Ứng dụng lý thuyết mờ và các hướng phát triển trong ngành xây dựng

3.1.2 Quản lý tồn kho mờ

Sommer 1981 sử dụng quy hoạch động mờ để giải quyết vấn đề lập tiến độ sản xuất và tồn kho. Những phát biểu ngôn ngữ như: “lượng tồn kho phải đạt mức tốt nhất ở cuối chu trình sản xuất”, và “sản lượng phải giảm bớt để sản xuất hoạt động càng liên tục càng tốt” được sử dụng để miêu tả cho việc tồn kho mờ. Quy hoạch động mờ được dùng để quyết định lượng tồn kho tốt nhất và mức sản lượng tối ưu.

Park 1987 kiểm chứng mô hình sản lượng đặt hàng kinh tế EOQ dựa trên các cơ sở của lý thuyết mờ. Số mờ hình thang được sử dụng để mô hình chi phí đặt hàng và chi phí tồn kho. Tác giả đã đưa ra hai quy luật để chuyển đổi chi phí mờ thành một đại lượng vô hướng để làm đầu vào cho mô hình EOQ.

Lee và cộng sự 1990 áp dụng lý thuyết mờ để xác định khối lượng đặt hàng khi hoạch định số lượng nguyên vật tư yêu cầu. Sự không chắc chắn của nhu cầu được mô hình bằng số mờ tam giác.

3.1.3 Điều độ dự án mờ Tiến độ dự án mờ

Ý tưởng điều độ mờ đầu tiên xuất hiện vào năm 1979 do Prade đề ra. Khi dữ liệu đầu vào không chính xác thi lý thuyết mờ được xem là thích hợp với dạng tự nhiên của vấn đề hơn là CPM hay PERT. Prade chỉ ra ứng dụng khái niệm mờ trong vấn đề điều độ như thế nào và khi nào.

Năm 1981, Chanas và Kamburowski lập luận rằng cần phải cải tiến PERT và chỉ ra ba nguyên nhân: tính chủ quan của việc ước lượng thời gian công việc, thiếu sự lặp lại của các công việc, sự khó khăn trong tính toán khi sử dụng phương pháp xác suất. Sau đó họ đưa ra mô hình Fuzzy PERT với thời gian công việc là những số mờ tam giác.

Năm 1988, Kaufmann và Gupta đã trình bày phương pháp đường găng khi công việc là số mờ tam giác. Cũng vào năm đó, McCahon và Lee cho rằng PERT chỉ thích hợp cho những dự án đã làm và chỉ thích hợp khi dự án có số công việc lớn hơn hay bằng 30. Ngược lại, khi thời gian công việc là mơ hồ thì nên mô hình dự án với những thành phần mờ.

Vào 1989, khái niệm Fuzzy PERT được xác định rõ hơn khi Buckley đề ra hai phương pháp tính Fuzzy PERT với thời gian hoàn thành công việc là những số mờ rời rạc và liên tục theo dạng hình thang.

Năm 1993, McCahon trong bài báo “Using PERT as an approximation of fuzzy project – network analysis” đã đưa ra phương pháp FPNA Fuzzy Project Network Analysis để phân tích sơ đồ mạng và đã so sánh FPNA với PERT.

Năm 1995, Chang và các cộng sự sử dụng cả hai phương pháp kết hợp và so sánh trong phân tích số mờ để đưa ra một giải thuật hiệu quả nhằm giải quyết bài toán điều độ dự án. Đầu tiên phương pháp so sánh loại trừ những công việc có khả năng găng không cao. Sau đó, phương pháp kết hợp xác định những đường có khả năng găng cao nhất.

Chanas được xem là nhà nghiên cứu điều độ dự án mờ nhiều nhất. Ngoài nghiên cứu 1981, năm 2000, cùng với Zieliski, Chanas suy rộng khái niệm găng cho dự án có thời gian công việc mờ bằng cách áp dụng trực tiếp nguyên lý mở rộng của Zadeh. Năm 2001, cả hai tác giả trên lại đưa ra phương pháp phân tích đường găng khi thời gian công việc là mơ hồ.

3.1.4  Hoạch định vị trí và bố trí mặt bằng mờ

Darzentas 1987 đã trình bày những vấn đề hoạch định vị trí như là một mô hình phân chia mờ sử dụng quy hoạch tuyến tính. Mô hình này được áp dụng khi những vị trí được xem xét là không rõ ràng và được bằng lý thuyết mờ.

