Lựa chọn phương án phù hợp cho dự án bằng thuật toán tiến hóa đa mục tiêu và phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

LÊ SONG THỤY

LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN PHÙ HỢP CHO DỰ ÁN
BẰNG THUẬT TỐN TIẾN HĨA ĐA MỤC TIÊU VÀ
PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ

Chuyên ngành: Quản lý xây dựng
Mã số ngành: 8580302

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Tp.HCM, 09 - 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. Trần Đức Học
TS. Đinh Công Tịnh
Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Phạm Vũ Hồng Sơn

Cán bộ chấm nhận xét 2: TS. Phạm Thanh Hải
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG TP. HCM,
ngày 11 tháng 09 năm 2020.
Thành phần Hội đồng đánh giá Luận văn thạc sĩ gồm:
1. PGS.TS. Phạm Hồng Luân

-

Chủ tịch Hội đồng

2. TS. Nguyễn Anh Thư

-

Thư ký

3. TS. Phạm Vũ Hồng Sơn

-

Ủy viên (Phản biện 1)

4. TS. Phạm Thanh Hải

-

Ủy viên (Phản biện 2)

5. TS. Đặng Thị Trang

-

Ủy viên

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
KỸ THUẬT XÂY DỰNG


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: LÊ SONG THỤY

MSHV: 1870463

Ngày, tháng, năm sinh: 13/12/1996

Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Quản Lý Xây Dựng
Mã số ngành: 8580302
I. TÊN ĐỀ TÀI: Lựa chọn phương án phù hợp cho dự án bằng thuật tốn tiến
hóa đa mục tiêu và phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG
1. Trình bày cơ sở lý thuyết thuật tốn tối ưu hóa nhóm xã hội (MOSGO), đề xuất
q trình tiến hóa trong thuật tốn.
2. Xây dựng mơ hình thuật tốn MOSGO vào bài tốn thỏa hiệp thời gian – chi phí

– chất lượng (TCQT)
3. Sử dụng các phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí lựa chọn phương án phù
hợp cho dự án.
4. Áp dụng mơ hình vào dự án thực tế.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

: 02/2020

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 08/2020
V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: TS. Trần Đức Học - TS. Đinh Công Tịnh
Tp. HCM, ngày … tháng … năm 2020

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT XÂY DỰNG


i

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đối với TS. Trần Đức Học và
TS. Đinh Cơng Tịnh đã tận tình hướng dẫn, động viên và cho tơi những gợi ý q
báu để hồn thành luận văn này. Sự nhiệt huyết và kiến thức chuyên môn của
Thầy đã truyền cho tôi cảm hứng và định hình cho tơi vấn đề nghiên cứu.
Tiếp theo, tơi xin chân thành gửi lời cảm ơn đến Ths. Nguyễn Trung Hiếu vì sự
kiên nhẫn và sự giúp đỡ của anh trong xuyên suốt quá trình nghiên cứu. Anh đã
hỗ trợ tuyệt vời trong q trình nghiên cứu của tơi, giúp tôi giải đáp những nghi
ngờ nhỏ nhất với sự kiên nhẫn tối đa.

Đồng thời, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô khoa Kỹ thuật Xây dựng,
Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM đã truyền đạt những kiến thức
quý báu trong suốt quá trình học tập là nền tảng vững chắc cho tơi trong suốt q
trình nghiên cứu.
Ngồi ra, tơi cũng xin gởi lời cám ơn tới quý đồng nghiệp và Ban giám đốc cơng
ty đã tận tình chỉ dẫn, cho tơi cái nhìn tường tận hơn về những vấn đế thực tế của
ngành xây dựng bằng những kinh nghiệm quý báu.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến cha mẹ đã ủng hộ và hỗ trợ tơi hết
mình. Tình cảm và sự động viên liên tục của họ là động lực to lớn thúc đẩy tôi
vững bước tiến lên.
Luận văn Thạc sĩ đã hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, tuy nhiên sai sót là
điều khơng thể tránh khỏi. Kính mong các q Thầy cơ chỉ dẫn thêm để tơi bổ
sung những kiến thức và hồn thiện bản thân mình hơn.
Xin trân trọng cảm ơn.
Tp.HCM , ngày … tháng … năm 2020
Người thực hiện luận văn

Lê Song Thụy


ii

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Trong những năm gần đây, ngành xây dựng thế giới nói chung và ở Việt Nam nói
riêng ngày càng phát triển. Các dự án xây dựng ngày càng lớn hơn và phức tạp hơn
đặt ra những thách thức không nhỏ đối với các nhà quản lý dự án. Các nhà quản lý
luôn nỗ lực với mục tiêu hoàn thành dự án với thời gian ngắn nhất, chi phí thấp nhất
với chất lượng cao nhất. Các mục tiêu trên đối lập và xung đột lẫn nhau, phải có sự
thỏa hiệp giữa thời gian, chi phí và chất lượng của dự án. Một trong những nhiệm vụ
chính của nhà quản lý dự án trong giai đoạn lập kế hoạch tổ chức thi công là lựa chọn

phương án với thời gian, chi phí và chất lượng phù hợp nhất cho dự án. Nhiều mơ
hình tốn học được đề xuất để giải quyết các vấn đề trên. Nghiên cứu này trình bày
một cách tiếp cận mới về bài tốn thỏa hiệp thời gian, chi phí và chất lượng của dự
án bằng thuật tốn “Tối ưu hóa đa mục tiêu nhóm xã hội” (MOSGO) với mối quan
hệ tổng quát giữa các công tác. Phương pháp hỗ trợ ra quyết định được áp dụng để
lựa chọn phương án phù hợp nhất.

