Geri Dön

Multi-objective optimization model for trade-offs in construction projects

İnşaat projelerinde ödünleşimler için çok amaçlı optimizasyon modeli

PDF İndir

  1. Tez No: 844974
  2. Yazar: HARUN TÜRKOĞLU
  3. Danışmanlar: PROF. DR. GÜL POLAT TATAR
  4. Tez Türü: Doktora
  5. Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
  13. Sayfa Sayısı: 109

Özet

İnşaat projelerinin karmaşıklığı ve zorluğu arttıkça, inşaat proje yöneticileri projenin başarıyla tamamlanması için gerekli tüm kritik hedefleri dikkate alan ayrıntılı bir iş programı geliştirmelidir. Gerçekçi bir iş programın geliştirilmesi, proje hedeflerinin başarıyla gerçekleştirilmesi için son derece önemlidir. Bu hedefleri optimize etmeyi amaçlayan iyi geliştirilmiş bir iş programı, proje performansını artırma potansiyeline sahiptir. Fakat, bu hedefler arasında denge sağlamak, aralarındaki çatışma nedeniyle zordur. Örneğin; kaynakların (işgücü, ekipman, vs.) miktarının veya verimliliğinin artırılması, projenin maliyetini artırma pahasına da olsa, projenin süresini kısaltma potansiyeline sahiptir. Tersine, kaynakların miktarının veya verimliliğinin azaltılması, bir projenin maliyetini düşürürken aynı zamanda proje süresini uzatma potansiyeline sahiptir. Bu nedenle, etkili bir proje yönetimi için proje yöneticilerinin bu hedefler arasında uyumlu bir denge kurması gerekmektedir. Etkili proje planlama ve çizelgeleme, inşaat firmalarının mevcut yüksek rekabetçi iş ortamında hayatta kalmalarını sağlamak açısından büyük önem taşımaktadır. İnşaat projelerinin çizelgelenmesi söz konusu olduğunda, zaman ve maliyet genellikle en önemli hedefler olarak kabul edilir. Kritik Yol Yöntemi'nin (CPM) 1950'lerin sonunda ortaya çıkmasından bu yana geleneksel zaman-maliyet ödünleşimi (TCT) problemi üzerine kapsamlı araştırmalar yapılmıştır, çünkü bu problem, proje yöneticilerinin bir inşaat projesinin planlama ve çizelgeleme sürecinde karşılaştıkları en zorlu görevler arasında yer almaktadır. Matematik ve bilgisayar bilimlerinde uzman araştırmacılar, matematiksel, sezgisel ve meta sezgisel yöntemlerin ve hibrit yaklaşımları kullanan farklı modeller geliştirerek TCT probleminin ele alınmasında kayda değer ilerlemeler sağlamışlardır. Çok sayıda araştırmacı kalite, iş programı esnekliği, kaynak kullanımı, nakit akışı, güvenlik ve çevresel etki gibi ek hedefleri de TCT problemine dahil etmeye çalışmıştır. Önceki optimizasyon çalışmaları, proje hedeflerini farklı bakış açılarından inceleyerek mevcut literatüre önemli katkılar sağlamış olsa da, hiçbiri tanımlanabilir ve ölçülebilir proje hedeflerinin tümünü aynı anda kapsamlı bir şekilde ele almamıştır. Yeterli sayıda proje hedefine ulaşma olasılığını artıran iş programları oluşturmak için çok amaçlı bir optimizasyon modeline ihtiyaç duyulduğu açıktır. Bu tezin arkasındaki motivasyon, mevcut araştırma boşluğunu ele alma gerekliliğinden kaynaklanmaktadır. Bu tezin amacı, Golden Eagle Optimizer (GEO) algoritmasını kullanan kapsamlı bir çok amaçlı optimizasyon modeli geliştirmektir. GEO tabanlı çok amaçlı optimizasyon modelinin geliştirilmesi, MATLAB 9.13 (R2022b) kodunun uygulanmasını içermiştir. Bu model, bir inşaat projesiyle ilişkili tüm ölçülebilir hedefleri aynı anda ve etkin bir şekilde ele almak üzere tasarlanmıştır. Önerilen model, inşaat projesi çizelgeleme alanında önceki geliştirilmiş optimizasyon modellerinden