罗根茂5.29第五稿基于多目标管理城市轨道交通施工组织设计编制.doc

石家庄铁道大学毕业论文基于多目标控制的城市轨道交通建设项目施工组织编制Based on multi objective control of city rail transit construction projects in the preparation of construction organization design 2012届 经济管理 学院专 业 工程管理 学 号 20080919 学生姓名 罗根茂 指导教师 马 涛 完成日期 2012年05月27日毕业设计（论文）成绩单学生姓名罗根茂学号20080919班级经0802-2专业工程管理毕业设计（论文）题目基于多目标控制的城市轨道交通建设项目施工组织编制指导教师姓名马 涛指导教师职称讲 师评 定 成 绩指导教师得分评阅人得分答辩小组组长得分成绩：院长(主任) 签字：年 月 日毕业设计（论文）任务书题目基于多目标控制的轨道交通建设项目施工组织编制研究学生姓名罗根茂学号20080919班级经0802-2专业工程管理承担指导任务单位管理科学与工程系导师姓名马 涛导师职称讲师(一)毕业设计（论文）计划研究内容1、城市轨道交通施工组织编制的特点2、多目标控制的相关理论3、把多目标控制理论应用到城市轨道交通建设项目施工组织编制当中，实现项目建设的整体最优。4、研究结论和展望(二)基本要求1. 分析建设项目目标管理的现状和相关理论和多目标控制的相关理论，然后把多目标控制理论应用到建设项目施工组织编制当中，最后得出一套施工组织设计的编制方法。2论文所附参考文献在正文中必须按索引顺序明确标注，严禁抄袭。(三)应收集的资料及参考文献1我国多目标控制的相关理论应用情况。2施工组织设计编制方法方面的相关论文；(四)进度安排 第1周第6周 明确方向，搜集资料 第7周第9周 开题报告，外文翻译 第10周第14周 教师指导，撰写论文 第15周第17周 符合审查，答辩评定教研室主任签字时间 年 月 日毕业设计（论文）开题报告题目基于多目标控制的城市轨道交通建设项目施工组织编制学生姓名罗根茂学号20080919班级经0802-2专业工程管理一、研究背景及意义(一)选题背景施工组织设计是规划、指导轨道交通建设项目工程施工前、施工准备及施工全过程的全局性技术经济文件。它是根据轨道交通工程建设单位和承包单位的需要编制的技术经济文件；它也是全局性的、指导及监督承包全过程的文件；它还是项目施工管理依据，项目工程决策的依据。虽然施工组织设计作用十分突出，但现如今却存在着施工组织设计编制“越多越好”、“越细越好”的现象，投标单位互相攀比，在装订上越搞越精、越搞越厚，然而在实际编制方面却缺乏针对性、指导性，内容基本相同、大众化，多为抄袭规范、教程的条文，层次不清，逻辑不强，工程的重点难点不突出。(二)选题意义城市快速轨道交通是一种快速、安全、能耗低、污染少的绿色交通方式，现在受到越来越多的大、中城市的青睐。随着城市轨道交通建设项目的发展，项目越来越多，而其施工组织设计的编制却存在如上诸多的问题，有必要对施工组织设计的编制过程、编制方法进行研究。通过本论文的研究，通过将多目标控制理论应用到城市轨道交通建设项目的施工组织设计的编制过程中，通过建立相应的模型，解决施工组织设计编制过程中普遍存在的，工期、质量、成本、安全和环境保护间相互取舍的问题，实现项目建设的整体最优。从而，从根本上解决当前施工组织设计存在的缺乏针对性、指导性，内容大众化的问题，提高项目施工组织设计的实用性。二、国内外研究现状多目标决策方法是从20世纪70年代中期发展起来的一种决策分析方法，它是在系统规划、设计、制造等阶段为解决当前或未来可能发生的问题，在若干可选的方案中选择和决定最佳方案的一种分析过程。在社会经济系统的研究控制过程中，我们所面临的系统决策问题常常是多目标的，各目标之间存在着相互竞争和矛盾，这使得决策问题常常是多目标的，这就需要应用多目标决策的理论和方法。目前多目标决策方法已经广泛地应用于资源利用、能源、环境、经济管理等领域。然而目前城市轨道交通建设项目的研究控制工作，主要为在成本、质量、进度、安全以及环境保护等方面的单目标控制研究，基于多目标控制的研究却少之又少，几乎为零。三、论文写作的目标通过本次研究，运用多目标管理的理论方法，建立相应的模型，通过计算分析确立一套能使成本、质量、进度、安全以及环境保护等多个目标达到均衡的城市轨道交通的施工组织设计的编制的方法。