Tối ưu thời gian – chi phí xem xét trách nhiệm môi trường trong các dự án xây dựng đường giao thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

18
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết Tối ưu thời gian – chi phí xem xét trách nhiệm môi trường trong các dự án xây dựng đường giao thông trình bày mô hình toán tối ưu thời gian – chi phí có xem xét đến trách nhiệm môi trường và xây dựng quy trình ứng dụng thuật toán di truyền để giải quyết bài toán tối ưu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tối ưu thời gian – chi phí xem xét trách nhiệm môi trường trong các dự án xây dựng đường giao thông

ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 3 95 TỐI ƯU THỜI GIAN – CHI PHÍ XEM XÉT TRÁCH NHIỆM MÔI TRƯỜNG TRONG CÁC DỰ ÁN XÂY DỰNG ĐƯỜNG GIAO THÔNG TIME – COST OPTIMIZATION PROBLEM CONSIDERING ENVIRONMENTAL RESPONSIBILITIES IN ROAD CONSTRUCTION PROJECTS Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức Trường Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng; htmtruc@dut.udn.vn, paduc@dut.udn.vn Tóm tắt - Mối quan hệ giữa thời gian và chi phí trong xây dựng là Abstract - The relationship between time and cost in construction một trong những quyết định quản lý dự án quan trọng. Trong xu is one of important project management decisions. In the trend of thế phát triển bền vững, các dự án xây dựng được khuyến khích sustainable development, construction projects are encouraged to xem xét chi phí môi trường bên cạnh các chi phí truyền thống. consider environmental costs in addition to conventional Nghiên cứu này trình bày mô hình toán tối ưu thời gian – chi phí construction costs. This study presents the time-cost optimization có xem xét đến trách nhiệm môi trường và xây dựng quy trình ứng model considering environmental responsibilities, and develops a dụng thuật toán di truyền để giải quyết bài toán tối ưu. Thông qua procedure of applying genetic algorithms to solving the optimal ví dụ dự án Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh Lâm Đồng, mô hình problem. Through the case of Highway No.20 project across Lam nghiên cứu được minh họa và được kiểm tra độ nhạy, độ tin cậy Dong province, the proposed research model has demonstrated nhằm đảm bảo tính ổn định của mô hình. Kết quả nghiên cứu đã and tested the sensitivity, confidence level ensuring the validation hỗ trợ cho các nhà thầu lựa chọn giải pháp thi công thỏa mãn mục of the model. The study results support contractors in selecting tiêu tiến độ và chi phí dự án trong khi vẫn thực hiện nghĩa vụ môi effective construction solutions optimizing the project schedule and trường. costs while still fulfilling the environmental obligations. Từ khóa - thuật toán di truyền; thời gian; chi phí; môi trường; Key words - genetic algorithms; time; cost; environment; road. đường giao thông. 1. Đặt vấn đề 50 hộ gia đình trong cùng một năm. Vào năm 2008, Hoa Trong nền kinh tế thị trường, việc rút ngắn thời gian Kỳ có khoảng 8,5 triệu dặm làn đường bê tông nhựa và cũng như chi phí của các dự án là một nhu cầu tất yếu và khoảng 600.000 chiếc cầu, tiêu tốn hơn 25% tổng năng ngày càng phổ biến. Mối quan hệ giữa tiến độ và chi phí lượng tiêu thụ trên toàn Hoa Kỳ trong cả năm 2005 trong dự án xây dựng được là quyết định đánh đổi quan (Muench, 2011). Ngành công nghiệp xây dựng chịu trách trọng nhất trong quản lý dự án xây dựng. Trong bài toán nhiệm lớn cho lượng phát thải khí GHGs toàn cầu, ví dụ đánh đổi thời gian – chi phí trong dự án xây dựng truyền như giao thông, do sự phụ thuộc vào việc tiêu thụ nhiên thống, tổng chi phí của dự án bao gồm cả chi phí trực tiếp liệu hóa thạch để chuyển thành năng lượng vận hành các và chi phí gián tiếp. Chi phí trực tiếp cho dự án bao gồm thiết bị thi công. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch tạo ra khí CO2 trong không khí – là thành phần có hại nhất trong chi phí vật liệu, nhân công, thiết bị, và chi phí cho các nhà khí nhà kính. Việc gây ra khí nhà kính từ các thiết bị xây thầu phụ. Chi phí gián tiếp là những chi phí phục vụ chung dựng là lớn hơn nhiều về tỷ lệ phát thải trung bình so với cho toàn dự án. Nếu mỗi hoạt động được lập tiến độ trong các phương tiện giao thông vận tải, do sự khác nhau về loại khoảng thời gian mà chi phí trực tiếp tối thiểu, thì theo cách nhiên liệu, kỹ thuật động cơ và công suất máy (UW, 1997). này, thời gian để hoàn thành toàn bộ dự án có thể bị kéo rất Đối với những dự án xây dựng hạ tầng giao thông thì việc dài. Do đó, các nhà lập kế hoạch cần phân tích đánh đổi vận hành các thiết bị xây dựng trên công trường tạo ra phần thời gian – chi phí để rút ngắn thời gian dự án. lớn lượng phát thải khí nhà kính của dự án. Chủng loại, tuổi Ngày nay, các ngành công nghiệp, trong đó có ngành xây thọ và công suất thiết bị cũng như loại nhiêu liệu sử dụng dựng, ngày càng có nhiều nỗ lực trong việc xem xét yếu tố để vận hành máy ảnh hưởng rất lớn đến tỷ lệ phát thải tạo môi trường trong tất cả các hoạt động sản xuất và quản lý. ra (Avetisyan, 2010). Vì tính phức tạp của đặc thù kỹ thuật Trong những nằm gần đây, cộng đồng quốc tế đã và đang có các công tác, việc lựa chọn các máy móc thiết bị cần được những tiến bộ trong việc giảm thiểu các hoạt động gây ra sự xem xét cẩn thận hơn nhằm giảm thiểu khí thải từ dự án. biến đổi khí hậu toàn cầu, và vì thế nhiều giới hạn nghiêm ngặt Trong nghiên cứu này, tác giả đề xuất xem xét chi phí đã được áp dụng để giảm lượng cacbon trên Trái Đất (IPCC, môi trường bên cạnh các chi phí xây dựng truyền thống 2007). Ngành xây dựng cũng đã bắt đầu xem xét đánh giá trong tổng chi phí của dự án. Nghiên cứu tính toán chi phí lượng phát thải khí nhà kính để đánh giá tính khả thi và ưu tiên môi trường dựa trên mức thuế môi trường mà các doanh của các dự án một cách bền vững (Holton, Glass, và Price, nghiệp phải đóng cho chính phủ các quốc gia do việc tiêu 2010). Tuy nhiên, trong các lĩnh vực của ngành xây dựng thì thụ nhiên liệu hóa thạch vào quá trình sản xuất. Bên cạnh đa số nghiên cứu và nỗ lực quốc gia đều tập trung vào đánh việc xác định thời gian và chi phí xây dựng truyền thống, giá lượng phát thải khí nhà kính từ các tòa nhà. nghiên cứu này phát triển mô hình tính toán lượng khí nhà Theo báo cáo của Đại học Washington trong bộ tiêu chí kính tạo ra từ quá trình sử dụng năng lượng hóa thạch trong “Greenroads” năm 2011 về các tiêu chuẩn được ghi nhận quá trình thi công dự án xây dựng. Từ đó, chi phí thuế môi công trình xanh đối với đường giao thông, tại Hoa Kỳ, năng trường sẽ được tính toán dựa trên lượng khí thải vừa được lượng tiêu thụ cho một dặm đường bằng mức tiêu thụ của xác định. Nghiên cứu đề xuất áp dụng thuật toán di truyền