ABSTRACT
In recent years, the world construction industry in general and in Vietnam in
particular has been increasingly developed. Construction projects are getting bigger
and more complex, which poses big challenges for project managers. The managers
always strive to complete the project in the shortest time, with the lowest cost and
with the highest quality. The above objectives are contradictory and conflicting with
each other, and therefore there must be a compromise between the timing, cost and
quality of the project. One of the main tasks of a project manager in the planning
stage of the construction organization is to choose the option with the most efficient
time, cost and quality for the project. Many mathematical models have been proposed
to solve the this problems. This study presents a new approach to the compromise of
time, cost and quality of a project using the "Social Group Multi-Purpose
Optimization" (MOSGO) algorithm with the general relationship between tasks. A
decision-making approach is used to select the most appropriate option.


iii

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là nội dung do chính tơi thực hiện dưới sự hướng dẫn của
TS. Trần Đức Học và TS. Đinh Công Tịnh
Các kết quả trong Luận văn là trung thực và chưa được công bố ở các nghiên cứu
khác.

Tôi xin chịu trách nhiệm về cơng việc thực hiện của mình.
Tp. HCM, ngày ... tháng ... năm 2020

Lê Song Thụy


iv

MỤC LỤC
NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ........................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................. i
TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ............................................................................ ii
LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. vii
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU ........................................................................... viii
MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT ............................................................................... ix
CHƯƠNG 1 ĐẶT VẤN ĐỀ ...................................................................................... 1
1.1 Giới thiệu chung ................................................................................................... 1
1.2 Xác định vấn đề nghiên cứu ................................................................................. 3
1.3 Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 4
1.4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 4
1.5 Đóng góp của nghiên cứu .................................................................................... 4
1.5.1 Về mặt học thuật ........................................................................................ 4
1.5.2 Về mặt thực tiễn ......................................................................................... 5
CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN ....................................................................................... 6
2.1 Phương pháp lập tiến độ dự án xây dựng............................................................. 6
2.1.1 Tiến độ ngang Gantt ................................................................................... 6
2.1.2 Tiến độ xiên ................................................................................................ 7
2.1.3 Sơ đồ mạng CPM ....................................................................................... 8

2.1.4 Sơ đồ mạng PERT ...................................................................................... 9
2.2 Tổng về tối ưu hóa đa mục tiêu ............................................................................ 9
2.2.1 Phương pháp vô hướng ............................................................................ 10
2.2.2 Phương pháp Perato ................................................................................. 11
2.3 Các phương pháp tối ưu tiến độ dự án xây dựng ............................................... 12
2.3.1 Phương pháp toán học .............................................................................. 12


v

2.3.2 Phương pháp tìm kiếm Heuristic ............................................................. 13
2.3.3 Phương pháp tìm kiếm mở rộng Metaheuristic ....................................... 14
2.4 Tổng quan về chi phí .......................................................................................... 16
2.5 Tổng quan về chất lượng .................................................................................... 18
2.5.1 Quy trình quản lý chất lượng ................................................................... 18
2.5.2 Đo lường chất lượng ................................................................................ 19
2.6 Tổng quan về phương pháp ra quyết định đa tiêu chí ........................................ 19
2.7 Các nghiên cứu trước đây .................................................................................. 23
CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ...................................................... 25
3.1 Quy trình nghiên cứu ......................................................................................... 25
3.2 Xác định thông số chất lượng ............................................................................ 27
3.2.1 Xác định thông số chất lượng theo El-Rayes và Kandil .......................... 27
3.2.2 Xác định thông số chất lượng theo Zhang và cộng sự ............................. 27
3.2.3 Phương pháp ý kiến chuyên gia (Professional solution) .......................... 29
3.3 Thuật toán SGO - MOSGO ................................................................................ 31
3.3.1 Cơ sở xây dựng thuật toán SGO .............................................................. 31
3.3.2 Thuật toán SGO giái quyết vấn đề tối ưu hóa .......................................... 34
3.3.3 Cơ sở thuật toán MOSGO ........................................................................ 37
3.4 Giải quyết vấn đề TCQT bằng thuật toán MOSGO ........................................... 40
3.4.1 Dữ liệu đầu vào và kết quả đầu ra của mơ hình ....................................... 40

3.4.2 Xác định các điều kiện ràng buộc ............................................................ 41
3.4.3 Xác định các hàm mục tiêu của dự án...................................................... 43
3.4.4 Điều kiện dừng ......................................................................................... 44
3.5 Phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí .................................................... 44
CHƯƠNG 4 TRƯỜNG HỢP NGHIÊN CỨU ........................................................ 47
4.1 Thông số đầu vào ............................................................................................... 47
4.2 Kết quả mơ hình MOSGO ................................................................................. 57
4.3 Lựa chọn phương án........................................................................................... 59
CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 60
5.1 Kết luận .............................................................................................................. 60


vi

5.2 Kiến nghị ............................................................................................................ 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................ 62
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ...................................................................................... 65


vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
KÍ HIỆU
Hình 2.1
Hình 2.2
Hình 3.1

DIỄN GIẢI
Thành phần chi phí trong dự án xây dựng
Thành phần giá trong dự án xây dựng

