مدیریت ماشین آلات
بهینه سازی انتخاب تاور کرین ها در پروژه با BIM و الگوریتم ژنتیک
بهینه سازی انتخاب و جانمایی تاور کرین (جرثقیل برجی) با استفاده از الگوهای های اطلاعات ساختمانی و الگوریتم ژنتیک
چکیده:
تاور کرین ها از تجهیزات ساخت و ساز مهم به شمار می روند که در پروژه های ساخت و ساز خواهان بسیار دارند. فرآیند برنامه ریزی برای استفاده جرثقیل برجی در مراحل اولیه پروژه های ساختمانی شروع می شود . انتخاب بد می تواند هزینه های اضافی بر روی پروژه های ساختمانی تحمیل کند و یا منجر به تاخیر در مدت زمان پروژه . شود مراحل برنامه ریزی برای تاورکرین شامل انتخاب، تخصیص، تهیه و نصب و بهره برداری است . در این مقاله یک چارچوب برای انتخاب جرثقیل های برجی و مکان یابی در کارگاه ها معرفی می کند . این چارچوب 3 الگوی اصلی را در نظر دارد: 1)الگوی تصمیم گیری برای انتخاب نوع جرثقیل برجی2) بهینه سازی الگو برای انتخاب تعداد ایده آل و محل جرثقیل برج و 3) مدل 4بعدی شبیه سازی شده برای شبیه سازی عملیات جرثقیل برجی . هم چنین چندین سناریو احتمالی سقوط برای اطمینان از ایمنی عملیاتی گروه جرثقیل معرفی می شود . یک مطالعه موردی برای اثبات قابلیت های این چارچوب توسعه یافته در انجام خواهد شد .
- مقدمه
برنامه ریزی و طراحی پلان یک کارگاه ساختمانی یک کار معمول است که در مراحل اولیه از پروژه های ساختمانی انجام می شود . محل امکانات دائم و موقت باید در مرزهای سایت تعیین شود.تمرکز برنامه ریزی طرح سایت در مورد نحوه انتخاب و استفاده از فضای کارآمد به خصوص در فضاهای کاری محدود است . برنامه ریزی دقیق طرح ویژگی های سایت برای موفقیت پروژه های ساختمانی آن را تحت تاثیر قرار می دهد. طرح امکانات باید در طول مرحله برنامه ریزی تولید شود . طرح بهینه معمولا باعث رضایت در محدودیت های سایت و نتیجتا باعث کاهش هزینه ها می شود. امکانات و تجهیزات موقت (به عنوان مثال جرثقیل برجی) باید به دقت در طول اجرای پروژه برنامه ریزی شود . طرح برنامه ریزی نامناسب برای سایت می تواند به تاخیر در زمان بندی و بهره وری پایین و افزایش هزینه ها منجر شود. مکان یابی جرثقیل برجی نیازمند توجه خاص که در طراحی سایت است که از آن جمله مکان های ذخیره سازی و همچنین دسترسی ها،جاده ها،امکان نصب و راه اندازی و از بین رفتن فضاها، و معیارهای دیگر می توان اشاره کرد.
درک نیازها و ویژگی تاور کرین ها در طول فاز برنامه ریزی بسیار مهم است . از جمله آنها محدودیت در انتخاب جرثقیل، که یک طیف گسترده ای از انواع، اندازه و ظرفیت را در بر می گیرد مطالعات قبلی مدل هایی را پیشنهاد کرده اند که در تلاش برای تسهیل کار هم از لحاظ انتخاب جرثقیل و هم محل هستند به عنوان مثال، پیشنهاد شاپیرا و سیمکا AHP ، ابزاری برای مدل های ایمنی در کارگاه های ساختمانی با جرثقیل برجی است . این ابزار عوامل وزنی را بدون هیچ راهنمایی برای ارائه فاکتورهای مهم و تغییرات وزن که تاثیر مستقیم بر رتبه بندی می گذارد است . این مطالعه ، ویژگی هایی که برای مدلسازی 3 بعدی لازم است را به هیچ وجه فراهم نمی کند.
مدلسازی اطلاعات ساختمان (BIM) در برنامه های کاربردی مختلف مربوط به طرح سایت استفاده شده مانند تجزیه و تحلیل مکانی [25] ، شبیه سازی رفتار همه عناصر در سایت [26] ، و بهبود بصری نظارت بر ساخت و ساز و تامین زنجیره مدیریت [27]. ایریزاری و کاران [28] یک مدل GIS-BIM یکپارچه را ارائه می دهند که با شناسایی مکان های اجرایی برای جرثقیل برجی معین شروع می شود. این مدل فاقد توانایی برای مشاوره در مورد نوع جرثقیل پس از بررسی عوامل هستند که در روند انتخاب نقش دارند . علاوه بر این، بهینه سازی می کند می توانید چند راه حل بررسی شامل نیست به نزدیکی یکی بهینه را تشخیص دهد .
حسین و همکاران [3] با استفاده از شبیه سازی ، برپایی جرثقیل برجی در سایت های ساخت و ساز را به تصویر می کشد . شبیه سازی برای کمک به کارشناسان در حوزه های خاص برای تولید راحت تر سناریوهای بالقوه است . این مدل بوسیله بسط دادن شبیه سازی با هدف ویژه (SPS) با پشتیبانی از مدیران ساختمانی با ابزار شبیه سازی برای ساخت مدل های SPS توسعه داده خواهد شد. تسهیل مدل سازی مشابه از طریق ایجاد محیط متناسب با نیازهای خاص ساخت و ساز انجام می شود. تجهیزات مدلسازی مشابه SPS در عملیات جرثقیل برنامه ریزی استفاده به عنوان وزنه بلند را به بسته های کاری شکسته شد به نمایندگی از مجموعه ای از بارگیری بدون وقفه به جرثقیل برجی انجام می شود . هر پکیجی دارای ویژگی های مختلف، از جمله مکان منبع، محل مقصد، وزن و اندازه جرثقیل است، و اولویت با تنظیم عملیات بلند کردن بار می باشد
الگوهای ریاضی روش های مختلفی دارند، آن ها به سمت به حداکثر رسانیدن یا به حداقل رساندن ورودی با توجه به تابع هدف و یا با توجه به یک هدف خاص تحت مجموعه ای از محدودیت های تعریف شده تمایل دارند . بسیاری از مدل های ریاضی برای یافتن گروهی از تاور کرین ها در مدل ژانگ مورد استفاده قرار می گیرد [23] معیارهای مبتنی بر مکان با به حداقل رساندن احتمال بروز اختلافات و بهره وری بالا در اجرا بر اساس تعادل حجم کار پایه ریزی می شوند . الگوی ریاضی پیشنهادی بر اساس بازسازی روند عرضه و تقاضای مصالح توسط یک جرثقیل برجی در سایت پروژه می باشد .
مدل پیشنهادی براساس چند فرض بنا نهاده شده:
• طرح هندسی از همه نقاط عرضه و تقاضا(نقاطی که بار برداشته و گذاشته می شوند) قطعی است .
• نوع جرثقیل از پیش تعیین شده است .
• قلاب در سطح افقی و عمودی حرکت می کند .
آلکریز و مانگین یک مدل برای بهینه سازی محل جرثقیل در سایت با استفاده از الگوریتم ژنتیک به عنوان یک رویکرد برای دریافت نتایج مطلوب توسعه دادند . این مدل حجم کار متعادل بین گروه جرثقیل برجی را در نظر گرفته با به حداقل رساندن احتمال بروز هرگونه مشکلات، محل اولیه مدل وظایف را به گروه های مجزا طبقه بندی و محل امکان پذیر برای هر یک از جرثقیل ها را با توجه به هندسه محل شناسایی می کند . پس از آن، گروه ها عملکرد حجم کار و حداقل برخوردها در طول عملیات جرثقیل تنظیم می کنند. در نهایت، مدل بهینه محل جرثقیل برجی و محل نقطه عرضه برای به حداقل رساندن زمان حمل و نقل مواد و هزینه تعیین می شود.
تلاش های تحقیقاتی قبلی مربوط به برنامه ریزی جرثقیل در جنبه های خاصی از برنامه ریزی متمرکز شده است . این جنبه ها شامل :
1. شناسایی عامل مهم از طریق تعیین وزن عوامل که ممکن است بدون انجام حساسیت ، انتخاب را تحت تاثیر قرار دهد.
