一种建筑物化阶段施工方案多目标优化方法及系统

1.一种建筑物化阶段施工方案多目标优化方法，其特征在于，该方法包括：S1，导入目标建筑物的建筑信息模型，根据BIM算量软件获取建筑工程量清单；S2，根据工程定额的人工工种名称及工日、建筑材料名称及消耗量、施工机械种类及机械台班消耗量的施工消耗数据，以及建筑物化阶段人工、材料、运输和机械的碳排放因子和单价作为参数集合，组成基于工程定额的复合碳排放因子库、复合单价库与工序时间；S3，根据建筑工程量清单与基于工程定额的复合碳排放因子库与复合单价库和基于工程定额的各工序时间结合，计算建筑物化阶段施工方案下的工期、成本、碳排放；S4，根据目标建筑物的工程量清单、备选施工方案、复合碳排放因子，工程定额施工时间，以总碳排放量最小为目标建立第一目标函数，以总成本最小为目标建立第二目标函数；以建筑施工总工期最小为目标建立第三目标函数，得到多目标函数；求解多目标函数，得到最少一个最优的建筑施工方案；在步骤S2中，所述复合碳排放因子库包括：各分部分项工程下不同施工方案的人工、材料、机械设备的消耗量，人工碳排放因子、材料生产与运输碳排放因子、机械设备碳排放因子集成，组成不同施工方案工程定额的碳排放因子；所述复合单价库包括：各分部分项工程下不同施工方案的人工、材料、机械设备的消耗量，人工工日工资、材料生产与运输单价、机械设备单价集成，组成不同施工方案工程定额的单价；复合碳排放因子库的表达式为：式中， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的复合碳排放因子， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额材料的碳排放， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额施工机械碳排放， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额人工碳排放， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种材料消耗量， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种机械台班消耗量， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种工种工日消耗量， 为第 种材料的复合碳排放因子， 为第 种材料的生产碳排放因子， 为第 种材料运输碳排放因子， 为第 种材料运输距离， 为第 种机械台班的碳排放因子， 为人工工日碳排放因子， 分别表示材料的种类，机械台班的运行方式，工种的种类；复合单价库的表达式为：式中， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的复合单价， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额材料成本， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额施工机械成本， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额人工工资， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种材料消耗量， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种机械y台班消耗量， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的第 种工种工日消耗量， 为第 种材料的单价， 为第 种材料生产单价， 为第 种材料运输单价， 为第 种材料运输距离， 为第 种机械台班的碳排放因子， 为人工工日碳排放因子， 为第 种施工方案， 为施工消耗的第 种材料， 为施工消耗的第 种施工机械， 为施工消耗的第 种人工， 分别表示材料的种类，机械台班的运行方式，工种的种类；在步骤S3中，计算建筑物化阶段施工方案下的工期、成本、碳排放的多目标优化函数计算公式为：其中， 为第一目标函数的计算公式， ； 为第二目标函数的计算公式， ； 为第三目标函数的计算公式， ；式中， 为目标建筑物物化阶段的碳排放总量， 为建筑施工中第 项工程的碳排放， 为第 种施工方案下第 项工程中第 个清单碳排放量， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的复合碳排放因子， 为第 种施工方案下第 项工程中第 个清单工程量， 为目标建筑物物化阶段的总成本， 为建筑施工中第 项工程的成本，第 项工程分别为：土石方工程、桩基工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、地面工程、防腐防水工程、装饰装修工程； 为第 种施工方案下第 项工程中第 个清单成本， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额的复合单价； 为目标建筑物物化阶段的总工期， 为建筑施工中第 项工程的施工时间， 为第 种施工方案下第 项工程中第 个清单时间， 为第 项工程中第 个清单的第 种施工方案定额时间， 为各分部分项工程，包括：土石方工程、桩基工程、砌筑工程、钢筋混凝土工程、地面工程、防腐防水工程、装饰装修工程； 为分部分项工程总数， 为第 项工程中第 个清单， 为第 项工程中清单总数。 2.根据权利要求1所述的建筑物化阶段施工方案多目标优化方法，其特征在于，在步骤S4中，求解多目标函数，包括：利用NSGA-Ⅱ算法求解多目标函数，得到最少一个有利于减排、降成本、减工期的施工方案，具体步骤为：S201，确定初始种群大小N为200，交叉概率 ，迭代次数 为500，目标函数数量 为3，并且随机产生 个个体，整体视为种群 ；S202，对初始种群 进行非支配排序和拥挤度计算，使用非支配排序对种群进行排序，第一个前沿中所有的个体等级为1，第二个前沿的个体被赋予等级2，依此类推；在分配等级之后，计算每个前沿中的拥挤度；S203，从种群 中随机选出两个个体作为父代，设置90%交叉概率，10%变异概率，通过遗传算法的选择、交叉、变异三个基本操作得到第一代子代种群；S204，将父代种群 和子代种群 合并，生成新的种群 ，根据帕累托等级从高到低的顺序进行排序，将整层的种群放入父代种群 中，直到某一层个体不能全部放入种群 ，然后讲该种群根据拥挤度从大到小进行排列，依次放入父代种群 ，将种群 填满，将剩余个体淘汰掉；S205，以此类推，进行循环，直到结束得到一组帕累托前沿解为最优的建筑施工方案；S206，根据不同的目标进行施工方案的选择。 3.一种建筑物化阶段施工方案多目标优化系统，其特征在于，该系统实施权利要求1-2任意一项所述建筑物化阶段施工方案多目标优化方法，该系统包括：工程量清单获取模块（1），用于统计计算目标建筑物的工程量并获取工程量清单；储存模块（2），用于储存基础数据；建立函数模块（3），用于根据所述目标建筑物的工程量清单与基础数据库的基础数据建立联系，以总碳排最小为第一目标，以总成本最低为第二目标，以总工期最短为第三目标，得到多目标函数；优化计算模块（4），用于求解多目标函数，得到一组帕累托前沿解作为施工方案最优解，以及各施工方案最优解对应的建筑成本、工期、碳排放；表达模块（5），用于将所述优化计算模块（4）优化计算结果进行展示在页面，供用户查看。 4.根据权利要求3所述建筑物化阶段施工方案多目标优化系统，其特征在于，所述工程量清单获取模块（1）中，根据目标建筑物BIM模型，统计计算建筑物的工程量清单，所述工程量清单包括：土石方工程、地基处理工程、桩基工程、砌筑工程、混凝土及钢筋混凝土工程、金属结构工程、门窗工程、屋面及防水工程、保温隔热防腐工程、楼地面装饰工程、墙柱面装饰与隔断幕墙工程、天棚工程、油漆涂料工程，并将工程量清单打包发送到优化计算模块（4）。 5.根据权利要求3所述建筑物化阶段施工方案多目标优化系统，其特征在于，所述储存模块（2），储存的基础数据包括基于工程定额的复合碳排放因子、复合单价和施工时间；所述基础数据库随时进行修改、增添新的基础数据，同时还将数据以Excel表格形式导入；所述表达模块（5）将目标模型的成本、工期、碳排放量以饼状图、折线图形式展示，供用户多角度查看；还用于将得到的一组施工方案最优解与其各自所对应的成本、工期、碳排放结合展示，供用户分析不同目标结果导向下的方案选择。 6.根据权利要求3所述建筑物化阶段施工方案多目标优化系统，其特征在于，该系统搭载在信息数据处理终端，所述信息数据处理终端用于实现于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如上述所述建筑物化阶段施工方案多目标优化方法的功能，所述信息数据处理终端包括手机、电脑、交换机。