本發(fā)明涉及施工監(jiān)理，具體涉及基于bim和智能算法進行的智能施工監(jiān)理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)前，盡管已有一些項目管理軟件利用bim技術(shù)進行可視化管理，但隨著建筑行業(yè)的快速發(fā)展，施工項目管理面臨的挑戰(zhàn)愈發(fā)復(fù)雜，這些管理工具仍然存在顯著的局限性。

2、施工項目通常涉及多個相互依賴的任務(wù)，這些任務(wù)之間的關(guān)系可能極其復(fù)雜，難以通過傳統(tǒng)的方法進行有效管理。任務(wù)間的依賴性可能導(dǎo)致某一任務(wù)的延誤直接影響到后續(xù)任務(wù)的執(zhí)行，從而影響整個施工項目的進度，然而，傳統(tǒng)項目管理方法往往無法充分考慮這些復(fù)雜的任務(wù)關(guān)系，導(dǎo)致時間管理和施工效率的提升受到制約。

3、在傳統(tǒng)的施工監(jiān)理過程中，項目計劃往往依賴于經(jīng)驗和手工計算，這種方式不僅容易產(chǎn)生人為錯誤，還難以迅速響應(yīng)復(fù)雜的任務(wù)關(guān)系和空間沖突。例如，當(dāng)某個任務(wù)延誤時，監(jiān)理人員需重新評估所有相關(guān)任務(wù)的進度和資源分配，過程繁瑣且效率低下；以及工人的時間利用率往往未能得到充分優(yōu)化。導(dǎo)致工期延誤和成本上升。

4、因此，提出基于bim和智能算法進行的智能施工監(jiān)理系統(tǒng)，來解決現(xiàn)有技術(shù)存在的困難，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供基于bim和智能算法進行的智能施工監(jiān)理系統(tǒng)，以解決背景技術(shù)中不足。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：基于bim和智能算法進行的智能施工監(jiān)理系統(tǒng)，包括：bim建模模塊，根據(jù)施工項目計劃數(shù)據(jù)利用bim技術(shù)建立建筑信息模型；

3、收集模塊，用于收集施工項目的j個任務(wù)對應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)，任務(wù)數(shù)據(jù)包括任務(wù)特征數(shù)據(jù)、施工環(huán)境特征與工人特征數(shù)據(jù)；任務(wù)特征數(shù)據(jù)包括任務(wù)類型、任務(wù)難度與任務(wù)規(guī)模；任務(wù)規(guī)模依據(jù)建筑信息模型確定；

4、分析模塊，用于將j個任務(wù)對應(yīng)的任務(wù)數(shù)據(jù)輸入至任務(wù)時間計算模型中，輸出j個任務(wù)對應(yīng)的任務(wù)所需時間；

5、約束條件設(shè)置模塊，用于根據(jù)施工項目設(shè)定施工約束條件，施工約束條件包括工人唯一性約束、任務(wù)工人需求約束、任務(wù)持續(xù)時間約束、任務(wù)先后關(guān)系約束與空間沖突約束；

6、目標設(shè)定模塊，用于設(shè)置施工目標，施工目標包括最小化所有任務(wù)完成時間與最小化工人空閑時間；

7、施工優(yōu)化模塊，用于根據(jù)施工約束條件與施工目標，依托自然優(yōu)化啟發(fā)算法選擇最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列。

8、進一步地，所述工人唯一性約束為工人在任何時間，每個工人最多只能執(zhí)行一個任務(wù)；所述任務(wù)工人需求約束為每個任務(wù)工人數(shù)量不低于該任務(wù)所需工人數(shù)量；所述任務(wù)先后關(guān)系約束為某一項任務(wù)需依賴某一項任務(wù)完成后才能開始；所述空間沖突約束為同一空間內(nèi)的任務(wù)同時進行，不會相互沖突。

9、進一步地，根據(jù)施工約束條件與施工目標，依托自然優(yōu)化啟發(fā)算法選擇最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列的方法包括：