bazı temel yönlerle ayrışmaktadır: •Sınırsız sayıda hedefi aynı anda optimize etme yeteneğine sahiptir. •CRiteria Importance Through Inter-criteria Correlation (CRITIC) yöntemini kullanarak hedeflerin göreceli önemini objektif olarak belirleme yeteneğine sahiptir. •Genetik Algoritmalar (GAs) ve Parçacık Sürü Optimizasyonu (PSO) gibi klasik optimizasyon algoritmalarına kıyasla hızlı yakınsaması ve azaltılmış parametre talepleriyle tanınan GEO algoritmasına dayanmaktadır. Dahası, bu tezin diğer amaçları aşağıdaki gibi açıklanabilir: •Optimize edilen hedeflere ve hedef sayısına bağlı olarak optimum uzlaşma çözümlerinde farklılıklar olup olmadığını tespit etmek. •İkiden fazla amaç içeren bir optimizasyon problemi söz konusu olduğunda, elde edilen her bir çözümü teker teker değerlendirmek yerine toplu olarak değerlendirmenin daha doğru olup olmadığını tespit etmek. •Önerilen modelin PSO tabanlı ve matematiksel modellere kıyasla önemli ölçüde daha kısa bir zaman dilimi içinde etkin bir şekilde optimum uzlaşma çözümleri üretip üretemeyeceğini değerlendirmek. •Kaynak kısıtlamaları mevcut olduğunda veya olmadığında çözümün herhangi bir farklılık gösterip göstermediğini tespit etmek. Önerilen modelin pratikliği, doğruluğu ve verimliliği örnek bir proje üzerinde değerlendirilmiştir. Ayrıca, aynı hedefe ulaşmak için PSO tabanlı ve matematiksel olmak üzere iki model formüle edilmiştir. Daha sonra, PSO tabanlı ve matematiksel modeller yukarıda bahsedilen aynı örnek proje için uygulanmış, ardından elde edilen sonuçlar önerilen modelden elde edilenlerle karşılaştırmalı olarak analiz edilmiştir. Bu tezin başlıca sonuçları aşağıdaki gibidir: •Optimize edilen hedeflerin sayısı ve niteliğine bağlı olarak, elde edilen optimum uzlaşma çözümleri değişkenlik göstermektedir. •İkiden fazla amaç içeren optimizasyon problemlerinde, her bir çözümü tek tek değerlendirmek yerine bütünsel olarak değerlendirmek gerekmektedir. •PSO tabanlı ve matematiksel modellerle karşılaştırıldığında, önerilen model son derece kısa bir süre içinde tam olarak aynı çözümleri üretmiştir. •Elde edilen çözümler gerçekten de kaynak kısıtlamalarından etkilenmektedir. Önerilen model, proje yöneticilerine ihtiyaç duydukları sayıda hedefi etkin bir şekilde dengeleyen kapsamlı bir iş programı sunmayı ve böylece başarılı proje performansına ulaşma olasılığını artırmayı amaçlamaktadır. Önerilen model, inşaat proje yöneticileri tarafından tüm tanımlanabilir ve ölçülebilir proje hedeflerini aynı anda optimize etmek için pratik bir şekilde uygulanabilir. Bunu takiben, model tarafından üretilen gerçekçi optimum uzlaşma çözümleri kullanılarak proje hedefleri etkin bir şekilde başarılabilir. Ayrıca, önerilen model, hedeflerin önemini objektif olarak belirlemek için CRITIC yönteminin kullanılmasının yanı sıra, proje yöneticilerinin projenin doğası, özellikleri, nitelikleri ve diğer iç veya dış faktörler hakkındaki görüşleri doğrultusunda hedeflerin önemini öznel olarak belirlemelerine de olanak tanımaktadır. Önerilen modelin, proje yöneticilerine ihtiyaç duydukları kadar amacı eş zamanlı olarak dengeleyen bir çalışma programı sunarak başarılı proje performansı şansını artırması beklenmektedir. Sonuç olarak, önerilen GEO tabanlı model, proje yöneticilerine bir projenin temel hedeflerine etkin bir şekilde ulaşmaları için kapsamlı, kesin ve verimli çözümler sunmaktadır.

