CN113434996A - 装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法。该方法包括根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间；根据所述塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标调度优化模型；通过动态搜索启发式算法求解所述多目标调度优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程。本发明通过建模将装配式混凝土结构塔机吊装问题转化为考虑交货期约束的单设备多目标调度优化问题，计算吊钩行程时间并通过动态搜索启发式算法得到塔机服务序列优化方案，尽量满足构件交货期同时缩短塔机作业流程时间，并结合案例验证算法的有效性，从而通过合理的塔机服务调度有效地保证塔机作业的高效性和安全性。

Description

装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法

技术领域

本发明涉及塔机吊装序列调度技术领域，尤其涉及一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法。

背景技术

装配式建筑是一种新型的集设计、生产和施工一体化的建造方式，这种建造方法的创新必然会给建筑结构施工带来新的技术难题，但同时也给施工手段和方法提出新的变革。传统的结构施工通常是建立在经验的基础之上，面对要求更高、更精准的预制结构施工，施工方案的确定需要经过大量的仿真模拟和计算分析，单凭经验无法完全有效地解决问题(Feng 2016)。吊装贯穿整个装配式建筑的建设过程，更是装配式建筑施工的核心部分，保证吊装能够安全、高效地运行是装配式建筑施工的首要任务之一(Kong 2019)。

塔式起重机是用于垂直和水平运输材料的关键设备，特别是重型预制单元，如钢梁、预拌混凝土、预制构件和大型模板等(Tam and Tong 2003)，目前被广泛应用于各种民用基础设施工程(Park et al.2013；Shapira et al.2007)。预制构件因其体积大、重量重，运输过程需要专门的起重设备和技术人员。塔机服务调度问题是保证塔机吊装安全的关键，吊装顺序的制定往往直接关系到吊装操作的安全和效率。然而，尽管起重机在建筑项目中得到了广泛的应用，但是物料请求任务的调度经常是临时的，没有预先安排或计划，并且在许多情况下仅仅基于起重机操作员的非专家判断(Zavichi et al.2011；Hasan etal.2013)，施工吊装环境变得日益复杂而凭经验制定吊装方案的安全性和经济效益难以满足所需要求(Kang et al.2009)。因此，在保证吊装安全的同时，为了提高经济效益，亟需继续展开吊装流程时间的相关研究。

吊钩的移动时间和移动顺序是塔机提升作业的关键影响因素，最早在集装箱码头考虑起重机的调度问题。Kap Hwan Kim(2004)通过建立一个混合整数规划模型，考虑了与质量控制系统运行相关的各种约束条件，提出了分支定界法获得质量控制调度问题的最优解，并提出了一种启发式搜索算法，即贪婪随机自适应搜索算法(GRASP)，来克服该算法的计算困难。Zavichiet al. (2011)首次提出塔式起重机的服务序列问题(CSSP,craneservice sequence problem)，开发了一个自动决策支持系统(DSS)，该系统利用线性规划(LP)解决旅行商问题(TSP)，以帮助起重机操作员选择服务提供的顺序，从而最大限度地减少起重机的行驶时间。由于最多只能处理15个同时进行的任务请求，Zavichi et al.(2014)通过将整数规划解决方案应用于TSP，改进了他们早期的SROMs算法，从而允许该模型在合理的时间范围内处理1000 个请求。Shahryar Monghasemi and Nikoo(2016)提出了一种将等待时间最小化并均匀分布的新方法，使用最小偏差方法对每个请求的起重机服务的等待时间进行排序。Hussein Tarhini et al(2020)基于多重旅行商问题 (MTSP)建立了两台塔机的整数规划模型，并引入了启发式方法提高模型的可处理性。

对装配式预制构件的吊装而言，除了考虑最小化塔机的总流程时间或所有任务的完工时间，还需要同时考虑物料请求任务的拖期惩罚。某些重要构件的吊装任务具有严格的交货期，未准时交付会导致人员窝工等吊装增量成本增加以及施工质量和安全等问题，该问题可以通过建立多目标数学模型来解决，在最小化塔机作业流程时间和准时交付惩罚值之间找到平衡。

