Modeling the problem of sequencing projects in the contractor’s portfolio of orders

• Autorzy: Jaśkowski Piotr , Biruk Sławomir , Krzemiński Michał

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2022.141887

Warianty tytułu

PL

Modelowanie problemu kolejności realizacji zleceń przedsiębiorstwa budowlanego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

It is a usual practice for a contractor to deliver several projects at a time. Typically, the projects involve similar types of works and share the same pool of resources (i.e. construction crews). For this reason, the company’s portfolio of orders considered for a particular planning horizon can be modeled as a project with repeatable processes to be performed in heterogeneous units located in a number of construction sites. Its scheduling requires determining the best sequence of the resources’ moving from unit to unit while minding the due dates related with particular orders as well as resource continuity constraints. The authors present a model of this scheduling problem in the form of a mixed-integer linear program. The aim is to schedule a portfolio of projects in a way that minimizes the total of the resource idle time-related costs, the indirect costs, and the delay penalties. The model can be solved by means of a general-purpose solver. The model is applied to schedule a portfolio of multifamily housing projects.

PL

W artykule opracowano model matematyczny umożliwiający przydział brygad roboczych do realizacji poszczególnych procesów, spośród będących w dyspozycji przedsiębiorstwa w przyjętym horyzoncie planowania, a także na ustalenie harmonogramu ich pracy - terminów realizacji przydzielonych im procesów na wznoszonych obiektach. Model ma na celu zapewnienie redukcji łącznych kosztów pośrednich i przestojów w pracy brygad oraz kar umownych. Straty spowodowane przestojami w pracy każdej brygady są obliczane jako iloczyn czasu przestoju po wykonaniu procesu na działce roboczej oraz jednostkowych (dziennych) kosztów przestoju. Wysokość kar umownych jest obliczana jako iloczyn różnicy między czasem realizacji przedsięwzięcia a czasem dyrektywnym oraz jednostkowej kary. W przypadku ukończenia realizacji w czasie krótszym od dyrektywnego wykonawca nie zostanie obciążony karami finansowymi, przyjęto również, że nie uzyska za to bonusu. Zaproponowany sposób doboru zmiennych decyzyjnych oraz zapisu analitycznego ograniczeń problemu o charakterze permutacyjnym pozwolił na sformułowanie modelu w postaci modelu mieszanego całkowitoliczbowego, do którego rozwiązania można stosować dostępne na rynku solvery. Oczywiście dotyczy to modeli problemów o niewielkiej złożoności obliczeniowej, lecz stwarza możliwość opracowania bazy przykładów testowych i weryfikacji jakości tworzonych w przyszłości algorytmów dedykowanych. Zaproponowane podejście do modelowania i rozwiązania problemu szeregowania zleceń przedsiębiorstwa przedstawiono na przykładzie realizacji stanu surowego zamkniętego sześciu budynków wielorodzinnych wznoszonych w technologii monolitycznej (fundamenty, ściany i stropy żelbetowe monolityczne; stropodach z żelbetowych płyt prefabrykowanych z warstwami izolacyjnymi; ściany ocieplone z wykorzystaniem ETICS (External Thermal Inusulation Composite System). Realizacja każdego obiektu wymaga wykonania następujących procesów powierzanych do wykonania odrębnym brygadom branżowym: roboty ziemne i fundamentowe (stan zero), konstrukcja monolityczna żelbetowa (stan surowy), dach, elewacja. Realizacja tych obiektów stanowi portfel zleceń analizowanego przykładowego przedsiębiorstwa w okresie jednego roku.

Słowa kluczowe

EN

construction company; project scheduling; repetitive process; idle time; time reduction; work crew; mathematical modelling; schedule optimization

PL

przedsiębiorstwo budowlane; planowanie przedsięwzięcia; proces powtarzalny; redukcja; czas przestoju; brygada robocza; modelowanie matematyczne; optymalizacja harmonogramu

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2022
• Tom: Vol. 68, nr 3
• Strony: 307--322
• Opis fizyczny: Bibliogr. 33 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Jaśkowski Piotr