四、论文的基本内容 第1章 绪论 1.1 选题背景及意义 1.2 国内外研究现状 1.3 本文的主要研究方法及思路 第2章 城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制现状 2.1 城市轨道交通建设项目的项目特点 2.2 城市轨道交通建设项目的施工特点 2.3 城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制的现状 第3章 多目标相关理论及基本知识 3.1 多目标决策的概念和特点 3.2 多目标问题的理论基础 3.3 向量优化理论 3.4 效用理论 第4章 多目标理论在城市轨道交通施工组织设计施工方案的确定中的应用 4.1 多目标管理模型的确定 4.2 施工方案确定的方法4.3 施工组织其他内容的确定第5章 总结研究结论五、论文的研究方法本论文属于专题研究类论文，主要通过阅读相应的文献资料，分析研究相应的理论方法，建立模型，计算研究得出最优方案。六、实施进度计划第 7 周 修改开题报告及研究大纲 第 8 周 翻译英文资料 第 9 周 模型先期计算 第10-11周 撰写初稿 第12周 论文中期检查 第13周 论文初稿修改 第14周 论文二次修改 第15周 论文三次修改 第16周 准备答辩七、参考文献 1 方国华，黄显峰.多目标决策理论、方法及其应用(第1版) M .北京:科学出版社，2011 2 杨自厚，许宝栋，董颖.多目标决策方法 M .沈阳：东北大学出版社，2006. 3 张冰，于景臣.城市轨道交通工程施工组织设计与概预算（第二版） M .北京：中国铁道出版社，2010. 4 中国建筑业协会筑龙网.施工组织设计范例50篇 Z .北京：中国建筑工业出版社，2004. 5 王洪亮.模糊多准则决策方法在工程项目决策阶段造价控制中的应用 J .科技风，2010， （11） 6 陈锦平.如何编制建筑工程施工组织设计 J .内蒙古科技与经济，2008，（21）：138 7 杨爱民，谭伟，王秀杰.浅谈施工组织设计的作用与编制内容 J .建筑与预算，2011，（4）：2728 8 吴东华，夏洪山.基于多目标模糊线性规划求解方法的飞机排班问题研究 J .计算机科学，39（1）:234238 9 王念.城市滨海景观规划中多目标满足的方法研究以南昌市秋水广场和赣江市民公园为例 J .科技广场，2011，（5）：175178 10 黄秋梅.质量计划与施工组织设计关系探讨 J .自然科学学科研究，2011，（8）：108 11 侯文静，马文杰，摆玉龙.带交通约束的多目标优化混合算法 J .计算机工程，37（6）：198199 12 郎明明.浅谈如何编好施工组织设计 J .赤峰学院学报，3（2）：114116 13 张云泉.城市轨道交通特征分析 J .1996（6）：4043 14 Cristin E. Corts, Doris Sez , Freddy Milla , Alfredo Nez , Marcela Riquelme . Hybrid predictive control for real-time optimization of public transport systems operations based on evolutionary multi-objective optimization J . Transportation Research Part C 18 (2010)： 757769 15 Tien-Fu Liang. Fuzzy multi-objective project management decisions using two-phase fuzzy goal programming approach J. Computers & Industrial Engineering 57 (2009)： 14071416 16 Carsten W. Scherer. An efficient solution to multi-objective control problems with LMI objectives J . Systems & Control Letters 40 (2000) ：4357指导教师签字时 间 年 月 日摘 要随着城市化进程的加快，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市交通基础设施的承受能力，交通状况严重恶化。轨道交通建设项目具有运量大、速度快、污染少、环境保护好、占地面积小、安全和可靠性强等特点，有效的缓解了这一压力，因此越来越多的城市开始轨道交通项目的建设。但是作为高成本、高技术要求，高风险控制的建设项目，城市轨道交通缺少各个控制目标间寻求平衡的有力指导。本文通过研究分析城市轨道交通建设项目的项目、施工特点以及当前城市轨道交通建设项目施工组织中存在的问题，决定采用以多目标决策理论为基础，以成本、进度、质量、安全、环境保护5个属性为研究对象的多属性求解模型。通过模型进行分析研究、方案比选，从而确定各个目标间的均衡控制，获取最大收益的最佳施工方案，进而按照选定的施工方案组织编制详尽施工组织设计，最终达到指导施工的目的。