Quy trình nghiên cứu

Hình 3.2

Biểu đồ QPIi

Hình 3.3
Hình 3.4
Hình 3.5
Hình 3.6
Hình 3.7
Hình 4.1

Sơ đồ thuật tốn SGO
Quá trình chọn lọc cá thể
Quy trình áp dụng thuật tốn MOSGO
Ma trận ba chiều thơng tin dự án
Lời giải tối ưu trong khơng gian tìm kiếm 3 chiều
Tổng hợp các phương án trên đường pareto


viii

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
DIỄN GIẢI
SỐ HIỆU
Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiến độ ngang Gantt
Bảng 2.2

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiến độ xiên

Bảng 2.3

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sơ đồ mạng CPM

Bảng 2.4

Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sơ đồ mạng PERT

Bảng 2.5

Bảng tổng hợp các phương pháp MCDM tiêu biểu

Bảng 2.6

Bảng tổng hợp các nghiên cứu nổi bật trước đây

Bảng 3.1

Mối quan hệ ưu tiên tổng quát giữa các công tác

Bảng 4.1

Thông số đầu vào trường hợp nghiên cứu

Bảng 4.2

Bảng tổng hợp đánh giá ý kiến chuyên gia lần 1

Bảng 4.3

Bảng tổng hợp đánh giá ý kiến chuyên gia lần 2 và trọng số chất lượng

Bảng 4.4

Bảng tổng hợp sắp xếp phương án theo các tiêu chí

Bảng 4.5

Bảng xếp hạng các phương án theo phương pháp TOPSIS


ix

MỘT SỐ KÝ HIỆU VIẾT TẮT
KÍ HIỆU
TCT
TCQT
QHTT
QHĐ
BB
PSO
FMOPSO
IGPSO
ACO
GA
NSGA-II
PDBO
DE
MODE

ABC
MOABC

DIỄN GIẢI
Phân tích thỏa hiệp giữa thời gian và chi phí
Phân tích thỏa hiệp giữa thời gian, chi phí và chất lượng
Phương pháp Quy hoạch tuyến tính (Linear Programing)
Phương pháp Quy hoạch động (Dynamic Programing)
Phương pháp nhánh và cận (Branch and Bound Algorithm)
Thuật toán bầy đàn (Particle swarm optimization)
Thuật tốn tối ưu hóa đa mục tiêu bày đàn với lý thuyết mờ (Fuzzy
Multi Objective Particle Swarm optimization)
Thuật toán di truyền miễn dịch với tối ưu hóa bầy đàn (Immune
Genetic Particle Swarm optimization)
Thuật tốn đàn kiến (Ant colony optimization algorithms)
Thuật toán di truyền (Genetic algorithm)
Thuật tốn di truyền phân loại khơng thống trị (NSGA-II
algorithm)
Thuật tốn tối ưu hóa dữ liệu dựa trên vấn đề (Problem Data Based
Optimization)
Thuật tốn tiến hóa vi phân (Differential evolution)
Thuật tốn tiến hóa vi phân đa mục tiêu (Multiple objective
differential evolution)
Thuật toán bầy ong nhân tạo (Artificial bee colony)
Thuật toán tối ưu đa mục tiêu (Multiple objective artificial bee
colony)

Thuật toán tối ưu đa mục tiêu tiến hoá vi phân với thuật toán bầy
MOABCDE ong nhân tạo ( (Multiple objective artificial bee colony differential evolution)
SGO

MOSGO
AHP
TOPSIS
CBR
SMART

Thuật tốn tối ưu nhóm xã hội (Multiple objective social group
optimization)
Thuật tốn tối ưu đa mục tiêu nhóm xã hội (Social group
optimization)
Phương pháp phân tích thứ bậc (Analytic Hierarchy Process)
Phương pháp sắp xếp thứ tự ưu tiên bằng giải pháp lý tưởng (The
Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution)
Phương pháp lập luận theo tình huống (Case-Base Reasoning)
Kỹ thuật xếp hạng đa thuộc tính đơn giản (Simple Multi Attribute
Rating Technique)


x

KÍ HIỆU
GP
SAW
AON
CPM
PERT
LSM
VPM
LOB
FS

SS
SF
FF

DIỄN GIẢI
Phương pháp lập trình mục tiêu (Goal programming)
Phương pháp tổng trọng số đợn giản (Simple Additive Weighting )
Phương pháp sơ đồ mạng công việc trên nút (Activity on Node)
Sơ đồ mạng CPM (Critical Path Method)
Sơ đồ mạng PERT (Program Evaluation and Review Technique)
Sơ đồ xiên LSM (Linear Scheduling Method)
Sơ đồ xiên VPM (Vertical Production Method)
Sơ đồ xiên LOB (Line of Balance Method)
Mối quan hệ kết thúc - bắt đầu giữa 2 công tác (Finish-start)
Mối quan hệ bắt đầu - bắt đầu giữa 2 công tác (Start-start)
Mối quan hệ bắt đầu - kết thúc giữa 2 công tác (Start-finish)
Mối quan hệ kết thúc - kết thúc giữa 2 công tác (Start-finish)


Đặt vấn đề

1

CHƯƠNG 1
ĐẶT VẤN ĐỀ
Đầu tiên, chương này sẽ giới thiệu những vấn đề chung về vai trò và vị thế của ngành
xây dựng cũng như sơ lược các vấn đề liên quan đến công tác lập tiến độ và phân tích
thỏa hiệp thời gian, chi phí, chất lượng của dự án. Nội dung tiếp theo được trình bày
đầy đủ mục đích của nghiên cứu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Kết thúc chương
sẽ thể hiện ý nghĩa khoa học của đề tài nghiên cứu cũng như ý nghĩa thực tiễn của

nghiên cứu này.