2. انجام بهینه سازی بدون سه بعدی سازی
3. تجسم بهینه سازی با بررسی وسیع راه حل های عملی
. این مطالعه یک رویکرد جامع است که ما را به محدودیت های تلاش های تحقیقاتی قبلی و جنبه های الزامی برنامه ریزی جرثقیل برجی نزدیک می کند . یک مدل مبتنی بر BIM به منظور تسهیل بلند کردن اجسام معرفی شده است ، عملیات با اضافه کردن شرایط سایت جدید و ارزیابی طرح بلند کردن با توجه به وضعیت جدید شروع می شود. رویکرد سه مدل اصلی مربوط به برنامه ریزی برای جرثقیل برجی در نظر گرفته می شود. نخست، الگوی تصمیم گیری در انتخاب مناسب ترین نوع جرثقیل که منطبق بر نیاز پروژه های ساختمانی است . پس از آن، فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) استفاده می شود برای انتخاب نوع جرثقیل از طریق یک سری از مقایسه ها، مصاحبه با کارشناسان ساخت و ساز منجر به جمع آوری دانش مورد نیاز که در آن AHP ترجمه کیفی دانش از متخصصان به چهره کمی در جمع آوری مقایسه عاقلانه به نتایج قابل اعتماد برای انتخاب بهترین نوع جرثقیل است مدل دوم بهینه سازی برای به حداقل رساندن هزینه جرثقیل در پروژه های ساخت و ساز است . اگر چه، فرایند تحلیلی سلسله مراتبی در اینجا یک ابزار محبوب برای قضاوت ذهنی از اطلاعات کمی و کیفی است، دارای محدودیت های خاص به خود است.
روش بهینه سازی برای الگوریتم ژنتیک (GA) برای شناسایی عوامل زیر به کاربرده می شود :
1) طرح جرثقیل مطلوب ،
2) نوع پایه جرثقیل : تاور کرین ثابت یا تاور کرین سیار
3) کوتاه ترین طول راه که می تواند به پوشش بالاتر جرثقیل منجر شود
4) طرح بهینه بلند کردن اجسام .
تجزیه و تحلیل کار تا انتخاب پارامترهای الگوریتم ژنتیک موثر است . نتایج به دست آمده از مدل بهینه باید باعث رضایت هم عامل رسیدن به مقصد و هم محدودیت ظرفیت شود. که برای همه مدول هایی که باید از زمین برداشته شوند مورد نیاز است . مدل سوم به منظور بررسی نتایج با استفاده از شبیه سازی 4 بعدی استفاده شده است. برای کل سیستم از یک مدل 3 بعدی برای پروژه ساختمانی و توسعه جرثقیل .بکار برده شده است مقادیری از مدل BIM در مدل الگوریتم ژنتیک به منظور انتخاب ظرفیت جرثقیل مناسب برای بار مورد نیاز پس از انتخاب پیکربندی جرثقیل استخراج شده است. در نهایت، نرم افزار تشخیص برخورد 3 بعدی برای جلوگیری از هر گونه امکان برخورد (ES) در طول عملیات جرثقیل انجام شده است.
جرثقیل برجی با استفاده از مدل AHP و نتایج بدست آمده از الگوریتم ژنتیک انتخاب می شود. سپس تجزیه و تحلیل در بعد زمان برای تجسم فعالیت های ساخت و ساز ،ترتیب اجرا و برخوردها های میان جرثقیل ها در نظر گرفته می شود .در مدل سازی 4 بعدی نیز برای شناسایی و حل و فصل برخورد جرثقیل و یا برخوردها بین جرثقیل برجی و سازه ساختمان از طریق یک سری از حالات تشخیص برخوردها استفاده می شود . این مدل درک بهتری از شرایط عملیاتی پروژه و چگونگی کاهش این نوع از برخورد در مراحل اولیه پروژه را به ما می دهد که دارای محدودیت های زیر است :
1) امکان هر اصلاحی که در طول ساخت و ساز پیش می آید وجود ندارد
2) با توجه به مدل BIM ، امکان تغییرات آینده به صورت واقعی وجود ندارد
3) ارائه توابع پرس و جو فضایی پیشرفته وجود ندارد
4) این مدل جرثقیل های سیار را که می تواند در پروژه های خاص مفید باشد را در نظر نمی گیرد. یک مطالعه موردی از یک پروژه ساخت و ساز برای نشان دادن استفاده از چارچوب های توسعه یافته ارائه شده است.
- انتخاب نوع جرثقیل
فرآیند تحلیل سلسله مراتبی (AHP) به عنوان یک روش برای استفاده از چند معیار تصمیم گیری برای انتخاب جرثقیل به کار گرفته می شود . هدف اصلی مدل AHP بررسی قابلیت هر جرثقیل جایگزین در برابر هر یک از زیر معیار برای انتخاب جرثقیل برجی بر اساس نیازهای پروژه است . جرثقیل برج در انواع مختلف در دسترس هستند . انتخاب یک جرثقیل برای هر کار باید پس از یک تست کامل از تمام عوامل موثر باشد . این عوامل شامل معیارهایی است که بر اساس آن بهترین گزینه انتخاب شده است . که در آن هدف اصلی به مجموعه ای از معیارهای عمده با وزن های مختلف تجزیه شده است سپس، این معیارهای اصلی به زیر معیارهایی به عنوان سطح تجزیه گسترش می یابند . با توجه به مصاحبه با کارشناسان، همه موافق بودند که مهم ترین معیار برای انتخاب نوع جرثقیل مشخصات جرثقیل ، شرایط محل پروژه، ویژگی های پروژه و هزینه استفاده از جرثقیل برجی است . هر معیار به مجموعه دیگری از زیر معیارها که برای مقایسه استفاده می شود شکسته و تقسیم می شود. پس از آن انتخاب بهترین گزینه براساس معیارهای فرعی است. این اقدامات باعث می شود بهترین و مناسب ترین جرثقیل با توجه به نیاز های پروژه انتخاب شود . به منظور توسعه مدل AHP که برای انتخاب بهترین نوع جرثقیل کاربرد دارد روش زیر دنبال می شود:
اول، انواع جرثقیل برجی که به عنوان گزینه هایی برای زیر معیارها عمل می کنند تعریف شده است . دوم، معیارهای اصلی که انتخاب جرثقیل برجی را تحت تاثیر قرار می دهد در مجموعه ای از زیر معیارها شناسایی می شوند . سوم، اهمیت معیارهای اصلی در رابطه با هدف اصلی و همچنین زیرمعیارهای به دست آمده اولویت بندی می شوند . در نهایت، این نتایج برای تصمیم گیری بهترین گزینه برای وضعیت فعلی اجرا جمع بندی می شود . هر گروه از جرثقیل که بیشترین خصوصیات منطبق با اهداف را دارا باشد بهترین گزینه خواهد بود.
2-1 شناسایی گزینه ها
جرثقیل برجی با انواع مختلف در دسترس می باشد . اصلی ترین تفاوت ها در جرثقیل های برجی در بازوی تاور کرین است که در حرکت لنگری بازو و حرکت افقی سبد جرثقیل نهفته است .
پیکربندی پایه جرثقیل برجی خود به پایه ثابت و پایه سیار طبقه بندی می شود. هر یک از تنظیمات نشان دهنده بهترین جایگزین برای نوع خاصی از وظایف است . بنابراین، به منظور انتخاب بهترین گزینه، لازم است برای هر قسمت از هر نوع از جرثقیل برجی که در ساخت و ساز مورد استفاده قرار می گیرد تعریف شود و جوانب مثبت و منفی هر یک از گزینه ها از لحاظ معیاری در نظر گرفته شود . اولین نوع از تاور کرین ها، جرثقیل فلت تاپ است که اهرم بازو مستقیما به بالای تاور متصل است . جرثقیل های فلت تاپ در پروژه هایی توصیه می شود که در آن محدودیت در ارتفاع برای تاورها وجود دارد مانند سایت های ساختمانی در نزدیکی فرودگاه ها.
نوع دوم از جرثقیل برجی ، تاورهای سر چکشی است که به آن جرثقیل قاب الف هم می گویند . در این نوع جرثقیل ها، بازوی جرثقیل بوسیله کابل ها و سیم های تحت کشش به بالای جرثقیل متصل است . این جرثقیل می تواند خود را تا زمانی که به ارتفاع مورد نظر برسد بالا برد . ویژگی جرثقیل های سر چکشی بلند کردن بارهای سنگین بیش از قابلیت جرثقیل های فلت تاپ است که اگر در پروژه قطعات سنگین وجود داشته باشد یک مزیت محسوب می شود. زمانی که از یک گروه از جرثقیل های سر چکشی در پروژه استفاده می شود، برای جلوگیری از حوادث ناشی از برخورد یک جرثقیل با جرثقیل دیگر باید سطح هم پوشانی بازوهای جرثقیل ها را به حداقل رساند.
