AUTOMATIZACIÓN EN CONSTRUCCIÓNOptimización de la planificación de diseño del sitio para la construcción de múltiples etapas con consideraciones y

requisitos de seguridad

Deibe Blanco VerónicaPallares Restrepo VíctorPerez Carrasquilla Olga

En este trabajo se desarrolla una formulación matemática para modelar y optimizar las ubicaciones de las instalaciones dentro de un sitio de construcción para las diferentes etapas de un proyecto del mismo.

Los planes de diseño del lugar deben ser optimizados mediante un modelo de múltiples etapas para evitar cambios innecesarios en la configuración de la instalación a través de las etapas de construcción y con la mejora de la eficiencia.

La función objetivo matemática establecida en el proceso de solución tiene como objetivo minimizar el costo total, que consiste en el coste de transporte de material entre las instalaciones pertinentes del sitio y el desmontaje, instalación y costos de reubicación de todas las instalaciones del sitio involucrados en cada etapa de la construcción.

para optimizar los diferentes ajustes de diseño de sitio para una obra de construcción se dan incluyendo

1.Un plan de diseño de sitio de referencia utilizando el enfoque de

una sola etapa estática convencional

2.Un plan de diseño del sitio de la

construcción de múltiples

etapas

3.Un plan de diseño del

sitio de múltiples

etapas con las consideraciones de diseño de seguridad adicionales

HERRAMIENTAS DE LA LITERATURA USADAS COMO BASE

Modelo de problema de asignación cuadrática (QAP) para el análisis de las ubicaciones de las actividades económicas.

El QAP básico puede ser transformado en un programa binario entero lineal, en el que todas las variables son de tipo binaria.

Heurística basada en algoritmo que combina la secuencia de pares de representaciones con un modelo de distribución de las instalaciones BMILP problema.

Restricciones de diseño para la introducción de instalaciones del sitio dentro de una obra de construcción.

Algoritmo genético para resolver el problema dinámico diseño con zonas de seguridad.

Sistema de planificación de sitios 4D integrado que integra horarios, modelos 3D, recursos y espacios para la planificación del sitio de la construcción dinámica.

MODELO PROPUESTO El modelo BMILP aquí

propuesto está diseñado para optimizar la ubicación de las instalaciones del sitio dentro de un sitio de construcción en cada etapa de la construcción.

FORMULACION DEL PROBLEMA Supuestos de Modelización:

Las instalaciones del sitio y ubicación de los espacios disponibles a través de cada etapa de construcción se dan como insumos del modelo exógenos sobre la base de un horario de determinado proyecto.

Las cantidades de materia prima que fluyen entre las instalaciones del sitio a través de las diferentes etapas de construcción se dan como parámetros de entrada numéricos.

Las formas físicas de las instalaciones del sitio y las ubicaciones de los sitios disponibles se supone que son rectangulares.

Se permite cada lugar disponible dentro de la obra de construcción para establecer instalaciones de un sitio a la vez.

La configuración, la eliminación y el desmantelamiento de una instalación supone que puede ocurrir inmediatamente de una etapa de construcción a la siguiente.

NOTACIONES Y SIMBOLOS m,o Instalaciones del sitio m y o; n, p ubicaciones disponibles n y p en la zona centro de estudio; t Construcción etapa t de un proyecto de construcción durante el período de

estudio; u Tipo de material; M Número total de instalaciones que se asignará a los lugares disponibles dentro

del área de sitio de estudio, donde {m, o} ∈ M; N Número total de ubicaciones disponibles para el establecimiento de

instalaciones dentro del área de sitio de estudio, donde {n, p} ∈ N; Wt

m anchura física de las instalaciones m durante la etapa de construcción t; Lt

m longitud física de las instalaciones m durante la construcción etapa t; Wt

n anchura física de ubicación disponible n durante la construcción etapa t; Lt

n longitud física de ubicación disponible n durante la construcción etapa t; t

m anchura física de la zona de seguridad para las instalaciones m durante la

construcción etapa t;

NOTACIONES Y SIMBOLOS t

m longitud física de la zona de seguridad para las instalaciones m durante la construcción etapa t;