关键词：城市轨道交通，多目标控制，施工组织设计AbstractAs the city changes a course accelerate, city population and the rapid increase of motor vehicles has greatly exceeded the city transportation infrastructure capacity, traffic condition worsens. Rail traffic construction project has large capacity, fast speed, less pollution, good environmental protection, small occupation area, safety and reliability, effectively alleviate the pressure, thus increasing the city begins to orbit traffic project construction. But as high cost, high technical requirements, high risk control in construction projects, city track traffic lack of each control target to find a balance between powerful guidance. This article through studies analysis of urban rail transit construction project, the construction characteristics and the current urban rail transit construction project construction organization, the problems in the decision to multi-objective decision theory as a foundation, and the cost, schedule, quality, safety, and environmental protection five attributes as the research object attribute solution model. Through the model analysis research, plan than the election, so as to determine each target of between the balance control, to maximize the revenue of the best construction plan, then according to the selected construction plan develop detailed the construction organization design, and finally reach the purpose of guide the construction.Key Words：City track traffic, Multi objective control, Construction organization design 目 录第1章 绪论11.1选题的背景和意义11.1.1选题的背景11.1.2选题的意义21.2国内外研究现状21.3研究方法和思路3第2章 城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制现状42.1城市轨道交通建设项目的项目特点42.2城市轨道交通建设项目的施工特点42.3城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制的现状5第3章 多目标管理基本理论63.1多目标管理理论的基本概念63.2 多目标问题的理论基础73.2.1多目标决策过程73.2.2多目标问题的理论基础73.2.3多目标决策问题的关键要素83.3 向量优化理论93.3.1非劣解和非劣解集93.3.2最佳均衡解93.3.3非劣性的Kuhn-Tucker条件103.4 效用理论113.4.1序关系和偏好序123.4.2期望效用理论12第4章 多目标理论在城市轨道交通施工组织设计施工方案的确定中的应用144.1 多目标管理模型的确定144.1.1非劣解求解技术144.1.2多属性求解模型的选用144.1.3多属性问题求解方法174.2 施工方案确定的方法184.3 施工组织其他内容的确定19第5章 结论22参考文献23致 谢24附录25第1章 绪论1.1选题的背景和意义1.1.1选题的背景随着城市化进程的加快，城市人口和机动车的快速增加已大大超过城市交通基础设施的承受能力，交通状况严重恶化。