نوع سوم جرثقیل ، تاورهای بازو لنگری است . این تاورها با جرثقیل های دیگر در نوع بازو متفاوت هستند و قلاب در انتهای بازو کاملا ثابت است. زاویه قلاب را می توان با توجه به انباشتگی بار در شعاع های مختلف تغییر داد، که در آن شعاع گردش قلاب را می توان برای جلوگیری از برخورد به هر مانعی که ممکن است در سایت پروژه وجود داشته باشد تغییر داد . برای مثال وجود کابل ولتاژ بالا و یا هر ساختمانی در نزدیکی سایت پروژه . این نوع از جرثقیل برجی را می توان در انواع خاصی از ساختمان مانند سیلوها ، مخازن و ساختمان های بلند مرتبه مورد استفاده قرار داد.
نوع چهارم در مدل AHP که جرثقیل خود احداث است متشکل است از یک جرثقیل که بر روی یک شاسی کامیون که برای جابجایی پیش بینی شده، نصب شده است . این جرثقیل شبیه به جرثقیل های سیار است اما سطح پوشش بیشتری بر روی ساختمان دارد . جرثقیل خود احداث برتری که در این زمینه دارد این است که می توان آن را در موقعیت های مختلف نقل مکان داد . می توان آن را در جاهایی که دارای تراکم انواعی دیگر از جرثقیل هاست به کار برد . این نوع از کرین ها نیازی به نیروی انسانی برای برپاشدن ندارد. همچنین، می توان آن را هنگامی که محدودیت برای نصب و پیاده سازی وجود دارد استفاده کرد. هرچند نقطه ضعف جرثقیل خوداحداث این است که نمی توان برای بلند کردن بارهای سنگین و یا رسیدن به سطوح ارتفاعی بالا مانند انواع دیگر تاور کرین ها استفاده کرد.
مقایسه دو به دوی یک فرایند ارزیابی عملکرد هر یک از جایگزین های احتمالی در برابر دیگر جایگزین از نظر معیارهای انتخاب های مختلف با استفاده از مقیاس از پیش تعیین شده است، . این مقایسه مابین همان عناصر گروه از نظر اهمیت، نفوذ خود را در بر روی عنصر در سطح بالاتر بعدی است [8]. مقیاس پیشنهاد شده توسط ساتی [17] در مقیاس 1 به 9 است که در این الگو استفاده شده است. ماتریس مقایسه برای همه معیارهای این الگو با توجه به هدف اصلی خود و برای همه زیر معیارها آماده شده است . هنگامی که ماتریس مقایسه توسط کارشناسان تکمیل شود، شاخص های ثبات برای تست ثبات منطقی مقایسه دو به دو محاسبه می شود
2.4. تجزیه و تحلیل حساسیت الگو
تجزیه و تحلیل حساسیت برای بررسی پاسخ الگو به تغییرات در پارامترهای ورودی انجام شده است ، که به تصمیم گیرنده فرصت می دهد حساسیت هر معیار را مشخص کند . چگونگی تغییرات وزن هر یک از معیارهای مهم می تواند رتبه بندی گزینه ها را تحت تاثیر قرار دهد . تجزیه و تحلیل پیشنهادی در ابتدا در وزن معیارهای تصمیم گیری به منظور تعیین مهم ترین معیار انجام می پذیرد که می تواند بر رتبه بندی گزینه ها تاثیر گذارد .
شرایط مطلق برای نظارت بر تغییر در داده های فعلی استفاده می شود که باعث می شود هر کدام از دو گزینه در رتبه بندی موجود خود باقی بمانند . این شرایط مطلق به عنوان مطلق برتر (AT) و مطلق هر کدگذاری (AA). شرایط نسبی برای نظارت بر تغییرات کنونی استفاده می شود که باعث می شود گزینه ها داده های خود را تغییر دهند .
2.4.1. شناسایی مهم ترین معیار
به منظور شناسایی معیار های بحرانی ای که باعث تغییر رتبه بندی های موجود از گزینه های تاور کرین می شود ، روش خاصی انجام می پذیرد که در شکل 1 نشان داده شده . اول، ضوابط وزنی و جایگزین همراه با اندازه گیری عملکرد تعریف شده هر گزینه به عنوان مثال جدول 2 . سپس، گزینه ها باید با توجه به مزیت خود رتبه بندی شوند . مورد نیاز برای تغییر وزن فعلی از زیر معیار که در آن رتبه بندی از جایگزین AI و AJ بدون تغییر خواهد بود همانطور که در جدول 3 نشان داده شده با استفاده از معادله زیر :
که در آن δk ، I ، J نشان دهنده حداقل تغییر مورد نیاز ، P نشان دهنده اولویت نهایی، و a نشان دهنده اندازه گیری عملکرد در ماتریس تصمیم گیری برای گزینه های خاص با توجه به برخی از ضوابط است . برای مثال :
در جهت معکوس رتبه بندی های موجود در جایگزین A1 و A2با ایجاد تغییرات در وزن فعلی از زیر معیار C1 ، در شرایط زیر :
شکل . 1. AHP توسعه ساختار سلسله مراتبی .
با استفاده از این شرایط در مثال قبلی؛ ارزش W3 برابر با 0.218 و ارزش P j است - پی
JK - یک JK 0.976 است که نشان می دهد که این مقدار عملی نیست .
جدول 3 تمام تغییرات مطلق ممکن در وزن را نشان می دهد از طریق استفاده از معادلات (1) و (2) ، که در آن سلول های حاوی N.F نشان دهنده ارزش غیر عملی . با نگاه به کوچکترین مطلق
ارزش δk ، I ، J در سراسر جدول، می توان متوجه شد که آن برابر با (0.0268) است، که مربوط به زیرمعیارهای انسداد سایت است .
این به این معنی که معیار انسداد سایت (AA) مطلق است در ، در حالی که مقایسه این با مفهوم مهم ترین انتخاب معیار با توجه به وزن آن، آن را یافت که طول میله با وزن (0.218) است در حالی که انسداد سایت از (0.31) بود مهم نیست . با مشاهده کوچکترین مقدار مطلق δk ، I ، J در تمام ردیف که مربوط به بهترین A1 جایگزین به منظور رسیدن به بالای مطلق (AT) ، می توان آن متوجه شده است که حداقل ارزش است (0.031) که مربوط به معیارهای همان (انسداد سایت ). می توان آن را نشان داده است که هر دو تعریف coincidently به معیارهای همان نقطه . می توان آن را به ذکر است که برای برج جرثقیل مشخصات زیر معیارها (C1) و حداکثر رایگان ارتفاع ایستاده زیر معیارها (C2) ، آنها به همان اندازه به تمام حساس هستند جایگزین . پردازش معیار مهم در شرایط نسبی به عنوان در جدول 4 نشان داده شده است با استفاده از معادله استفاده . (3):
جایی که؛ δk ، I ، J 'نشان دهنده حداقل تغییر نسبی در حال حاضر وزن هفته زیر معیار کیناز مانند که در رتبه بندی از گزینه های هوش مصنوعی و AJ خواهد شد معکوس و یا فقط برابر است . به طور مشابه، سلول های حاوی واله N.F نشان می دهد که ارزش نشدنی
شکل . 2. اولویت جرثقیل برجی جایگزین با توجه به هدف جهانی
ا مشاهده کوچکترین ارزش نسبی δ'k ، I ، J در سراسر میز، آن را می توان اشاره کرد که آن را (25) که مربوط به بلند معیارهای ساختمان (جدول 4 ). این بدان معنی است که بالا ساختمان های بلند معیارها، درصد هر کدام (PA) معیارهای مهم ترین . در حالی که کوچکترین مقدار δ'k ، I ، J - که به بهترین جایگزین A1 در مرتبط به منظور رسیدن به درصد بالای (PT) criteria- ، ارزش است (-164.28) که مربوط به معیارهای ساختمان های بلند . این به این معنی است که هر دو معیار PT و PA coincidently نشان می دهد که معیارهای همان . برای درجه بحرانی از معیارها، می توان آنها را با انتخاب محاسبه کوچکترین مقدار در هر ستون از δ'k ، I ، J جدول، پس از گرفتن متقابل ارزش های مطلق به منظور محاسبه ضرایب حساسیت هر معیار در جدول 5 ، که در آن ساختمان های بلند (C8) نشان داده شده است توپوگرافی ترین و حساس ترین سایت (C6) حداقل حساس است .
