1.主要研究内容
本文的主要目的是针对目前大型水利工程施工过程中存在的问题，对施工阶段的工程进度控制问题进行优化研究，提出进度控制中的定性分析与实际情况有偏差。在进度优化控制的过程中，考虑不确定因素对施工进度的影响，才能使进度控制更加符合工程实际。本文利用 MC 对影响因素进行预测和分析，将 NSGA-Ⅱ算法引入水利工程施工进度控制问题中，对南水北调工程中箱涵的混凝土施工进度进行了多目标优化。
(1)针对大型水电工程施工阶段存在的问题，以南水北调中线一期工程---天津干线保定市Ⅰ段工程为例，通过调研各标段的施工组织情况和实际施工进度，通过数据分析统计，找出施工中存在的问题，拟定解决方案。
(2)以箱涵工程为例，分析影响箱涵施工进度的因素，假定这些因素为三角形分布的随机变量。受到这些不确定因素的影响，钢模台车浇注混凝土箱涵的速度为随机变量。施工过程中台车速度呈现了三个阶段的不同变化。建立了 MC 模拟钢模台车施工速度的模型，确定了影响因素的数值，分别对这三个阶段台车的施工速度进行了分析和预测，使得出的结论更加符合工程实际。
(3)大型水电工程施工进度优化问题是一个多目标优化问题。本文以箱涵工程中投入的钢模台车数最小和混凝土浇筑长度最大为目标函数，利用 Matlab 语言编程，采用实数编码，带精英策略的非支配排序遗传算法 NSGA-Ⅱ对目标函数进行优化。最终给出几组不同完工保证率情况下的台车的投入数量和投入时间间隔的关系，给决策者提供决策的依据。
(4 )最后指出大型水利水电工程施工进度优化中仍存在着一些问题，需要在以后的研究中进一步深化。
2.关键工程的施工
首先要找出该工程项目在施工阶段的关键线路与关键工序，然后分析并找出关键工序与关键线路的主要影响因素，最后通过控制这些主要影响因素，实现对关键工序与关键线路的进度控制。箱涵工程为本工程中的关键工程。
2.1 箱涵作业分区及施工程序
根据施工工期要求，结合开挖和混凝土施工的情况，工程各标段分成不同的作业分区，每个作业分区分多个工作面从两端向中间进行施工，各作业分区平行作业。以 2 标为例，2 标从桩号 XW25+083 开始到桩号 XW32+858 为止，共分为 3 个作业分区，6 个工作面平行施工，每个工作面的箱涵混凝土均顺序浇筑。
2.2箱涵的施工
现浇混凝土箱涵为有压输水钢筋混凝土箱涵，为 3 孔 4.4×4.4m 钢筋混凝土结构。箱涵底部设 10cm 厚 C10 混凝土垫层，底板厚 65cm，顶板厚 60cm，外侧墙厚 55cm，内侧墙厚 50cm。输水箱涵段与段间设一道变形缝，缝宽 30mm，止水采用中埋式复合型遇水膨胀橡胶止水带，宽 452mm，厚 12mm。填缝板采用 30mm 厚聚乙烯闭孔泡沫塑料板。输水侧设 30mm 厚双组份聚硫密封胶。单个作业分区内的箱涵土方开挖、混凝土浇筑、土方回填采取流水线组织施工。首先进行土方开挖 200m 左右后，采用分层分块组织方式浇筑混凝土，每个标准段浇筑长度为 15m，非标准段每个浇筑段长度在 10～15m 之间调整，且连续非标准段的段数不超过 3 段。每个浇筑段分底板、边顶板 2 层浇筑，第 1 层浇筑到底板八字角以上50cm，第 2 层浇筑箱涵侧墙和顶板。按垫层混凝土→底板混凝土→边顶板混凝土的顺序组织浇筑箱涵混凝土。箱涵混凝土浇筑完成一定距离、强度达到回填要求，经验收合格进行土方回填。
3.钢模台车浇筑混凝土随机速度的模拟............................................................................. 16
3.1 钢模台车施工速度分析........................................................................................... 16
3.2 蒙特卡罗方法原理................................................................................................... 16
3.2.1 蒙特卡罗方法的基本思想及优点................................................................... 16
3.2.2 随机数和随机变量的生成............................................................................... 17
3.3 钢模台车施工速度随机过程的 Monte-carlo 模拟 ................................................... 20
3.3.1 箱涵工程关键线路分析................................................................................... 20
3.3.2 影响速度的随机变量概率分布....................................................................... 21
3.3.3 钢模台车施工速度分析与预测程序............................................................... 21
3.4 实例分析................................................................................................................... 22
3.5 本章小结................................................................................................................... 26
4.基于多目标遗传算法的水利工程施工进度优化控制..................................................... 27
4.1 多目标优化问题(MOP )的数学描述....................................................................... 27
4.2 多目标优化问题理论............................................................................................... 27
4.2.1 基本概念........................................................................................................... 27
4.2.2 Pareto 最优性理论.......................................................................................... 27
4.3 多目标优化算法 .........................................................................................................28
4.3.1 快速非支配排序 ...............................................................................................29
4.3.2 拥挤度比较 .......................................................................................................30
4.3.3 精英策略 ...........................................................................................................31
4.4 基于 NSGA-Ⅱ的施工进度优化设计......................................................................32
5.实例分析 .....................................................................................................................35
5.1基本假定 ...........................................................................................................35
5.2 数学建模 ...........................................................................................................37
5.3 NSGA-Ⅱ遗传算法参数设置.........................................................................39
5.4 基于 Matlab 的 NSGA-Ⅱ编程.........................................................................41
结论
主要结论如下：
(1) 南水北调中线天津干线保定市Ⅰ段于 2009 年 8 月 15 日开工，通过对工程各标段施工对象、施工方案、施工组织情况和实际施工进度的深入调研，分析施工组织中存在的关键问题，拟定解决方案。
(2) 根据前期工程施工实际进展情况和工期要求，经计算，表明混凝土浇筑不能满足工期要求，找出箱涵施工进度滞后的标段，提出解决问题的途径和措施：尽快增加制约箱涵混凝土浇筑速度的钢模台车的数量，科学组织施工。
(3) 大型水利工程施工过程由于受到各方面因素的影响，施工过程是随机的。我们重点研究箱涵工程中钢模台车浇筑混凝土的施工过程，台车的施工过程受到钢模台车设备数量及施工人员技术等因素的影响。受这些因素的影响钢模台车速度为一个动态的随机变量。提出了施工过程中不同台车配套同一组施工队伍，台车浇筑混凝土按一条线状路线施工这两个假设，建立了预测钢模台车浇筑混凝土速度的模型。采用MC 方法对钢模台车施工速度进行预测，得到三个阶段影响因素的随机分布情况，利用时变方程，最后得到钢模台车随时间变化的速度曲线，得出的曲线与工程实际的台车速度较为接近。
(4) 在得到钢模台车施工速度的基础上，将带精英策略的非支配排序算法NSGA-Ⅱ算法用于水利工程的施工进度控制与优化。以钢模台车投入总数最小、浇筑混凝土长度最大为目标函数。在遗传算法编码阶段，考虑到该优化问题为时间安排型问题，采用了两部分编码，避免了引入修复算子进行修复，解决了进行遗传操作后编码混乱的问题。