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1661-3373

autor

Biruk Sławomir

• Lublin University of Technology, Faculty of Civil Engineering and Architecture, Lublin, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-4392-8426

autor

Krzemiński Michał

• Warsaw University of Technology, Faculty of Civil Engineering, Warsaw, Poland

• https://orcid.org/0000-0002-6352-5942

Bibliografia

• [1] R.F. Aziz, “Optimizing strategy for repetitive construction projects within multi-mode resources”, Alexandria Engineering Journal, 2013, vol. 52, no. 1, pp. 67-81, DOI: 10.1016/j.aej.2012.11.003.
• [2] A. Altuwaim, K. El-Rayes, “Optimizing the scheduling of repetitive construction to minimize interruption cost”, Journal of Construction Engineering and Management, 2018, vol. 144, no. 7, DOI: 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001510.
• [3] I. Bakry, O. Moselhi, T. Zayed, “Optimized acceleration of repetitive construction projects”, Automation in Construction, 2014, vol. 1, pp. 145-151, DOI: 10.1016/j.autcon.2013.07.003.
• [4] T.R. Browning, A.A. Yassine, “Resource-constrained multi-project scheduling: Priority rule performance revisited”, International Journal of Production Economics, 2010, vol. 126, no. 2, pp. 212-228, DOI: 10.1016/j.ijpe.2010.03.009.
• [5] S.-L. Fan, K.-S. Sun, J.-R.Wang, “GA optimization model for repetitive projects with soft logic”, Automation in Construction, 2012, vol. 21, pp. 253-261, DOI: 10.1016/j.autcon.2011.06.009.
• [6] S.-L. Fan, H.P. Tserng, M.-T. Wang, “Development of an object-oriented scheduling model for construction projects”, Automation in Construction, 2003, vol. 12, no. 3, pp. 283-302, DOI: 10.1016/S0926-5805(02)00092-4.
• [7] S.-L. Fan, H.P. Tserng, “Object-oriented scheduling for repetitive projects with soft logics”, Journal of Construction Engineering and Management, 2006, vol. 132, no. 1, pp. 35-48, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2006)132:1(35).
• [8] J.D. García-Nieves, J.L. Ponz-Tienda, A. Ospina-Alvarado, M. Bonilla-Palacios, “Multipurpose linear programming optimization model for repetitive activities scheduling in construction projects”, Automation in Construction, 2019, vol. 105, DOI: 10.1016/j.autcon.2019.03.020.
• [9] A. Gouda, O. Hosny, K. Nassar, “Optimal crew routing for linear repetitive projects using graph theory”, Automation in Construction, 2017, vol. 81, pp. 411-421, DOI: 10.1016/j.autcon.2017.03.007.
• [10] T. Hegazy, E. Kamarah, “Efficient repetitive scheduling for high-rise construction”, Journal of Construction Engineering and Management, 2008, vol. 134, no. 4, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2008)134:4(253).
• [11] Z. Hejducki, J. Mrozowicz, “Stream methods of construction work organization: an introduction to the problem”, Engineering, Construction and Architectural Management, 2001, vol. 8, no. 2, pp. 80-89, DOI: 10.1108/eb021172.
• [12] R. Huang, K.-S. Sun, “System development for non-unit based repetitive project scheduling”, Automation in Construction, 2005, vol. 14, no. 5, pp. 650-665, DOI: 10.1016/j.autcon.2005.02.003.
• [13] R. Huang, K.-S. Sun, “A GA optimization model for workgroup-based repetitive scheduling (WoRSM)”, Advances in Engineering Software, 2009, vol. 40, no. 3, pp. 212-228, DOI: 10.1016/j.advengsoft.2008.01.010.
• [14] P. Jaskowski, S. Biruk, “Scheduling of repetitive construction processes with concurrent work of similarly specialized crews”, Journal of Civil Engineering and Management, 2020, vol. 26, no. 6, pp. 579-589, DOI: 10.3846/jcem.2020.12914.
• [15] X. Li, Q. Wang, C. Wu, “Heuristic for no-wait flow shops with makespan minimization”, International Journal of Production Research, 2008, vol. 46, no. 9, pp. 2519-2530, DOI: 10.1080/00207540701737997.
• [16] L.D. Long, A. Ohsato, “A genetic algorithm-based method for scheduling repetitive construction projects”, Automation in Construction, 2009, vol. 18, no. 4, pp. 499-511, DOI: 10.1016/j.autcon.2008.11.005.