10、步驟101、設(shè)定種群規(guī)模為n，隨機生成n個任務(wù)順序序列；

11、步驟102、計算種群中每一個任務(wù)順序序列的適應(yīng)度值；

12、步驟103、對適應(yīng)度值降序排序，選擇前k個適應(yīng)度值對應(yīng)的任務(wù)順序序列，k＜n，標記為父代任務(wù)順序序列；

13、步驟104、隨機選擇w組父代任務(wù)順序序列，w＜k，以隨機交換區(qū)間對一組中兩個父代任務(wù)順序序列進行交叉操作，生成子代任務(wù)順序序列，并判斷子代任務(wù)順序序列中是否有缺失或重復(fù)的任務(wù)，若有則進行修復(fù)，使子代任務(wù)順序序列中每一個任務(wù)出現(xiàn)一次；

14、步驟105、對子代任務(wù)順序序列中的任務(wù)進行隨機位置變異，生成新的任務(wù)順序序列，并更新種群；隨機位置變異包括隨機位置調(diào)換、隨機位置合并或隨機位置拆分；

15、步驟106、重復(fù)執(zhí)行步驟102-步驟105，等達到預(yù)設(shè)迭代次數(shù)停止迭代，選擇適應(yīng)度最高的任務(wù)順序序列，得到最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列。

16、進一步地，所述適應(yīng)度值的計算方法包括：

17、

18、式中，d為每一個任務(wù)順序序列的所有任務(wù)完成時間；p為每一個任務(wù)順序序列的懲罰值，h為每名工人在每一個任務(wù)順序序列完成后空閑時間總和，即為每名工人未被安排任務(wù)時間總和；λ1、λ2、λ4均為預(yù)設(shè)系數(shù)。

19、進一步地，所述懲罰值的計算方法包括：

20、p＝λ1p工人+λ2p先后+λ3p空間；

21、p工人為所有違反工人唯一性約束的總次數(shù)；p先后為違反任務(wù)先后關(guān)系約束的任務(wù)對數(shù)；p空間為違反空間沖突約束的任務(wù)對數(shù)，λ1、λ2、λ3均為預(yù)設(shè)系數(shù)。

22、進一步地，所述任務(wù)類型包括土建、電氣、給排水與裝飾；任務(wù)難度用數(shù)值進行量化；任務(wù)規(guī)模根據(jù)構(gòu)建的建筑信息模型確定對應(yīng)任務(wù)的面積與體積；

23、所述工人特征數(shù)據(jù)包括每個任務(wù)對應(yīng)的工人數(shù)量、每名工人唯一標識符與每名工人效率評估值；施工環(huán)境特征包括每個任務(wù)對應(yīng)的天氣狀況、工作環(huán)境與季節(jié)；天氣狀況為對應(yīng)任務(wù)施工階段晴天天數(shù)、雨天天數(shù)、雪天天數(shù)、高溫天數(shù)、低溫天數(shù)與正常溫度天數(shù)，通過天氣預(yù)報網(wǎng)站公布的未來時間段天氣狀況進行統(tǒng)計；工作環(huán)境包括室內(nèi)、室外或高空；季節(jié)包括春季、夏季、秋季或冬季。

24、進一步地，所述任務(wù)時間計算模型的訓(xùn)練方法包括：

25、預(yù)先收集b組任務(wù)數(shù)據(jù)，對b組任務(wù)數(shù)據(jù)均設(shè)置對應(yīng)的任務(wù)所需時間，b為大于1的整數(shù)，將任務(wù)數(shù)據(jù)與對應(yīng)的任務(wù)所需時間轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一組特征向量；

26、將每組特征向量作為任務(wù)時間計算模型的輸入，所述任務(wù)時間計算模型以每組任務(wù)數(shù)據(jù)對應(yīng)的一組預(yù)測任務(wù)所需時間作為輸出，以每組任務(wù)數(shù)據(jù)對應(yīng)的實際任務(wù)所需時間作為預(yù)測目標；以最小化所有任務(wù)數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差之和作為訓(xùn)練目標；對任務(wù)時間計算模型進行訓(xùn)練，直至預(yù)測誤差之和達到收斂時停止訓(xùn)練；所述任務(wù)時間計算模型為多層感知器或長短期記憶網(wǎng)絡(luò)。