城市交通问题已经严重影响城市功能的发挥和城市的可持续发展。轨道交通以其运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点成为解决城市交通问题的首选方案，因此其发展前景巨大，建设市场广阔。但由于我国城市轨道交通建设起步较晚，有些单位对城市轨道交通的概念、性质和特点，理解存在一定的偏差，有必要对其施工、组织进行一定的规范、引导。施工组织设计是针对建筑施工过程的复杂性，用系统的思想并遵循技术经济规律，对拟建工程的各阶段、各环节以及所需要的各种资源进行统筹安排的技术经济文件。它努力使复杂的生产过程，通过科学、经济、合理的规划安排，达到建设项目能够持续、均衡、协调地进行施工，满足建设项目对工期、质量及投资方面的各项要求。它是对整个施工活动的总设计，是建筑项目管理的灵魂。施工组织设计，不仅对施工单位的施工活动有约束指导作用，同时对建设单位、监理单位的工作也有一定的指导作用。它在每项建设工程中都具有中重要的规划作用、组织作用和指导作用，具体表现在：(1)施工组织设计是施工准备工作的一项重要内容，同时又是指导各项施工准备工作的依据。(2)施工组织设计可体现实现基本建设计划和设计的要求，进一步验证设计方案的合理性和可行性。(3)施工组织设计为拟建工程所确定的施工方案、施工进度等，是指导开展紧凑、有秩序施工活动的技术依据。(4)施工组织设计所提出的各项资源需要量计划，直接为物资供应工作提供数据。(5)施工组织设计对现场所作的规划与布置，为现场的文明施工创造了条件，并为现场平面管理提供了依据。(6)施工组织设计对施工企业的施工计划起决定和控制性的作用。(7)施工组织设计是统筹安排施工企业生产的投入与产出过程的关键和依据。(8)通过编制施工组织设计，可充分考虑施工中可能遇到的困难与障碍，主动调整施工中的薄弱环节，事先予以解决或排除，从而提高了施工的预见性，减少了盲目性，使管理者和生产者做到心中有数，为实现建设目标提供了技术保证。科学的施工组织设计，将使建筑施工活动的程序不断优化、工作协调和谐，提高工作效率，达到缩短工期、提高质量、降低成本的总体效果。虽然科学合理的施工组织设计作用突出，效果明显，但由于规范及范本对施工组织设计的编制只是建议书类型，而业主在招投标过程中对编写施工组织设计的格式要求又不尽相同，再加上编制施工组织设计人员的水平参差不齐，使得施工组织设计在格式和内容上、深度和广度上千姿百态、极其混乱，主要表现在时效性差、针对性差、指导性差、先进性差等方面，严重制约了施工组织设计作用的发挥。城市轨道交通建设项目，又是一个比较新的建设体系，其要求结构坚固、稳定、耐久、安全，外观达到城市景观要求，内实外美，而施工地点一般是在市区，人口密集、地面附着物多，施工受限制多，要求严格，对于如何编制一本好的施工组织设计的需求更是强烈。1.1.2选题的意义城市快速轨道交通是一种快速、安全、能耗低、污染少的绿色交通方式，现在受到越来越多的大、中城市的青睐。随着城市轨道交通建设项目的发展，项目越来越多，而其施工组织设计的编制却存在如上诸多的问题，有必要对施工组织设计的编制过程、编制方法进行研究。通过本论文的研究，通过将多目标控制理论应用到城市轨道交通建设项目的施工组织设计的编制过程中，建立相应的模型，在按照各个项目的具体情况赋予不同的权重，解决城市轨道交通施工组织设计编制过程中普遍存在的，工期、质量、成本、安全和环境保护间相互取舍的问题，实现项目建设的整体最优。从而，从根本上解决当前施工组织设计存在的缺乏针对性、指导性，内容大众化的问题，提高项目施工组织设计的实用性。1.2国内外研究现状当前我国对城市轨道交通建设项目的施工组织设计的编制方面的研究主要集中在规范化、提高人员素质等内涵丰富、涉及面广的基本问题方面，如施工组织设计的编制要分投标方案的编制和实施方案的编制；施工组织设计的编制内容主要包括：工程概况、施工总平面部署、技术规范及检验标准、施工顺序及主要工序的施工方法、施工质量、施工安全劳保措施、施工进度计划、人材机需用量计划、大型临时工程的设置计划等方面。基本上为编制规范以及针对成本控制、质量控制、进度控制、安全控制、环境保护等单方面、单目标的控制研究，然而针对于如何平衡各个目标之间的关系，以期达到配置最优，最合理的研究却十分稀少。多目标决策方法是从20世纪70年代中期发展起来的一种决策分析方法，它是在系统规划、设计、制造等阶段为解决当前或未来可能发生的问题，在若干可选的方案中选择和决定最佳方案的一种分析过程。在社会经济系统的研究控制过程中，我们所面临的系统决策问题常常是多目标的，各目标之间存在着相互竞争和矛盾，这使得决策问题常常是多目标的，这就需要应用多目标决策的理论和方法。目前多目标决策方法已经广泛地应用于资源利用、能源、环境、经济管理等领域。