上述现有技术中的装配式混凝土结构建筑塔机吊装调度方法当前缺点为：

目前国内施工现场中，塔机驾驶人员和现场管理人员往往根据个人经验管理塔机工作过程，致使施工现场作业调度混乱，严重影响作业效率。

针对装配式混凝土结构的吊装作业，尚未形成具有任务对象特征的有效的塔机调度方法。

发明内容

本发明的实施例提供了一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法，以实现通过合理的塔机服务调度有效地保证塔机作业的高效性和安全性。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法，包括：

根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间；

根据所述塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标调度优化模型；

通过动态搜索启发式算法求解所述多目标调度优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程。

优选地，所述的根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间，包括：

根据塔机的制造规格确定塔机吊钩的径向速度，角速度和垂直速度，根据塔机吊钩的径向速度，角速度和垂直速度利用所述塔机运动水平面坐标系计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的径向时间和角行程时间，根据所述径向时间和角行程时间计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的水平行程时间，根据从当前位置、物料供应位置和物料需求位置的高度计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的垂直行程时间；

将所述塔机吊钩的水平行程时间和垂直行程时间，以及物料的上货时间，物料的下货时间相加得到每个物料请求任务所需要的塔机吊装总时间。

优选地，所述的根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间，包括：

设置每个物料请求任务R_m所需要的塔机吊装总时间

由4部分组成：

式中

表示塔机吊钩从当前位置P_T移动到R_m物料供应位置

所用的行程时间，

表示吊钩从物料供应位置

到物料需求位置

所用的行程时间，T_loading表示物料的上货时间，T_unloading表示物料的下货时间；

以塔机位置为基准建立塔机运动水平面坐标系，塔机位置P_T＝(x_T,y_T) ＝(0,0)，物料供应地A位置＝(x_A,y_A)，物料需求地B位置＝(x_B,y_B)；

(1)塔机吊钩的径向运动时间和角行程时间

根据塔机的制造规格确定塔机吊钩的径向速度(V_r)，角速度(V_a)和垂直速度(V_v)，塔机吊钩在A点和B点之间的径向时间(T_r ^(i,j))和角行程时间 (T_a ^(i,j))使用公式(1)和公式(2)计算,如下：

(2)塔机吊钩的水平行程时间

根据径向时间和角行程时间合成吊钩在水平方向上的行程时间，考虑引入λ参数反应径向运动和角度方向上运动的重叠程度，λ是连续的正数，取值在0≤λ≤1之间，塔机吊钩在A点和B点之间的水平行程时间使用公式3计算：

T_h ^(i,j)＝max{T_r ^(i,j),T_a ^(i,j)}+λ·min{T_r ^(i,j) _r,T_a ^(i,j)} (3)

(3)塔机吊钩的垂直行程时间

塔机吊钩在A点和B点之间的垂直行程时间T_v ^(i,j)使用公式4计算：

式中，Z_A和Z_B分别是点A和B的高度坐标，h是最小提升高度；

(4)塔机吊钩的总行程时间

根据吊钩水平行程时间和吊钩垂直行程时间合成吊钩的总行程时间T_T，如公式5所示：

T_T＝μ·(max{T_h,T_V}+η·min{T_h,T_v}) (5)

η,μ是连续的正数，取值在0≤η≤1，1≤μ≤∞之间，参数η表示操作者在水平和垂直方向上同时移动吊钩的能力。

优选地，基于塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标优化模型，包括：

假设某施工现场塔机在进行作业，现场有I个物料供应地点S_i，其中 i＝1,2…I，有J个物料需求地点D_j，j＝1,2…J，有M个物料请求任务R_m， m＝1,2...M，物料请求任务R_m的交货期为

为物料请求任务R_m的完工时间，α为拖期惩罚系数，

为物料请求任务R_m的拖期时间，优化目标是所有任务的完工时间与拖期惩罚最短，计算方法如下：

假设：

(1)

物料请求任务R_m之间没有先后顺序约束,且无相互影响；

(2)

物料请求量能够一次完成；

(3)

调度时刻均已到达；

其中，决策变量

为整数，表示任务R_m的执行顺序，

优选地，通过动态搜索启发式方法求解所述吊装服务调度的多目标优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程，包括：