Özet (Çeviri)

As the complexity and difficulty of construction projects increase, it is imperative for project managers to develop a detailed work schedule that takes into account all critical objectives necessary for the successful completion of the project. The development of a realistic schedule is of utmost importance in order to successfully accomplish project objectives. A well-organized work schedule that aims to optimize these objectives has the potential to improve project performance. Nevertheless, obtaining balance among these objectives poses a challenge due to the frequent occurrence of conflicts between them. On one hand, augmenting the quantity or efficiency of resources (e.g., labor and equipment) has the potential to reduce the duration of a project, albeit at the expense of escalating the cost of the project. Conversely, diminishing the quantity or efficiency of resources has the potential to decrease the cost of a project while at the same time extending its duration. Therefore, for effective project management, project managers must attain a harmonious balance among these objectives. Effective project planning and scheduling is vital for construction companies to ensure their survival in the current highly competitive business environment. When it comes to the scheduling of construction projects, time and cost are generally regarded as the most critical objectives. Extensive research has been conducted on the traditional time-cost trade-off (TCT) problem since the introduction of the Critical Path Method (CPM) in the late 1950s, because this particular problem is notable for being among the most challenging responsibilities that project managers experience during the planning and scheduling phase of a construction project. Scholars specializing in computer science and mathematics have made noteworthy advancements in addressing the TCT problem by developing different models that utilize mathematical, heuristic, and meta-heuristic methods, along with hybrid approaches. Numerous researchers have also attempted to incorporate additional objectives such as quality, schedule flexibility, resource usage, cash flow, safety, and environmental impact, into the TCT problem. Although previous optimization studies have made significant contributions to the literature by exploring project objectives from different points of view, none of them have comprehensively addressed all of the identifiable and measurable project objectives at the same time. It is clear that a multi-objective optimization model is needed to generate work schedules that enhance the probability of achieving a sufficient number of project objectives. The motivation behind this thesis stems from the necessity to address the existing research gap. The objective of this thesis is to develop a comprehensive multi-objective optimization model utilizing the Golden Eagle Optimizer (GEO) algorithm. This model is designed to effectively handle all measurable objectives associated with a construction project at the same time. The proposed model differentiates itself from previous optimization models in the domain of construction project scheduling through several key aspects: •it is capable of simultaneously optimizing an infinite number of objectives. •it possesses the ability to objectively determine the relative importance of the objectives by using the CRiteria Importance Through Inter-criteria Correlation (CRITIC) method. •its foundation lies in the GEO algorithm, which is renowned for its expeditious convergence and diminished parameter demands when compared to traditional optimization algorithms such as Genetic Algorithms (GAs) and Particle Swarm Optimization (PSO). Furthermore, the objectives of this thesis can be explained as follows: •to ascertain if there are variations in the optimal compromise solutions based on the objectives being considered and the number of objectives. •in the case of an optimization problem comprising more than two objectives, to ascertain if it is preferable to evaluate each solution collectively rather than one at a time. •to assess if the proposed model can effectively generate optimal compromise solutions within a significantly shorter time frame compared to PSO-based and mathematical models. •to ascertain if the solution exhibits any differences when resource constraints are present or absent. The practicality, precision, and efficiency of the proposed model were evaluated in an example project. Moreover, two models, namely PSO-based and mathematical, were formulated with the intention of achieving the exact same objective. After that, PSO-based and mathematical models were implemented for the aforementioned illustrative project, followed by a comparative analysis of the obtained results with those derived from the proposed model. The main results of this thesis are as follows: •In accordance with the number and character of the objectives being addressed, the optimal compromise solutions generated vary. •In optimization problems involving more than two objectives, it is essential to evaluate each solution holistically rather than one by one. •In comparison to the PSO-based and mathematical models, the proposed model generated precisely the same solutions in an exceptionally brief period of time. •The solutions obtained are indeed influenced by resource constraints. The proposed model is intended to offer project managers with a comprehensive work schedule that effectively balances the necessary number of objectives, thus increasing the probability of attaining successful project performance. The proposed model can be practically implemented by construction project managers to simultaneously account for all comprehensible and measurable project objectives. Following that, the project objectives can be effectively accomplished through the use of the realistic optimal compromise solution generated by the model. In addition, the proposed model allows project managers to subjectively set the importance of objectives in accordance with their understanding of the project's nature, specifications, attributes, and other internal or external factors, as opposed to utilizing the CRITIC method to objectively determine the importance of objectives. In conclusion, the proposed GEO-based model presents project managers with holistic, precise, and efficient solutions to effectively achieve the essential objectives of a project.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    29775

    Optimal expansion of capacity in multi-aquifer systems

    Çok katlı akifer sistemlerinde kapasitenin geliştirilmesi

    HAKAN BAŞAĞAOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    1993

    Jeoloji MühendisliğiOrta Doğu Teknik Üniversitesi

    Jeoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HASAN YAZICIOĞLU

  2. Tez No

    401325

    Object oriented paradigm for optimization model enhancement

    Başlık çevirisi yok

    SELÇUK CİMTALAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2000

    Makine MühendisliğiGeorgia Institute of Technology

    DR. ROBERT E. FULTON

    DR. RUSSEL PEAK

  3. Tez No

    387374

    Cooperative sensing scheduling strategies for cognitive radio networks

    Bilişsel radyo ağları için yardımlaşmalı algılama çizelgeleme stratejileri

    ŞEFİK SALİM ERYİĞİT

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2014

    İletişim BilimleriBoğaziçi Üniversitesi

    Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. TUNA TUĞCU

  4. Tez No

    269655

    Trade-offs in active suspension design

    Otomotiv süspansiyon tasarımında uzlaşım eğrileri

    SEMİHA TÜRKAY

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Makine MühendisliğiAnadolu Üniversitesi

    Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. HÜSEYİN AKÇAY

  5. Tez No

    887633

    Çok amaçlı kaynak kısıtlı çoklu proje çizelgeleme problemi ve bir traktör firmasında uygulama

    Multi-objective resource constrained multiple project scheduling problem and its application in a tractor company

    CEMRE NUR DİNÇKURT BİÇER

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2024

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. ÖZGÜR KABAK

Geri Dön