T Número total de etapas de construcción en el proyecto de construcción del estudio; U Número total de tipos de materiales que participan en el proyecto de construcción del

estudio; ft

m,o,u Cantidad de material que fluye del tipo de material u entre instalaciones myo durante la etapa de construcción t;

Dtj,n distancia de recorrido rectangular entre los lugares disponibles n y p durante la etapa

t; SDt

m,o Mínimo de seguridad que separa la distancia entre las instalaciones de la demanda o durante la construcción etapa t;

ρu Costo unitario para el transporte de tipo de material u; Φm Costo unitario para la reubicación de las instalaciones m por unidad de distancia de

traslado ($ / unidad de distancia) Ωm Costo para desmantelar y retirar las instalaciones m del sitio de construcción de

estudio;  Λm Costo de instalación de instalación m dentro de la obra de construcción del estudio

αtn Entrada parámetro binario, donde "1" significa que la ubicación n está disponible

para una instalación que se creará durante la etapa de construcción t y '0' si no; βt

n Entrada parámetro binario, donde "1" significa que la instalación m existe durante la construcción etapa t y '0' si no.

tm,n Variable de decisión binaria, donde "1" significa que la instalación m se creará en la localización disponible n durante la etapa de construcción t y '0' si no;

tm,n,o,p Variable Auxiliar de tipo binario, donde "1" significa que la instalación m se creará en una ubicación disponible n y otra instalación o se creará en otra ubicación disponible p durante la etapa de construcción t y '0' si no;

t,t+1m,n,p Variable Auxiliar de tipo binario, donde "1" significa que la instalación m se

asigna a la ubicación disponible n durante la etapa de construcción t y otra ubicación disponible p durante la siguiente etapa de la construcción t+ 1 y '0' si no; 

t,t+1m Variable Auxiliar de tipo binario, donde "1" significa que las instalaciones m se

establecerá al final de la etapa t antes del inicio de la siguiente etapa, t + 1, y '0' si no; Variable Auxiliar de tipo binario, donde "1" significa que las instalaciones m será

desmantelada al final de la etapa t, antes del inicio de la siguiente etapa, t + 1, y '0' si no;

NOTACIONES Y SIMBOLOS

𝑍ҧt,t+1m

NOTACIONES Y SIMBOLOS

Φ Costo Sub-total para la reubicación de las instalaciones dentro de la obra de construcción para todas las etapas de construcción;

Ω Costo Sub-total para el desmontaje y la eliminación de las instalaciones de la obra de construcción para todas las etapas de construcción;

Λ Costo Sub-total para el establecimiento de instalaciones dentro de la obra de construcción para todas las etapas de construcción;

C Sub-total de costos para el transporte de material dentro de la obra de construcción para todas las etapas de construcción.

DISEÑO LINEAL DE CONJUNTOS DE RESTRICCIONES.

Configuración de las instalaciones en las ubicaciones disponibles

En la formulación propuesta, tenemos que asegurarnos de que dentro del área de estudio y durante todas las etapas de la construcción, que en cada ubicación del sitio disponible solamente se permite la creación de instalaciones de un lugar a la vez. No se permite la duplicación en un solo lugar disponible. Limitaciones de tamaño de dimensiones para la configuración de

instalaciones.Las limitaciones de dimensión física se introducen en el problema de optimización de diseño de múltiples etapas para la asignación de instalaciones para permitir la incorporación de zonas de seguridad.

Se supone que todos los lugares disponibles y las instalaciones del sitio se modelan como formas rectangulares y que hay restricciones de diseño para establecer zonas de seguridad para cada tipo de instalación en cualquier lugar disponible.

En conjunto de restricciones (3), parámetros Lt

n , Ltm y t

m representan la longitud disponible de ubicación n, la longitud de las instalaciones m y la longitud de la zona de seguridad para las instalaciones m durante la etapa de construcción t, respectivamente.

Unidades de distancia entre los lugares

disponibles en el sitio de construcción

modelada.

Costo de transporte por unidad de distancia

para las materias primas entre las

instalaciones del sitio.