基于物料请求任务序列的塔机吊装时间计算，根据塔机工作过程中运动特征，通过动态搜索启发式方法对所述塔机吊装服务调度的多目标优化模型进行求解，具体步骤如下：

Step1初始化吊钩位置P_T，物料供应地集合S＝{S_i|i＝1,2,...,I},物料需求地集合D＝{D_j|j＝1,2,...,J},物料请求任务集合R＝{R_m|m＝1,2,...,M}，待调度任务集合R’＝R；

Step 2设置循环变量z＝1；z<＝M；z++；

Step 3对于

计算吊钩从当前位置P_T到R_z供应地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

Step 4对于

计算吊钩从R_z供应地到需求地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

(5)根据

以及现场装载和卸载物料的时间T_loading和T_unloading，计算任务R_z的吊装时间

Step 5:对于

选择

该任务的服务序列号记为

更新待调度任务集合R’＝R’-{R_z}，已调度任务集合{R-R’}；

Step 6:交货期检查与冲突消解

(1)循环变量n＝Z；n>＝2；n--；

(2)计算完工时间

(3)If

从已调度任务集合{R-R’}选择任务R，X_R＝n-1，若R没有交货期约束，则

X_R＝n，否则结束循环，执行Step 7；

Step 7:从已调度任务集合{R-R’}中选择任务R，X_R＝Z，更新吊钩位置 P_T＝D_R；

Step 8:输出所有物料请求任务的吊装服务序列。

由上述本发明的实施例提供的技术方案可以看出，本发明通过建模将吊装作业调度问题转化为数学问题，计算吊钩行程时间并设计了一种动态搜索启发式算法(DSF，movement Heuristic Algorithm)得到塔机服务序列优化方案，在满足构件交货期约束的同时最大化缩短塔机作业流程时间，并结合案例验证算法的有效性，从而通过合理的塔机服务调度有效地保证塔机作业的高效性和安全性。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种塔机布局说明示意图；

图2为本发明实施例提供的一种塔机运动水平面坐标系系统示意；

图3为本发明实施例提供的一种塔机垂直平面内的运动系统；

图4为本发明实施例提供的一种建筑施工现场的布局示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语 (包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明，且各个实施例并不构成对本发明实施例的限定。

塔机服务调度问题可以使用与行程时间相关联的图形(即顶点和连接边的集合)来描述。图1为本发明实施例提供的一种塔机布局说明示意图。图1 表示施工现场的工作人员(C)和物料(M)节点组成的图表布局，目前在施工现场，物料主要有预制外墙、预制内墙、预制叠合板和预制梯段板等，除了预制构件外现场也需要吊运建筑垃圾，水泥、钢筋等物料。中央的塔机接收指挥人员的物料请求任务信号后把相应的物料从储存位置移到指定的工作人员位置(物料需求位置)。决策者应以总操作时间最小化为目标，以任务到期时间和优先级等不同的约束来实现目标。

假设某施工现场塔机在进行作业，现场有I个物料供应地点S_i，其中 i＝1,2…I；有J个物料需求地点D_j，j＝1,2…J；有M个物料请求任务R_m， m＝1,2...M；物料请求任务R_m的交货期为

为物料请求任务R_m的完工时间。优化目标是优化目标是所有任务的完工时间与拖期惩罚最短，并且完成所有物料请求任务的最大流程时间最短。该问题共有M！个调度方案，属于NP-hard问题。

最小化塔机作业流程时间需要准确计算出吊装的总行程时间。与传统的物料吊运不同，混凝土预制构件的吊装复杂且耗时较长，拿预制外墙的吊装来说，其吊装工序包括挂钩、安全检查、起升、回转就位、安装作业和起升回转。本发明实施例采用基于供应地、需求地和设备物理位置的塔机作业时间分析模型计算塔机吊钩行程时间。以塔机位置为基准建立如图2所示的塔机运动水平面坐标系系统，塔机位置P_T＝(x_T,y_T)＝(0,0)，预制构件供应地A 位置＝(x_A,y_A)，预制构件需求地B位置＝(x_B,y_B)。

吊装的总行程时间计算过程如下：

(2)径向运动时间和角行程时间

根据塔机的制造规格可以确定径向速度(V_r)，角速度(V_a)和垂直速度 (V_v)。吊钩在A点和B点之间的径向时间(T_r ^(i,j))和角行程时间(T_a ^(i,j))可以使用公式(1)和公式(2)计算,如下：