96 Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức để lựa chọn được phương án thi công vừa đáp ứng yêu cầu cho rằng việc đào đất với khối lượng lớn gây ra tỷ lệ khí tiến độ vừa tối thiểu được chi phí dự án. Ngoài ra, nghiên thải lớn nhất so với các công tác xây dựng còn lại cứu áp dụng trường hợp của Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh (Marshall, Rasdorf, Lewis, & Frey, 2012). Lâm Đồng làm ví dụ minh họa. 2.2. Phát triển mô hình 2. Kết quả nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu này là phát triển mô hình giúp các nhà thầu lựa chọn phương án thi công tối ưu tiến độ và chi 2.1. Khái quát nội dung liên quan phí dự án, trong đó có xem xét trách nhiệm môi trường thông 2.1.1. Tổng quan về vấn đề đánh đổi thời gian – chi phí qua phần chi phí thuế môi trường phải trả dựa trên lượng khí trong xây dựng thải tạo ra từ hoạt động thi công. Vì thế, bài toán tối ưu có hai Đã có nhiều phương pháp được đề xuất để giải quyết hàm mục tiêu chính là: thời gian hoàn thành và tổng chi phí các vấn đề đánh đổi thời gian – chi phí trong xây dựng. của dự án. Các hàm số toán học của các mục tiêu, các biến Nhìn chung, các phương pháp này được phân ra thành 03 quyết định và ràng buộc của các biến được mô tả như sau: nhóm: nhóm phương pháp toán học, nhóm phương pháp 2.2.1. Các biến quyết định tìm kiếm (heuristic) và nhóm meta-heuristic. Phương pháp Trong các dự án xây dựng có mức độ cơ giới hóa cao lập trình toán học chuyển đổi các vấn đề đánh đổi thời gian như các dự án xây dựng công trình giao thông, thời gian thực – chi phí (Time – Cost Trade-off Problem – TCTP) thành hiện các công tác phụ thuộc vào loại máy, số lượng và mức các mô hình toán học. Do đó, phương pháp này tốn nhiều độ sử dụng thời gian hiệu quả của máy móc và thiết bị thi thời gian và khó khăn cho các nhà lập kế hoạch tiến độ xây công (Peurifoy, 2002). Nghiên cứu này xem xét loại máy và dựng áp dụng trong thực tế, vì những người này không có số lượng máy là những yếu tố quyết định đến các mục tiêu vốn kiến thức toán học chuyên sâu. Theo phương pháp tìm nghiên cứu. Vì độ phức tạp trong tính toán cũng như trong kiếm (heuristic), tất cả các công tác của một dự án được thu thập, phân tích dữ liệu về mức độ sử dụng thời gian hiệu nhóm theo những sự kết hợp khả dĩ và lên tiến độ cho tất quả tại công trường, nghiên cứu chưa phân tích yếu tố này cả các công tác trong các nhóm được chọn để tối thiểu thời như là biến ảnh hưởng đến thời gian thực hiện dự án. gian dự án. Giới hạn của phương pháp heuristic là tùy thuộc vào loại vấn đề, dẫn đến việc khó áp dụng vào các dự án (1) Loại tổ máy: bao gồm các loại thiết bị - máy móc khác tương tự. Những phương pháp meta-heuristic khác nhau đã nhau (năng suất làm việc, đơn giá, định mức tiêu hao nhiên được nghiên cứu để giải quyết TCTP. Những phương pháp liệu khác nhau) với tỷ lệ số lượng giữa các máy đảm bảo yêu này bao gồm: thuật toán di truyền (GA), thuật toán bầy đàn, cầu kỹ thuật, ví dụ tỷ lệ số lượng ô tô tự đổ tương ứng với 01 thuật toán tiến hóa vi phân, … Trong đó, thuật toán di máy đào nhằm đảm bảo không có thời gian chờ và phù hợp truyền (genetic algorithm – GA) được áp dụng khá phổ với đặc điểm kỹ thuật của máy. Vì năng suất máy ảnh hưởng biến. Nhìn chung, GA dựa trên cơ chế tìm kiếm ngẫu nhiên, đến thời gian thực hiện công tác, nên năng suất tổ máy trở vì thế nó có thể giải quyết nhiều vấn đề tối ưu khác nhau thành biến quyết định trong mô hình nghiên cứu này. bằng cách tìm kiếm không gian giải pháp lớn hơn. (2) Số lượng tổ máy để thực hiện công tác phụ thuộc 2.1.2. Tổng quan tác động