Quy hoạch tổng bình đồ công trường theo mô hình động ứng dụng giải thuật di truyền trên nền autocad

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH TRẦN THẾ CƯỜNG QUY HOẠCH TỔNG BÌNH ĐỒ CÔNG TRƯỜNG THEO MÔ HÌNH ĐỘNG ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TRÊN NỀN AUTOCAD CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.90 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 - 2007 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP HỒ CHÍ MINH TRẦN THẾ CƯỜNG QUY HOẠCH TỔNG BÌNH ĐỒ CÔNG TRƯỜNG THEO MÔ HÌNH ĐỘNG ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TRÊN NỀN AUTOCAD CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ VÀ QUẢN LÝ XÂY DỰNG Mã ngành: 60.58.90 LUẬN VĂN THẠC SĨ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, THÁNG 07 - 2007 i CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA T.P HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: TS NGÔ QUANG TƯỜNG Cán chấm phản biện 1: TS …………………………………………………… Cán chấm phản biện 2: TS …………………………………………………… Luận văn Thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA T.P HỒ CHÍ MINH, ngày.……tháng…….năm 2007 ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp.HCM, ngày tháng năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên : TRẦN THẾ CƯỜNG Ngày, tháng, năm sinh : 24 / 09 / 1981 Chuyên ngành: Công nghệ Quản lí xây dựng Khóa (Năm trúng tuyển): K2005 Phái : Nam Nơi sinh : Đà Nẵng TÊN ĐỀ TÀI : QUY HOẠCH TỔNG BÌNH ĐỒ CÔNG TRƯỜNG THEO MÔ HÌNH “ĐỘNG” ỨNG DỤNG GIẢI THUẬT DI TRUYỀN TRÊN NỀN AUTOCAD NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: Chương : Chương : Chương : Chương : Chương : Chương : Chương : Giới thiệu Tổng quan Phương pháp nghiên cứu Giới thiệu chương trình TBĐCT – GA Programme Ứng dụng chương trình TBĐCT Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: / / 2007 NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : / / 2007 HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : TS NGÔ QUANG TƯỜNG Nội dung đề cương luận văn thạc só hội đồng chuyên ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH TS NGÔ QUANG TƯỜNG iii LỜI CẢM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc đến thầy TS Ngô Quang Tường tận tụy hướng dẫn, động viên, giúp đỡ chúng em suốt thời gian thực đề tài Chúng em xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô Khoa Kỹ Thuật Xây Dựng – Bộ Môn Công Nghệ & Quản Lý Xây Dựng truyền đạt kiến thức quý báu cho chúng em năm học vừa qua Chúng xin nói lên lòng biết ơn Ông Bà, Cha Mẹ nguồn chăm sóc, động viên bước đường học vấn chúng Xin chân thành cám ơn anh chị bạn bè ủng hộ, giúp đỡ động viên chúng em thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù chúng em cố gắng hoàn thành luận văn phạm vi khả cho phép chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng em kính mong nhận cảm thông tận tình bảo quý Thầy Cô bạn Học viên thực hiện, Trần Thế Cường Tp HCM, 07/2007 iv TÓM TẮT Thiết kế tổng mặt thi công vấn đề quan tâm hàng đầu kỹ sư quản lý dự án Công việc bố trí xếp công trình tạm, kho bãi chủ yếu dựa kinh nghiệm trực quan nhà hoạch định Chính điều làm