(2)吊钩水平行程时间

根据径向时间和角行程时间合成吊钩在水平方向上的行程时间，考虑引入λ参数反应操作者在径向和角度方向上同时移动吊钩的能力，即径向运动和角度方向上运动的重叠程度。其中λ是连续的正数，取值在0≤λ≤1之间，λ的值越小反应径向和角度方向移动吊钩的同时性越高。吊钩水平行程时间可以使用公式3计算：

T_h ^(i,j)＝max{T_r ^(i,j),T_a ^(i,j)}+λ·min{T_r ^(i,j) _r,T_a ^(i,j)} (3)

(3)吊钩垂直行程时间

图3为本发明实施例提供的一种塔机垂直平面内的运动系统示意图，假设点A和B，如正视图(图3)所示，塔机的垂直行程时间(T_v ^(i,j))计算如下：

式中，Z_A和Z_B分别是点A和B的z(高度)坐标，h是最小提升高度。

(4)吊钩总行程时间

根据吊钩水平行程时间和吊钩垂直行程时间合成吊钩的总行程时间，如公式5所示：

T_T＝μ·(max{T_h,T_V}+η·min{T_h,T_v}) (5)

η,μ是连续的正数，取值在0≤η≤1，1≤μ≤∞之间。参数η表示操作者在水平和垂直方向上同时移动吊钩的能力。由于施工现场存在天气、障碍物等不可控的条件，塔吊作业流程时间可能因此而发生变化，参数μ用于说明施工现场的不可控条件。η的值越小表明操作者在水平和垂直方向上移动吊钩的同时性越高。参数μ的值越小则反映施工现场的操作条件比较好。λ，η，μ的具体数值需要根据施工现场的施工情况来进行取值。

本发明针对带有交货期的物料构件请求任务，在最小化塔机总流程时间的同时满足交货期约束。在构件吊装过程中，还应考虑存构件的装载时间和安装时间。每一个物料请求任务所需要的总时间

由4部分组成：

式中

表示塔机吊钩从当前位置P_T移动到物料供应位置S_m所用的行程时间；

表示吊钩从物料供应位置S_m到物料需求位置D_m所用的行程时间，T_loading表示物料的上货时间，T_unloading表示物料的下货时间。

吊装的总行程时间T_total的计算方法如下：

为物料请求任务R_m的完工时间，α为拖期惩罚系数，

为物料请求任务R_m的拖期时间，优化目标是所有任务的完工时间与拖期惩罚最短，计算方法如下：

假设：

(1)

物料请求任务R_m之间没有先后顺序约束,且无相互影响；

(2)

物料请求量能够一次完成；

(3)

调度时刻均已到达；

其中，决策变量

为整数，表示任务R_m的执行顺序，

基于物料请求任务序列的塔机吊装时间计算，根据塔机工作过程中运动特征，通过动态搜索启发式方法对所述塔机吊装服务调度的多目标优化模型进行求解，具体步骤如下：

Step1初始化吊钩位置P_T，物料供应地集合S＝{S_i|i＝1,2,...,I},物料需求地集合D＝{D_j|j＝1,2,...,J},物料请求任务集合R＝{R_m|m＝1,2,...,M}，待调度任务集合R’＝R；

Step 2设置循环变量z＝1；z<＝M；z++；

Step 3对于

计算吊钩从当前位置P_T到R_z供应地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

Step 4对于

计算吊钩从R_z供应地到需求地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

(5)根据

以及现场装载和卸载物料的时间T_loading和T_unloading，计算任务R_z的吊装时间

Step 5:对于

选择

该任务的服务序列号记为

更新待调度任务集合R’＝R’-{R_z}，已调度任务集合{R-R’}；

Step 6:交货期检查与冲突消解

(1)循环变量n＝Z；n>＝2；n--；

(2)计算完工时间

(3)If

从已调度任务集合{R-R’}选择任务R，X_R＝n-1，若R没有交货期约束，则

X_R＝n，否则结束循环，执行Step 7；

Step 7:从已调度任务集合{R-R’}中选择任务R，X_R＝Z，更新吊钩位置 P_T＝D_R；

Step 8:输出所有物料请求任务的吊装服务序列。

实施例二

下面以某公寓的施工作业为例说明本发明的所述装配式混凝土结构的吊装调度方法。图4描述了北京某公寓施工现场的布局图。工程的物料类型主要有预制外墙M1、预制内墙M2、预制叠合板M3、预制楼梯M4、混凝土M5、钢筋 M6等物料。这些物料存放于四个物料供应点S①至S④，其坐标如表1所示，每个物料供应点位置坐标如表1所示，物料需求点D①-D⑨位置坐标如表2所示。