2.4.2. شناسایی اقدامات مهم ترین عملکرد
مرحله دوم از رویکرد تجزیه و تحلیلی حساسیت پیشنهادی، چگونگی اندازه گیری مهم ترین عملکرداست . این می تواند توسط تعیین ارزش گزینه AI از لحاظ زیر معیار انجام شود و باید به طوری اصلاح شود که رتبه بندی از گزینه های AI و AK تغییر خواهد کرد . یک مقدار آستانه در تعریف معادله (4) به منظور بدست آوردن مقدار اصلاح می شود :
جدول 6 مقدار آستانه گزینه ها را با توجه به معیارها بر اساس رابطه (4) را نشان می دهد ، برای مثال :
علاوه بر این، شرط ijk کوچکتر از 100 باید برای مقادیر جدول 7 پابرجا بماند . مقادیر نشان داده شده در جدول 8 نشان می دهد چه مقدار از اندازه گیری عملکرد باید کاهش یا افزایش داشته باشد . برای مثال؛ "1 ، 1 ، 3 = 93.08 ٪ نشان دهنده این است که اندازه عملکرد a13 باید 93.08 ٪ از ارزش فعلی آن کاهش یابد تا گزینه A3 ازگزینه A1 ارجح تر شود .
بعضی مقادیر حاوی نشان منفی هستند که به این معنی است که عملکرد اندازه گیری باید توسط مقادیر ارجح افزایش یابد . تاور کرین های سر چکشی بحرانی ترین گزینه ها را نشان می دهند که به راحتی می تواند جایگزین بهترین گزینه های موجود که در جدول 8 ، نشان داده شده مرتبط با پایین ترین درجه همانطور که در معادله5 میبینیم :
جرثقیل سر چکشی نشان می دهد که حساس ترین جرثقیل همانطور که در جدول 9 آمده ، است که در آن با بالاترین حساسیت نشان داده شده است مرتبط با ضرایب همانطور که در معادله . (6).
الگوی بهینه سازی جرثقیل
الگوی پیشنهادی جرثقیل محل یک گروه از تاورکرین ها در سایت را بهینه سازی می کند. انتخاب محل جرثقیل بر اساس به حداقل رساندن هزینه کل جرثقیل ها و به حداکثر رساندن استفاده از آنها به منظور به حداقل رساندن زمان آماده به کار هر یک از جرثقیلها پی ریزی شده است این الگو با استفاده از تکنیک های بهینه سازی الگوریتم ژنتیک (GA) [20]. توسعه داده شده است و بر روی یک پروژه ساخت و ساز موجود اجرا شده است که شامل دو طبقه زیرزمین ، طبقه همکف و سه طبقه تیپ با یک طرح مستطیل شکل است .
جرثقیل ها برای پوشش کل مساحت ساختمان سازی استفاده می شود برای کمک به بلند کردن عناصر پیش ساخته و دیگر عناصر مورد استفاده در فعالیت های ساخت و ساز . الگوی GA بر اساس یک روش سه مرحله توسعه داده شد همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است . گام اول با مطالعه طرح و مشخصات جرثقیل های مورد نیاز برای پوشش کل منطقه شروع می شود ، سپس انتخاب عملی مکان برای گروه جرثقیل ها . معمولا، مدیران پروژه تمایل به افزایش مناطق دارای هم پوشانی در شعاع کاری جرثقیل ها به منظور ایجاد منطقه امن در فاز اجرایی دارند حتی اگر این راه حل گران تر شود . گام دوم با تولید جمعیت اولیه، که در آن اپراتور GA در انتخاب اعمال کروموزوم تولید نسل بهتر که در آن هر کروموزوم در نسل جدید تست شده و بهترین کروموزوم انتخاب می شود و در استخر جفت گیری برای ذخیره نسل جدید تولید می شوند مرحله سوم شامل شرایط فسخ است .
مدل TCrane_Opt زمانی خاتمه می یابد که هیچ بهینه سازی بهتری در نسل های بعدی وجود نداشته باشد این الگو بدون بهبود در نتایج منجر به اضافه شدن زمان اجرا و بدون استفاده است .
3.1. متغیرهای تصمیم گیری بهینه سازی
مدل TCrane_Opt ارائه شده طرح بهینه برای یک گروه از جرثقیل ها را در سایت تولید می کند . هدف اصلی این الگو است برای حمایت از فرایند تصمیم گیری است که شامل تصمیمات:
1) گزیده ای از مشخصات جرثقیل ،
2) تعداد بهینه جرثقیل ها در سایت بنا می شود،
3) نوع پایه جرثقیل ، پایه ثابت و یا پایه ریلی .
این الگو بر اساس وظایف بلند کردن اجسام با توجه به دسترسی و ظرفیت آن در هر جرثقیل برج اختصاص می یابدد از پارامترهای موثر بسیاری بر انتخاب موقعیت جرثقیل برجی وجود دارد همچون وزن مدل ها ، میزان تقاضا از حجم کل و محلی که سنگین ترین مدول ها در آن جا بر زمین گذاشته می شوند . ارتفاع ساختمان نیز انتخاب محل جرثقیل را تحت تاثیر قرار می دهد مخصوصا زمانی که ارتفاع جرثقیل بیش از ارتفاع مجاز باشد، جرثقیل باید نزدیک دیواره های مرکزی واقع شود .
فرآیند بهینه سازی با تقسیم طرح سایت به یک تعداد از سلول ها به صورت شبکه در زمین شروع می شود . در مورد مطالعه ما طرح سایت به شبکه های مربع در طول زمین از 20 متر در جهت x و y تقسیم شده است و تعداد مورد نیاز جرثقیل باید تمام نقاط شبکه های سایت را با کمترین اورلپ پوشش دهد. همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است. طرح ساختمان به 170 نقطه در شبکه تقسیم شده که در آن هر نقطه دارای یک مختصات دکارتی با x و y مخصوص به خود دارد. زمین بین هر یک از شبکه مختصات توسط برنامه ریز پروژه تصمیم گیری می شود . به منظور اطمینان از این که همه مدول ها در مدل GA ارائه شده بارگیری شود . اگر مدول ها شامل اقلامی مانند واحد های پیش ساخته و یا هر واحدی که نیاز به نصب در مختصات خاص دارند باشد، آنگاه هر مدول برداشته شده محاسبه می شود در دسته یا گروهی از گروه های مشابه که حداقل زمان محاسبه شده باشد .
متغیرهای تصمیم گیری که به صورت الگوی GA هستند تا زمانی که مطمئن شویم محدوده تمام مختصات های شبکه، تحت پوشش جرثقیل باشد. ارزش مختصات شبکه روی 1 قرار می گیرد اگر راضی کننده باشد، در غیر این صورت روی صفر قرار می گیرد و می توان اطمینان حاصل کرد که کل محدوده ساختمان توسط جرثقیل ها پوشانده شود . گام اول برای انتخاب بازوی جرثقیل، قرارگیری جرثقیل در موقعیت است با به حداکثر رساندن معیارهای پوشش، سپس تصمیم گیری در این باره که آیا از پایه سیار استفاده کنیم و یا پایه ثابت. تعداد جرثقیل در هر گروه بستگی به تعداد کل جرثقیل هایی دارد که پیمانکار می تواند برای پروژه فراهم کند .