• [17] S.-S. Liu, C.-J. Wang, “Optimizing linear project scheduling with multi-skilled crews”, Automation in Construction, 2012, vol. 24, pp. 16-23, DOI: 10.1016/j.autcon.2011.12.009.
• [18] E. Mohamed, P. Jafari, A. Hammad, “Mixed qualitative-quantitative approach for bidding decisions in construction”, Engineering, Construction and Architectural Management, 2021, pp. 1-30, DOI: 10.1108/ECAM-12-2020-1060.
• [19] M. Mucha, M. Sviridenko, “No-wait flowshop scheduling is as hard as Asymmetric Traveling Salesman Problem”, in Automata, Languages, and Programming, ICALP 2013; Lecture Notes in Computer Science, vol. 7965, F.V. Fomin, et. al., Eds. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013, DOI: 10.1007/978-3-642-39206-1_65.
• [20] J. Pekár, I. Brezina, J. Kultan, I. Ushakova, O. Dorokhov, “Computer tools for solving the traveling salesman problem”, Development Management, 2020, vol. 18, no. 1, pp. 25-39, DOI: 10.21511/dm.18(1).2020.03.
• [21] D.C. Pinha, R.S. Ahluwalia, “Flexible resource management and its effect on project cost and duration”, Journal of Industrial Engineering International, 2019, vol. 15, pp. 119-133, DOI: 10.1007/s40092-018-0277-3.
• [22] M. Podolski, “Scheduling of job resources in multiunit projects with the use of time/cost criteria”, Archives of Civil Engineering, 2016, vol. 62, no. 1, pp. 143-158, DOI: 10.1515/ace-2015-0057.
• [23] J. Rieck, J. Zimmermann, T. Gather, “Mixed-integer linear programming for resource leveling problems”, European Journal of Operational Research, 2012, vol. 221, no. 1, pp. 27-37, DOI: 10.1016/j.ejor.2012.03.003.
• [24] M. Rogalska, W. Bożejko, Z. Hejducki, “Time/cost optimization using hybrid evolutionary algorithm in construction project scheduling”, Automation in Construction, 2008, vol. 18, no. 1, pp. 24-31, DOI: 10.1016/j.autcon.2008.04.002.
• [25] H. Samarghandi, M. Behroozi, “On the exact solution of the no-wait flow shop problem with due date constraints”, Computers & Operations Research, 2017, vol. 81, pp. 141-159, DOI: 10.1016/j.cor.2016.12.013.
• [26] B.R. Sarker, P.J. Egbelu, W. Liaoa, J. Yu, “Planning and design models for construction industry: A critical survey”, Automation in Construction, 2012, vol. 22, pp. 123-134, DOI: 10.1016/j.autcon.2011.09.011.
• [27] J.J. Shi, D.W. Halpin, “Enterprise resource planning for construction business management”, Journal of Construction Engineering and Management, 2003, vol. 129, no. 2, pp. 214-221, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2003)129:2(214).
• [28] B. Sroka, J. Rosłon, M. Podolski, W. Bożejko, A. Burduk, M. Wodecki, “Profit optimization for multi-mode repetitive construction project with cash flows using metaheuristics”, Archives of Civil and Mechanical Engineering, 2021, vol. 21, no. 67, DOI: 10.1007/s43452-021-00218-2.
• [29] M. Tomczak, “Modeling of the harmonization method for executing a multi-unit construction project”, Open Engineering, 2019, vol. 9, no. 1, pp. 282-291, DOI: 10.1515/eng-2019-0036.
• [30] M. Tomczak, P. Jaskowski, “Newapproach to improve general contractor crew’s work continuity in repetitive construction projects”, Journal of Construction Engineering and Management, 2020, vol. 146, no. 5, art. ID 4020043, DOI: 10.1061/(ASCE)CO.1943-7862.0001824.
• [31] M. Vanhoucke, “Work Continuity Constraints in Project Scheduling”, Journal of Construction Engineering and Management, 2006, vol. 132, no. 1, pp. 14-25, DOI: 10.1061/(ASCE)0733-9364(2006)132:1(14).
• [32] X. Zou, L. Zhang , Q. Zhang, “A biobjective optimization model for deadline satisfaction in Line-of-Balance scheduling with work interruptions consideration”, Mathematical Problems in Engineering, 2018, vol. 2018, art. ID 6534021, DOI: 10.1155/2018/6534021.
• [33] X. Zou, G. Wu, Q. Zhang, “Work continuity constraints in repetitive project scheduling considering soft logic”, Engineering, Construction and Architectural Management, 2021, vol. 28, no. 6, pp. 1713-1738, DOI: 10.1108/ECAM-11-2019-0595.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).