1.3研究方法和思路本论文属于专题研究类论文，主要通过阅读当前有关城市轨道交通施工组织设计的编制过程中存在的问题，以及相应解决方案的研究成果，通过多目标管理理论建立模型，计算研究得出最优方案。逻辑框架图如图：1-1基于多目标管理的城市轨道交通建设项目施工组织设计（第四章）城市轨道交通建设项目施工组织设计编制的现状(第二章)多目标管理理论的基本理论（第三章）城市轨道交通建设项目施工组织设计单目标控制的不足（第二章）得出结论，编制多目标城市轨道交通建设项目施工组织设计的指导方针（第五章） 图 1-1第2章 城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制现状2.1城市轨道交通建设项目的项目特点谈及城市轨道交通建设项目的特点，相信绝大部分人首先想到的就是建设成本高昂，一般公路平均每公里造价为三四千万，高速公路为五千至七千万，铁路为一亿到两亿元，而城市轨道建设项目一般为四亿至五亿元，甚至更有七亿、十亿的项目，建设项目的高成本显而易见。建设成本高，当然其产生的效益也非一般城市公共交通项目可比。(1)轨道交通一般采用列车编组化管理，运量很大，一般可达到1.5至6万人每小时，而普通公共交通仅能达到3300人每小时。(2)轨道交通都采用全隔离的路权方式，极大的提高了安全性和可靠性，同时由于线路条件好，又有先进的控制系统，其运行速度很快。(3)城市轨道交通建设项目基本都是采用电力牵引，对环境污染少，符合环境保护的社会发展大趋势。(4)主要采用地下或高架方式设计，节省空间，缓解城市用地压力。(5)轨道交通运行平稳，候车环境良好，乘车舒适性很好。当然不是说除了建设成本较高以外，轨道交通建设项目存在的只是优点，它还存在着诸如与其他交通兼容性差、路网结构难于调整、运营成本高、技术条件要求高、建设施工环境复杂等劣势。2.2城市轨道交通建设项目的施工特点一般而言城市轨道交通建设项目的施工地点都是发达城市的繁荣地区，这里人口密集，经济发达，地面附着物多，对施工活动的要求较以往项目更多，主要表现在一下方面：(1)鉴于城市轨道交通的特性和工程所处地点的环境，不仅要求主体工程机构必须坚固、稳定、耐久、安全，外观也要满足城市景观的客观要求，做到与城市的完美融合，即是所谓的内实外美，精益求精。(2)轨道交通建设项目的建设完工，投入使用，会为这一地区带来巨大的经济、社会效益，其甚至可以用无可比拟来描述，故其工期都会比较紧。再加上工程规模大，技术要求高，环境复杂，工期更是紧张。(3)城市轨道交通建设项目的施工地点是在市区，房屋建筑林立，地下管线纵横交织，地面附着物复杂，施工作业空间受到限制；另外施工地区人口密集，对噪声污染、震动及沿线社区的生产、生活的干扰限制严格，对施工极其不利。由此可见城市轨道交通建设项目对施工技术要求极为严格，工艺要求高；对环境影响大，环境保护措施要求严格。综合城市轨道交通建设项目极其施工特点，我们知道城市轨道交通建设项目的成本、质量、进度、安全、环境保护控制工作异常严峻，在施工组织设计中应做好科学、严谨的安排。2.3城市轨道交通建设项目施工组织中目标控制的现状同其他项目的施工组织设计一样，城市轨道交通建设项目的施工组织中目标控制存在一些问题。在一般的城市轨道交通的实施性施工组织设计的组织措施中，仅仅有保证安全、质量、工期等目标的技术组织措施，而没有关于成本、环境保护、文明施工的措施，这是不全面的。而即使是对于存在的安全、质量、工期等措施，也是内同陈旧，多为照搬照套，采用套用模版方式编制，未对具体工程的特点进行有针对性的规划和设计，起不到指导施工的作用。现在编制的施工组织设计只是作为技术管理的一项工作，它主要追求施工效益而很少关注经济效益，存在只注意技术措施，而忽略经济管理的内容，以至在实际施工过程中，资源浪费严重。面对施工组织设计中存在的目标管理不全面，不协调的问题，究其原因主要表现在：目前我国城市轨道交通建设项目施工组织设计的工程技术人员,大多数是大中专以上的学历,但除工程管理专业外，普遍存在着现代管理理论知识缺乏的现象,如缺乏系统工程、预测技术、决策技术、控制论、技术经济学、线性规划等方面的理论知识,这就直接影响到编制施工组织设计的质量和水平和实施施工组织设计的管理思路,加上编制人员工程经验不足,消息传播渠道不畅通等问题，导致不能及时的借鉴已经取得的成功经验，有的甚至出资请人代编,这样对设计意图难以达到统筹兼顾。另外目前施工组织设计的编制主要由技术部门负责，工程部门负责执行，两部门间不能及时、透彻的交底，这也是造成整个施工组织设计只是形式，不能真正起到指导施工的作用的重要原因。从以上的分析中我们可以看出，仅进行单目标间的分别控制会导致目标控制的失衡，不能达到总体最优，那么如何进行多目标间控制，使之达到平衡、最优呢，这就需要引入多目标管理理论。第3章 多目标管理基本理论3.1多目标管理理论的基本概念只有一个目标的决策问题称为单目标决策问题，相应的求解方法称为单目标决策方法。具有两个或两个以上目标的决策问题称为多目标决策问题，相应的求解方法称为多目标决策方法。