هر جرثقیل توسط محل قرارگیری آن با استفاده از سیستم مختصات دکارتی (X , Y) در این الگو لیست شده است در جدول 10 . بخش اول از مدل نشان دهنده اطلاعاتی از تاور کرین است که استفاده خواهد شد . در این الگو فرض می شود که حداکثر تعداد جرثقیل برجی که می تواند در هر گروه از جرثقیل استفاده شود از هفت جرثقیل تجاوز ننماید. مقدار x و y نشان دهنده مختصات دکارتی جرثقیل ها که در آن مختصات معتبر مورد استفاده قرار گیرد تا با محدودیت های مدل مطابقت داشته باشد . بخش دوم مدل ارائه شرایط مرزی است، جایی که تمام تاورها باید در محدوده محیط ساختمان با حاشیه ی امنی از پایه های ساختمان نصب شوند در حالی که هیچ جرثقیلی مجاز نیست در داخل مرز ساختمان نصب شود . این یکی از محدودیت های سخت انتخاب است . قسمت سوم از مدل ارائه شده استفاده از ریل برای جرثقیل به منظور حرکت جرثقیل است . این بخش شامل چهار ستون به نمایندگی از چهار مرز ساختمان است . استفاده از ریل برای حرکت جرثقیل این فرصت را می دهد که هزینه کل جرثقیل ها با توجه به امکان جابجایی، که در نوبه خود منطقه تحت پوشش را افزایش می دهد کاهش یابد. این مدل با استفاده از ریل این امکان را می دهد به جای زمانی که دو جرثقیل با پیکربندی یکسان در یک سمت از ساختمان قرار می گیرند تنها با یک تاور سیار کار را انجام دهد. این مساله در الگو مشاهده شد، که در آن مدل نشان می دهد با استفاده از ریل در یک جرثقیل با بازوی 81.40 متر می توان آن را به جای چهار جرثقیل . فقط دو جرثقیل با یک طول ریل 77.50 متر در شمال و جنوب استفاده شد . استفاده از ریل به جرثقیل فرصت می دهد در بیش از یک نقطه حرکت و توقف نماید برای پوشش یک منطقه بزرگتر از جرثقیل پایه ثابت و همچنین باعث کاهش فضای اشغال شده توسط جرثقیل ها به ویژه در سایت های شلوغ ساخت و ساز می شوند . بخش چهارم از این الگو شامل نرخ اجاره ریل جرثقیل و کل هزینه جرثقیل است که با توجه به نیاز پروژه استفاده می شود
3.2. محدودیت های مدل
انتخاب محل جرثقیل برجی توسط چندین محدودیت تحت تاثیر قرارمی گیرد که به صورت زیر گروه بندی می شوند : محدودیت های منطقه سایت، محدودیت های طراحی و اجرایی . محیطی که توسط سایت پروژه احاطه شده تاثیر زیادی در انتخاب محل یک گروه جرثقیل برجی دارد ، به این معنی که محل ساخت و ساز باید به دقت مورد مطالعه قرار گیرد .
جرثقیل نباید در جایی که اطرافش خطر وجود دارد مثل محل هایی مانند شمع های موقت ، حفاری، سدها یا مخازن دفن یا لوله ها واقع شود . یکی از مهم ترین عواملی که بر انتخاب محل جرثقیل تاثیر دارد سهولت نصب و راه اندازی و پیاده سازی آن است . جرثقیل های سیار برای برپایی جرثقیل برجی استفاده می شود و هنگامی که تاور کرین وظایف خود را انجام می دهد استفاده می شود ، جرثقیل های سیار همچنین برای جمع آوری جرثقیل ها استفاده می شود . بنابراین، که جاده های دسترسی برای ورود و خروج جرثقیل های سیار مهم است. علاوه بر این جرثقیل نیاز به فضای انجام مانور مورد نیاز خود برای نصب و برچیدن جرثقیل برجی دارد.
محل جرثقیل برجی هم چنین به محدودیت های اجرا بستگی دارد، که در آن محدودیت های عملیاتی به این معنی است که مشخصات تاور با توجه به وظیفه ای که نیاز است انجام دهد بررسی شود و این نیازمند دو عامل، پوشش و محدودیت ظرفیت است . محدودیت های پوشش با توجه به طول بازوی جرثقیل تعیین می شود که برای پوشش منطقه بلند کردن بارها از نقطه عرضه و یا به نقطه تقاضا مهم است. همانطور که در شکل 5 نشان داده شده است. الگو با محاسبه فاصله بین جرثقیل و محل گذاشتن بار تا نقطه انتقال بار شروع می شود . پس از آن، مدل بهینه سازی شده با توجه به حداقل تعداد جرثقیل و یا گروهی از جرثقیل ها انتخاب می شود . این کار با شناسایی محل کار و وظیفه تخصصی هر جرثقیل برجی به پایان می رسد.
محدودیت دسترسی جرثقیل به ما تحمیل می کند که فاصله نقطه تقاضا تا نقطه عرضه جرثقیل ها باید در طول بازوی جرثقیل باشد و این بدان معنی است که حداکثر بازوی جرثقیل بزرگتر از Dm و Ds می باشد. فاصله DM و DS را می توانید از معادلات پایین محاسبه کنید . (6) و (7).
جایی که؛ XCR Ycr اشاره به مختصات جرثقیل برج با توجه به مرز ساختمان داردXi Yi اشاره به مختصات نقطه تقاضا و Xj Yj اشاره به نقطه عرضه از جرثقیل برجی دارد.
در طول فرآیند انتخاب از یک گروه از جرثقیل برجی، تاور باید محدودیت را برطرف کند بدان معنی است که در طول بازویی که وزن مدول را تحمل کند باید کوچکتر باشد از باری که جرثقیل برجی می تواند با توجه به منحنی شعاع بار در این فاصله برداشت کند.
جایی که؛ WD و WS نشان دهنده حداکثر وزن مدول ها هم در نقطه تقاضا و هم در نقطه عرضه است . Wc نشان دهنده ظرفیت جرثقیل در آن نقطه است . این به این معنی است که وزن مدول برداشته باید کمتر از ظرفیت جرثقیل باشد .
محدودیت دسترسی و ظرفیت دستورالعملی برای انتخاب طرح جرثقیل برجی و مشخصات جرثقیل مناسب برای انجام وظایف هستند . هر دو محدودیت به عنوان محدودیت های لازم برای رسیدن به حداقل هزینه استفاده از جرثقیل برجی در سایت پروژه است.
خصوصیات طراحی ساختمان دسته سوم از محدودیتهایی هستند که بر روند انتخاب جرثقیل تاثیر مستقیم دارند . آنها در زمینه های مختلفی تاثیر می گذارد از جمله انتخاب محل جرثقیل، که آیا می توان در داخل فضای ساختمان، اگر فضای کافی در داخل آن موجود باشد، تاور کرین را قرار داد ، و یا خارج از ساختمان در اطراف مرز ساختمان که در بسیاری از موارد استفاده می شود . برای مطالعه حاضر ، جرثقیل باید در یک فاصله از مرز ساختمان قرار گیرد به این دلیل که مسافت های طولانی تر ممکن است به مشکلاتی در اتصال به ساختمان منجر شود . فاصله جرثقیل تا ساختمان بسته به شرایط پروژه و سایت از یک ساختمان تا ساختمان بعدی متفاوت است . فاصله جرثقیل تا ساختمان یک سری متغیر دارد که جهت محاسبه محل بهینه جرثقیل استفاده می شود . همچنین، وزن مدول های بارگیری شده یک محدودیت در انتخاب محل جرثقیل برجی به ما تحمیل می کند. مثلا جرثقیل باید در محلی واقع شود که سنگین ترین مدول در طیف وسیعی از منحنی بار -شعاع جرثقیل برجی باشد . ارتفاع ساختمان عامل مهم دیگری است که محل تاور کرین را تحت تاثیر قرار می دهد باتوجه به این مساله که هر تاور یک حداکثر ارتفاعی دارد که تفاوت آن ها را در انواع مختلف مشخص می کند . هنگامی که جرثقیل به حداکثر ارتفاع آزاد آن می رسد ، جرثقیل باید نزدیک دیوار بتنی واقع شود به دلیل ارتباط جرثقیل به دیوار کاهش ارتفاع آزاد جرثقیل را داریم . این الگو با فرض این که فاصله متغیر جرثقیل می تواند یک "U" را شکل دهد تشکیل شده. این فاصله در امتداد دو طرف ساختمان که در آن هر فاصله نشان یک متغیر متفاوت است قرار گرفته . محدودیت های مدل برای مکان جرثقیل برجی برای هر طرف از تسهیلات توسعه داده شده همان طور که در معادلات (10) تا (13). نشان داده شده . به برای مثال؛ اگر مختصات دکارتی ساختمان در نقطه (0و0) در گوشه سمت چپ پایین ساختمان باشد و جرثقیل است که در هماهنگی "-U1" واقع در امتداد جهت "X" که در مدل های دکارتی مختصات (0و5-) را نشان می دهد سپس محل امکان پذیر جرثقیل از در امتداد فاصله بین حاشیه L + U2 تا
L + U4. قرار می گیرد. محدودیت مشابهی ، برای محل جرثقیل های دیگر در راستای حاشیه ساختمان اعمال می شود با توجه به معادلات (10) تا (13) تا زمانی که مکان بهینه تاور پیدا شود.
