第2章
理论基础及研究综述
2.1 建设工程施工运输管理研究综述
根据第1章提出的现实背景、理论背景和研究方法，本研究对建设工程施工运输的相关研究进行归纳整理，深入探讨后继研究的主要方向，并对所涉及研究方法的理论和应用进行文献综述和技术分析，为后续章节的展开做铺垫。
本节主要针对第1章中提出的水平运输过程缺乏对施工工艺和施工进度的联合管控，而垂直运输管理缺乏对动态信息的掌控和统筹调度等问题，对现阶段建设工程施工运输管理相关文献和实施方法进行综述。
2.1.1 建设工程水平运输管理研究综述
本研究以建设工程和施工运输为关键词进行文献检索，所得文献的主要研究领域基本集中在水利工程和土木工程，其中以水利工程交通运输系统规划、场地管理、运输设备配置和施工进度优化等方面的研究较为深入。
冯志军（2003）指出，施工场内交通运输问题出现的主要原因在于简化了运输系统的物料调运关系，没有考虑到多工作面同时施工对交通系统的影响。在对施工过程、施工进度、施工工艺及施工场地进行冲突分析后，他通过多准则模糊决策方法解决了施工运输中的施工场地冲突问题。该研究虽然分析了施工场内运输与施工进度、施工工艺、施工场地之间的联系，但主要解决的是场地冲突和场地配置问题，并未对施工运输过程管理进行深入研究，也没有对因施工进度计划复杂或不合理对施工运输产生的问题提出具体的解决办法。
陈先明等（2002）指出，由于施工过程的复杂性和施工人为干扰较多，使得施工运输系统具有不确定性和模糊性。该研究采用元胞自动机模型替代传统蒙特卡罗仿真方法，针对离散型模糊分布处理实际数据较少或系统参数概率分布难以确定的情况，同时结合现场知识和经验，将运输的时间、空间和行为有机联系起来，建立以主要因数为条件变量的可计算模型。钟登华等（2002）将运输车辆视为运输系统的流动实体，运输过程中车辆在各个环节中滞留的时间为符合某种分布规律的随机变量，而资源实体为运输系统中不断进行状态交互和流动的实体。运用仿真技术建立交通运输系统模型，输入施工进度计划、道路规划、工作面布置、车辆配置等条件，得到交叉路口的运输密度、排队情况、等待时间及各工作面的装载机利用率、汽车利用率等信息，并将仿真结果用于调整场地占用、车辆数量以及施工进度计划。舒华英（2003）运用面向对象技术结合Petri网（离散并行系统的数学表示）模型描述运输系统组织结构和状态变迁，较好地反映了施工系统的动态变化情况，利用调度规划解决多进程竞争同时刻的同一资源或一个进程选择多资源的冲突问题。这些研究涉及的施工进度计划均为重复循环的单一计划，不适用于多专业交叉并行的复杂施工进度计划。
文献回顾结果表明，既有研究对施工场地、道路规划和车辆配置问题均有较深入的研究，也指出了施工进度计划与施工运输计划间的密切关系，以及运输资源在运输系统中的交互和竞争问题。然而，既有研究却未对两者的关联进行进一步分析。因此，施工运输管理的后继研究方向是以运输计划和施工进度的资源实体为媒介，建立施工运输计划与施工进度计划之间的交互沟通机制与相互迭代的优化机制。
2.1.2 建设工程垂直运输管理研究综述
塔吊和施工电梯作为建设工程施工垂直运输的主要设备，与之相关的工程管理研究状况具体如下。
1）塔吊运输管理
塔吊是大型及重型物件垂直运输中不可或缺的大型设备，一般安装在便利、安全的位置，并根据建设项目的规模，由一台或多台塔吊共同作业，完成大宗材料及物件的垂直运输工作。塔吊的租赁或购买费用昂贵，施工场地的限制和规避碰撞的要求，多部门协作管理难度大等因素决定了塔吊在垂直运输管理中的重要地位。
Zhang等（1996，1999）提出了单塔吊及多塔吊位置优化的计算模型。Tam等（2001）以塔吊运输的空间位置及时间最短为目标，运用遗传算法GA、多元回归分析MRA（Leung et al.，2001）、人工神经网络ANN（Tam et al.，2003）、混合整数线性规划MILP（Huang et al.，2011）等方法，建立计算模型。Lam等（2005）在塔吊运输空间位置优化的基础上，将工作流、人员流及安全和环境等因素加入模型进行计算。
以上文献的算法和模型分类如下，按计算方法可分为数学应用（如MRA、MILP）和人工智能应用（如GA、ANN）；按研究模型可分为分析模型（如GA、MILP）和统计模型（如ANN、MRA）。这一系列文献的研究方向主要是综合考虑各种影响因素，运用不同的算法，建立相应的计算模型，获得塔吊空间位置的合理布局。它们的研究更偏重塔吊空间位置的前期规划，而非塔吊运输活动过程的调度管理。
Appleton等（2006）在特殊目的仿真（special purpose simulation，SPS）的基础上，运用先验概率逻辑（priority rating logic，PRL）对实际案例进行计算机仿真，并对仿真结果做出分析，得出塔吊的使用率、塔吊吊钩的运输时间和塔吊方位等信息。该研究主要针对的是单塔吊运输活动过程的仿真，在工程管理中，需要设置塔吊运输活动的优先顺序。所以在施工中如何考虑塔吊的选型、定位、布局、拆除等关键技术，实现多塔吊协同工作，有效控制工程进度和施工成本，是塔吊运输调度管理的主要方向和需要深入研究的问题。
2）施工电梯运输管理
施工电梯一般由临时性施工电梯和永久性使用电梯组成。施工电梯在施工人员、中小型工程、周转材料、机电管线、小型设备和施工机具等人、材、机的运输中发挥着重要作用，是结构施工和装饰施工阶段施工人员上下、材料运输必不可少的垂直运输机械。在塔吊拆除后，施工电梯更是承担着绝大部分材料的垂直运输任务。对于施工阶段在主体结构上安装的电梯，为保证工程总体上按时竣工，应尽早将其转换为永久电梯。
从文献回顾结果看来，运营电梯的选型、布局规划和运输方案的计算研究较多。但由于施工现场的垂直运输受到进度计划、材料供应、天气等因素的影响，施工电梯调度管理的理论研究较少。大部分与电梯调度有关的文献提到的算法和模型，基本为如何实现客用电梯人流高效流转和多电梯协调的研究。传统施工电梯调度估算方法一般采用“预设复验”法（赵彬等，2016），先按经验公式初步计算需要调用的施工电梯总数，在做完平面及立面的详细规划后，再按估算的人数及材料量复核施工电梯各阶段的运输能力。但在复杂项目中，由于工期计划、物料供应等影响因素的变化，运用这种方法得出的计算结果难以用于实际调度。
因此，从塔吊和施工电梯的文献综述可以看出，该问题属于运输设备集中调度管理的范畴。大部分的调度管理均属于NP问题，调度管理问题已有几十年的研究历史，但理论研究和实际应用仍存在较大差距。实际应用的调度方法能响应调度管理的动态变化，但不能保证得到较优的调度方案。理论研究的调度方法由于约束条件的限制和计算过程的复杂性，忽略了许多现实因素，不利于实际应用。因此，如何实现理论算法和实际应用相结合是运输设备集中调度管理的研究重点。