gia tăng chi phí lưu thông hạng mục công trường, làm giảm tiến độ thi công, hiệu việc sử dụng nguồn tài nguyên dự án Ngược lại, dự án có tổng mặt thi công hợp lý đem đến hiệu kinh tế tiến độ chất lượng dự án Nghiên cứu trình bày giải pháp thiết kế tối ưu tổng bình đồ công trường Năm vấn đề sau trình bày đề tài, bao gồm: ™ Ứng dụng thuật toán di truyền thiết kế tổng bình đồ công trường; ™ Nghiên cứu thiết kế tổng mặt thi công theo phương pháp “tónh”; ™ Nghiên cứu thiết kế tổng mặt thi công theo phương pháp “động”; ™ Thiết kế chương trình giải toán qui hoạch tổng bình đồ công trường theo hai phương pháp “tónh” “động” ứng dụng thuật giải di truyền; ™ Ví dụ minh họa toán tối ưu tổng bình đồ công trường ABSTRACT Site layout design is one of the most concerned problems of construction project managers Identifying the positions of temporary facilities on site is mainly depended on planners’ experience and visual This is the fact that has a significant impact on the safety and efficiency of construction operations and trigger transportation cost increasing among temporary facilities, construction schedule lowering In return, projects with suitable site layout lead to economic effectiveness, acceleration of construction schedule and safety This study introduces solutions to optimize construction site layout problem The following five terms are presented in this thesis, including: ™ Application of genetic algorithms to design site layout; ™ Studying static approach for site layout design; ™ Studying dynamic approach for site layout design; ™ Designing a computer programme figuring out problems of site layout planning with the above mentioned approaches using genetic algorithms; ™ Examples illustrating the capability of planning site layout of this programme v MỤC LỤC 1.  GIỚI THIỆU 1  1.1  VẤN ĐỀ ĐẶT RA ĐỂ NGHIÊN CỨU/CƠ SỞ 1  1.2  MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 3  1.3  TẦM QUAN TRỌNG CỦA NGHIÊN CỨU 4  1.4  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4  2.  TOÅNG QUAN 5  2.1  KHÁI NIỆM 5  2.1.1  Định nghóa chung tổng BĐCTXD 5  2.1.2  Thiết kế tổng bình đồ công trường xây dựng 6  2.1.3  Nguyên tắc thiết kế TBĐCTXD 7  2.1.4  Các nguyên tắc chung bố trí loại hạng mục công trường 8  2.1.4.1  Cần trục tháp 8  2.1.4.2  Thăng tải thang maùy 8  2.1.4.3  Máy trộn vữa bê tông vữa xaây 9  2.1.4.4  Kho baõi 9  2.1.4.5  Xưởng sản xuất phụ trợ 10  2.1.4.6  Nhà tạm công trường 10  2.1.4.7  Kho xăng dầu, chất nổ 11  2.1.5  Phân loại hạng mục bố trí TBĐCTXD 11  2.1.6  Tính diện tích kho bãi 11  2.1.6.1  Xác định lượng dự trữ vật liệu 11  2.1.6.2  Tính diện tích kho bãi 12  2.2  LƯC KHẢO CÁC VẤN ĐỀ Đà NGHIÊN CỨU 13  2.2.1  Mạng Nơron Tôi Phỏng ( Annealed Neural Networks) 13  2.2.2  Hệ Chuyên Gia (Heuristics & Expert Systems) 13  2.2.3  Mô Phỏng (Simulation) 14  2.2.4  Giải Thuật Di Truyền (Genetic Algorithms) 14  3.  PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 15  3.1  PHƯƠNG PHÁP GIẢI BÀI TOAÙN 15  3.1.1  Quy Hoạch Tổng Bình Đồ Công Trường Theo Phương Pháp “Tónh” 15  3.1.2  Quy Hoạch Tổng Bình Đồ Công Trường Theo Phương Pháp “Động” 16  3.1.2.1  Mục Tiêu Tối Ưu Hóa Mặt Bằng 16  3.1.2.2  Các Phương Pháp Thiết Kế Mặt Bằng Động 18  3.2  LÝ THUYẾT THUẬT GIẢI DI TRUYỀN (MỘT PHÂN NGÀNH CỦA GIẢI THUẬT TIẾN HÓA) 20  3.2.1  Từ Ngẫu Nhiên Đến Thuật Giải Di Truyền (GS.TSKH Hoàng Kiếm) 21  3.2.2  Thuật Giải Di Truyền 25  vi 3.2.2.1  Giới thiệu (GS.TSKH Hoàng Kiếm) 25  3.2.2.2  Mã hóa – Giải mã (Encoding & Decoding) 27  3.2.2.3  Hàm thích nghi 28  3.2.2.4  Choïn lọc cá thể 30  3.2.2.5  Lai gheùp (Crossover) 31  3.2.2.6  Đột biến (Mutation) 32  3.2.2.7  Sơ đồ lý thuyết (Schema theorem) 33  3.2.2.8  Tóm tắt 36  3.2.2.9  Ứng dụng giải thuật di truyền 37  3.2.2.10  Ví dụ minh họa giải thuật di truyền 37  3.2.2.11  Độ thích nghi tiêu chuẩn (GS.TSKH Hoàng Kiếm): 41  3.3  MÔ HÌNH HÓA BÀI TOÁN 42  3.3.1  Cấu Trúc Bài Toaùn 43  3.3.2  ng Dụng Khả Năng Autocad 46  3.3.2.1  Kiểm tra không gian 46  3.3.2.2  Thỏa Mãn Các Ràng Buộc 48  3.3.3  Ứng Dụng Thuật Toán Di Truyền Tối Ưu Hóa Mặt Bằng Thi Công 51  3.3.3.1  Giới thiệu 51  3.3.3.2  Mã hóa chuổi (string coding) 52  3.3.3.3  Hàm mục tiêu 52  3.3.3.4  Đánh giá hàm mục tiêu (Evaluation of objective function) 53  3.3.3.5  Kết luận 57  4.  GIỚI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH TỔNG BÌNH ĐỒ CÔNG TRƯỜNG – GA PROGRAMME 58  4.1  Giới thiệu chương trình Tổng Bình Đồ Công Trường - TBĐCT 58  4.2  Các thao tác cần thiết giải toán quy hoạch tổng mặt thi công 58  4.3  Giao diện chức menu chương trình Tổng Bình Đồ Công Trường – TBĐCT 59  4.3.1  Giao diện chương trình 59  4.3.2  Thông tin dự aùn 61  4.3.3  Không gian tìm kiếm 61  4.3.4  Dữ liệu hạng mục phụ – Công trình tạm 63  4.3.5  Ma trận trọng số hạng mục 64  4.3.6  Tối ưu hóa tónh – Static Optimization 65  4.3.7  Tối ưu hóa động – Dynamic Optimization 66  4.3.8  Các tham số 68  4.3.9  Các hạng mục phụ 68  4.3.10  Keát quaû Static 69  vii 4.3.11  Kết Dynamic 70  5.  ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH TBĐCT 73  5.1  Giới thiệu 73  5.2  Ví dụ minh họa tính khả thi chương trình 74  5.2.1  Ví dụ 74  5.2.1.1  Bài toán tối ưu hóa tónh – Static Optimization 74  5.2.1.2  Bài toán tối ưu hóa động – Dynamic Optimization 80  5.2.2  Ví dụ 84  5.2.2.1  Bài toán tối ưu hóa tónh – Static Optimization 85  5.2.2.2  Bài toán tối ưu hóa động – Dynamic Optimization 91  5.2.3  Ví dụ 95  5.2.3.1  Bài toán tối ưu hóa tónh – Static Optimization 95  5.2.3.2  Bài toán tối ưu hóa động – Dynamic Optimization 100  6.  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHÒ 106  6.1  Giới thiệu 106  6.2  Đóng góp đề tài nghiên cứu 106  6.3  Kiến nghị 107  6.4  Kết luận 108  7.  TÀI LIỆU THAM KHẢO 110  8.  PHUÏ LUÏC 112  viii DANH SÁCH CÁC HÌNH ẢNH Hình 1-1 Hoạch định tổng bình đồ vòng đời dự án (Hesham M Osman tác giả khác (2003) trích dẫn từ Choi (1996)) 2  Hình 2-1 Trình tự thiết kế TBĐCTXD 7  Hình 3-1 Sơ Đồ Các Phương Pháp Thiết Kế Mặt Bằng Động 19  Hình 3-2 Phân lớp kỹ thuật tìm kiếm 20  Hình 3-3 Thuật giải di truyền hoạt động giống leo đồi (1) 22  Hình 3-4 Thuật giải di truyền hoạt động giống leo đồi (2) 23  Hình 3-5 Thuật giải di truyền hoạt động giống leo đồi (3) 24  