多目标决策是指在多个目标之间相互矛盾、相互竞争的情况下所进行的决策。在这些相互冲突的目标中，通常既有定量指标，又有定性指标，决策者往往难以判断孰优孰劣。解决现实客观问题，采用多目标决策方法，其结论更合理、更逼真，易被人们所接受。它不像使用单目标数学模型求解实际的管理和决策问题时，总是假定在单一目标和约束条件都不变化的情况下，寻求绝对意义的最优解，这样就忽视了客观事物普遍存在的多目标性。使用多目标决策方法，能适应问题的各种决策要求和扩大决策范围，有利于决策者选出最佳均衡解。多目标决策技术能给出各个目标之间大量利弊得失的转换对比关系，增加决策信息，便于决策者选择。根据需要也可以给出所有方案的排列顺序，还可依据决策者的偏好或价值观给出相应的方案。相对于单目标决策问题，多目标决策问题都有两个共同特点：目标间的不可公度性和目标间的矛盾性。所谓目标间的不可公度性是指各个目标没有统一的度量标准，因而难以进行比较，对多目标决策问题中行动方案的评价只能根据多个目标所产生的综合效用来进行。所谓目标间的矛盾性是指如果采用一种方案去改进某一目标的值，则必定会使另一目标的值变坏。多目标问题总是以牺牲一部分目标的利益来换取另一些目标利益的改善。这是多目标问题的基本性质之一。一般来说，多目标决策问题的解不是唯一的，并且不可能同时获得各个目标的绝对最优解，它是由向量优化问题的“非劣性”所决定的。多目标问题的解：在数学规划中通常称之为非劣解或非控解。在一定条件下，取得多目标的“最优”解，则称之为最佳均衡解。多目标决策与单目标决策在决策过程中考虑影响最终抉择的因素不同。在多目标决策中，一要考虑各个目标或属性值的大小，二要考虑决策者的偏好要求。任何合乎理性的决策都将选择一个最佳均衡解，但不同的决策者对于同一问题却可能选择不同的最佳均衡解。对于单目标决策问题，决策者只需考虑目标值的大小总能选出一个最优的方案。任何决策者，任何决策者，在同一准则下，都将作出同一的最优抉择，这是因为决策者的偏好和目标值的极大或极小是完全一致的。一般来说，任何决策的最终目的都是是决策者达到最大限度的满足，或者说，使决策者的效用达到最大。因此，在多目标决策中，效用理论和向量优化理论都是多目标决策问题的理论基础。3.2 多目标问题的理论基础3.2.1多目标决策过程多目标决策过程是指求解问题及做出最终决策的全部过程。具体可归纳为：(1)分析、诊断系统存在的问题，并提出总体目标。(2)确定问题。将总体目标转换为适合计算的特定多目标集，并说明系统全部的基本要素、目标或属性的测度、系统边界和系统环境。(3)建立模型和估算参数。根据目标集合系统环境，构建适宜的模型，以表示系统关键变量的组成及他们之间的逻辑关系，并进行方便有效的综合分析。这里所说的模型都含有若干变量和函数，其中之一要包括能生产有用方案的主要函数。各属性或目标的测量尺度必须明确规定，以便进行方案分析与比较。(4)分析和评价系统方案。根据预先设定的决策规则，或用于排列有用方案的规则集，对每个方案和与其相应的方案进行评价，从而选取具有较高效用的方案进行实施。3.2.2多目标问题的理论基础在多目标问题中，决策的目的在于是决策者获得最满意的方案，或取得最大效用的后果。因此，在决策过程中必须考虑两个基本问题：一是问题的结构或决策态势，即问题的客观事实；二是决策规则或偏好结构，即人的主管作用。前者要求各个目标能够实现最优，即多目标的优化问题；后者要求能够直接或间接的建立所有方案的偏好序列，这就是效用理论的问题。多目标优化问题的解是非劣解，并且不是唯一的。所谓非劣解是指，在所有可行解集中没有一个解优于它，多目标优化计算得不出同时满足各个目标的最优解，只能求得非唯一的一组解，称为非劣解集。就某一非劣解而言，要想改进一个目标函数的效益，必以牺牲另一个或另几个目标函数的利益为代价。这是非劣解的一个重要特性。对于如何求解非劣解，一般而言是将向量优化问题转化为标量优化问题，即将多目标优化问题转化为单目标问题来求解。将向量问题转化为标量问题的常用方法有：权重法、约束法、拉格朗日乘子法。向量优化理论是生成多目标问题的非劣解的基础，但是在非劣解生成之后，如何从中选出最终解，这在很大程度上取决于决策者对某个方案的偏好、价值观和对风险的态度，这就是所谓的效用。它是能用实数表示决策者偏好程度的量化指标。在决策过程中都会直接或间接地含有能够排列方案的序列关系，如果这种序列关系反映了决策者的偏好，则称这种关系为偏好序。对于多目标决策问题，需要了解决策者的偏好和建立某种序列关系，并将其直接的显示出来。建立这种在可行集上的序列关系的形式便成为偏好结构。显然，决策者的偏好结构应能用实函数来表示，这个实函数就是效用函数。对于确定性决策问题，选取具有最大效用函数值的相应方案，便是最满意的解，而对于不确定性决策问题，具有最大期望效用值的相应方案，也就是最终的决策方案。3.2.3多目标决策问题的关键要素多目标决策过程的实现基本上都取决于构成决策问题的5个关键要素。