Evans và cộng sự 1987 giới thiệu việc bố trí mặt bằng xây dựng dựa trên lý thuyết mờ để giải quyết bài toán thiết kế vị trí của từng hạng mục. Đầu vào để thiết kế mặt bằng bao gồm khoảng cách và mức quan trọng được mô hình bằng những biến ngôn ngữ.

Bhattacharya và cộng sự 1993 đã trình bày một mô hình quy hoạch mục tiêu mờ để xác định vị trí trong một vùng lồi cho trước phụ thuộc hai tiêu chuẩn đồng thời sau: i cực tiểu tổng chi phí vận chuyển, và ii cực tiểu khoảng cách tối đa từ kho đến các điểm tiêu thụ.

Racot và Rakslut 1993 giải quyết bài toán đánh giá các phương án bố trí mặt bằng theo mô hình quyết định đa tiêu chuẩn mờ MCDM. Bài viết đề cập đến vấn đề bố trí mặt bằng trong đó các hệ số định lượng và chất lượng có tầm quan trọng ngang nhau. Những ràng buộc và hàm mục tiêu được biểu thị bằng những biến ngôn ngữ.

Dweiri và Meier 1996 giới thiệu một hệ thống bố trí mặt bằng mờ FDMS bao gồm bốn dữ kiện chính: i mờ hoá những biến vào và ra, ii phân tích và mờ hoá kiến thức của các chuyên gia, iii ra quyết định mờ, iv chuyển các giá trị mờ đầu ra thành các giá trị xác định.

3.1.5 Ra quyết định mờ

Bellman và Zadeh 1970 đã xây dựng mô hình quyết định mờ đơn với mục tiêu và ràng buộc được mô hình bởi các tập mờ. Mô hình giả sử các mục tiêu và ràng buộc không phụ thuộc hay tương tác với nhau, quyết định được xác định bằng cách tổng hợp các tập mờ mục tiêu và ràng buộc. Phương án chọn lựa là phương án có mức thành viên cao nhất trong tập mờ quyết định. Khi tập phương án mờ là tập liên tục, phương án chọn lựa được xác định qua phép giải mờ.

Mô hình quyết định mờ nhóm được Blin và Whinston đề nghị vào năm 1973. Mỗi phần tử trong nhóm n nhà ra quyết định sẽ có xếp hạng Pk, k ? Nn là xếp hạng các phương án xi trong tập phương án X của riêng mình. Mức ưa thích của nhóm có thể xác định bởi quan hệ mờ S trên tập X2.

Ra quyết định mờ Bayes, Tanaka 1976 giả sử một sự kiện mô tả thông tin mờ được xác định bởi hệ thông tin mờ trực giao với g sự kiện mờ.

Mô hình mờ đa tiêu chuẩn của Yager 1984 giúp ra quyết định chọn lựa các phương án dựa vào nhiều tiêu chuẩn có trọng số khác nhau cùng với các khoảng cách  Hamming.

Cho đến hiện nay, theo Fuller và Carlson 1996 có hàng trăm bài nghiên cứu áp dụng lý thuyết mờ trong việc ra quyết định.

3.1.6 Một số ứng dụng khác trong xây dựng

B. Song và cộng sự 1996 đã ứng dụng lý thuyết mờ để mô hình các thông số và các hư hỏng do động đất gây ra. Các đặc điểm hư hỏng của các công trình có khoảng cách khác nhau so chấn tâm được xem xét đánh giá dựa trên dữ liệu thu được từ chín trận động đất ở Nhật Bản.

J. Yang và cộng sự 2003 ứng dụng lý thuyết mờ trong việc tính toán sự vận hành tối ưu máy đào đất nhằm mục đích ước tính chính xác thời gian thi công.

Shahram M.K. và cộng sự 2005 ứng dụng mô hình tối ưu mờ trong việc tính toán cân bằng khối lượng đào đắp các công trình đường giao thông. Trong đó, các hệ số chi phí đơn vị và những vị trí hố đất gửi tạm được mô hình bằng những số mờ. Hàm mục tiêu là cực tiểu hoá tổng chi phí vận chuyển đất.

H. Liu 2006 ứng dụng lý thuyết mờ trong việc đánh giá an toàn lao động trên công trường.

Để dự báo cường độ bê tông, M.C. Nataraja và các cộng sự 2006 đã đưa ra mô hình hệ thống suy luận mờ. Tốc độ phát triển của cường độ bê tông được dự đoán bằng một mô hình có hai giai đoạn. Giai đoạn một, tỷ lệ nước trên xi măng được xem là thông số chính. Giai đoạn hai, cả hai thông số tỷ lệ nước trên xi măng và tỷ lệ cốt liệu trên xi măng được xem xét. Kết quả được tính toán bằng phương pháp trọng số theo tâm.

