯后,則根據(jù)工程實(shí)際進(jìn)度和計(jì)劃進(jìn)度的差額設(shè)定工程的趕工速度和趕工天數(shù).此外,要求工程必須按期完成.

由圖7和圖8可知,工程復(fù)雜度越高,在趕工狀態(tài)下完成的任務(wù)數(shù)越多,所需成本也越高.這是因?yàn)?工程復(fù)雜度的提高,會(huì)影響施工單位施工的質(zhì)量水平,進(jìn)而影響施工狀態(tài),施工狀態(tài)直接影響了工程的進(jìn)度和成本,故造成了工程成本的增加.

圖7 工程施工實(shí)際情況一

圖8 工程施工實(shí)際情況二

2.3 考慮參與者的集成化

在情況2的基礎(chǔ)上,采用參與者集成化管理時(shí),將監(jiān)理單位Agent的行為作對(duì)應(yīng)的修改,并且要求工程按期完成.圖9與圖7相比,工程總成本降低.可以看出,在相同的工程復(fù)雜度下,采用參與者集成化的管理模式,可以降低工程總成本.

2.4 考慮工程目標(biāo)的集成化

在上面的3種情況中,目標(biāo)都是工程按期完成,而沒(méi)有同時(shí)考慮工期和成本.在情況四中,期望工程的目標(biāo)和成本均達(dá)到極好值,其他假設(shè)與情況2.3相同.此處,借助于掙值管理的原理,并進(jìn)行一定的改進(jìn),來(lái)評(píng)價(jià)工程進(jìn)度和成本的最優(yōu)化.其中：PV=計(jì)劃成本;AC=實(shí)際成本;EV=實(shí)際工期×計(jì)劃成本/計(jì)劃工期;成本績(jī)效指標(biāo)CPI=EV/AC,大于1成本節(jié)約,小于1成本超支;進(jìn)度績(jī)效指標(biāo)SPI=EV/PV,大于1進(jìn)度超前,小于1進(jìn)度滯后;綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)IPI=CPI× SPI,IPI＜1,實(shí)際執(zhí)行情況比計(jì)劃差,IPI＞1,實(shí)際執(zhí)行情況比計(jì)劃好.

圖9 考慮參與者集成化的模擬結(jié)果

考慮在時(shí)間點(diǎn)60時(shí)的趕工策略對(duì)時(shí)間點(diǎn)100時(shí)的綜合績(jī)效指標(biāo)的影響,通過(guò)采取不同的趕工策略,可以得到表2.其中,crashday指趕工天數(shù),crashrate指趕工時(shí)間與計(jì)劃時(shí)間的比值.

由表2可知,所有的策略均不能使IPI＞1,說(shuō)明實(shí)際執(zhí)行情況均比計(jì)劃差.其中,策略9指不采取趕工策略,讓工程按現(xiàn)在的狀態(tài)完成,這種策略會(huì)使得工期出現(xiàn)比較嚴(yán)重的滯后,但同時(shí),由于沒(méi)有趕工,工程成本也比較低.策略1至8則采取了不同的趕工策略,對(duì)比可知,在當(dāng)前的參數(shù)設(shè)置下,趕工速度越快,即crashrate越小,通過(guò)趕工使得完成單個(gè)工作包的時(shí)間越短,越容易實(shí)現(xiàn)工程工期目標(biāo),但同時(shí),所需要的成本也越高.

表2 不同趕工策略下的模擬結(jié)果

在所有策略中,策略7中 IPI最大,說(shuō)明趕工策略7能使得實(shí)際執(zhí)行情況達(dá)到極好值.所以應(yīng)該采取趕工策略7.

3 結(jié)束語(yǔ)

本文借助于仿真工具AnyLogic,綜合運(yùn)用多Agent模擬和離散模擬方法,對(duì)公路建設(shè)中的參與者和工程的相互影響關(guān)系進(jìn)行了研究,特別的,分析了集成化管理模式對(duì)公路建設(shè)工程的影響.從模擬結(jié)果可以看出,通過(guò)對(duì)參與方集成,減少了信息傳遞時(shí)間,減少了不必要的時(shí)間浪費(fèi),加快了工程進(jìn)度并降低了成本;通過(guò)對(duì)多目標(biāo)集成,成本和工期均達(dá)到極好值.所以在公路工程建設(shè)中,應(yīng)該采用集成化的管理模式,借助于信息技術(shù)和虛擬建設(shè)來(lái)實(shí)現(xiàn)參與方的集成,同時(shí)綜合考慮工程的多個(gè)目標(biāo),如進(jìn)度、成本、質(zhì)量等,實(shí)現(xiàn)公路工程建設(shè)多目標(biāo)集成.

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