Hình 3-6 Thuật giải di truyền hoạt động giống leo đồi (4) 24  Hình 3-7 Sơ Đồ Tổng Quát Của Thuật Giải Di Truyền 27  Hình 3-8 Các phng pháp mã hóa 28  Hình 3-9 Đánh giá cá thể để chọn cá thể có độ thích nghi tốt (1) 29  Hình 3-10 Đánh giá cá thể để chọn cá thể có độ thích nghi tốt (2) 29  Hình 3-11 Minh họa tiến trình chọn lọc cách quay bánh xe Roulette 31  Hình 3-12 Lai ghép điểm chuổi nhị phân 31  Hình 3-13 Các ứng dụng thuật giải di truyền 37  Hình 3-14 Cấu trúc hệ thống chi tiết 45  Hình 3-15 Hệ lưới ảo theo hai phương (X, Y) 46  Hình 3-16 Xác định không gian bố trí hạng mục phụ công trường 47  Hình 3-17 Thủ tục kiểm tra mặt công trường 49  Hình 3-18 Thủ tục kiểm tra chồng chéo hạng mục 50  Hình 3-19 Ví dụ mã hóa chuổi 52  Hình 3-20 Sơ đồ khối thuật toán di truyền tổng quát 54  Hình 3-21 Sơ đồ khối thuật toán di truyền chi tiết 55  Hình 4-1 Các bước thực giải toán tối ưu TMBCT 59  Hình 4-2 Giao diện chương trình 60  Hình 4-3 Thanh Toolbar chương trình 61  Hình 4-4 Thông tin dự án 61  Hình 4-5 Không gian tìm kieám 62  Hình 4-6 Giao diện Site Layout Design 62  Hình 4-7 Site Layout Design – Dữ liệu hình học công trường 63  Hình 4-8 Dữ liệu công trình tạm 64  Hình 4-9 Bảng ma trận trọng số 64  Hình 4-10 Tối ưu hóa tónh – Static Optimization (1) 65  Hình 4-11 Tối ưu hóa tónh – Static Optimization (2) 65  Hình 4-12 Tối ưu hóa động – Dynamic Optimization (1) 67  Hình 4-13 Tối ưu hóa động – Dynamic Optimization (2) 67  ix Phuï luïc Dim x1 As Single, y1 As Single, x2 As Single, y2 As Single Dim FacilityBorder(30) As AcadLWPolyline Dim ObstFac(30) As AcadText Dim PermenantFac(30) As AcadText Dim i As Integer For i = To NumObst With ThisDrawing.Utility GetEntity FacilityBorder(i), Pickedpt, vbCr & "Chon hang muc phu co dinh(Phai la polyline)" FacilityBorder(i).color = acMagenta FacilityBorder(i).Update End With Next i For i = To NumObst FacilityBorder(i).color = acWhite FacilityBorder(i).Update Next i For i = To NumObst Dim minCoor As Variant Dim maxCoor As Variant FacilityBorder(i).GetBoundingBox minCoor, maxCoor CentroidObst(i, 0) = (minCoor(0) + maxCoor(0)) / CentroidObst(i, 1) = (minCoor(1) + maxCoor(1)) / Call RemoveOccupiedPlaces(minCoor(0), minCoor(1), maxCoor(1)) Next i maxCoor(0), For i = To NumObst ThisDrawing.Utility.GetEntity ObstFac(i), Pickedpt, vbCr & "Chon ten hang muc phu co dinh (Phai theo dung thu tu cac hang muc phu co dinh da chon)" PFac_NameObst(i) = ObstFac(i).textString ObstFac(i).color = acMagenta Next i For i = To NumObst ObstFac(i).color = acWhite ObstFac(i).Update Next i Exit Sub 1: GoTo End Sub '========================================================== 'Xoa cac hang muc da co Private Sub RemoveOccupiedPlaces(x1, y1, x2, y2) Dim Xwidth As Single, Ywidth As Single 177 Phuï luïc Dim sodiem As Integer sodiem = NumofPoints For j = NumofPoints To Step -1 If PoolX(j) >= x1 And PoolX(j) y1 - 0.9999 And PoolY(j) < y2 + 0.9999 Then sodiem = sodiem - Dim i As Integer For i = j To sodiem PoolX(i) = PoolX(i + 1) PoolY(i) = PoolY(i + 1) Next i ElseIf PoolX(j) > x1 - 0.9999 And PoolX(j) < x2 + 0.9999 And PoolY(j) >= y1 And PoolY(j)