Designing the structure of a construction project operating system using evolutionary algorithm

• Autorzy: Jaśkowski P.

Warianty tytułu

PL

Projektowanie struktury systemu wykonawczego przedsięwzięcia budowlanego z wykorzystaniem algorytmu ewolucyjnego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Construction projects involve usually a number of business companies working together, that are bound by contracts and agreements for the project duration. These companies create a temporary organisation, resembling a virtual organisation. Usually, the initiative to create such an organisation and to bid for a contract, is taken by a general contractor. The temporary organisation is of dynamic character and its structure changes in time during project execution. The proposed method facilitates the design of construction project operating system structure and helps to prepare a competitive bid, allowing for the project owner's demands and the general contractor's objectives. The process of contractors selection, i.e. selection of the elements of the operating system, should proceed according to the rule of work harmonisation, and simultaneously with project scheduling. For this reason, the author describes the contractor selection problem as a three-criteria optimisation problem (minimisation of project duration and cost, and cost of subcontracted works). The problem of multicriteria optimisation of project schedules is complex and is considered as NP-hard. There is a demand for methods of confirmed reliability that would allow the planner to solve practical problems in a relatively short time, and that allow for many constraints which are specific for construction. The proposed method uses metaheuristic approach. Therefore, an evolutionary algorithm based on stochastic processes has been adapted to solve problems of three-criteria schedule optimisation in deterministic conditions. A heuristic algorithm for allocation of resources of limited and variable availability has been worked out. Results are generated with the use of a function scalarising optimisation objectives achievements, based on Tchebycheff's metrics. The method allows the planner to find a good approximation of non-dominated Pareto optimal solution set within a short time, which was proved during verification tests. The approach is also flexible in terms of defining constraints to the analysed problems. The selection of final solution can base on analysis of the whole approximation of non-dominated solution set on the basis of decision maker's global preferences, or on the Steuer's interactive method.

PL

Przy realizacji przedsięwzięcia budowlanego współpracuje ze sobą zwykle duża liczba podmiotów gospodarczych połączonych ze sobą, na czas wykonania zadań, stosunkami umownymi. Podmioty te tworzą tymczasową organizację (przyjmującą często formę zbliżoną do organizacji wirtualnej). Zwykle inicjatywę tworzenia takiej organizacji (i decyzję o przystąpieniu do przetargu) podejmuje generalny wykonawca. Organizacja ta ma charakter dynamiczny - jej struktura zmienia się w czasie zgodnie z harmonogramem realizacji przedsięwzięcia. Prezentowana metoda, wspomagająca projektowanie struktury systemu wykonawczego przedsięwzięcia budowlanego, umożliwia opracowanie konkurencyjnej oferty dostosowanej do wymagań inwestora i interesów generalnego wykonawcy. Proces doboru wykonawców (elementów systemu) powinien być realizowany, zgodnie z zasadą harmonizacji pracy, jednocześnie z harmonogramowaniem przedsięwzięcia i z tego względu autor opisuje go jako problem optymalizacji trójkryterialnej harmonogramu (minimalizacja czasu i kosztu realizacji oraz kosztu robót zleconych podwykonawcom). Zagadnienie optymalizacji wielokryterialnej harmonogramów jest złożone i zaliczane do problemów NP-trudnych. Istnieje zapotrzebowanie na metody o potwierdzonej wiarygodności, pozwalające na rozwiązywanie zagadnień praktycznych w stosunkowo krótkim czasie i umożliwiające uwzględnienie wielu ograniczeń charakterystycznych dla budownictwa. Zaproponowana metoda wykorzystuje podejście metaheurystyczne. W tym celu zaadaptowano algorytm ewolucyjny (wykorzystujący procesy stochastyczne) do rozwiązywania zagadnień trójkryterialnej optymalizacji harmonogramów w warunkach deterministycznych oraz opracowano heurystyczny algorytm rozdziału ograniczonej i zmiennej w czasie liczby jednostek zasobów i wykonawców. Rozwiązania są generowane z wykorzystaniem funkcji skalaryzującej osiągnięcia celów optymalizacji, bazującej na metryce Czebyszewa. Prezentowana metoda umożliwia uzyskanie dobrego przybliżenia zbioru rozwiązań niezdominowanych (potencjalnie Pareto optymalnych) w krótkim czasie i charakteryzuje się dużą swobodą formułowania warunków i ograniczeń rozwiązywanych zagadnień. Potwierdzają to wyniki przeprowadzonych badań weryfikacyjnych. Wybór rozwiązania końcowego może być dokonany poprzez analizę przybliżenia całego zbioru rozwiązań niezdominowanych (na podstawie preferencji globalnych decydenta) lub z wykorzystaniem interaktywnej metody Steuera.

Słowa kluczowe

EN

designing; structure; evolutionary algorithm; construction project scheduling; multicriteria optimization; contractor selection

PL

przedsiębiorstwo budowlane; algorytm ewolucyjny; projektowanie; struktura; dobór wykonawcy; harmonogram; optymalizacja wielokryterialna

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 54, nr 2
• Strony: 371--394
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il.

Twórcy

autor

Jaśkowski P.

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

Bibliografia

• 1. P. JAŚKOWSKI, The method of designing the structure of construction project operating system [in Polish], Ph.D. thesis, Lublin University of Technology, 2003.
• 2. T. KASPROWICZ, Construction project engineering [in Polish], Institute for Terotechnology in Radom Publisher, Warszawa 2002.
• 3. J. WĘGLARZ, Control in a complex of operations systems [in Polish], Polish Scientific Publishers, Warszawa-Poznań 1981.
• 4. R. MARCINKOWSKI, Methods of allocation of contractor 's resources in engineering and construction [in Polish], WAT, Warszawa 2002.
• 5. J. BIERNACKI, B. CYUNEL, Network methods in construction [in Polish], Arkady, Warszawa 1989.
• 6. M. HAPKE, A. JASZKIEWICZ, R. SŁOWIŃSKI, Interactive analysis of multiple-criteria project scheduling problems, European Journal of Operational Research, 107, 315-324, 1998.
• 7. Z. GALAS, I. NYKOWSKI, Z. ŻÓŁKIEWSKI, Multicriteria programming [in Polish], PWE, Warszawa 1987.
• 8. Z. MICHALEWICZ, Genetic algorithms + data structures = evolution program, Springer-Verlag, Berlin 1996.
• 9. T. K. L. TONG, S. O. CHEUNG, A. P. C. CHAN, C. M. TAM, Genetic algotithm model in optimizing use of labour, Construction Management & Economics, 19, 2, 207-215, 2001.
• 10. H. Li, P. E. D. LOVE, Using improved genetic algorithms to facilitate time-cost optimization, Journal of Construction Engineering and Management, 123, 3, 233-237, 1997.
• 11. Y. C. TOKLU, Application of genetic algorithms to construction scheduling with or without resource constraints, Canadian Journal of Civil Engineering, 29, 3, 421-429, 2002.
• 12. T. HEGAZY, Optimization of resource allocation and leveling using genetic algorithms, Journal of Construction Engineering and Management, 125, 3, 167-175, 1999.
• 13. A. M. ELAZOUNI, F. G. METWALLY, Finance-based scheduling: tool to maximize project profit using improved genetic algorithms, Journal of Construction Engineering and Management, 131, 4, 400-412, 2005.
• 14. . JAŚKOWSKI, A. SOBOTKA, Scheduling construction projects using evolutionary algorithm, Journal of Construction Engineering and Management, 132, 8, 861-870, 2006.