建设项目工作流精益管理研究

论文摘要

就世界范围而言,建设项目的整体管理水平还不是很高,存在生产效率低下、大量的浪费、建筑成本居高不下等问题。究其原因,缺乏明确的理论基础是阻碍建设项目管理水平进步的一个因素,精益建设理论正是为解决这一问题而产生的。目前,精益建设理论的研究在发达国家属于研究的热点问题,而我国的精益建设理论研究尚处于探索阶段,相关的理论和方法还不完善。积极探索和引入先进的精益建设理论、提高建设项目的生产效率、减少浪费、降低施工成本,极大程度地影响着我国建筑施工企业的生存与发展。基于精益建设理论,本文以工作流以及工作流的连续性为研究对象,围绕不确定工期条件下如何保证工作流的连续性、减少工作流流动过程中的浪费为核心问题展开研究,综合运用循环网络仿真技术（Cycle Operation Network, CYCLONE）、遗传算法（Genetic algorithm, GA）、四维计算机辅助设计技术（4D-CAD）、平衡线法（Line of balance, LOB）、约束理论（Theory of constraints, TOC）和可扩展标记语言（eXtensible Markup Language, XML）,构建了工作流集成管理方法,实现建设项目工作流的精益管理。主要的研究工作如下:从精益建设理论流管理的角度,定义工作流以及工作流连续性的概念,工作流为不同工种的劳动力（班组）在时间和空间上的不断地流动,以完成施工任务、实现顾客需求的过程。本文将位置流和装配流涵盖于工作流的概念之内,同时,归纳了工作流流动过程中的不增值活动（浪费）。由于施工过程的可变性,以一个固定的数值表示某一施工任务的工期并不能切实地反应实际的施工状况。因此,本文基于循环网络仿真技术,提出不确定工期条件下的工作流连续性仿真模型。不确定工期条件下的工作流连续性仿真模型应用面向对象仿真和层次化建模的方法,在仿真模型中引入滞后缓冲节点以使工作流的最早开始时间延迟至指定的滞后缓冲值。模型有效性验证表明,基于循环网络的工作流仿真模型,有效地降低了工作流的直接成本和闲置时间,提高了工作流的连续性,使得施工项目工期-成本-连续性权衡最优;同时,仿真模型减少了由于前置施工任务的不可靠而导致后置施工任务的等待和闲置以及大量在制品存在的浪费。针对资源配置对于工作流闲置时间和生产力的影响,本文将启发式遗传算法与循环网络仿真技术相结合,提出工作流的资源配置第一阶段遗传算法（HGA-CYCLONE）;在第一阶段遗传算法的基础上,提出工作流的滞后缓冲遗传算法（第二阶段遗传算法）,对工作流的滞后缓冲值进行优化,以进一步降低工作流的闲置率。施工活动的空间冲突不仅会阻碍工作流的连续流动而且会造成生产力损失。针对目前在工程项目管理中,对施工活动的空间冲突关注较少的情况,本文提出基于4D-CAD的工作流可视化模型。与传统的基于转换模型理论的4D-CAD技术不同,基于4D-CAD的工作流可视化模型采用流动模型理论,应用位置分解结构的方法。根据前述的研究,本文构建了工作流集成管理方法,工作流集成管理方法由以下三个模块组成:仿真模块、优化模块、可视化模块。模块之间的数据交换和共享采用可扩展标记语言（eXtensible Markup Language, XML）实现。综合应用表明,本文提出的工作流集成管理方法解决了不确定工期条件下工作流连续性仿真所需要解决的问题,有效地减少了工作流流动过程中的浪费,实现了建设项目工作流的精益管理。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 问题的提出与课题来源
• 1.1.1 问题的提出
• 1.1.2 课题来源
• 1.2 研究的目的和意义
• 1.2.1 研究的目的
• 1.2.2 研究的意义
• 1.3 国内外研究现状及其评述
• 1.3.1 精益建设理论的国内外研究现状