môi trường của các phương án vào số lượng máy móc thiết bị sẵn có của nhà thầu. thi công đường giao thông Sự kết hợp hai biến quyết định này tạo ra các phương Vấn đề phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến lượng khí án để thực hiện các công tác trong dự án. thải của các máy móc – thiết bị xây dựng cũng được nhiều 2.2.2. Các hàm mục tiêu tác giả nghiên cứu. Rasdorf và cộng sự (2012) đã đánh giá Mục tiêu 1: Tối thiểu thời gian hoàn thành dự án việc sử dụng nhiên liệu trên công trường và khí thải gây ra từ một dự án thương mại. Trong số 28 công tác được xem T p  min xét trong nghiên cứu này, có 4 công tác đào đất sử dụng T  max( F i )  max( S i  D i) với i  1, Q (1) máy ủi và máy đào thủy lực được xác định là nguyên nhân p gây ra khí thải nhiều nhất (Rasdorf, Lewis, Marshall, Trong đó: Arocho, & Frey, 2012). Việc đánh giá 2 dự án xây dựng cao tốc tại Hàn Quốc chỉ ra rằng, các máy đào đất tạo ra Q là số lượng công tác trong dự án; Si là thời điểm bắt lượng khí thải lớn nhất trong suốt quá trình xây dựng đầu công tác i; Fi là thời điểm kết thúc công tác i; (>90%), tiếp đến là ô tô tự đổ, máy ủi và máy xúc (Kim, Lee, Park, & Kim, 2012a, 2012b). Carmichael và cộng sự D (ngày) là thời gian hoàn thành công tác i: i (2012) đã nghiên cứu về việc sử dụng năng lượng, khí thải (2) cacbon và chi phí xây dựng của các công tác đào đất phục D  d .w i i i vụ xây dựng một bãi đỗ xe ngầm. Nghiên cứu cho rằng khí Với wi là khối lượng công tác i, d (ngày/đơn vị khối i thải tạo ra từ các công tác đất cao gấp 10 lần so với công lượng công tác) là thời gian cần thiết để thực hiện một đơn tác bê tông. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng việc sử dụng các vị khối lượng công tác i. máy đào và ô tô chở đất loại mới có thể giảm lần lượt 20% và 6% khí thải (Carmichael, 2012). Marshall và cộng sự - Nếu thời gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào việc (2012) đã phát triển một phương pháp liên kết các công tác vận hành máy thi công k, thì d  d , với d được xác định i k i k i xây dựng với khí thải và ghi nhận ảnh hưởng của loại động qua công thức sau: cơ, việc phân loại thiết bị, loại thiết bị và năng suất đến khí P k (3)  k i thải gây ra bởi việc sử dụng thiết bị. Nghiên cứu này cũng d i k N i
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 3 97 Trong đó, P ,N k k lần lượt là năng suất và số lượng tổ tạo ra năng lượng (Coxhead, Wattanakuljarus, & Nguyen, i i máy k thực hiện công tác i. 2013). Theo nghiên cứu này, các tác giả đã tính toán và tổng hợp chi phí cacbon được đánh vào mỗi kg CO2e cho từng - Nếu công tác i không có mức độ cơ giới hóa cao, thời loại nhiên liệu như Bảng 1. gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào hiệu suất làm việc Bảng 1. Chi phí thuế môi trường cho 1kg CO2e tại Việt Nam của nhân công. Nói cách khác, quan hệ giữa di và hai biến (Coxhead và cộng sự, 2013) quyết định là quan hệ rời rạc. Loại nhiên liệu Than Diesel Gasoline Mục tiêu 2: Tối thiểu tổng chi phí dự án USD/tấn-CO2e 0,71 20 47 C p  min Q   wi.P i .GHG i k k (11) C p  C D  C I  Taxenvi (4) GHG P i 1 Trong đó, là tổng chi phí để hoàn thành dự án, Trong đó, GHG P là tổng lượng khí thải từ dự án (đơn vị C p C là D chi phí trực tiếp, kg CO2e), GHG là khí thải tạo ra từ việc sử dụng tổ máy k C là chi phí gián tiếp, Tax là thuế môi k i I envi trường do việc sử dụng nhiên liệu hóa thạch trong sản xuất. để thực hiện công tác i