1.1 Giới thiệu chung
Ngành xây dựng được xem là ngành quan trọng bậc nhất trong các ngành cơng
nghiệp, đóng góp lớn vào tăng trưởng của nền kinh tế quốc dân, ảnh hưởng sâu rộng
đến sự tăng trưởng của nhiều ngành khác, ngoài ra phát triển và đầu tư vào ngành xây
dựng còn là tiền đề tiên quyết để giải quyết nhu cầu thiết yếu về an sinh xã hội. Cùng
với sự phát triển của đất nước, đời sống vật chất và tinh thần của nhân dân được nâng
cao thì nhu cầu xây dựng nhà ở và cơng trình cơng cộng cũng tăng lên địi hỏi ngành
xây dựng phải đi trước một bước [1]. Nói cách khác, muốn các ngành kinh tế, các
ngành công nghiệp cũng như văn hóa, nghệ thuật phát triển thì trước tiên phải đẩy
mạnh phát triển và đầu tư vào ngành xây dựng. Điều đó thể hiện nghiên cứu về kỹ
thuật xây dựng và quản lý dự án xây dựng đóng vai trị quan trọng đối với sự thành
cơng của ngành cơng nghiệp này.
Một trong những vấn đề khó nhằn nhất cần giải quyết với các nhà lập kế hoạch là lập
tiến độ thi công các công tác của dự án. Các bước cơ bản trong công tác này là liệt kê
tất cả các công tác, các cột mốc quan trọng cần chú ý, ngày bắt đầu cũng như ngày
kết thúc dự kiến. Tiến độ được thông qua phải phù hợp và thỏa mãn với các tiêu chí
đánh giá như thời gian, chi phí cũng như chất lượng và các tiêu chí quan trọng khác.


Đặt vấn đề

2

Mặt khác, các mục tiêu trên có mối quan hệ vô cùng phức tạp và gắn kết mật thiết
với nhau nên khi thay đổi thông số của một trong số các mục tiêu thì các mục tiêu
cịn lại sẽ thay đổi. Ở mỗi dự án khác nhau, mối quan hệ này giữa thời gian, chất
lượng với chi phí lại khác nhau. Ngoài ra, theo xu thế phát triển của các ngành công
nghiệp khác, các dự án xây dựng cũng trở nên phức tạp hơn và những thách thức cũng

trở nên lớn hơn cho các nhà quản lý trong giai đoạn lập tiến độ. Phân tích thỏa hiệp
giữa các mục tiêu để lựa chọn phương án phù hợp nhất cho dự án là vấn đề phức tạp
cần được giải quyết ở mỗi dự án. Vấn đề này đang nhận được nhiều sự chú ý của các
nhà nghiên cứu vì tính tính chất phức tạp cũng như tính thực tế của nó.
Trong vài năm trở lại, những phương pháp được áp dụng để giải quyết các vấn đề về
bài toán TCQT được phân loại như sau: Phương pháp tìm kiếm Heuristic (Heuristic
Method), Phương pháp quy hoạch toán học (Mathematical Methods), Phương pháp
tìm kiếm mở rộng Metaheuristic (Metaheuristic Method). Trong khi phương pháp tìm
kiếm heuristic và phương pháp tốn học phù hợp để giải quyết các bài toán đơn mục
tiêu với bài tốn có quy mơ từ nhỏ đến vừa nhưng lại bộc lộ nhiều nhược điểm khi
phải giải quyết các vấn đề của bài tốn đa mục tiêu, có kích thước lớn, không gian
quyết định không liên tục. Với các vấn đề trên, phương pháp tìm kiếm Metaheuristic
lại cho thấy tính hiệu quả của mình. Gần đây khi ngành khoa học và kỹ thuật máy
tính phát triển nhanh chóng, phương pháp tìm kiếm Metaheuristic được áp dụng rộng
rãi vào các bài tốn tối ưu hóa và tiêu biểu là bài tốn TCQT. Phương pháp tìm kiếm
Metaheuristic được áp dụng thơng qua các thuật tốn dựa trên trí tuệ bầy đàn, lý
thuyết tiến hóa, cơ chế sinh học và hành vi của các lồi động vật. Các thuật tốn trên
đang thu hút nhiều nhà tốn học bởi vì tìm năng tính hiệu quả của nó.
Theo xu thế đó, Satapathy và Naik đã đề xuất thuật tốn SGO dựa trên mơ phỏng
hành vi con người với cấu trúc thuật tốn khơng q phức tạp cũng như dễ vận hành
và cho hiệu suất cao [2]. Từ thuật toán SGO, nghiên cứu này sẽ phát triển thành thuật
toán MOGSO để giải quyết bài toán TCQT để hỗ trợ người hoạch định tổ chức thi
công lựa chọn phương án phù hợp nhất cho dự án.