جایی که؛ XCR ، Ycr مختصات های جرثقیل در محور X & Y می باشد . U1 ،U2 ، U3 و U4 فاصله انحراف از مرز ساختمان می باشد L و W طول و عرض ساختمان هستند .
3.3. وظایف بلند کردن بار تاور کرین
پس از انتخاب مکان گروهی از جرثقیل ها، برنامه ریزی فرآیند و ترتیب روند بلند کردن اجسام در مراحل اولیه باید برای به حداقل رساندن زمان بیکاری جرثقیل و به حداکثر رساندن استفاده از آن در فعالیت ها شناسایی شود. روش بلند کردن اجسام جرثقیل به سه مرحله بستگی دارد، از جمله برنامه ریزی، تعیین توالی، و زمان بندی . برنامه ریزی روند بلند کردن اجسام با در نظر گرفتن توزیع کار بلند کردن اجسام از گروه جرثقیل برج به خصوص زمانی که یک با هم تداخل دارند منطقه وجود دارد . انتخاب براساس کوتاه ترین فاصله بین جرثقیل و بارهای برداشته شده در صورت همپوشانی منطقه، با توجه به محدودیت های برنامه است . طرح بلند کردن اجسام باید برای به دست آوردن کوتاه ترین زمان نصب و راه اندازی و در بهترین زمان توسعه یابد . که در آن هر مدول به یک تاور کرین خاص از گروه جرثقیل اختصاص داده شده است.
3.4. فرمول تابع هدف
مدل TCrane_Opt با هدف به حداقل رساندن هزینه کل تاور کرین ها در سایت است. این امر با انتخاب بهینه مختصات برای محل جرثقیل ها در اطراف مرز ساختمان انجام می پذیرد . تابع هدف شامل دو جزء هزینه؛ هزینه های قسمت های جرثقیل و هزینه های ریل جرثقیل برای حمایت از حرکت آن می باشد .
حداقل هزینه کل جرثقیل برج
جایی که؛ TC هزینه قسمت های جرثقیل برج است، RL هزینه ریل، N تعداد جرثقیل موجود در سایت و RL مجموع از ریل های استفاده شده توسط جرثقیل در سایت است.
3.5. ارزیابی مدل
ارزیابی عملکرد الگو بر اساس یک مطالعه موردی از امکانات یک محوطه پارکینگ است . مساحت پروژه به اندازه کافی بزرگ است که اجازه می دهد تا یک گروه از تاور کرین ها نیازهای ساخت و ساز را برآورده کند . بسته پیشنهادی جرثقیل ها به منظور رسیدن به میزان هزینه استفاده از تاورها به فروشندگان فرستاده شد . فروشندگان مورد قبول طرح جرثقیل ها با پیشنهاد دو گزینه که در شکل 6 و 7 نشان داده شده است را ارسال کردند. اولین گزینه با استفاده از چهار جرثقیل با طول بازوی 81.4 متر ، هر جفت در یک طرف از ساختمان را نشان می دهد . این کرین ها با استفاده از ریلی به طول 230 متر در سمت چپ و 245 متر در سمت راست باتوجه به شکل 7 متصل شده اند. پیشنهاد شماره 2 با استفاده از 6 تاور با طول بازوی 75 متر است که 4 تای آنها براساس ریل مورد استفاده قرار گرفتند4 جرثقیل در حاشیه ساختمان بصورت دوعدد با طول ریل 130 در سمت چپ و دو عدد جرثقیل با طول ریل 160 متر در قسمت چپ ساختمان قرار گرفتند و دو تای دیگر در دو سمت دیگر ساختمان قرار گرفتند. این راه حل بسیار پر هزینه و نیازمند تعداد مختصات و هماهنگی زیادی از تاورها برای هم پوشانی آنها بود شکل 7 . مدل الگوریتم ژنتیک استفاده شده جهت بهینه سازی طرح جرثقیل با توجه به محدودیت های بهره برداری است . نتایج به دست آمده از مدل GA پیشنهاد استفاده از چهار جرثقیل را می دهد . دو جرثقیل با طول بازوی 75 متر در شمال و در سمت غرب، در حالی که دو عدد دیگر با طول بازوی 81.4 متر در شرق و غرب برای برآورده کردن تقاضاها نصب شده در شکل 8 نشان داده شده است.
راه حل پیشنهادی توسط فروشندگان جرثقیل از طریق فرآیند مقایسه با در نظر گرفتن خروجی مدل TCrane_Opt را با در نظرگرفتن هزینه های مستقیم و غیر مستقیم هزینه های هر جرثقیل در جداول 11 تا 13 در نظر گرفته شده . هزینه مستقیم به دو قسمت استفاده از تاورها به صورت اجاره و استفاده از ریل تقسیم شده است . هزینه غیر مستقیم به هزینه حرکت، نصب، پیاده سازی و تست قطعات برای تمامی جرثقیل تقسیم می شود . با مقایسه هزینه طرح فروشندگان و خروجی مدل TCrane_Opt ، طرح TCrane_Opt صرفه جویی بالایی را نشان می دهد که در جدول11 نشان داده شده است 45 درصد در مقایسه با گزینه (1) و 12٪ به نسبت گزینه 2. با مشاهده هزینه های غیر مستقیم که در جدول 12 و 13 نشان داده شده است . TCrane_Opt نشان می دهد هزینه اضافی در گزینه (2) نتیجه استفاده از جرثقیل با بازوی 81.4 متری است ، با این حال، خروجی مدل هنوز هم کمتر از گزینه 1 است . با توجه به هر دو هزینه های مستقیم و غیر مستقیم، مدل TCrane_Opt هزینه کمتری را با مورد مطالعه و صرفه جویی در مجموع 44 درصد در مقایسه با گزینه (1) و 10 درصد در مقایسه با گزینه 2 فراهم می کند.
4. جرثقیل برجی مدل BIM
مدل BIM در مدیریت عملیات تاور کرین با استخراج مقادیر از مدل 3 بعدی که توسط مدل الگوریتم ژنتیک . بدست آمده مورد نیاز است همچنین، تجسم کل ساختمان به درک بهتری برای انتخاب طرح جرثقیل می انجامد . در نهایت، ابزار تشخیص برخورد برای کاهش خطر تصادف جرثقیل به منظور جلوگیری از حوادث ناشی از برخورد جرثقیل ها در محل فعال می شود.
4.1. اجرای فرآیندهای BIM
استفاده از فن آوری BIM مزایای عمده ای برای صنعت ساخت و ساز دارد ، به عنوان مثال به صرفه جویی در هزینه و زمان کمک می کند .الگوی دقیق ساختمان می تواند برای تمام اعضای تیم پروژه مفید باشد و اجازه برنامه ریزی بهتر و ظریفتری از فعالیت های ساخت و ساز می دهد و قدمی جلوتر برای محاسبه مشکلات آینده است ، در نتیجه باعث کاهش خطاهای احتمالی می شود [6]. میزان اطلاعاتی که می توان از مدل BIM استخراج کرد به سطح جزئیات در مدل و عملکرد این اطلاعات بستگی دارد. . در این مطالعه، سطح اطلاعات مورد نیاز BIM بر اساس توان پیمانکار و چشم انداز سطح بالاتری از جزئیات به منظور انجام هر گونه فعالیت است.
پیمانکار نیاز به یک مدل کامل سه بعدی با تمام اطلاعات مربوط به هر یک از اجزا در مدل BIM دارد
این اطلاعات شامل ابعاد دقیق از مدول های اجسام، وزن هر یک از ماژول برداشته شده، سطح نصب و راه اندازی هر یک از ماژول ها و در نهایت مواد هر ماژول . مدل بهینه سازی شده با در نظر گرفتن تمام اطلاعات از مدل BIM و پیشنهاد موقعیت مناسب چهار جرثقیل ، یکی در هر طرف از ساختمان، که در آن دو جرثقیل برج بر روی ریل نصب شده است، می باشد .