trong một ngày làm việc, được xác định qua công thức sau: C  Q  Ci Ci (5) M L E C k   F .EFu  D i 1 i k (12) GHG i  u u  với C M , C ,C L i E i lần lượt là chi phí phí vật liệu, chi phí i i nhân công, chi phí máy thi công để thực hiện công tác i; được với u là số loại nhiên liệu mà tổ máy k sử dụng để thực hiện xác định lần lượt theo các công thức (6), (7), (8) như sau: công tác i; F u là mức tiêu hao nhiên liệu loại u để thực (6) hiện công tác i trong một ngày làm việc của tổ máy k. Dữ C  w .M M i i i liệu về F u có thể được tra cứu trong catalogue kỹ thuật với M là chi phí vật liệu để thực hiện một đơn vị khối lượng i của các loại thiết bị thi công. EF là hệ số chuyển đổi khí không phụ thuộc vào thời gian thực hiện công u công tác i; M i thải theo loại nhiên liệu được sử dụng để vận hành máy tác i, hay nói cách khác quan hệ giữa M i và d là rời rạc. k (Bảng 2). i Bảng 2. Hệ số chuyển đổi khí thải từ năng lượng (EPA, 2011) C  w .L L i i i (7) Loại năng lượng Đơn vị Kg-CO2e/l, kWh với L là chi phí nhân công để thực hiện một đơn vị khối Lit 2,663 i Diesel lượng công tác i. Điện kWh 0,7 - Nếu thời gian thực hiện công tác i phụ thuộc vào hoạt Như vậy, công thức (10) trở thành: động máy thi công k thì L i không phụ thuộc vào thời gian k wi.P i .  Fu .EFu  Q (13) Tax envi  c. k thực hiện công tác i. Nói cách khác, quan hệ giữa L và  i d i i 1 u i là quan hệ rời rạc. 2.2.3. Các ràng buộc - Nếu việc thực hiện công tác i phụ thuộc vào hoạt động Bài toán nghiên cứu có các ràng buộc sau đây: của nhân công thì L  f (d ) . i i k k (1) Ràng buộc giới hạn biến năng suất của tổ máy P i E  w i.d i .R i  w i. k k P . i k (8) C R P  k min P  k max với i  1, Q (14) i k i  Pi  k N i i i với R k là chi phí cho một ngày làm việc của tổ máy k được (2) Ràng buộc giới hạn số lượng tổ máy k : i N i chọn để thực hiện công tác i (đơn vị là VNĐ/ngày). C C I 0  b.T p (9) 1 N i  k N  k max i với i  1, Q (15) với là chi phí chuẩn bị ban đầu để triển khai thi công (3) Ràng buộc về thời gian bắt đầu của công việc đầu tiên: C 0 Để đơn giản, nghiên cứu này giả định thời điểm bắt đầu dự án; b là chi phí chung trung bình cho một ngày làm việc công việc đầu tiên sẽ bắt đầu ngay từ mốc 0: của nhà thầu. Tax envi  c.GHG p (10) S 0 1 (16) (4) Ràng buộc về quan hệ trước sau giữa các công tác: Trong đó, c là đơn thuế môi trường trên một đơn vị CO2e tạo ra trong quá trình sản xuất. Tại một số quốc gia, người ta Nếu là quan hệ kết thúc – bắt đầu (Finish to Start): còn gọi là chi phí cacbon (carbon price) hoặc là thuế cacbon   lag  ; t  P S d t t (17) S i (carbon tax). Mức thuế suất này là khác nhau giữa các quốc t ,i gia. Tại Việt Nam, Conxhead vaf cộng sự (2013) đã nghiên Nếu là quan hệ bắt đầu – bắt đầu (Start to Start): cứu về thuế cacbon tại Việt Nam dựa trên những chính sách  S i; t P thuế môi trường do việc tiêu thụ các nhiên liệu hóa thạch để S  lag t t ,i (18)
98 Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức Trong đó {P} là tập hợp các công tác liền trước công án tối ưu tác i; lagt,i (đơn vị: ngày) là thời gian khởi muộn giữa công 1. Hàm mục tiêu được đánh giá cho từng giải pháp s. tác i và công tác t. 2. Kể từ s=2 trở đi, kết quả các hàm mục tiêu được so (5) Điều kiện biên: sánh tương đối với nhau, thực hiện cho đến giải pháp cuối k  k 0; (19) cùng để tìm xếp hạng Pareto. Tập Pareto là tập hợp các giải P i P i pháp mà được đảm bảo rằng không có giải pháp nào trội hơn. k  