Đặt vấn đề

3

1.2 Xác định vấn đề nghiên cứu

Thời gian và chi phí là hai trong số nhiều mục tiêu quyết định sự thành công của dự
án đối với nhà thầu. Vấn đề cân bằng thỏa hiệp giữa thời gian và chi phí đã thu hút
sự quan tâm của nhiều nhà hoạch định dự án hơn năm thập kỷ qua. Thơng thường,
phân tích thỏa hiệp này được áp dụng khi các trường hợp bên dưới xảy ra: [3]
 Có một thời hạn được xác định trước sẽ được đáp ứng.
 Có một ưu đãi tiền thưởng cho việc hồn thành sớm.
 Có một hình phạt cho việc hồn thành muộn.
 Tối thiểu hóa chi phí gián tiếp và chi phí gián đoạn.
 Chi phí của các nguồn lực bổ sung để đẩy nhanh q trình xây dựng là khơng
đáng kể.
 Chủ sở hữu mất thu nhập cho mỗi ngày dự án khơng hoạt động, bằng tiền sản
xuất hang hóa và cho thuê như nhà máy hoặc khách sạn.
 Có khả năng ký hợp đồng có lợi hơn.
 Giảm rủi ro lạm phát, thiếu lao động và điều kiện thời tiết nếu thời gian dự án
giảm được rút ngắn.
 Cải thiện dòng tiền dự án.
Mặc dù ảnh hưởng trực tiếp đến thời gian thực hiện và tổng chi phí dự án nhưng
những nghiên cứu về bài toán TCT trước đây hầu hết khơng xem xét đến chất lượng
[3]. Nó giả sử được thống nhất cho việc lựa chọn các phương án của từng hoạt động.
Nhìn chung, chất lượng là một trong nhiều mục tiêu quan trọng trong dự án. Việc lựa
chọn tài nguyên của từng hoạt động là không giống nhau nên tiêu chí về chất lượng
cần được đưa vào phân tích. Nói cách khác cần phải chuyển đổi mơ hình truyền thống
hai chiều TCT thành mơt hình phân tích ba chiều TCQT.
Tiến độ dự án là mối quan hệ chặt chẻ theo trình tự giữa các cơng tác về mặt thời
gian. Trong thực tế, có bốn mối quan hệ tổng quát giữa các công tác FS (Finish-Start),
SS (Start-Start), SF (Start-Finish), FF (Finish-Finish). Tuy nhiên, hầu hết những
nghiên cứu về bài toán TCT và TCTQ trước đây chưa xét đến đầy đủ các mối quan
hệ này [4]. Các nhà nghiên cứu thường giả định mối quan hệ giữa các công tác là FS
(Finish–Start), nghĩa là cơng tác sau có thể bắt đầu ngay sau khi công tác trước vừa

Đặt vấn đề

4

được hoành thành. Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp giả định này là chưa phù hợp.
Xét ví dụ thực tế về công tác lấp đặt đường ống và công tác lấp đất. Thông thường,
công tác lấp đất sẽ được bắt đầu sau khi công tác lấp đặt đường ống bắt đầu một thời
gian nên trong trường hợp này nếu sử dụng mối quan hệ giữa hai công tác là FS
(Finish-Start) là chưa phù hợp. Một hướng đi khác về hướng nghiên cứu của bài toán
TCTQ là xem xét mối quan hệ tổng quát của các công tác.

1.3 Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu hướng đến được thể hiện như sau:
 Giới thiệu mơ hình phân tích thỏa hiệp thời gian, chi phí và chất lượng, xem
xét mối quan hệ tổng quát giữa các công tác.
 Đề xuất trọng số các cơng tác vào mơ hình đánh giá chất lượng QPI.
 Phát triển thuật toán MOSGO để giải quyết bài tốn TCQT. Đề xt q trình
đột biện vào thuật tốn
 Áp dụng mơ hình thuật tốn MOSGO vào dự án thực tế.
1.4 Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu được hướng đến như sau:
 Phạm vi nghiên cứu: dự án xây dựng trong giai đoạn lập kế hoạch tổ chức thi
công dựa trên quan điểm của nhà thầu.
 Đối tượng nghiên cứu: Bài tốn thỏa hiệp giữa thời gian - chi phí - chất lượng;
thuật tốn tối ưu hóa nhóm xã hội; thuật tốn tối ưu hóa nhóm xã hội đa mục
tiêu, phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí.
1.5 Đóng góp của nghiên cứu
1.5.1 Về mặt học thuật
Giới thiệu một cách tiếp cận mới với bài toán TCQT bằng thuật toán MOSGO để lựa

chọn phương án phù hợp nhất cho dự án.
Đề xuất trọng số chất lượng giữa các cơng tác trong mơ hình QPI của Zhang và cộng
sự (2004) [5].


Đặt vấn đề

5

1.5.2 Về mặt thực tiễn
Nghiên cứu giúp nhà hoạch định tổ chức thi cơng có thể lựa chọn phương án phù hợp
nhất cho dự án. Từ đó, nhà thầu có những chuẩn bị tốt nhất cho giai đoạn triển khai
dự án.


Tổng quan

6

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN
Nội dung chính chương này là trình bày các lý thuyết và khái niệm liên quan được sử
dụng trong nghiên cứu. Đầu tiên, nghiên cứu này sẽ khái quát các phương pháp lập
tiến độ xây dựng. Thứ hai, nghiên cứu sẽ thể hiện các phương pháp tối ưu hóa tiến
độ dự án xây dựng. Thứ ba, nghiên cứu xem xét mối quan hệ giữa thời gian, chi phí
và chất lượng. Cuối cùng là hệ thống lại các nghiên cứu trong và ngoài nước về lĩnh
vực tối ưu hóa tiến độ xây dựng, nêu lên những điểm nổi bật và các phương pháp
được sử dụng. Nghiên cứu cũng đưa ra ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp
được sử dụng trước đó, tận dụng các ưu điểm sẳn có, đề xuất các phương án khắc
phục và hồn thiện mơ hình đề xuất.