某一施工时间段内，塔机收到了10个物料请求任务，每个任务的物料供应地坐标、物料需求地坐标和各自的交货期信息如表3所示。

表1材料供应地点的数据

表2材料需求地的数据

表3物料请求任务数据

现场使用重载4000HC100利勃海尔塔式起重机。根据其制造规格，它的垂直速度V_v＝136米/分钟，径向速度V_r＝60米/分钟，回转角速度V_a＝0.5 弧度/分钟，塔机的起重能力为30。假设天气条件良好，正常运行条件下材料供应位置和需求位置之间的吊钩运动路径没有障碍物，并且不会引起额外的时间延迟，设置μ＝1。对现场塔机操作者的能力进行评估，参数λ和η的参分别设定为1.0和0.25。材料加载时间T_loading和卸载时间T_unloading，混凝土装配式构件和传统物料不同，传统物料T_loading和T_unloading均设定为1.0时间单位(分钟)并且恒定，装配式构件的材料加载时间T_loading设定为5(分钟) 卸载时间T_unloading设定为10(分钟)

针对上述具体问题和相关数据，采用动态搜索启发式算法DSF对装配式构件进行吊装计算，数据结果如表4所示，最大流程时间为94.24时间单位(分钟)。

表4 DSF算法下任务的移动数据

综上所述，本发明实施例相对与传统启发式而言，考虑了时间约束这一特性，与实际的施工情况更加的吻合。将装配式构件吊装任务归结为带有交货期的一类任务，从而考虑塔机接受到一系列作业任务时的调度安排。通过建模将吊装作业调度问题转化为数学问题，计算吊钩行程时间并设计了一种动态搜索启发式算法(DSF)得到塔机服务序列优化方案，在满足构件交货期约束的同时最大化缩短塔机作业流程时间，并结合案例验证算法的有效性。通过算例计算，发现其在满足约束条件下的流程时间比传统启发式算法得到的流程时间要短。从而通过合理的塔机服务调度有效地保证塔机作业的高效性和安全性。

本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种装配式混凝土结构塔机吊装服务调度方法，其特征在于，包括：

根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间；

根据所述塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标调度优化模型；

通过动态搜索启发式算法求解所述多目标调度优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间，包括：

根据塔机的制造规格确定塔机吊钩的径向速度，角速度和垂直速度，根据塔机吊钩的径向速度，角速度和垂直速度利用所述塔机运动水平面坐标系计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的径向时间和角行程时间，根据所述径向时间和角行程时间计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的水平行程时间，根据从当前位置、物料供应位置和物料需求位置的高度计算出塔机吊钩从当前位置移动到物料供应位置，再从物料供应位置到物料需求位置所用的垂直行程时间；

将所述塔机吊钩的水平行程时间和垂直行程时间，以及物料的上货时间，物料的下货时间相加得到每个物料请求任务所需要的塔机吊装总时间。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述的根据装配式混凝土吊装结构的特征，计算物料请求任务的塔机吊装时间，包括：

设置每个物料请求任务R_m所需要的塔机吊装总时间

由4部分组成：

式中

表示塔机吊钩从当前位置P_T移动到R_m物料供应位置

所用的行程时间，

表示吊钩从物料供应位置

到物料需求位置

所用的行程时间，T_loading表示物料的上货时间，T_unloading表示物料的下货时间；

以塔机位置为基准建立塔机运动水平面坐标系，塔机位置P_T＝(x_T,y_T)＝(0,0)，物料供应地A位置＝(x_A,y_A)，物料需求地B位置＝(x_B,y_B)；