k 0 (20) 3. Thực hiện tạo ra “quần thể con cái” bằng các kỹ N i N i thuật: lựa chọn, bắt chéo, đột biến. 2.2.4. Ứng dụng thuật toán di truyền để giải quyết bài toán nghiên cứu 4. Đánh giá, so sánh các giải pháp ở “thế hệ con cái” theo các tiêu chí của các hàm mục tiêu như ở bước 2 giai Mô hình tối ưu hóa được đề xuất trong nghiên cứu này đoạn này cho đến khi tất cả chuỗi trong quần thể là giống được thực hiện thông qua 3 giai đoạn sau: (1) Giai đoạn nhau (hoặc đến khi một điều kiện dừng được thỏa mãn). khởi tạo nhằm tạo ra một tập hợp các phương án ban đầu; (2) Tính toán giá trị của các hàm mục tiêu về tiến độ và tổng chi phí dự án; (3) Thực hiện các kỹ thuật tối ưu hóa bằng thuật toán di truyền (lựa chọn, bắt chéo, đột biến để tạo các “quần thể con cái” và so sánh, lựa chọn phương án tối ưu). Ba giai đoạn này được mô tả thông qua Hình 1 và được giải thích như sau: Giai đoạn 1: Khởi tạo Mục tiêu giai đoạn này là khởi động quy trình tối ưu hóa theo mô hình nghiên cứu, với 3 nhiệm vụ cụ thể: Đọc dữ liệu dự án cần thiết cho quá trình tối ưu. Các thông số dự án bao gồm: (1) Số công tác trong dự án; (2) Khối lượng từng công tác; (3) Quan hệ trước sau giữa các công tác; (4) Thời gian khởi muộn giữa các công tác; (4) Số loại tổ máy khác nhau cho từng công tác; (5) Các thông số kinh tế - kỹ thuật theo loại tổ máy: năng suất, định mức tiêu hao nhiên liệu, chi phí vận hành tổ máy trong một ngày làm việc; (6) Các thông số kinh tế của dự án: chi phí vật liệu cho một đơn vị khối lượng từng công tác, chi phí nhân công cho một đơn vị khối lượng từng công tác; (7) Các Hình 1. Mô hình áp dụng GA vào tối ưu hóa thông số yêu cầu để khởi tạo quần thể ban đầu: kích cỡ thời gian – chi phí dự án chuỗi (số công tác), số thế hệ, kích thước quần thể, tỷ lệ bắt 3. Nghiên cứu tình huống chéo, tỷ lệ đột biến. 3.1. Tổng quan về tình huống nghiên cứu 1. Tạo ngẫu nhiên các giải pháp s=1 cho quần thể đầu tiên (P=1) ở thế hệ đầu tiên (g=1). Bài báo sử dụng dữ liệu của gói thầu xây dựng mới 02km đường Quốc lộ 20 qua địa phận tỉnh Lâm Đồng (km 189+00 Giai đoạn 2: Tính toán các hàm mục tiêu đến km 191+00) để làm ví dụ minh họa cho mô hình nghiên Xuất phát từ giải pháp s=1, quy trình thực hiện các thao tác: cứu. Dữ liệu của nghiên cứu được tổng hợp trong Bảng 3. 1. Tính toán thời gian hoàn thành dự án; Tình huống nghiên cứu có 12 công tác cần thực hiện, kết hợp 2. Tính toán tổng chi phí dự án. với số phương án máy trung bình là 4,3 phương án, tạo ra 4,312 (khoảng 30 triệu giải pháp). Bảng 4 thể hiện nội dung Giai đoạn 3: Tối ưu hóa các mục tiêu để tìm phương cũng như mối quan hệ giữa các công tác. Bảng 3. Dữ liệu tình huống Công Năng suất Số lượng Khối lượng Chi phí vật liệu Chi phí vật liệu Chi phí máy/ngày Khí thải /ngày tác (i) máy k N k w đơn vị đơn vị L R k GHG k P i i i Mi i i i 1 0,375 1-3 46,30 0 1.106.336 4.456.234 343,527 1 0,336 1-3 46,30 0 1.106.336 5.577.445 423,417 1 0,130 1-3 46,30 0 1.106.336 6.607.887 489,992 2 0,630 1-3 26,22 0 2.285.956 3.603.065 231,681 2 0,502 1-3 26,22 0 2.285.956 3.732.139 242,333 2 0,441 1-3 26,22 0 2.285.956 4.066.677 287,604 3 0,630 1-3 31,20 0 289.108 3.150.239 223,692 4 0,420 1-3 18,21 0 289.108 1.256.047 90,542 4 0,335 1-3 18,21 0 289.108 1.385.121 101,194 4 0,294 1-3 18,21 0 289.108 1.719.659 146,465