2.1 Phương pháp lập tiến độ dự án xây dựng
Lập tiến độ thi công là một phần không thể thiếu của quản lý dự án. Các kỹ thuật lập
tiến độ dự án có những ưu điểm và nhược điểm khác nhau. Tùy thuộc và quy mơ,
tính chất và sự phức tạp của dự án mà kỹ thuật lập tiến độ được lựa chọn cho phù
hợp. Có thể kể ra các kỹ thuật được sử dụng phổ biến trong các dự án xây dựng như
sau: Tiến độ ngang Gantt, tiến độ xiên, sơ đồ mạng CPM (Critical Path Method), sơ
đồ mạng PERT (Program Evaluation And Review Technique).
2.1.1 Tiến độ ngang Gantt
Tiến độ ngang Gantt được biết đến với các tên khác như tiến độ ngang hay biểu đồ
Gantt được phát triễn vào năm 1917 bởi Henry L. Gantt (1861-1919), một kỹ sư và
cũng là nhà khoa học nổi tiến người Mỹ. Tiến độ ngang Gantt thường được sử dụng
trong ngành các ngành quản lý. Tiến độ ngang gantt cung cấp một minh họa đồ họa
về lịch biểu giúp lập kế hoạch, điều phối và theo dõi các nhiệm vụ cụ thể trong một


Tổng quan

7

dự án. Tiến độ ngang Gantt có thể là các phiên bản đơn giản được thể hiện trên giấy
biểu đồ hoặc các phiên bản tự động phức tạp hơn được tạo bằng phần mềm Excel và
các phần mềm chuyên dụng về quản lý dự án như Facework, Open Project, Microsoft
Project,... Tiến độ ngang Gantt được xây dựng với trục hoành biểu thị tổng thời gian
của dự án, được chia thành các đơn vị thời gian như ngày, tuần, tháng, … và trục dọc
biểu thị các nhiệm vụ tạo nên dự án. Những ưu điểm và nhược điểm của tiến độ ngang
được tóm tắt như sau:
Bảng 2.1 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiến độ ngang Gantt
Tiến độ ngang Gantt
Ưu điểm

Nhược điểm

Sử dụng phổ biến trong ngành xây dựng Phức tạp với dự án lớn
Đơn giản, dễ sử dụng

Khó cập nhật

Yêu cầu tài nguyên có thể được liên kết Mối quan hệ giữa các hoạt động không
với các hoạt động trên biểu đồ.

rõ ràng.

2.1.2 Tiến độ xiên
Tiến độ xiên được biết đến với nhiều tên gọi thông qua các mục đích của nó: “Linear
Scheduling Method” (LSM) dùng để chỉ vấn đề lập tiến độ các công tác lặp lại theo
phương ngang, “Vertical Production Method” (VPM) dùng để chỉ vấn đề lập tiến độ
các công tác lặp lại theo chiều dọc, hay “Line of Balance Method” (LOB) được dùng
cho bất kỳ loại dự án nào có các cơng tác lặp đi lặp lại [6]. Tiến độ dự án trong tiến
độ xiên được thể hiện bằng các đường xiên (đường đồ thị bậc nhất) trong tọa độ
Descartes phẳng trong đó trục hoành và trục tung lần lượt là trục số nguyên dương
thể hiện thông số thời gian và không gian của công việc. Mỗi đường thẳng xiên được
biểu diễn trên đồ thị đại diện cho một công tác, thể hiện sự phát triển của q trình
thi cơng theo cả thời gian (trục hồnh) và khơng gian (trục tung). Đơn vị thời gian
của trục hoành thường được sử dụng là ca làm việc, ngày, tuần,… Đơn vị của trục
tung thường là phân đoạn sản xuất. Những ưu điểm cũng như hạn chế của tiến độ
xiên được tóm tắt như sau:


Tổng quan

8

Bảng 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp tiến độ xiên
Tiến độ xiên
Ưu điểm

Nhược điểm

Sử dụng phổ biến trong các dự án xây Không sử dụng được với các dự án phi
dựng tuyến tính, cơng tác lặp đi lặp lại.

tuyến.

Đơn giản, dễ hiểu, dễ sử dụng.

Khi số lượng cơng tác lớn, tiến độ thi
cơng khơng đều thì mất dần tính trực
quan.

Cập nhật đơn giản và trực quan.

Khơng đưa được xác suất khi thời lượng
không được xác định trước.