M. Saltan và cộng sự 2007 đã sử dụng lý thuyết mờ thay thế lý thuyết đàn hồi và phân tử hữu hạn để dự đoán độ biến dạng của mặt đường mềm khi chịu tải động. Các tác giả đã kiểm chứng trên những mặt đường mềm chịu tải trọng động khác nhau. Kết quả đạt được phù hợp với các giá trị đo đạc thực tế.

3.2 Tại Việt Nam

Nhận thức được mức độ ứng dụng rộng rãi của lý thuyết mờ, các kỹ sư xây dựng ở Việt Nam đã nghiên cứu ứng dụng lý thuyết này vào một số vấn đề sau:

Nguyễn Công Thạnh, Lưu Trường Văn, Lại Hải Đăng 2006 ứng dụng lý thuyết mờ trong kế hoạch hoá tiến độ.

Nguyễn Công Thạnh, Lưu Trường Văn, Trương Định Quân 2006 ứng dụng lý thuyết mờ  trong hệ QFD để cải thiện chất lượng xây dựng chung cư ở Việt Nam trong giai đoạn thiết kế.

Phan Đức Dũng, Trần Bách 2006 đã kết hợp mạng neutron và lý thuyết mờ  để đưa ra mô hình xác định chi phí xây dựng.

Phạm Hồng Luân, Nguyễn Thái Quài 2007 đã ứng dụng lý thuyết mờ  trong công tác chọn thầu xây dựng.

Ngô Quang Tường, Đặng Thị Trang 2008 ứng dụng lý thuyết mờ để phân tích sự chậm trễ và cập nhật tiến độ thích hợp.

Phạm Hồng Luân, Nguyễn Hoài Nghĩa 2008 ứng dụng lý thuyết mờ  trong tính toán giá trị hiện tại. Các tác giả đã so sánh giá trị hiện tại được tính toán theo lý thuyết xác suất và lý thuyết mờ của dự án đường cao tốc thành phố Hồ Chí Minh - Long Thành - Dầu Giây chủ đầu tư là Công ty Đầu tư phát triển Đường Cao tốc Việt Nam ở giai đoạn 1.

So sánh kết quả tính toán NPV theo lý thuyết xác suất và lý thuyết mờ

Dựa vào kết quả tính toán, các tác giả đã đưa ra đánh giá: Việc áp dụng lý thuyết mờ để tính toán HPV của dự án cho kết quả gần bằng với kết quả tính toán theo lý thuyết xác suất, với sai số cho phép nhỏ hơn 10%. Đồng thời các tác giả cũng phân tích  hạn chế của lý thuyết xác suất cũng như những ưu điểm của lý thuyết mờ trong việc giải quyết bài toán bất định.

IV. Các hướng phát triển mới

Với khả năng giải quyết các bài toán thiếu thông tin, lý thuyết mờ có thể được áp dụng để:

- Phân tích độ tin cậy của kết cấu.

- Phân tích chi phí dự án.

- Tính toán nền móng với các giá trị chỉ tiêu cơ lý đất là các số mờ.

- Tính toán ổn định cũng như tuổi thọ công trình.

- Đánh giá sơ lược khi lựa chọn nhà thầu.

Ngoài ra, lý thuyết mờ có thể được kết hợp với trí tuệ nhân tạo ANN để giải quyết các bài toán tối ưu.

V. Kết luận

Như vậy, với khả năng giải quyết các bài toán thiếu thông tin, lý thuyết mờ từ lâu đã được áp dụng rộng rãi trong ngành kỹ thuật xây dựng từ việc ra quyết định quản lý, phân tích kinh tế kỹ thuật đến bố trí mặt bằng, lập tiến độ… Các ứng dụng này chứng tỏ lý thuyết mờ có cơ sở tin cậy để mô phỏng thực tế khách quan, một vấn đề luôn được các nhà khoa học quan tâm và cố gắng nắm bắt nhằm dự đoán được tương lai. Có thể nói lý thuyết mờ là một công cụ hữu hiệu để giải  quyết các vấn đề liên quan đến bản chất của tự nhiên.

Bài viết này cung cấp cho các kỹ sư xây dựng một cái nhìn tổng quan về những ứng dụng của lý thuyết mờ trong xây dựng, đồng thời gợi mở những hướng nghiên cứu ứng dụng mới nhằm nâng cao độ chính xác cho lời  giải của các bài toán trong kỹ thuật xây dựng.

Nguồn: T/C Xây dựng, số 6/2008