• 1.3.2 CYCLONE仿真的国内外研究现状
• 1.3.3 施工连续性优化算法的国内外研究现状
• 1.3.4 4D-CAD技术的国内外研究现状
• 1.3.5 国内外研究现状评述
• 1.4 研究对象、内容和研究方法
• 1.4.1 研究对象
• 1.4.2 主要研究内容及其逻辑框架
• 1.4.3 研究方法
• 第2章 基于精益建设理论的流管理
• 2.1 精益建设的概念与特点
• 2.1.1 精益建设的概念
• 2.1.2 精益建设的特点
• 2.2 T-F-V生产理论
• 2.2.1 转换模型理论
• 2.2.2 流动模型理论
• 2.2.3 价值模型理论
• 2.3 施工过程的流管理
• 2.3.1 精益建设的三维建筑管理模型
• 2.3.2 工作流的概念
• 2.3.3 工作流的连续性
• 2.3.4 流动过程中的浪费
• 2.3.5 工作流进度规划的图形工具
• 2.4 本章小结
• 第3章 基于循环网络的工作流仿真模型
• 3.1 工期-成本-连续性的权衡分析
• 3.1.1 工作流闲置与闲置率
• 3.1.2 工期与成本权衡分析
• 3.1.3 工期与连续性权衡分析
• 3.1.4 工期-成本-连续性的关系
• 3.2 滞后缓冲特性
• 3.2.1 工作效率（常量）相同下的滞后缓冲
• 3.2.2 工作效率（常量）不相同下的滞后缓冲
• 3.2.3 工作效率为变量下的滞后缓冲
• 3.3 循环网络连续性仿真
• 3.3.1 仿真时钟推进方法
• 3.3.2 仿真节点及连接规则
• 3.3.3 仿真模拟机制
• 3.3.4 面向对象仿真
• 3.3.5 面向对象的工作流连续性仿真模型
• 3.3.6 模型有效性验证
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于两阶段遗传算法的工作流优化模型
• 4.1 遗传算法的概念与特点
• 4.1.1 遗传算法的概念
• 4.1.2 遗传算法的特点
• 4.2 资源配置的启发式方法
• 4.2.1 资源配置对闲置时间的影响
• 4.2.2 基于约束理论的启发式方法
• 4.3 工作流资源配置的HGA-CYCLONE方法
• 4.3.1 遗传编码
• 4.3.2 染色体设计与遗传算子
• 4.3.3 工期分布
• 4.3.4 适存值计算
• 4.3.5 选择机制
• 4.4 工作流滞后缓冲的遗传算法
• 4.4.1 最大滞后缓冲值确定
• 4.4.2 算法流程
• 4.5 本章小结
• 第5章 基于4D-CAD的工作流可视化模型
• 5.1 4D-CAD理论与应用
• 5.1.1 4D-CAD理论
• 5.1.2 4D-CAD在施工管理中的应用
• 5.2 作业空间及空间冲突
• 5.2.1 作业空间种类
• 5.2.2 空间冲突以及类型
• 5.2.3 空间冲突对施工过程的影响
• 5.3 工作流的可视化
• 5.3.1 面向工作流的4D-CAD
• 5.3.2 三维模型子模块
• 5.3.3 建筑过程子模块
• 5.3.4 施工资源及空间子模块
• 5.3.5 进度计划子模块
• 5.3.6 面向工作流的4D-CAD可视化
• 5.4 本章小结
• 第6章 工作流集成管理方法构建
• 6.1 工作流集成管理方法框架
• 6.1.1 工作流集成管理方法设计原则
• 6.1.2 工作流集成管理方法组成与运行机制
• 6.1.3 模块数据交换
• 6.2 工作流集成管理方法模块功能
• 6.2.1 优化模块功能
• 6.2.2 仿真模块功能
• 6.2.3 可视化模块功能
• 6.3 工作流集成管理方法综合应用
• 6.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读博士学位期间发表的学术论文
• 致谢
• 个人简历