2.1.3 Sơ đồ mạng CPM
Phương pháp sơ đồ mạng CPM còn được gọi với các tên khác là phương pháp đường
găng. Phương pháp sơ đồ mạng CPM bắt đầu được nghiên cứu và phát triễn bởi
Morgan R. Walker and James E. Kelley vào những năm cuối thập niên 1950. Phương
pháp này lấy cốt lỗi là sử dụng lý thuyết đồ thị có hướng để xác định đường đi dài
nhất trong mạng từ điểm bắt đầu dự án qua một số cơng tác có ràng buộc logic với

nhau đến điểm kết thúc. Đường đi này được gọi là đường găng và chiều dài đường
găng cũng chính là thời gian hồn thành dự án. Phương pháp sơ đồ mạng CPM được
chia thành hai loại như sau: Sơ đồ công tác trên nút (Activity on Node – AON) và sơ
đồ công tác trên mũi (Activity on Arrow – AOA). Phương pháp sơ đồ mạng CPM
cũng có những ưu điểm và hạn chế như sau:
Bảng 2.3 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sơ đồ mạng CPM
Sơ đồ mạng CPM
Ưu điểm

Nhược điểm

Sử dụng rộng rãi trong ngành xây dựng

Không phù hợp dự án xây dựng tuyến
tính, cơng tác lặp đi lặp lại

Nhiều đường găng có thể được xác định Khó theo dõi tiến độ một dự án


Tổng quan

9

Sơ đồ mạng CPM
Ưu điểm

Nhược điểm

Thể hiện trực quan mối quan giữa các Khơng có sự khác biệt giữa dự án lặp đi
công tác

lặp lại và dự án không lặp lại

Tính tốn được thời gian bắt đầu cũng Khó khăn trong công tác cập nhật tiến
như thời gian kết thúc, thời gian dự trữ độ khi sự chậm trễ xảy ra
của các công tác

2.1.4 Sơ đồ mạng PERT
Phương pháp sơ đồ mạng PERT (The program evaluation and review technique) là
kỹ thuật ước lượng đánh giá chương trình hay kỹ thuật ước lượng và kiểm tra dự án.
Kỹ thuật này được nghiên cứu và phát triển bởi quân đội Hoa Kỳ và những năm cuối
của thập niên 1950. Phương pháp này là sự kết hợp giữa và phương pháp sơ đồ mạng
CPM và lý thuyết xác suất thống kê. Lý thuyết xác xuất thống kê được áp dụng nhằm
ước tính thời lượng công việc trong dự án khi thời lượng không được xác định trước.
Phương pháp sơ đồ mạng PERT cũng có những ưu, nhược điểm như sau:
Bảng 2.4 Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sơ đồ mạng PERT
Sơ đồ mạng PERT
Ưu điểm

Nhược điểm

Cơng thức tốn học khơng quá phức tạp Cần có kỹ năng cao hơn về lập kế hoạch
Cung cấp một ước tính trọng số thời gian Ước tính thời gian là chủ quan
hồn thành
Cung cấp xác suất hồn thành trước một Cơng thức ba điểm và các phân phối
ngày nhất định

không đúng cho tất cả hoạt động.

2.2 Tổng về tối ưu hóa đa mục tiêu

Tối ưu hóa đa mục tiêu phục vụ cho việc đạt được nhiều mục tiêu, chịu một loạt các
ràng buộc, với khả năng các mục tiêu sẽ xung đột với nhau. Tối ưu hóa đa mục tiêu
cũng có thể được giải thích là một q trình ra quyết định đa tiêu chí, trong đó nhiều


Tổng quan

10

chức năng mục tiêu phải được tối ưu hóa đồng thời. Trong nhiều trường hợp, các
quyết định tối ưu có thể yêu cầu sự thỏa hiệp giữa các mục tiêu xung đột. Để ải thiện
kết quả của mục tiêu này thì phải hy sinh kết quả của ít nhất một trong các mục tiêu
cịn lại. Thơng thường khơng tồn tại một giải pháp duy nhất đồng thời tối ưu hóa từng
mục tiêu. Nhìn chung, tối ưu hóa đa mục tiêu có thể được thể hiện dưới dạng tốn
học như sau (Ehrgott, 2005):
min f1 ( x), f 2 ( x),..., f n ( x)
x U

(CT 2.1)

Trong đó x là giải pháp, n là số hàm mục tiêu, U là tập hợp khả thi, fn (x) là hàm mục
tiêu thứ n và min/max là các hàm mục tiêu.
Có thể tìm thấy các ví dụ về tối ưu hóa đa mục tiêu trong kinh tế học (thiết lập chính
sách tiền tệ), tài chính (phân tích lợi nhuận rủi ro), kỹ thuật (kiểm sốt q trình, phân
tích trao đổi thiết kế) và nhiều ứng dụng khác trong đó phải đạt được thỏa hiệp giữa
các mục tiêu xung đột.
Để giải quyết các vấn đề này nhiều kỹ thuật khác nhau được sử dụng như phương
pháp tổng trọng số, phương pháp ràng buộc ε, phương pháp tiêu chí tồn cầu và các
phương pháp khác. Tuy nhiên các phương pháp này lại có nhiều mặt hạn chế khi phải
áp dụng các phương trình tốn học phức tạp. Vì vậy để giải quyết các vấn đề tối ưu

hóa đa mục tiêu (MOO) một cách đơn giản mà khơng cần áp dụng các phương trình
tốn học phức tạp, phương pháp Pareto và phương pháp vô hướng được nhiều nhà
nghiên cứu sử dụng. Trong phương pháp vô hướng, trọng số được sử dụng để chuyển
hàm tối ưu đa mục tiêu về hàm tối ưu đơn mục tiêu. Trong phương pháp Perato, giải
pháp vượt trội và giải pháp trong vượt trội có được bởi vịng lặp cập nhật liên tục của
các thuật tốn.
2.2.1 Phương pháp vơ hướng
Phương pháp vơ hướng làm cho hàm đa mục tiêu tạo ra một giải pháp duy nhất và
trọng số được xác định trước quá trình tối ưu hóa. Phương pháp vơ hướng kết hợp
các hàm đa mục tiêu vào hàm tổng vô hướng như trong phương trình sau [7]:
F ( x)  w1 f1 ( x)  w2 f 2 ( x)  ...  wn f n ( x)