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 11(120).2017, QUYỂN 3 99 5 0,665 1-3 22,38 0 0 9.710.103 860,149 5 0,558 1-3 22,38 0 0 13.668.646 1.081,178 5 0,515 1-3 22,38 0 0 15.644.456 1.240,958 6 1,725 1-3 15,76 47.438.934 823.847 9.050.701 625,805 7 0,665 1-3 16,11 0 0 9.710.103 860,149 7 0,558 1-3 16,11 0 0 13.668.646 1.081,178 7 0,515 1-3 16,11 0 0 15.644.456 1.240,958 8 1,500 1-3 11,35 51.030.512 902.308 9.030.726 479,340 9 0,196 1-3 63,04 1.646.837 64.008 4.285.321 258,311 9 0,132 1-3 63,04 1.646.837 64.008 4.581.578 252,985 10 0,245 1-3 63,22 14.859.924 561.000 7.973.808 359,505 11 0,196 1-3 63,04 709.965 64.008 4.285.321 258,311 11 0,132 1-3 63,04 709.965 64.008 4.581.578 252,985 12 0,229 1-3 63,04 11.545.386 407.000 7.973.808 359,505 Bảng 4. Quan hệ giữa các công tác T Công tác Lagt,i Nội dung công việc T liền trước (ngày) 1 Đào nền đường bằng máy - - 2 Đắp đất nền đường K95 1FS 0 3 Đắp đất K98 2FS 0 4 Lu lèn K95 3FS 0 5 Xúc, vận chuyển CPĐD từ bãi 4SS 1 trữ để rải lớp dưới, 2km 6 Làm móng CPĐD loại 2 lớp 4FS, 5FS 0 dưới dày 25 cm. 7 Xúc, vận chuyển CPĐD từ bãi 6SS 2 trữ để rải lớp trên, 2km 8 Làm móng cấp phối đá dăm loại 6FS, 7FS 0 1 lớp trên dày 18 cm 9 Tưới lớp dính bám 1,0 kg/m3 8FS 0 10 Rải thảm mặt đường BT nhựa 9FS 0 hạt trung, chiều dày mặt đường đã lèn ép 7 cm 11 Tưới lớp dính bám 0,5 kg/m2 10FS 0 12 Rải thảm mặt đường BT nhựa 11FS 0 hạt mịn, chiều dày mặt đường đã lèn ép 5 cm Hình 2. Phân bố kết quả mục tiêu thời gian và chi phí 3.2. Kết quả và bàn luận của 30 lần chạy thuật toán Ứng với thông số của thuật toán GA (P=400, Từ Bảng 5 nhận thấy các đại lượng số trung bình, số Convergence=0.0001, Crossover rate=0.9, Mutation trung vị và số mode là gần bằng nhau. Điều này thể hiện rate=0.075), nghiên cứu này đã thực hiện 30 lần chạy để dữ liệu kết quả có tính tập trung. Ngoài ra, kết quả thống kiểm tra độ nhạy và độ tin cậy của thuật toán. Đối với ví dụ kê của các lần chạy mẫu cho thấy 95% khoảng tin cậy của này, từ kết quả áp dụng tác giả nhận thấy rằng, mặc dù có sự thời gian là dao động trong phạm vị ±0,111 ngày và chênh lệch về kết quả các mục tiêu, nhưng đường găng của ±2.357.408 VNĐ so với các trị số trung bình. dự án không đổi, cụ thể là {1-2-3-5-6-8-9-10-11-12}. Hình Bên cạnh đó, nghiên cứu cũng đã thực hiện kiểm tra độ 2 thể hiện phân bố của mục tiêu thời gian và tổng chi phí ở nhạy của thuật toán thông qua hai chỉ số thống kê là Sai số phương án tối ưu nhất cho mỗi lần chạy. Qua Hình 2, có thể bình phương ở dạng tuyệt đối (Root Mean Square Error – nhận thấy một cách tổng quát rằng sự phân bố của thời gian RMSE) và ở dạng tương đối (Mean Absolute Percentage và chi phí dự án cho 30 lần chạy mẫu là một phân phối gần Error – MAPE) theo công thức (21) và (22). uniform. Bảng 5 thể hiện một số trị thống kê mô tả của thời gian và chi phí dự án qua 30 lần chạy mẫu thuật toán. 1 n   xi  xi  2 RMSE  (21) Bảng 5. Các đại lượng thống kê mô tả của kết quả mục tiêu n i 1 trong tình huống nghiên cứu 1 n xi  xi Đại lượng Thời gian Chi phí MAPE   n i 1 xi (22) Mean 51,0 4.358.308.745 Standard Error 0,1 1.152.637 Đối với ví dụ này, hệ số RMSE của thời gian và chi phí Median 51,0 4.356.483.159 lần lượt là 0,29 ngày và 6.207.142 VNĐ; trong khi đó, hệ Mode 51,0 4.355.219.090 số MAPE cho thời gian dự án là 0,29% và 0,09% đối với chi phí. Như vậy, sai số tuyệt đối và tương đối của giá trị Standard Deviation 0,3 6.313.254 thời gian và chi phí cho 30 lần chạy mẫu là chênh lệch rất Confidence Level (95%) 0,111 2.357.408 nhỏ so với trị trung bình của hai mục tiêu.
