基于Petri网的公路施工进度计划及资源优化研究

论文摘要

本文在对公路施工进度计划和控制传统方法中存在的诸如工序难以细化、进度调整困难、资源需求粗略、无法指导施工等问题深入分析的基础上，提出使用Petri网建模和仿真的方法进行进度计划及控制、资源优化等。文中对施工过程Petri网建模方法、进度计划和控制、工程风险管理、资源优化、动态进度计划以及仿真系统总体设计等方面进行了系统地研究。 在施工过程Petri网建模方法研究方面，首次将面向对象的Petri网(OOPN)引入到施工领域，根据进度、资源并兼顾费用等目标对资源、施工过程、时间等的建模方法进行了研究。提出并建立了公路施工仿真层次模型。对工序持续时间分布的形式、参数估计以及取样方法、施工不良影响因素对工序持续时间的影响进行了系统地研究。 在进度计划研究中，首次给出基于仿真的工序时间参数的计算方法，解决了仿真技术进行进度计划时不能给出工序时间参数用于工程管理的弊端。利用关联矩阵方法系统研究了仿真关键线路、工序关键度(ACP)等进度计划指标在Petri网中的计算方法。 在工程进度风险管理中，首次提出控制点完工概率的概念并研究了使用控制点完工概率进行进度计划调整的方法，控制点完工概率比工程完工概率只使用竣工时间作为控制点更加符合工程实际。系统地研究了工序进度风险水平(ACI)、工期风险等指标在Petri网中的含义和计算方法。 在资源均衡配置和优化研究中，利用施工过程Petri网模型对局部施工资源的瓶颈识别方法进行了研究，给出了资源瓶颈启发性消除的4种方法。在总体优化中，首次提出一种基于资源分配曲线图柔化的优化方法，并与文献中的实例进行了比较。 在工程动态进度计划中，首次提出全过程仿真的概念并对其中的关键算法——模型自适应算法进行了研究，基于全过程仿真建立了工程动态进度计划方法。 在面向对象Petri网应用研究方面，利用OOPN基本元素构造了一种新的结点——聚合结点，用来表示施工仿真的层次模型，扩充了OOPN的表达能力。提出一种基于性能分析的OOPN关联矩阵的建立方法。 在上述研究的基础上，本文对公路施工仿真系统进行了总体设计，并在工程中进行了应用。理论研究和工程实践都表明，本文建立的方法能为施工进度计划及控制、资源优化等提供科学的、有益的指导。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 进度计划方法应用现状及问题分析
• 1.2.1 横道图方法及存在问题分析
• 1.2.2 基于网络计划技术的进度计划方法及存在问题分析
• 1.2.3 基于仿真的进度计划方法及存在问题分析
• 1.3 相关研究进展
• 1.3.1 进度计划和控制最新进展
• 1.3.2 资源计划和优化方面的研究综述
• 1.3.3 Petri网研究综述
• 1.4 本文主要研究内容
• 第二章 施工过程 PETRI网建模方法研究
• 2.1 基本 PETRI网方法
• 2.1.1 Petri网定义
• 2.1.2 变迁“点火”规则
• 2.1.3 施工过程的 Petri网表示方法
• 2.2 面向对象的 PETRI网（OOPN）方法
• 2.3 施工过程OOPN建模方法研究
• 2.3.1 模型信息分析
• 2.3.2 资源建模
• 2.3.3 施工过程建模
• 2.3.4 施工时间建模方法研究
• 2.4 工程实例
• 2.5 模型分析总论
• 2.5.1 产生工程计划
• 2.5.2 进行资源优化
• 2.5.3 模型有效性和动态工程计划
• 2.6 小结
• 第三章 施工工序持续时间随机性研究
• 3.1 仿真时间与自然时间关系研究
• 3.1.1 仿真时间概述
• 3.1.2 本文时间表示方法
• 3.2 工序持续时间分布估计
• 3.2.1 控制结点持续时间分布形式估计
• 3.2.2 控制结点持续时间分布参数估计
• 3.2.3 实施模型中变迁持续时间分布形式估计
• 3.2.4 实施模型中变迁持续时间分布参数的确定
• 3.3 工序持续时间分布的抽样方法研究
• 3.3.1 现有抽样方法
• 3.3.2 改进的别名法抽样方法
• 3.4 小结
• 第四章 施工计划方法研究
• 4.1 控制型计划
• 4.1.1 进度计划概述
• 4.1.2 施工进度计划和控制指标定义及算法
• 4.1.3 工程风险管理
• 4.2 实施型计划
• 4.2.1 实施模型工期的计算
• 4.2.2 资源计划
• 4.2.3 材料计划
• 4.3 工程实例
• 4.4 小结
• 第五章 施工资源优化方法研究
• 5.1 基于性能分析的OOPN关联矩阵建立方法
• 5.1.1 OOPN的数量化模型
• 5.1.2 方法的限制条件
• 5.1.3 OOPN关联矩阵计算实例
• 5.2 资源瓶颈识别和消除方法
• 5.2.1 识别方法
• 5.2.2 资源瓶预消除策略
• 5.2.3 工程实例
• 5.3 总体优化方法
• 5.3.1 资源强度柔化方法
• 5.3.2 工程实例及比较
• 5.4 小结
• 第六章 施工过程模型有效性及动态进度计划方法研究
• 6.1 模型的有效性
• 6.1.1 模型有效性的判定方法
• 6.1.2 模型有效性判定的基本内容
• 6.1.3 模型有效性的影响因素
• 6.2 公路施工仿真模型有效性问题及解决方法
• 6.2.1 施工仿真模型有效问题
• 6.2.2 全过程仿真
• 6.2.3 TOPN自适应算法研究
• 6.2.4 基于全过程仿真的计划调整方法
• 6.3 公路施工动态进度计划方法
• 6.3.1 动态进度计划方法应用模型
• 6.3.2 施工动态进度计划与传统网络计划方法的比较
• 6.4 小结
• 第七章 公路施工仿真系统设计
• 7.1 HWCSS设计原则
• 7.1.1 仿真模型、仿真机、分析系统分离的原则
• 7.1.2 模型参数化原则
• 7.1.3 多线程编程原则
• 7.1.4 网络化原则
• 7.1.5 跨平台操作原则
• 7.1.6 开放和可扩展原则
• 7.1.7 仿真数据重用原则
• 7.2 HWCSS功能模块及要求
• 7.2.1 施工过程 Petri网二维模型建立和存储模块
• 7.2.2 进度计划和控制模块
• 7.2.3 资源计划和优化模块
• 7.2.4 动态进度控制模块
• 7.2.5 辅助决策模块
• 7.2.6 三维仿真系统的建立和运行
• 7.3 HWCSS总体设计
• 7.3.1 系统总体架构
• 7.3.2 系统总体用例图
• 7.4 系统详细设计
• 7.4.1 总体包图
• 7.4.2 各包的详细设计
• 7.5 系统界面
• 7.6 小结
• 第八章 结论和进一步研究工作
• 8.1 本文的主要结论
• 8.2 进一步的研究设想
• 致谢
• 附录1 典型公路施工网络图
• 附录2 作业成本法简介
• 附录3 攻读博士学位期间科研情况
• 主要参考文献