(CT 2.2)


Tổng quan

11

Trọng số của một hàm mục tiêu sẽ xác định giải pháp của chức năng tập và hiển thị
mức độ ưu tiên. Một trọng số lớn được trao cho một hàm mục tiêu cho thấy hàm nói
đó có mức độ ưu tiên cao hơn so với các hàm có trọng số nhỏ hơn. Có ba cách tiếp
cận để xác định trọng số của tỷ lệ vô hướng là các trọng số bằng nhau (Equal weights),
các trọng số thứ hạng (Rank order centroid weights) và tổng trọng số (Rank-sum
weights) [8]:
 Phương pháp trọng số bằng nhau: Các trọng số có thể xác định từ phương trình
bên dưới.
wi 

1

n

(CT 2.3)

Trong đó i = 1,2,3,..,n với n là số hàm mục tiêu
 Phương pháp trọng số thứ hạng: Các trọng số có thể xác định từ phương trình
bên dưới [9].
wi 

1 k i 1

n n k

(CT 2.4)

 Phương pháp tổng trọng số: Các trọng số có thể xác định từ phương trình bên
dưới [9].
wi 

2(n  1  i)
n(n  1)

(CT 2.5)

2.2.2 Phương pháp Perato
Khái niệm thống trị là định nghĩa quan trọng trong phương pháp Perato. Giải pháp/
nghiệm X1 được xem là vượt trội hơn giải pháp/ nghiệm X2 khi cùng thỏa mãn hai
điều kiện sau [10]:
 Giải pháp/ nghiệm X1 không xấu hơn giải pháp/ nghiệm X2 trong tất cả giá
trị hàm mục tiêu: i  (1,2,...,k) : fi ( X1 )  fi ( X 2 )

 Giải pháp/ nghiệm X1 phải tốt hơn giải pháp/ nghiệm X2 trong ít nhất một giá
trị hàm mục tiêu: i  (1,2,..., k ) : fi ( X1 )  fi ( X 2 )
Có ba mối quan quan hệ khi so sánh hai giải pháp/ nghiệm X1 và X2 [10]:
 X1 vượt trội hơn X2
 X1 bị chi phối bởi X2


Tổng quan

12

 Cả X1 và X2 đều không bị chi phối bởi nhau
Giải pháp vượt trội và giá trị tối ưu trong MOO thường đạt được khi một hàm mục
tiêu không thể tăng mà không làm giảm hàm mục tiêu khác. Điều kiện này được gọi
là tối ưu Pareto. Tập hợp các giải pháp tối ưu trong MOO được gọi là giải pháp tối
ưu Pareto. Nói cách khác, tối ưu Perato là tập hợp các giải pháp không bị vượt trội.
2.3 Các phương pháp tối ưu tiến độ dự án xây dựng
2.3.1 Phương pháp tốn học
Phương pháp tốn học cịn được gọi là phương pháp tính tốn chính xác (exact
methods). Kỹ thuật được áp dụng trong phương pháp này là liệt kê và có thể được
xem như là thuật tốn cây tìm kiếm (tree search algorithms). Tìm kiếm này bao gồm
tồn bộ khơng gian tìm kiếm và vấn đề chính được giải quyết bằng cách chia nhỏ
thành các vấn đề đơn giản hơn. Các phương pháp toán học phổ biển:
 Phương pháp quy hoạch tuyến tính (Linear Programing): là một phương pháp
cho ra kết quả tốt nhất bằng một mô hình tốn học có u cầu được thể hiện
bằng các mối quan hệ tuyến tính. Mặc dù quy hoạch tuyến tính đã có từ thế kỷ
XIX nhưng đến những năm 1940 phương pháp này được phát triển trong Thế
chiến II để giải quyết các vấn đề trong thời chiến. Quy hoạch tuyến tính có thể
được áp dụng cho các lĩnh vực nghiên cứu khác nhau. Nó được sử dụng trong
kinh doanh, kinh tế và một số vấn đề kỹ thuật (lập kế hoạch, lập lịch, phân

công, thiết kế, …). Các ngành cơng nghiệp sử dụng quy hoạch tuyến tính bao
gồm: sản xuất, năng lượng, viễn thông, vận tải, và nhiều hơn nữa. Tuy nhiên,
khi gặp các vấn đề phức tạp số lượng biến và ràng buộc quá lớn, quy hoạch
tuyến tính khơng thể tính kết quả trong thời gian chấp nhận được. Trong các
trường hợp như vậy, nó chỉ có thể được sử dụng như một thuật toán để giải
quyết các vấn đề phụ.
 Phương pháp quy hoạch động (Dynamic Programing): là một kỹ thuật thiết kế
thuật toán bằng phương pháp chia nhỏ bài toán lớn thành các bài toán con nhỏ
hơn, sử dụng đáp án của các bài toán con để tìm đáp án cho bài tốn ban đầu.
Phương pháp quy hoạch động được nhà toán học Richard Bellman đề xuất vào