【土方作业设备管理虚拟施工模型及仿真分析】 设备管理模型

　　作者简介：成飞飞（1979），女，博士(后)，主要从事建筑过程控制与建模仿真、决策支持系统、虚拟施工研究，(Email)chengfeifei@hit.edu.cn。摘要：以土方施工过程中的设备管理为研究对象，基于Petri网理论和工作流模型原理，构建了土方作业虚拟施工9元组有色Petri网仿真模型。模型描述了施工过程中工作流与信息流的动态变化，考虑了各种作业设备与施工约束条件之间的关系。根据施工作业的设备数量和项目成本等信息，对土方作业不同设备组合的施工情况、预计完成时间、成本及设备使用率进行仿真模拟和讨论。仿真模型基于CPNTools平台运行，通过项目现场收集数据进行模拟，对模型进行敏感度分析和模型验证，表明该模型能够提高土方作业施工过程的仿真结果准确度。
　　关键词：土方作业；虚拟施工；仿真；设备调度；Petri网
　　中图分类号：TU731.1；TU751文献标志码：A文章编号：16744764（2012）03007608
　　Virtual Construction Model and Simulation Analysis for
　　Equipment Management of Earthmoving Operations
　　CHENG Feifeia,b，LI Yansonga，WANG Yaowua，LING Xianzhangb
　　(a. School of Management;b. School of Civil Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150090, P. R. China)
　　Abstract:Based on Petri net theory and workflow model, a 9tuple colored Petri net simulation model of earthmoving operations was presented focusing on the equipment management in the earthmoving construction. The dynamic changes of workflow and information flow in the construction process were illustrated in the model, and the constraint relationship between equipment and construction conditions was taken into account. Based on the information of the number of equipment and cost, the simulation for the construction situation, estimated completion time, cost, and equipment productivity were conducted. The model was operated based on the CPN Tools platform. And sensitivity analysis and model validation on the model were carried out by simulating the data collected in a real case, which demonstrates that the model can improve the accuracy of the simulation results in the earthmoving operation construction process.
　　Key words:earthmoving operation；virtual construction；simulation；equipment scheduling；Petri net
　　土方作业是指与土方施工活动相关的所有作业，受施工活动工作流、信息流和随机性因素等影响，是复杂的动态离散事件［1］。
　　土方作业设备管理主要以提高生产率、设备利用效率和施工安全性为最终目标，根据既定施工项目选择最优设备方案，进而提高施工生产率和承包商效益，以期达到在既定工期时间内施工设备利用率、生产效率的最优化和施工成本的最小化。通过给定可用设备数量、设备特征参数、施工管理原则、主要影响因素和相关费用等信息，可以用土方作业虚拟施工仿真模型预测土方作业的施工情况、设备生产率、预计完成时间和成本，为土方施工的组织和管理提供可靠依据。
　　为实现上述目标，在土方施工作业方面已开发了一些仿真模型和方法，预测与作业参数相关的结果和绩效。Kim等［2］开发了基于多Agent仿真系统，通过确定现场环境的动态变化，描述施工设备的特点，模拟土方作业施工现场的设备流量。Hola等［3］用人工神经网络预测土方作业的设备使用率，根据土方作业的执行时间和成本选择最优的设备组合。Hare等［4］用混合整数线性规划模型预测土方作业的施工成本。Liao等［5］通过有效使用约束或非约束资源，利用启发式算法对施工作业的规划、成本预算、施工进度、项目检测与控制等方面进行优化。Marzouk等 ［6］，Wu等［7］，Navon等 ［8］将遗传算法、控制算法或其他仿真技术相结合。Van等［9］ 提出了一个土方作业的资源分配模型，该模型用智能agents和信念网络来优化模型的性能。Zhang［10］用粒子群算法进行仿真，搜索潜在的设备配置。Prata等人使用Petri网方法，通过仿真来确定装载机和卡车小组的规模，研究还使用随机有色Petri网模型表达推土工作的运行动态性［1］。〖=D(〗成飞飞，等：土方作业设备管理虚拟施工模型及仿真分析〖=〗