Las frecuencias diarias de la materia prima que fluye entre las instalaciones del sitio en etapa de construcción 1 de áridos, arena y cemento (ASC), refuerzo (R), encofrado (F) y completado unidades prefabricadas (CPU).

Las frecuencias diarias de la materia prima fluye entre las instalaciones del sitio en construcción etapa 2 sin una oficina de sitio para los escenarios 1 y 2 , de gravilla, arena y cemento ( ASC ), refuerzo ( R) , encofrado ( F) y las unidades de pre -fabricadas completas (CPU)

Las frecuencias diarias de la materia prima fluye entre las instalaciones del sitio en construcción etapa 2 con una oficina de sitio para el escenario 3, de gravilla, arena y cemento ( ASC ) , refuerzo (R), encofrado ( F) y las unidades de prefabricadas completas (CPU) .

Los detalles de la materia prima que fluye en etapa de construcción 1 mediante la optimización de diseño de

sitio estático

Detalles del flujo de material en la etapa de construcción 2, usando un programa de

optimización convencional

Distancia mínima segura que separa las instalaciones en sitio.

Si las instalaciones tienen peligros potenciales en forma de ruido o contaminación del aire, estas deben ser colocadas lejos de las instalaciones del sitio que tienen altas densidades de flujos de trabajadores y de actividad, como las oficinas, para reducir la probabilidad de poner en peligro la salud humana.

FUNCIÓN OBJETIVO PARA LA OPTIMIZACIÓN La función objetivo que se da en la ecuación 18, minimiza el total

de costos de transporte de material y movimiento dentro del estudio del sitio, la relocalización de las instalaciones in cada uno de las etapas de construcción y las configuraciones, desmantelado y retiro de las instalaciones de cada sitio, la cual son evaluados por las ecuaciones (14), (15), (16), y (17), respectivamente.

Instalaciones y flujo de material en la etapa de construcción 1 calculada con el modelo de optimización propuesto múltiple-estación.

La comparación de los resultados de la optimización para el diseño del sitio estática convencional y la propuesta

modelos de diseño de sitios de varias etapas.

las etapas de construcción son bastante diferentes. Las instalaciones de sitio 4 y 7 son desmontadas (desmantelados) y quitadas o retiradas del sitio en la segunda etapa de construcción. Las instalaciones de sitio 1, 2, 3, 5, 6 y 9 son trasladadas e instaladas otra vez en diferentes lugares disponibles. Esto se traduce en el costo de reubicación enorme de 130,400 unidades de coste, que ha sido excluido anteriormente.

En el modelo de múltiples etapas propuesto, la función objetivo está formulada para incluir todos los costos de desmantelamiento y de configuración relacionados.

El modelo de optimización del diseño de múltiples fases propuesto con la restricción de reubicación de establecimiento se aplica al sitio. Los planes de diseño optimizado para las dos etapas de construcción muestran que están reubicados sólo las instalaciones del sitio 6 y 9.

El costo total de transporte de material en el plan de diseño estática convencional es 114029, que es 7.580 unidades menos que el diseñado por el enfoque de múltiples etapas propuesto.

Utilizando el enfoque estático convencional en la planificación de diseño del sitio, seis instalaciones deben ser reubicadas en la segunda etapa de construcción. El diseño del sitio estático sin la restricción de reubicación de instalación, por tanto, requiere 130.400 unidades de coste para la reubicación de las instalaciones, lo que es más del doble del costo de reubicación para el plan de diseño de múltiples etapas.

El costo total es de 249.429 optimizado, que es 36,9% más alto que el costo total optimizada de 182.209 calculado con la propuesta del modelo de optimización de múltiples etapas

Los detalles de los flujos de materia prima utilizando el diseño de optimización del sitio de múltiples etapas propuesto con

restricciones de seguridad adicionales en la etapa de construcción 1.

Los detalles de la materia prima flujos utilizados en la etapa de optimización de múltiples diseño del sitio propuesto con restricciones

de seguridad adicionales en la etapa de construcción 2.