它们分别是：决策单元，是个体还是群体决策；决策态势，是离散的还是连续的，是确定的还是非确定的；问题的目标；问题的属性，它们的特征及两两之间的关系和性质；决策规则，是最满意的还是最优的规则。决策单元包括决策者和共同完成信息加工的人和机器。它的任务是接受输入信息、生成信息和加工成智能信息，从而产生决策，并作出决定。决策者是指对问题有能力、有权威作出最终决策的人或集体，由他们来提供有价值的判断意见，据此可以排定各备选方案的优劣。决策者的作用是评价和判断各目标的相对重要性，并根据目标的当前水平值及主观判断和经验，提供关于决策方案的偏好信息。决策态势局势决策问题的客观情况，它是决策问题结构和决策环境的概括。决策态势的描述必须详细的说明：需要和有用的输入形式与数量、决策变量集和属性集以及它们的测度尺度、决策变量与属性之间的关系、方案集、环境的状态等。在求解实际的多目标决策问题时，首先要识别决策问题的态势或问题结构的实质，然后才可据此选择适宜的求解技术。决策态势反映问题的实质和类型有决策变量或属性的类型是离散的还是连续的；变量或属性的度量形式是公称的尺度、序数尺度、区间尺度，还是比率尺度；自然状态的性质是确定的还是不确定的；方案集的描述是显性的还是隐性的；变量间的因果关系是线性的、凸的，还是非线性的；决策目标是动态的还是静态的等。目标是指决策者的愿望，决策者渴望的达到的结果。目标集是具有层次结构的，由总目标具体分解为多层下层目标，反映决策者对决策事物希望达到的最终状态。最高层的目标常常是不能明确表述的，更不便于运算，而越底层的目标越具体、明确，也更容易定量计算。属性是反映具体目标达到要求的量化水平，它也可以用性能、参数、分量、因子、特征等描述，它们都是一个可测度的量，即可以直接或间接的评价某个具体目标实现程度的量度。直接的量度是指属性值的大小就表示目标值的大小，间接的量度是指采用代理属性间接地评价目标实现的水平。对一个目标指定属性必须满足两个特性，即可理解性与可测度性。若属性值能充分反映相应目标可达到的程度就说明这样的属性是可理解的，若对某个给定的方案，指定属性值是合理而实际的，则这个属性就是可测度的。决策规则是指在作出决策的过程中，将所有可行的方案，按照多目标问题的全部属性值的大小进行排序的规则集。决策规则可分为两类：一类是最优规则；另一类是满意规则。最优规则是可以完全排序的规则集，而满意规则仅仅是在满意规则的基础上寻找一个满意的方案，作为最终的决策。在多目标决策过程中，决策规则起着十分重要的作用。由于决策者的偏好不同，而采用的决策规则也不同。例如，有的决策者喜欢用期望效用最大规则，有的喜用目的或理想的偏差最小，还有的喜用基于目标间的权衡判断。显然采用什么样的决策规则在很大程度上取决于决策者的偏好，由于决策者的偏好不同，用以确定最佳均衡解的方法也不同。3.3 向量优化理论3.3.1非劣解和非劣解集设有个目标，在m个不等式约束，和决策变量向量非负条件下，要求个目标函数值越小越好，表示为 (3-1) (3-2) (3-3)其中，为维目标函数向量中的第个目标函数，为第个约束条件，为决策变量组成的维向量，即。令 (3-4)设，若不存在，满足，并且至少有一个分量，使得严格不等式关系成立（即），则称为多目标决策问题的严格非劣解，简称非劣解。由决策空间的所有非劣解组成的集合称为非劣解集。3.3.2最佳均衡解多目标决策的任务是在可行决策空间中寻找非劣解，并在非劣解之间进行折中分析，以确定满意解。这种折中分析是在非劣解集中进行的。由于目标间的矛盾性，改善某个目标必然以牺牲别的目标值作为代价。这种折中分析可以用所谓的折中因子定量描述。为改善目标，设改善量为，必须以损失其他目标作为代价。设损失量为，令，则称为目标函数和之间的折中因子。非劣解集一般包括有许多方案，显然，不是所有的方案都能被选中，而被选中的方案只是非劣解集中的决策者偏好的方案，称为最佳均衡解。选择最佳均衡解的方法之一是用非劣解集的图解表示，根据可能与折中分析进行选择。选择多目标的组合方案常根据对多目标组合的偏好而定。偏好可用无差曲线表示在给定效用量下，都能使各目标组合产生最大效用的可行方案，即为最佳均衡解。3.3.3非劣性的Kuhn-Tucker条件3.3.3.1单目标规划的Kuhn-Tucker条件单目标规划问题一般可以写成下列形式： (3-5) 其中，为欧式空间中的维向量， 具有一阶连续偏导数。在给出Kuhn-Tucker条件之前，首先介绍一下相关概念。设是满足和的点，令J是使得的那些下标的集合。如果梯度向量是线性无关的，则称为上述约束的一个正则点。 于是单目标规划的Kuhn-Tucker最优性必要条件为：设，在欧式空间的某一开集上一阶连续可微，若是式(3-5)约束条件的正则点，则必然存在Kuhn-Tucker乘子集和，并且，使得 (3-6) (3-7)设为式(3-4)约束条件的正则点，假设存在Kuhn-Tucker乘子集和，并且，使得式(3-6)和(3-7)成立。 (3-8) 为正定矩阵，则是式（3-5）的局部最小值。3.3.3.2多目标规划的Kuhn-Tucker条件多目标规划一般可表示为： (3-9)其中，约束定义为 (3-10)已知上述问题没有最优解，只有非劣解，可得式(3-9)、(3-10)非劣解的Kuhn-Tucker必要条件：设某向量，并且是中的正则点。又设，为连续可微的函数，若是式(3-9)的非劣解，则必然存在向量，和，其中，并且，使得 (3-11) (3-12)若目标函数都是凸函数，并且所有，是凸域，则式(3-11)和(3-12)也是为非劣解的充分条件。3.4 效用理论根据决策时所处的决策环境，效用理论可分为确定性效用理论和不确定性效用理论。以下主要介绍非确定性效用理论，即多属性效用函数的存在性。在多属性决策问题中，决策者必须能按自己的偏好对可行方案集中的成对方案进行比较，才能选出各方案的排列次序。3.4.1序关系和偏好序序关系是任意两个元素间相互比较的关系，也是以序数尺度作为两两方案比较的相互关系。在一个决策问题中，若表示可行 方案集，表示可行方案集中任意两个方案的相互关系，而a，b，c分别为中的任意方案，则两两方案的相互关系可有下列基本形式：（1）若和，则，它们相互关系是可传递，称为传递关系。（2）若，则二元关系是自返的；否则，若不成立，则其关系是非自返的。（3）若和，则二元关系是对称的；否则，若，而不成立，则是不对称的。（4）若和，并且有，则为反对称的。（5）若对所有的和，和/或，则二元关系是连通的。在效用理论中，偏好是另一个重要的概念。它是序关系的一种关系，用以反映决策者对方案进行比较、排序的偏好或优先权。优于、等价和不劣于是偏好关系中三个最基本的序关系。采用符号“”表示严格偏好序“优于”，用符号“”表示无差序“等价”，用符号“”表示“不劣于”。将其中任一种一种偏好序作为原始概念，可以定义其余的序。在多数情况下，是很难确定用什么属性作为偏好测度的代表的。这时可以先通过偏好序特性，在确定合适的测量尺度。3.4.2期望效用理论随机性决策问题的决策态势包含的因素：（1）行动集一种行动时决定进行某项工作的一种可行的方案，多种可行方案的集合便称为行动集，用A表示。一个行动集须是完备和互不相容的。（2）状态集S或自然状态集一个状态集代表影响一个已知方案后果的所有环境状态，并且这种影响是人们所无法控制的。在不确定的决策问题中，一般不能事先确定发生哪种状态，但是又必须选择某种行动和承受实际状态发生后对行动后果的影响。（3）后果集X后果是指状态S发生后对已定方案a所产生的结果。这个后果X既是方案a的函数，也是状态S的函数，可表示为，即。（4）后果X的完整描述设有个属性，其相应值分别为，则后果集X可认为是各个属性的笛卡尔生成集，即，用表示后果集X的一个元素。自然状态的概率分布是不可知，或即使估测出来也无意义的，这样的决策问题称为不确定性决策问题；自然状态的概率分布是可估测的称为是风险决策问题。以下主要说明风险决策问题。若一个人面临着必须从已知行动集A中作出选择的决策问题，其中给定的行动后果由未来自然状态S确定，并且未来状态出现的概率已知或可估测，则他必然选择一个将产生最高期望值的行动。这也就是说后果集X上存在一个数值函数U，可用来表示决策者的偏好结构。用数学式子表示如下：第4章 多目标理论在城市轨道交通施工组织设计施工方案的确定中的应用4.1 多目标管理模型的确定4.1.1非劣解求解技术多目标优化问题的解是非劣解，一般没有最优解，只能从非劣解集中选出最佳的均衡解。求解多目标优化问题的技术之一是直接生成问题的非劣解，直接生成非劣解的技术主要有权重法、约束法、多目标线性规划法和动态规划法。权重法是求解向量优化问题的常用方法，是对不同的目标给予相应的权重，把各目标函数的加权平均作为总的、单一的目标函数，求得问题的最优解，即为非劣解集中的一点，根据不同权重组合求解，就得到非劣解集。约束法是从总体目标中选择一个作为主目标，把其余的目标函数都作为约束条件，这样由主目标函数及此一组新增加的约束条件就建立一个单目标最优化模型。多目标单纯形法只适用于由线性目标函数和线性约束组成的多目标问题。它的计算过程类似于单目标单纯刑法，在单纯形表上进行，只不过是有多个目标。动态规划法是借助于动态规划的基本原理，不是将非基本目标处理为约束条件进行扰动求解，而是处理为状态变量进行动态规划递推计算，在递推的最终阶段，不再比较各目标状态下的基本目标值，而将各可行目标状态值连同相应的优化基本目标值取出，即为求解的非劣解集。4.1.2多属性求解模型的选用直接生成非劣解技术，基本上不考虑决策者偏好的影响，单由于建筑工程项目具有单一性的特点，不同的项目需要根据具体情况赋予不同的权重，所以应该考虑使用其他方法，随着决策科学的发展，越来越多的决策方法的运用更加合理、科学。如模糊综合判断法、物元分析法、投影寻踪法、模糊优选法、遗传算法等等。本章结合施工组织设计编制过程中面临的多属性决策问