چهار جرثقیل در اطراف ساختمان در ضلع های شمالی ، جنوبی، شرق و غرب توزیع شده اند . جرثقیل ها با توجه به شماره سریال خود نام گذاری شدند مثلا تاور کرین 27 (TC27) ، جرثقیل برجی 21 (TC21) ، جرثقیل برجی 17 (TC17) و جرثقیل برجی 18 (TC18). جرثقیل برجی شمالی (TC27) و جرثقیل برجی جنوبی (TC21) بر روی ریل های 77.50 متری به منظور برآورده کردن نیازهای پوشش نصب شده بودند . پس از اتمام مدل 3 بعدی BIM ،این مدل برای استفاده در : 1) استخراج مقادیر برای آماده سازی طرح جرثقیل و 2) استخراج مختصات دکارتی مدول ها که در آن همه ی مختصات باید تحت پوشش گروه جرثقیل ها قرار گیرد 3) چک کردن شرایط سایت و ارزیابی خطراتی که در مسیر جرثقیل موجود می باشد، و چک کردن این که آیا در سایت ساخت و ساز چرخش بازوی جرثقیل می تواند یک سری مشکلات را بوجود آورد در طول عملیات بلند کردن اجسام و یا هنگامی که بار ها در امتداد بازو حرکت می کنند . پس از توسعه مدل سه بعدی، این الگو برای فرآیند بلند کردن مدول ها با دسته بندی هر جسم برداشته شده آماده می شود با توجه به نوع مواد در الگوی BIM وارد و دسته بندی می شوند . در طول فرآیند مدل سازی، هر یک از اعضای پروژه دقیقا با توجه به شرایطشان در واقعیت مدل می شوند و سپس برای انتخاب جرثقیل مطلوب برای بهره برداری استفاده می شود .
4.2. تشخیص برخورد جرثقیل
گام بعدی پس از توسعه مدل 3بعدی اضافه کردن بعد زمان و تشکیل مدل 4 بعدی است.
هدف اصلی از استفاده از مدل 4 بعدی ، بررسی پیشرفت ساخت و ساز و نظارت بر فعالیتها و چگونگی حرکت جرثقیل هاست با توجه به این امر که جرثقیل های دیگر به خصوص در مناطق میانی با هم تداخل دارند . . ایجاد مدل 4بعدی شامل سه گام اصلی است، که در آن گام اول شروع مدل 3 بعدی با تمام اطلاعات مورد نیاز در هر جزء از ساختمان. گام دوم به منظور توسعه برنامه ریزی بلند کردن اجسام با توجه به تکالیف آغاز شده توسط مدل الگوریتم ژنتیک است. گام نهایی در توسعه مدل 4 بعدی بررسی تداخل های احتمالی که بین گروه های جرثقیل رخ می دهد است در حالی که کار به طور همزمان در همان منطقه انجام می شود . اولین قدم با وارد کردن مدل 3 بعدی به نرم افزار تشخیص برخورد آغاز می شود ، پس از آن، هر جرثقیل عملیات بلند کردن اجسام را با توجه به برنامه شروع می کند ، که در آن حرکت جرثقیل برای هر گونه برخوردها ممکن نظارت می شود. هنگامی که یک برخورد مشاهده می شود در ابزار BIM یک هشدار داده می شود و فضایی که در آن هشدار روی می دهد هایلایت می شود.
ین فرایند تا زمانی که ابزار تشخیص برخورد هیچ خطا یا هشداری ندهد تکرار می شود. . به این ترتیب، هیچ گونه هزینه اضافی و تاخیر برای حل و فصل وجود نخواهد داشت.
اقدامات جدید کاهش خطرات باید در برنامه بلندکردن اجسام منعکس شده باشد . با بکار یستن روش های فوق، مجموعه ای از برخوردها پیدا شد . اولین مجموعه از برخوردها مابین بازوهای جرثقیل های سیار رخ می دهد به عنوان مثال، TC 17 با TC 27 . همانطور که در شکل 9 نشان داده شده است . بنابراین، جرثقیل ها در مدل های مختلف نصب شده برای جلوگیری از هر گونه برخورد بین بازوهای جرثقیل در طول نصب و راه اندازی و بلند کردن اجسام شکل 10 .
سری دوم از برخوردها بین جرثقیل ها و سازه ساختمان در طول عملیات بلند کردن اجسام یافت شد ، به عنوان نمونه کابل های جرثقیل می تواند با برخورد با عناصر پیش ساخته باعث آسیب شدید به لبه دال شود . باقیمانده عملیات باید مورد مطالعه قرار گیرد برای تعیین طرح امن ترین بلند کردن و برای جلوگیری از هر گونه برخورد یا نگهداری ایمن. این بررسی بسیار مهم است به عنوان نمونه جرثقیل برجی می تواند در حالی که بار را از روی زمین بلند می کند باعث خسارت جدی به عناصر ساختمانی شود.
اجتناب از این سناریوی برخورد بستگی به سه عامل مهم دارد:
1) توسعه یک طرح بلند کردن اجسام و آماده سازی عناصر مدول
2) تصمیم گیری در مورد محل نقاط تامین و ارتفاع مورد نیاز کابل جرثقیل برای بالابردن بار بیش از ارتفاع ساختمان
3) استخدام اپراتور ماهر جرثقیل.
اجرای مدل 4 بعدی نشان می دهد که سری سوم از برخوردها، که در آن کابل جرثقیل بلندتر با بازوی جرثقیل دیگر برخورد می کند . این نوع از برخوردها می تواند رخ دهد، اگر هیچ برنامه ریزی مناسب برای زمان بندی بارگیری وجود نداشته باشد . این برخورد می توانید باعث سقوط بار برداشته شده توسط جرثقیل به پایین شود، که ممکن است حوادث جدی، آسیب به سازه ساختمان، و یا خسارت به جرثقیل وارد کند که خود باعث تاخیر در زمان و هزینه اضافی به پروژه می شود . این حادثه ممکن را می توان با یک برنامه ریزی بلند کردن اجسام کاهش داد که نشان می دهد که زمان نصب هر یک از اسلب های مدول و ناحیه عملکردی هر یک از بازوهای جرثقیل برای جلوگیری از برخورد چگونه است شکل 11.
همه این حوادث احتمالی بدون کمک از مدل 4 بعدی واضح نخواهد بود . روند نظارت و کنترل برخوردها در تمام برنامه زمانبندی پروژه تا زمانی که جرثقیل ها هستند به منظور به حداقل رساندن احتمال برخورد و کاهش احتمال تصادفات باید انجام شود .
5. نتیجه گیری ها
این مقاله یک چارچوب با استفاده از اطلاعات مدل سازی ساختمان (BIM) برای برنامه ریزی محل جرثقیل برجی در پروژه های ساخت و ساز را معرفی می کند. این چارچوب شامل سه مدل:
1) الگوی تصمیم گیری برای انتخاب مناسب ترین نوع از جرثقیل برجی برای کار مورد نظر .
2) الگوی بهینه برای کمک به انتخاب مشخصات جرثقیل برجی؛ تعداد تاور کرین مورد نیاز و طرح بهینه از این جرثقیل ها.
3) ) BIM-basedmodel به منظور بررسی مکان از مدل الگوریتم ژنتیک ، استفاده از تشخیص برخورد و سقوط و توسعه طرح 4 بعدی. الگوی تصمیم گیری برای انتخاب نوع جرثقیل برج که منطبق بر نیاز پروژه توسعه داده شده . مدل توسعه یافته با بهره گیری از فرایند تحلیلی سلسله مراتبی (AHP) به روش برای کمک به انتخاب مناسبترین جرثقیل برج است . تجزیه و تحلیل حساسیت در انجام شد معیارهای AHP به منظور آشکار معیارهای مهم ترین و ترین اندازه گیری انتقادی از عملکرد که ممکن است تصمیم را تحت تاثیر فرآیند قرار سازد . نتایج نشان داد که برج سر چکش جرثقیل یکی از حساس ترین قسمت های آن است که با بالاترین ضرایب حساسیت است .
بهینه سازی به نامTCrane_Opt) ) مدل با بهره گیری از الگوریتم های ژنتیکی است. این روش تعداد بهینه تاور کرین را بر اساس طول فلش تاورها تحت پوشش قرار می دهد . در این روش با استفاده از مختصات دکارتی و اختصاص ماژول برداشته به هر جرثقیل مکان یابی می کند . این اجازه می دهد تا الگو به شکل یک طرح در نظارت بر بهره برداری جرثقیل و نظارت بر اقدامات احتیاطی استفاده گردد. پیشنهاد TCrane_Opt قادر به در نظر گرفتن سه نوع محدودیت از جمله محدودیت های محل و محدودیت های عملیاتی و محدودیت های مرزهای ساختمان به منظور رسیدن به راه حل بهینه است. در نهایت، الگوی BIM-عملیات بلند کردن اجسام را به شیوه ای پویا تسهیل کرده و مدیریت عملیات جرثقیل برجی را بوسیله استخراج مقادیر مدل 3 بعدی مورد استفاده قرار می دهد که این مدل 3 بعدی بر اساس یک مدل بهینه مدل سازی شده. همچنین، کل ساختمان را با استفاده از طرح انتخابی بهینه تاورها مجسم می کند. برنامه ریزی 4 بعدی BIM در درک توالی عملیات بلند کردن و بررسی کردن در صورت وجود برخورد که می تواند بین جرثقیل ها در حین عملیات اتفاق می افتد بسیار مفید است.