Comparación de la disposición del sitio de múltiples etapas con y sin restricciones de diseño de seguridad

Dynamic site layout: Diseño de sitio dinámicoDynamic site layout with safety considerations: Diseño web dinámico con consideraciones de seguridadRelocation cost: Costo de reubicación.Dismantling cost: Costo de desmontajeSet up cost: Establecimiento de costoOptimised total cost: Costo total optimizado

La incorporación de las zonas de amortiguamiento de seguridad son requeridas para las instalaciones del sitio por el riesgo con la caída de objetos.

El tamaño de las áreas utilizables en el sitio cambiará en cada etapa de construcción del proyecto, en algunos espacios disponibles en la primera etapa de construcción se supone que serán ocupados por completo (construcción) las estructuras y el tamaño de las instalaciones, el sitio disminuirá en consecuencia, en la etapa de construcción siguiente.

Todos los costos unitarios y frecuencias de flujo de materiales se dan como insumos del modelo. Se modela el sitio del estudio de la construcción utilizando dos etapas, en que deben ser reubicados algunas instalaciones del sitio, desmanteladas y configuradas de nuevo siguiendo las condiciones del sitio.

Mediante la incorporación de las consideraciones de seguridad, el objetivo principal de la aplicación de este sitio de múltiples etapas como modelo de optimización de distribución en plantas es asignar todas las instalaciones requeridas a lugares adecuados disponibles a fin de minimizar el costo total de todos el transporte de material necesario, la reubicación de las instalaciones del sitio, desmontaje y configuración en las dos etapas de construcción del modelo.

Diseño del sitio optimizado de la obra modelada en etapa de construcción 1 utilizando el enfoque estático convencional

Main Gate: puerta principalSide Gate: puerta lateralRefuse Dumping Area: rechazar área de vertido Lifting yard: patio de elevación Curing yard: patio curadoCement/Sand/Agg. Storage Yard: Cemento / Arena / Agg. Almacenamiento PatioCasting yard: patio de fundición Batching Plant: plata de procesamiento por lotesForm work Storage Yard: patio de almacenamientoBending yard: patio de dobladoSteel Storage yard: patio de almacenamiento de acero

Diseño optimizado de la obra modelada en etapa de construcción 2 usando el enfoque estático convencional

Diseño optimizado de la obra modelada en etapa de construcción 2 usando el enfoque de múltiples fases propuesto

Diseño optimizado de la obra modelada en etapa de construcción 1 usando el enfoque de múltiples fases propuesto

Diseño de sitio optimizado de la obra modelada en etapa de construcción 1 usando el diseño de múltiples etapas de optimización del sitio propuesto con restricciones de seguridad adicionales.

Diseño del sitio optimizado de la obra de la construcción modelada en la etapa de construcción 2 utilizando la optimización de múltiples etapas de diseño del sitio propuesto con restricciones de seguridad adicionales.

CONCLUSIONES   El principal objetivo de la optimización de diseño del sitio de múltiples etapas

propuesto es reducir al mínimo el costo de transporte del flujo de material entre las instalaciones del sitio en diferentes etapas de construcción, teniendo en cuenta las reubicaciones de seguridad y las instalaciones.

Mediante la introducción de un coste de reubicación de la instalación, los diseños de sitio, las instalaciones a través de las etapas de construcción se evalúan con mayor precisión, ya que cada configuración de instalación o retirada afecta el costo de operación y el sitio de la eficiencia total.

El modelo propuesto incluye todas las evaluaciones de costes para nuevas configuraciones de las instalaciones del sitio, la deslocalización de las instalaciones del sitio y de la absorción de las instalaciones del sitio existentes dentro de una obra de construcción a través de las etapas de construcción.

Todas estas extensiones son las nuevas características que mejoran el modelo de aplicación y diseño de fiabilidad general. Los ejemplos numéricos fueron dados a demostrar que el modelo de optimización de diseño del sitio de múltiples etapas propuesto puede ser utilizado para hacer frente a problemas prácticos de diseño.

Requisitos y consideraciones de diseño de seguridad pueden ser modelados en forma de conjuntos de restricciones lineales simples.

¡ GRACIAS !