考虑多源不确定因素的建筑废弃物预测与控制方法研究

The significant amount of construction and demolition waste is heavily influenced by multiple uncertainties of construction projects. The aim of this proposal is to address construction waste estimation and control of one single project considering multiple uncertainties. First, based on the mass balance principle and work breakdown structure, material flow analysis is conducted for each terminal work package by considering characteristics of different materials to discover the mechanism of construction waste generation. At the same time, key factors influencing construction waste generation can be identified through literature review and workflow analysis. Second, a Beyesian network is constructed by taking uncertainties and amount of construction waste as nodes and their cause-effect relationships as arrows. The prior and conditional distribution can be obtained through expert opinion and structured questionnaire survey. An algorithm is also proposed to help the network forecast construction waste generation in uncertain environment. Third, preferences of construction companies towards construction waste management and waste generation estimation from the Bayesian network are incorporated to build a construction waste control model, which is a multi-objective optimization model taking management of construction waste & cost of management as objective functions and controllable uncertainties as decision variables. A heuristic method will be proposed to solve the problem to get the satisfied solution, which can help control construction waste. Finally, a case study will be conducted to verify the proposed models and facilitate its applications in the construction industry. In the future, a small number of projects will be selected for trial with the aim of improving the construction waste management performance.

建筑工程中产生的数量巨大、种类繁多的废弃物受到其诸多不确定因素影响。为了更好地管理建筑废弃物，本课题以工程项目为单位探索在多源不确定因素影响下的建筑废弃物预测和控制方法。第一，利用物质流方法分析建筑材料的行为特性，探索建筑废弃物产生机理；通过文献调查和流程图分析方法识别影响建筑废弃物产生的不确定因素。第二，以不确定因素和待估计废弃物为节点，以它们之间的因果关联关系为有向边，利用专家知识和问卷调查方法获取先验概率和条件分布概率，构建贝叶斯网络模型来预测建筑废弃物的产生。第三，考虑不确定因素和建筑企业的废弃物管理偏好，以不确定性因素中的可控因素作为决策变量，以建筑废弃物管理偏好和控制成本为目标函数，构建多目标决策模型，采用启发式算法求解来控制建筑废弃物的产生。本课题以房屋建筑为例，通过调节可控不确定因素，控制建筑废弃物的产生，并通过实际工程项目予以验证和提高，对废弃物管理有启发意义。

建筑废弃物种类繁多、数量巨大，占城市固体废弃物的30%-40%。为了更好地管理建筑废弃物，本课题在建筑工程项目层次探索不确定环境中建筑废弃物产生机理分析、预测方法和控制方法。首先，利用物质流方法分析建筑材料的行为特性将建筑材料分为支撑材料和辅助材料，按照其来源将其分为建筑材料、包装材料、攫取材料和目标构件，并采用投入产出法来探索建筑废弃物产生机理；在此基础上，使用Tropos目标-风险分析模型，描述在不确定环境中整个供应链上的风险传递过程并给出了相应的风险管理策略。第二，建筑废弃物来源与建设阶段、维修阶段和拆除阶段的建筑活动，本课题探索了三个不同阶段影响废弃物产生的主要因素，并提出了建筑废弃物预测模型，该模型基于工作分解结构，能够预测整个建筑工程项目不同层次工作包中产生建筑废弃物的种类和数量，结合建筑废弃物产生的时间分布函数，能够预测建筑废弃物产生的时间、种类和数量，为建筑废弃物的有效管理提供了决策支持。第三，本课题使用优先级来描述决策者的管理偏好，针对强优先级（每个优先级层次上只有一个属性）和弱优先级（每个优先级层次上有一个或者多个属性）两种情况提出了多优先级多属性语义算子；针对强优先级多属性评价，提出了优先级多属性语义算子，针对每个层级设置一个层级权重，其权重与高层级的满足度有关，所以其一方面能够捕捉属性评价的微小变化，另一方面能够反映出高优先级属性满足度的重要性，该算子还使用映射函数赋予最终计算结果决策者能够理解的结果；针对弱优先级多属性评价，将强优先级的算子扩展到弱优先级情景，使用OWA来弥补同层次属性的满足度，该算子允许决策者使用数值、语义、区间数值等形式来评估属性。迄今为止，以第一作者/通讯作者（含学生第一作者，本人第二作者）发表论文9篇，其中国际期刊6篇（5篇SCI检索），国际会议论文3篇。成果能够辅助政府和建筑企业在制定政策、建立公共设施、现场施工规划等方面来统筹管理建筑废弃物。