27、進一步地，所述工人效率評估值的獲取方法包括：

28、將每名工人的歷史工人數(shù)據(jù)輸入至預(yù)構(gòu)建的工人效率評估模型中，獲得每名工人對應(yīng)的效率評估值；

29、工人數(shù)據(jù)包括工人特征、工人任務(wù)特征、工人施工環(huán)境特征與工人健康特征；

30、工人特征包括唯一標識符、年齡、性別、工齡與歷史績效評分，歷史績效評分為該工人在上一次項目完成后的缺勤比例；工人任務(wù)特征包括上一個任務(wù)結(jié)束時對應(yīng)的任務(wù)類型、任務(wù)難度與任務(wù)規(guī)模；工人施工環(huán)境特征包括上一個任務(wù)結(jié)束時對應(yīng)的天氣狀況、工作環(huán)境與季節(jié)；工人任務(wù)特征通過上一個任務(wù)結(jié)束時統(tǒng)計得到；工人健康特征包括良好、一般或較差。

31、進一步地，所述工人效率評估模型的訓(xùn)練方法包括：

32、預(yù)先收集y組歷史工人數(shù)據(jù)，對y組歷史工人數(shù)據(jù)均設(shè)置對應(yīng)的效率評估值，y為大于1的整數(shù)，將歷史工人數(shù)據(jù)與對應(yīng)的效率評估值轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的一組特征向量；

33、將每組特征向量作為工人效率評估模型的輸入，所述工人效率評估模型以每組歷史工人數(shù)據(jù)對應(yīng)的一組預(yù)測效率評估值作為輸出，以每組歷史工人數(shù)據(jù)對應(yīng)的實際效率評估值作為預(yù)測目標；以最小化所有歷史工人數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差之和作為訓(xùn)練目標；對工人效率評估模型進行訓(xùn)練，直至預(yù)測誤差之和達到收斂時停止訓(xùn)練；所述工人效率評估模型為線性回歸、隨機森林回歸或梯度提升回歸。

34、進一步地，監(jiān)測實時天氣預(yù)報網(wǎng)站公布的未來時間段天氣狀況，實時統(tǒng)計的每個任務(wù)施工階段晴天天數(shù)、雨天天數(shù)、雪天天數(shù)、高溫天數(shù)、低溫天數(shù)與正常溫度天數(shù)，實時更新j個任務(wù)對應(yīng)的任務(wù)所需時間，依托自然優(yōu)化啟發(fā)算法實時更新最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列。

35、本發(fā)明提供的了基于bim和智能算法進行的智能施工監(jiān)理系統(tǒng)的技術(shù)效果和優(yōu)點：

36、基于項目計劃數(shù)據(jù)，通過三維bim模型構(gòu)建一個集成建筑結(jié)構(gòu)的建筑信息模型，通過智能算法構(gòu)建最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列的系統(tǒng)，為施工項目監(jiān)理提供了強有力的支撐，系統(tǒng)通過采集每項任務(wù)的詳細數(shù)據(jù)，能夠精確預(yù)測任務(wù)所需的時間，并在此基礎(chǔ)上設(shè)置項目的約束條件和目標，包括工人唯一性、工人需求、任務(wù)持續(xù)時間、任務(wù)先后關(guān)系、以及空間沖突等多重約束，確保施工計劃的合理性，減少人為產(chǎn)生的錯誤。

37、項目的優(yōu)化目標集中在最小化項目總工期和工人空閑時間，從而有效地壓縮工期并提高工人工作時間利用率，在優(yōu)化算法方面，引入了自然啟發(fā)式算法，特別是遺傳算法來選擇最優(yōu)任務(wù)執(zhí)行序列，在遺傳算法中，增加了隨機位置變異操作，并進一步擴展為隨機位置合并和拆分的策略，以適應(yīng)建筑施工項目的復(fù)雜需求，這一改進使系統(tǒng)能夠靈活處理在同一空間內(nèi)可同時進行、且不會引發(fā)沖突的任務(wù)，從而實現(xiàn)對工期的最大限度壓縮，同時，減少工人空閑時間，不僅提升了施工效率，也增加了工人收入保障。

38、通過智能施工監(jiān)理系統(tǒng)，項目管理者可以在確保項目質(zhì)量的前提下，實現(xiàn)高效配置和任務(wù)的合理安排，有效降低了施工延期風(fēng)險與成本，為智能化、精細化的施工管理奠定基礎(chǔ)。