(1)塔机吊钩的径向运动时间和角行程时间

根据塔机的制造规格确定塔机吊钩的径向速度(V_r)，角速度(V_a)和垂直速度(V_v)，塔机吊钩在A点和B点之间的径向时间(T_r ^(i,j))和角行程时间(T_a ^(i,j))使用公式(1)和公式(2)计算,如下：

(2)塔机吊钩的水平行程时间

根据径向时间和角行程时间合成吊钩在水平方向上的行程时间，考虑引入λ参数反应径向运动和角度方向上运动的重叠程度，λ是连续的正数，取值在0≤λ≤1之间，塔机吊钩在A点和B点之间的水平行程时间使用公式3计算：

T_h ^(i，j)＝max{T_r ^(i，j)，T_a ^(i，j)}+λ·min{T_r ^(i，j) _r，T_a ^(i，j)} (3)

(3)塔机吊钩的垂直行程时间

塔机吊钩在A点和B点之间的垂直行程时间T_v ^(i，j)使用公式4计算：

式中，Z_A和Z_B分别是点A和B的高度坐标，h是最小提升高度；

(4)塔机吊钩的总行程时间

根据吊钩水平行程时间和吊钩垂直行程时间合成吊钩的总行程时间T_T，如公式5所示：

T_T＝μ·(max{T_h，T_V}+η·min{T_h，T_v}) (5)

η，μ是连续的正数，取值在0≤η≤1，1≤μ≤∞之间，参数η表示操作者在水平和垂直方向上同时移动吊钩的能力。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，基于塔机吊装时间以最小化塔机吊装的完工时间与拖期惩罚为目标，建立塔机吊装服务调度的多目标优化模型，包括：

假设某施工现场塔机在进行作业，现场有I个物料供应地点S_i，其中i＝1，2...I，有J个物料需求地点D_j，j＝1，2…J，有M个物料请求任务R_m，m＝1，2...M，物料请求任务R_m的交货期为

为物料请求任务R_m的完工时间，α为拖期惩罚系数，

为物料请求任务R_m的拖期时间，优化目标是所有任务的完工时间与拖期惩罚最短，计算方法如下：

假设：

(1)

物料请求任务R_m之间没有先后顺序约束，且无相互影响；

(2)

物料请求量能够一次完成；

(3)

调度时刻均已到达；

其中，决策变量

为整数，表示任务R_m的执行顺序，

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，通过动态搜索启发式方法求解所述吊装服务调度的多目标优化模型，得到所有物料请求任务的塔机吊装服务序列的执行过程，包括：

基于物料请求任务序列的塔机吊装时间计算，根据塔机工作过程中运动特征，通过动态搜索启发式方法对所述塔机吊装服务调度的多目标优化模型进行求解，具体步骤如下：

Step1初始化吊钩位置P_T，物料供应地集合S＝{S_i|i＝1，2，...，I}，物料需求地集合D＝{D_j|j＝1，2，...，J}，物料请求任务集合R＝{R_m|m＝1，2，...，M}，待调度任务集合R’＝R；

Step2设置循环变量z＝1；z＜＝M；z++；

Step3对于

计算吊钩从当前位置P_T到R_z供应地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

Step4对于

计算吊钩从R_z供应地到需求地的行程时间

具体执行以下步骤：

(1)根据公式(1)(2)计算吊钩径向时间和角行程时间；

(2)结合公式(3)计算吊钩的水平行程时间；

(3)利用公式(4)计算吊钩垂直行程时间；

(4)结合公式(5)合成吊钩总的行程时间；

(5)根据

以及现场装载和卸载物料的时间T_loading和T_unloading，计算任务R_z的吊装时间

Step5：对于

选择

该任务的服务序列号记为

更新待调度任务集合R’＝R’-{R_z}，已调度任务集合{R-R’}；

Step6：交货期检查与冲突消解

(1)循环变量n＝Z；n＞＝2；n--；

(2)计算完工时间

(3)

从已调度任务集合{R-R’}选择任务R，X_R＝n-1，若R没有交货期约束，则

X_R＝n，否则结束循环，执行Step7；

Step7：从已调度任务集合{R-R’}中选择任务R，X_R＝Z，更新吊钩位置P_T＝D_R；

Step8：输出所有物料请求任务的吊装服务序列。

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