FLEET CONFIGURATION OF HIGHWAY CONSTRUCTION USING SIMULATION-BASED OPTIMIZATION

FLEET CONFIGURATION OF HIGHWAY CONSTRUCTION USING SIMULATION-BASED OPTIMIZATION. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (FLEET CONFIGURATION OF HIGHWAY CONSTRUCTION USING SIMULATION-BASED OPTIMIZATION)
Zaid Thesis.pdf
Restricted to Repository staff only until 31 July 2023.

Download (3MB)

Arabic Abstract

عمليات نقل التربة هي المهمة الأساسية في معظم مشاريع البناء الثقيلة (مثل إنشاءات الطرق السريعة والسدود والأنفاق وما إلى ذلك) التي تنطوي على استخدام المعدات الثقيلة. ترتبط الآليات الثقيلة بتكاليف استخدام عالية تؤثر بشكل كبير على الميزانية الإجمالية للعملية. لذلك ، فإن القدرة على العثور على التكوين الأمثل للطاقم الذي ينتج عنه أقل تكلفة أو جدول زمني سيساعد المقاولين في تسليم مثل هذه المشاريع بنجاح بالميزانية والجدول الزمني المخططين. تم تطوير العديد من نماذج التحسين الرياضية والمحاكاة لتحسين عمليات نقل التربة. ومع ذلك ، فإن معظم أنظمة التحسين هذه لا تأخذ في الاعتبار التغييرات الديناميكية لتكوين الأسطول أثناء تقدم المشروع. تقدم هذه الرسالة نموذجًا للتحسين القائم على المحاكاة لعمليات نقل التربة من خلال إيجاد التكوين الأمثل للطاقم الذي ينتج عنه أقل تكلفة و / أو جدول زمني يأخذ في الاعتبار التغيير الديناميكي لتكوين الأسطول مع تقدم المشروع. يدمج النظام المقدم نموذجًا رياضيًا يعتمد على البرمجة الخطية المختلطة الصحيحة (MILP) مع نموذج محاكاة يستخدم محاكاة الأحداث المنفصلة (DES). يوفر النموذج الرياضي لنموذج المحاكاة التكوين الأولي للأسطول الذي تم حله باستخدام MILP. بينما يراعي نموذج DES حالات عدم اليقين المتعلقة بزمن النقل ،يتحقق من صحة النموذج الرياضي ، ويجد التكلفة النهائية للمشروع ، والمدة ، وتكوينات الأسطول المثلى لمناطق القصوالتعبئة المختلفة. من أجل التحقق من صحة النظام المطور ، تم حل ثلاث مشاريع. بمقارنة النتائج التي تم الحصول عليها بنموذجنا والنماذج للحالات المختارة ، كان هناك تحسن كبير في تكلفة المشروع بنسبة 7.029٪ لمشروع الحالة الأولى ، و 25.44٪ للمشروع الثاني ، و 65.4٪ للثالثة. أما بالنسبة للمدة الإجمالية للمشروع ، فقد بلغت نسبة التحسن 45.763٪ للحالة الأولى ، و 42.27٪ للحالة الثانية ، و 20٪ للحالة الثالثة. علاوة على ذلك ، كشفت النتائج أن تكوينات الأسطول التي تم إنشاؤها بواسطة نموذج DES إتفاق مع تلك المحددة بواسطة نموذج MILP بنسبة 95.023٪. يمكن أن يساعد النموذج الذي تم إنشاؤه المقاولين في تخطيط عمليات نقل التربة وتحقيق أقل تكلفة ممكنة مع مراعاة (1) الموارد المتاحة للمقاول ، (2) التكوين الديناميكي للأسطول لمواقع الردم والقص المتعددة، (3) كميات التربة المثلى ليتم نقلها بين مواقع الردم والقص المختلفة ، (4) التكاليف البيئية وغير المباشرة للمشروع ، (5) طوابير الانتظار في كل مناطق قص وردم ، و (6) أوجه عدم اليقين المرتبطة بالسلوك الديناميكي لعمليات نقل التربة

English Abstract

Earthmoving operations are the core task in most heavy construction projects (e.g., highways constructions, dams, tunnels, etc.) that involve the utilization of heavy equipment. Heavy machinery is associated with high utilization costs that significantly impact the operation’s overall budget. Therefore, being able to find the optimized crew configuration that results in the least cost and/or schedule will assist contractors in successfully delivering such projects with the planned budget and schedule. Several mathematical and simulation optimization models have been developed for optimizing earthmoving operations. However, most of these optimization systems do not consider the dynamic changes of the fleet configuration as the project progresses. This thesis presents a simulation-based optimization model for earthmoving operations through finding the optimum crew configuration that results in the least cost and/or schedules taking into consideration the dynamic change of the fleet configuration as the project progresses. The presented system integrates a mathematical model which is based on Mixed Integer Linear Programming (MILP) with a simulation model that employs Discrete Event Simulation (DES). The mathematical model provides the simulation model with the initial fleet configuration that was solved using MILP. While the DES model accounts for the uncertainties related to the cycle time, validate the mathematical model and find the final project cost, duration, and optimum fleet configurations for different cut-fill areas. To validate the developed system, three case projects were solved. Comparing the results obtained with our model and the literature models of the selected cases, there was a significant improvement in project cost by 7.029% for the first case project, 25.44% for the second, and 65.4% for the third. As for the project’s overall duration, the improvement percentage was 45.763% for the first case, 42.27% for the second case, and 20% for the third. Furthermore, the results reveal that the fleet configurations generated by the DES model are in agreement with those selected by the MILP model by 95.023%. The generated model can assist contractors in planning earthmoving operations and achieving the least possible cost while considering (1) available resources to the contractor, (2) the dynamic fleet configuration of the multi-cut-fill sites, (3) the optimum soil quantities to be moved between different cuts and fill sites, (4) project environmental and indirect costs, (5) queues at each cut and fill areas and (6) uncertainties associated with the dynamic behavior of the earthmoving operations.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Construction
Civil Engineering > Geotechnical Engineering
Civil Engineering > Transportation Engineering
Engineering
General
Research
Research > Information Technology
Research > Management
Research > Environment
Research > Engineering
Math
Department: College of Design and Built Environment > Construction Engineering and Management
Committee Advisor: Alshaibani, Adel
Committee Members: Bubshait, Abdulaziz and Mohammed, Awsan
Depositing User: ZAID KHALLAF (g201473200)
Date Deposited: 01 Aug 2022 05:01
Last Modified: 01 Aug 2022 05:01
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/142183