论文总字数：47534字

摘 要

我国是基建大国，近几十年来我国建筑业得到了飞速发展，尽管建筑业的繁荣为我国带来了极大的经济效益，其运行模式还是较为粗犷，能源消耗大，效率低下。随着近几年国家对环境的愈加重视以及信息技术的迅猛发展，建筑业毅然正经历着一个前所未有的转型时期。装配式建筑技术风暴的再度袭来以及BIM技术的大力推广，使得建筑业转型已然迫在眉睫。随着装配率、预制率逐渐成为当今开发项目的政府硬性指标，国内对于预制构件厂的需求也逐渐加大。而由于现阶段，受限于生产管理方法以及技术，国内构件厂发展较为缓慢，生产效率较为低下，同时成本也相对较高，经常会导致整个项目的进度拖延以及造成额外的成本开支。

BIM技术、计算机语言、遗传算法等相关技术的出现，使得上述问题的解决成为了可能。为此，本文将针对构件厂生产效率低下、生产成本较高等问题提出一套切实可行的构件生产排程优化方案。通过BIM技术、遗传算法、Python等技术的结合，为当今构件厂生产提出构建生产管理的新思路。

关键词：BIM技术；构件生产模型；生产排程优化；遗传算法；Python

Abstract

In recent decade, as a large infrastructure country, China's construction industry has experienced rapid development. Although the prosperity of the construction industry has brought great economic benefits to China, its operation mode is still relatively rough with high energy consumption and low efficiency. In recent years, with the increasing emphasis on the environment and the rapid development of information technology, the construction industry is undergoing an unprecedented transition period. The resurgence of the storm of prefabricated building technology and the vigorous promotion of BIM have made the transformation of the construction industry extremely urgent. As the assembly rate and prefabrication rate have gradually been becoming the government's compulsive indicators for today's construction projects, the demand for prefabricated component factories in China has gradually increased. Due to the present stage, limited production management methods and technology, domestic plants development is relatively slow, the production efficiency is relatively low, while the cost is relatively high, often leads to an entire project schedule delays and additional costs.

The emergence of related technologies, such as BIM, Python, genetic algorithm and so on, makes the problem solved. Therefore, this article will focus on a set of problems and come up with a feasible optimization scheme. Using technologies such as BIM, genetic algorithm, a Python, provide some new ideas for production management.

KEY WORDS: BIM, component production model, production scheduling optimization, genetic algorithm, Python

目 录

目录

摘 要 3

Abstract 3

第一章 工作过程描述 6

1.1项目选题 6

1.2工程过程概述 6

1.3工作过程遇到的问题和难点 9

第二章 工作内容介绍 10

2.1工程概况 10

2.2技术路线设计 10

2.3各环节内容及设计成果概述 11

2.3.1 Revit模型建立 11

2.3.2 IFC拓展的实现 11

2.3.3 构件厂生产模型的建立 11

2.3.4 遗传算法（GA）与其改进算法（NSGA2） 12

第三章 设计报告 13

3.1研究背景及意义 13

3.1.1研究背景 13

3.1.2国内外研究现状 14

3.1.3研究意义 15

3.2相关理论基础 16

3.2.1 建筑工业化生产 16

3.2.2 基于IFC标准的信息模型框架 16

3.2.3 遗传算法及NSGA2算法简介 18

第四章 模型及设计成果展示 21

4.1设计成果总说明 21

4.2三维建筑信息模型构建 21

4.2.1建模准备 22

4.2.2 项目结构模型的建立 22

4.3IFC拓展的信息共享 24

4.4流水线构件生产模型 27

4.4.1 模型限制条件分析 28

4.4.2模型限制条件等式表达 28

4.4.3 模型优化目标等式表达 31

4.5 基于GA的求解算法 32

4.5.1 基于传统GA算法的求解 32

4.5.2 基于NSGA-II算法的求解 35

第五章 预制构件生产排程与优化方法设计 38

5.1结合三维信息模型以及生产模型优化 38

5.1.2 项目IFC文件拓展 39

5.1.3 工厂构件生产模拟 40

5.1.4 GAamp;NSGA-II算法求最优解 41

5.1.5 构件生产信息的录入 42

5.2 基于优化模型的生产优化措施 42

第六章 结论 44

第七章 小论文 45

结 语 55

致 谢 57

参考文献 58

第一章 工作过程描述

1.1项目选题

随着中国政府的大力推广，装配式技术以及BIM技术逐渐成果国内建筑业转型的两大趋势。在传统的现浇建设模式中，环境污染、人力缺乏、资源浪费、设计预估不足等一些列问题大量存在，这使得加快推动建筑业朝着信息化、工业化方向发展成为了新时代建筑业目标。随着BIM技术、装配式建筑热潮的来临，越来越多的新技术、新方法被应用到建筑领域，国内也即将迎来了建筑业的又一次改革。

1.2工程过程概述

随着中国老龄化进程的逐渐加快，青年劳动力的思想的转变，装配式建筑技术以其较低的劳动依赖程度得到了国家的大力支持，与此同时，随着当今社会信息技术的高速发展，并渐渐渗透到越来越多的行业中，BIM技术也成为了建筑行业信息化转型的一大热门技术，BIM技术的构件化三维表达与装配式建筑的模块化生产使得其契合度十分的高，在大背景以及技术背景的共同支持下，BIM技术与装配式技术的结合是我国建筑业发展的必然趋势，由于在本科阶段也一直在关注这一方面的知识以及相关行业动态，故对该领域有着较大的兴趣，在确定毕设方向时也就选择了BIM 装配式建筑方向。对于构件生产阶段的排程设计，院系之前有过研究生师兄师姐们做过单流水线单目标的排程设计，但并没有尝试过多流水线，多目标的排程编制，所以本次的课题也具有着一定的挑战性。装配式建筑的一大特点就是构件生产的前置，将构件转移至厂内生产从而能够更好地构件的质量、工期要求。本课题最大的一个难点则是将构件生产的过程数学模型化，因为生产过程涉及到许多的限制条件以及相关机理，故此笔者需要在这方面下相当大的功夫。本课题的另一个难点则是运用Python表达前文提到的数学模型。由于本科阶段仅仅只接触过C语言的皮毛，对于其他编程语言一窍不通，故此将一门编程语言从无到有也是一个具有挑战性的目标。同时，由于Revit模型与Python关联性不大，如何实现Revit’与Python之间的信息交换也是笔者需要思考的一大问题。

在毕业设计之初，为了加深对生产排程的了解，笔者阅读了大量相关文献，遗憾的是在构件生产排程方面的中文文献还比较少，大多与生产排程相关的文献都是用于研究制造行业的生产排程问题，而与多目标优化相关的文献大都着眼于施工阶段，构件生产阶段的优化只有寥寥几篇。同时笔者通过去实际构件厂调研发现现阶段构件厂自动化率较低、排产计划的编制基本都是手工编制，同时厂内采用的都是固定式生产模式而非流水线式生产，这也给笔者带来了一些困难。随着笔者不断翻阅资料，笔者发现项目管理中的双代号网络图的表示方法似乎可以运用到流水作业，于是笔者认真回顾了之前的项目管理书籍并敲定了数学模型的大体框架。之后笔者在对国外文献的检索中，很庆幸的查阅到了相关论文同时论文中的大体思路也是运用双代号网络图的方法，由此本课题的构件生产数学模型得以丰富。

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