100 Huỳnh Thị Minh Trúc, Phạm Anh Đức 4. Kết luận và kiến nghị [3] Carmichael, D. G., Williams, E. H., and Kaboli, A. S., Minimum Operational Emissions, Earthmoving Construction Research Một mô hình tối ưu hóa thời gian – chi phí có xem xét Congress, 2012. đến trách nhiệm môi trường của dự án công trình giao [4] Coxhead, I., Wattanakuljarus, A., & Nguyen, C. V., “Are Carbon thông đã được xây dựng. Mô hình này được phát triển theo Taxes Good for the Poor?, A General Equilibrium Analysis for 3 giai đoạn chính: (1) Giai đoạn thiết lập các thông số đầu Vietnam”, World Development, 51, 2013, pp. 119-131. vào của mô hình; (2) Giai đoạn tính toán giá trị các hàm [5] Hegazy, T., Shabeeb, A. K., Elbeltagi, E., & Cheema, T., (“Algorithm for Scheduling with Multiskilled Constrained mục tiêu về thời gian dự án, chi phí dự án và lượng khí thải Resources”, Journal of Construction Engineering and Management, ra từ dự án cho các giải pháp với nhau; (3) Giai đoạn áp 126(6), 2000, pp. 414-421. dụng các kỹ thuật của thuật toán di truyền để tìm kiếm giải [6] Holton, I., Glass, J., & Price, A. D. F., “Managing for sustainability: pháp tối ưu nhất cả ba mục tiêu. Ngoài ra, một ví dụ áp Findings from four company case studies in the UK precast concrete dụng cũng đã được thực hiện với dữ liệu từ gói thầu xây industry”, Journal of Cleaner Production, 18(2), 2010, pp. 152-160. dựng 02 km Quốc lộ 20 qua địa phân tỉnh Lâm Đồng. [7] IPCC, IPCC Fourth assessment report: Climate change 2007, Intergovernmental Panel on Climate Change. In I. P. o. C. Change Vì thời gian thu thập dữ liệu và xử lý thuật toán giới (Ed.), 2007. hạn, nghiên cứu này chỉ mới xem xét các phương án thi [8] Kim, B., Lee, H., Park, H., & Kim, H., “Framework for Estimating công của dự án hoàn toàn cơ giới hóa cao. Điều này dẫn Greenhouse Gas Emissions Due to Asphalt Pavement Construction”, Journal of Construction Engineering and đến quan hệ giữa thời gian và chi phí là gần như tuyến tính. Management, 138(11), 2012a, pp. 1312-1321. Trong tương lai, tác giả sẽ mở rộng nghiên cứu những ví [9] Kim, B., Lee, H., Park, H., & Kim, H., “Greenhouse Gas Emissions dụ dự án có cả các công tác cơ giới hóa hoàn toàn và cả các from Onsite Equipment Usage in Road Construction”, Journal of công tác còn phụ thuộc vào nhân công trực tiếp, như là các Construction Engineering and Management, 138(8), 2012b, pp. dự án nhà máy công nghiệp hoặc các dự án nhà khung thép 982-990. lắp ghép v.v… Ngoài ra, nghiên cứu cũng cần thể hiện sự [10] Lewis, P., and Hajji, A., Estimating the Economic, Energy, and Environmental Impact of Earthwork Activities, Construction so sánh về tính chính xác và độ ổn định với một số thuật Research Congress, 2012. toán khác như thuật toán bầy đàn hoặc thuật toán tiến hóa [11] Li, X., Zhu, Y., & Zhang, Z., “An LCA-based environmental impact vi phân đa mục tiêu. assessment model for construction processes”, Building and Environment, 45(3), 2010, pp. 766-775. Lời cảm ơn: Nghiên cứu này được tài trợ bởi Trường [12] Liu, L., Burns, S. A., & Feng, C.-W., “Construction Time-Cost Trade- Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng, mã số B2016- Off Analysis Using LP/IP Hybrid Method”, Journal of Construction DDN02-09. Engineering and Management, 121(4), 1995, pp. 446-454. [13] Marshall, S. K., Rasdorf, W., Lewis, P., & Frey, H. C., TÀI LIỆU THAM KHẢO “Methodology for Estimating Emissions Inventories for Commercial Building Projects”, Journal of Architectural [1] Avetisyan, E. M. H. S. M. H., Tools to Support GHG Emissions Engineering, 18(3), 2012, pp. 251-260. Reduction: A Regional Effort, Part 1 - Carbon Footprint Estimation [14] Moselhi, O., & El‐Rayes, K., “Scheduling of Repetitive Projects and Decision Support, Maryland State Highway Administration, with Cost Optimization”, Journal of Construction Engineering and 2010. Management, 119(4), 1993, pp. 681-697. [2] Burns, S. A., Liu, L., & Feng, C.-W., “The LP/IP hybrid method for [15] Muench, S. T., Anderson, J. L., Hetfield, J. P., Koester, J. R., and construction time-cost trade-off analysis”, Construction Soderlund, M. et al., Greenroads Manual v1.5, University of Management and Economics, 14(3), 1996, pp. 265-276. Washington, 2011. (BBT nhận bài: 29/9/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 12/10/2017)