چارچوب پیشنهادی می تواند در آینده برای آدرس دهی محدودیت های زمانی خود گسترش پیدا کند و به ماهیت پویای سایت های ساختمانی و ترکیب ابزار شبیه سازی کمک کند. همچنین، الگوی BIM را می توان با اضافه کردن ویژگی های عملکردی و قابلیت هایی همچون توابع فضایی پیشرفته و مدل سازی جرثقیل سیار نیز بهبود یابد.
منابع:
[1] K.M.A. Al-Harbi, Application of the AHP in project management, International
Journal of Project Management, Vol. 19, No. 1, Elsevier 2001, pp. 19–27, http://dx.
doi.org/10.1016/S0263-7863(99)00038-1.
[3] M. Al-Hussein, M. Athar Niaz, H. Yu, H. Kim, Integrating 3D visualization and simu-
lation for tower crane operations on construction sites, Automation in Construction.
vol. 15, No. 5, Elsevier, 2005 554–562, http://dx.doi.org/10.1016/j.autcon.2005.07.
007.
[4] K. Alkriz, J. Mangin, A new model for optimizing the location of cranes and construction
facilities using genetic algorithms, 21st Annual ARCOM Conference, University
of London, vol. 2, Association of Researchers in Construction Management 2005,
pp. 981–991.
[6] C. Eastman, P. Teicholz, S. Rafael, K. Liston, A Guide to Building Information Modeling
for Owners, Managers, Designers, Engineers, and Contractors, 2nd edition John
Wiley & Sons Inc., 2011
[7] A. Ishizaka, A. Labib, Analytic hierarchy process and expert choice: benefits and
limitations, OR Insight. vol. 22, No. 4, Palgrave Macmillan, 2009 201–220.
[8] D.Y. Kevin, Application of the Analytic Hierarchy Process Optimization Algorithm in
Best Management Practice SelectionMSc. Thesis Faculty of Virginia Polytechnic
Institute and State University, Blacksburg, Virginia, US, 2006.
[10] H. Li, P. Love, Site-level facilities layout using genetic algorithms, Journal of Computing
in Civil Engineering, Vol. 12, No. 4, ASCE 1998, pp. 227–231, http://dx.doi.org/10.
1061/(ASCE)0887-3801(1998)12:4(227).
[11] M. Marzouk, O. Amer, M. El-Said, Feasibility study of industrial projects using ‘Simos’
procedure, Journal of Civil Engineering and Management, Vol. 19, No. 1, Taylor &
Francis 2013, pp. 59–68, http://dx.doi.org/10.3846/13923730.2012.734855.
[12] M. Marzouk, H. Zein El-Dein, M. El-Said, Framework for Multi-objective Optimization
of Launching Girder Bridges, Journal of Construction Engineering and Management,
ASCE, Vol. 135, No. 8, ASCE 2009, pp. 791–800, http://dx.doi.org/10.1061/
(ASCE)0733-9364(2009)135:8(791).
[13] M. Marzouk, H.Z. El-Dein, M. El-Said, Application of computer simulation to construction
of incremental launching bridges, Journal of Civil Engineering and Management,
Vol. 13, No. 1, Taylor & Francis 2007, pp. 27–36, http://dx.doi.org/10.
1080/13923730.2007.9636416.
[14] M. Marzouk, O. Moselhi, A decision support tool for construction bidding, Construction
Innovation, Information, Process and Management Journal, Vol. 3, No. 2, Emerald
Group Publishing Limited 2003, pp. 111–124, http://dx.doi.org/10.1108/
14714170310814882.
[15] M.J. Mawdesley, S.H. Al-jibouri, H. Yang, Genetic algorithms for construction site layout
in project planning, Journal of Construction Engineering and Management,
ASCE, Vol. 128, No. 5, ASCE 2002, pp. 418–426, http://dx.doi.org/10.1061/
(ASCE)0733-9364(2002)128:5(418).
[16] Y. Rosenfeld, A. Shapira, Automation of existing tower cranes: economic and
technological feasibility, Automation in Construction, Vol. 7, No. 4, Elsevier 1998,
pp. 285–298, http://dx.doi.org/10.1016/S0926-5805(98)00049-1.
[17] T.L. Saaty, Decision Making for Leaders, PWS-Kent Publishing, Boston, 1982.
[18] R. Sacks, R. Navon, I. Brodetskaia, A. Shapira, Feasibility of automated monitoring of
lifting equipment in support of construction project control, Journal of Construction
Engineering and Management, ASCE, Vol. 131, No. 5, ASCE 2005, pp. 604–614,
http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9364(2005)131:5(604).
[19] A. Shapira, G. Lucko, C.J. Schexnayder, Cranes for building construction projects,
Journal of Construction Engineering and Management, ASCE, Vol. 133, No. 9, ASCE
2007, pp. 690–700, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9364(2007)133:9(690).
[20] S.N. Sivanandam, S.N. Deepa, Introduction to Genetic Algorithm, Springer-Verlag
Berlin Heidelberg, 2008.
[21] C.L. Tam, T.K.L. Tong, W.K.W. Chan, Genetic algorithm for optimizing supply locations
around tower crane, Journal of Construction Engineering and Management,
ASCE, Vol. 27, No. 4, ASCE 2001, pp. 315–321, http://dx.doi.org/10.1061/
(ASCE)0733-9364(2001)127:4(315).
[22] E. Triantaphyllou, A. Sلnchez, A sensitivity analysis approach for some deterministic
multi-criteria decision making methods, Decision Sciences, Vol. 28, No. 1, John
Wiley & Sons 1997, pp. 151–194, http://dx.doi.org/10.1111/j.1540-5915.1997.
tb01306.x.
[23] P. Zhang, F.C. Harris, P.O. Olomolaiye, G.D. Holt, Location optimization for a group
of tower cranes, Journal of Construction Engineering and Management, ASCE,
Vol. 125, No. 2, ASCE 1999, p. 115-112, http://dx.doi.org/10.1061/(ASCE)07339364(1999)125:2(115).
[24] A. Shapira, M. Simcha, AHP-based weighting of factors affecting safety on construction
sites with tower cranes, Journal of Construction Engineering and Management
135 (4) (2009) 307–318.
[25] E.P. Karana, J. Irizarry, Extending BIM Interoperability to Preconstruction Operations
Using Geospatial Analyses and Semantic Web Services, Automation in Construction
53 (2015) 1–12.
[26] H. Astour, V. Franz, BIM-and Simulation-Based Site Layout Planning, Computing in
Civil and Building Engineering 2014 (2014) 291–298.
[27] J. Irizarry, E.P. Karan, F. Jalaei, Integrating BIM and GIS to Improve the Visual Moni-
toring of Construction Supply Chain Management, Automation in Construction 31
(2013) 241–254.
[28] Javier Irizarry, Ebrahim P. Karan, Optimizing location of tower cranes on construction
sites through GIS and BIM integration, Journal of Information Technology in
Construction (ITcon) 17 (2012) 351–366.
بهینه سازی انتخاب تاور کرین ها در پروژه
با استفاده ازمدل های اطلاعات ساختمان و الگوریتم ژنتیک
Decision support for tower crane selection with building information
models and genetic algorithms
Mohamed Marzouk a Ahmed Abubakr
Construction Engineering and Management, Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Cairo University, Egypt
b Structural Engineering Department, Faculty of Engineering, Cairo University, Egypt
a r t i c l e i n f o a b s t r a c t
Article history:
Received 10 November 2014
Received in revised form 12 September 2015
Accepted 20 September 2015
Available online xxxx
Keywords:
Decision making
Tower cranes
Building information modeling
Analytical hierarchy process
Genetic algorithms
پروژه درس ماشین الات
استاد : دکتر روانشادنیا
ترجمه :روح الله سعیدی منش
Rsmanesh2@yahoo.com
مهندسی ومدیریت ساخت تهران جنوب
بهمن 94
آرشيو مطالب...