Tổng quan nghiên cứu

Trong lĩnh vực quản lý xây dựng, việc lập tiến độ dự án bị ràng buộc tài nguyên đa chế độ với yếu tố lợi nhuận ròng (Net Present Value - NPV) là một thách thức phức tạp và mang tính thực tiễn cao. Theo ước tính, các dự án xây dựng thường gặp khó khăn trong việc cân bằng giữa tiến độ thi công và hiệu quả tài chính, đặc biệt khi nguồn lực bị hạn chế và các công tác thi công có nhiều chế độ thực hiện khác nhau. Nghiên cứu này tập trung vào việc phát triển một mô hình tối ưu hóa đa mục tiêu nhằm giảm thiểu thời gian hoàn thành dự án đồng thời tối đa hóa giá trị hiện tại ròng (NPV) của dự án.

Phạm vi nghiên cứu được giới hạn trong các dự án xây dựng tại Việt Nam, với dữ liệu thực nghiệm được lấy từ thư viện bài toán lập tiến độ dự án PSPLIB và một số trường hợp nghiên cứu thực tế tại TP. Hồ Chí Minh trong giai đoạn 2023-2024. Mục tiêu cụ thể của nghiên cứu là áp dụng thuật toán chim ruồi nhân tạo đa mục tiêu (MO-AHA) để giải quyết bài toán lập tiến độ dự án bị ràng buộc tài nguyên đa chế độ có xem xét dòng tiền chiết khấu, đồng thời so sánh hiệu quả của hai mô hình thanh toán phổ biến là thanh toán theo từng công tác (PAC) và thanh toán theo từng khoảng thời gian bằng nhau (ETI).

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho các nhà quản lý dự án xây dựng, giúp tối ưu hóa tiến độ thi công và nâng cao hiệu quả tài chính dự án. Kết quả nghiên cứu dự kiến sẽ góp phần cải thiện các phương pháp lập tiến độ hiện có, đồng thời mở rộng ứng dụng của các thuật toán metaheuristic trong quản lý xây dựng.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết và mô hình chính:

  1. Lý thuyết lập tiến độ dự án bị ràng buộc tài nguyên đa chế độ (MRCPSP): Đây là bài toán lập lịch phức tạp, trong đó mỗi công tác có thể được thực hiện theo nhiều chế độ khác nhau với các yêu cầu tài nguyên và thời gian khác nhau. Mục tiêu là xác định chế độ thực hiện và thời gian bắt đầu cho từng công tác sao cho tổng thời gian hoàn thành dự án được tối ưu, đồng thời đảm bảo các ràng buộc về tài nguyên và quan hệ ưu tiên giữa các công tác.

  2. Lý thuyết tối ưu hóa đa mục tiêu (Multi-Objective Optimization - MO): Trong đó, các mục tiêu như giảm thiểu thời gian hoàn thành dự án (Cmax) và tối đa hóa lợi nhuận ròng (NPV) được xem xét đồng thời. Giải pháp tối ưu được xác định dựa trên tập nghiệm Pareto, trong đó không có giải pháp nào vượt trội hoàn toàn các giải pháp khác trên tất cả các mục tiêu.

Các khái niệm chính bao gồm:

  • Lợi nhuận ròng (NPV): Giá trị hiện tại của dòng tiền thu vào và chi ra trong suốt vòng đời dự án, được chiết khấu theo tỷ lệ thích hợp để phản ánh giá trị thời gian của tiền bạc.

  • Thuật toán chim ruồi nhân tạo đa mục tiêu (MO-AHA): Thuật toán metaheuristic lấy cảm hứng từ hành vi kiếm ăn của chim ruồi, sử dụng các kỹ năng bay đa hướng, bay chéo và bay dọc trục để tìm kiếm giải pháp tối ưu trong không gian đa chiều.

  • Mô hình thanh toán PAC và ETI: Hai phương pháp thanh toán phổ biến trong quản lý dự án, ảnh hưởng đến dòng tiền và do đó tác động đến giá trị NPV.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính được sử dụng bao gồm:

  • Bộ dữ liệu mẫu từ thư viện bài toán lập tiến độ dự án PSPLIB, cung cấp các trường hợp điển hình về lập tiến độ với ràng buộc tài nguyên đa chế độ.

  • Dữ liệu thực tế từ một dự án xây dựng tại TP. Hồ Chí Minh, bao gồm thông tin chi tiết về các công tác, tài nguyên sử dụng, thời gian thực hiện và dòng tiền dự kiến.

Phương pháp phân tích:

  • Xây dựng mô hình toán học MRCPSPDCF (Multi-Mode Resource-Constrained Project Scheduling Problem with Discounted Cash Flow) tích hợp yếu tố chiết khấu dòng tiền.

  • Áp dụng thuật toán MO-AHA để giải bài toán tối ưu đa mục tiêu, tìm tập nghiệm Pareto tối ưu cho các mục tiêu thời gian và NPV.

  • So sánh kết quả với các phương pháp tối ưu khác và đánh giá ảnh hưởng của các mô hình thanh toán PAC và ETI đến hiệu quả tối ưu.

Timeline nghiên cứu:

  • Giai đoạn 1 (01/2024 - 02/2024): Thu thập và xử lý dữ liệu, xây dựng mô hình toán học.

  • Giai đoạn 2 (03/2024 - 04/2024): Triển khai thuật toán MO-AHA, thực hiện các thử nghiệm trên bộ dữ liệu mẫu.

  • Giai đoạn 3 (05/2024): Phân tích kết quả, so sánh các phương pháp thanh toán, hoàn thiện báo cáo nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả của thuật toán MO-AHA: Thuật toán MO-AHA đã chứng minh khả năng tìm kiếm tập nghiệm Pareto tối ưu cho bài toán MRCPSPDCF với độ chính xác cao. Kết quả thử nghiệm trên bộ dữ liệu PSPLIB cho thấy MO-AHA đạt được mức giảm thời gian hoàn thành dự án trung bình khoảng 12% so với các thuật toán metaheuristic truyền thống, đồng thời tăng giá trị NPV lên khoảng 15%.

  2. Ảnh hưởng của mô hình thanh toán đến NPV: So sánh hai mô hình thanh toán PAC và ETI cho thấy mô hình ETI giúp tối đa hóa NPV cao hơn trung bình 8% so với PAC, do dòng tiền được phân bổ đều theo thời gian, giảm thiểu chi phí tài chính phát sinh do chiết khấu.

  3. Mối quan hệ giữa thời gian hoàn thành và NPV: Kết quả phân tích cho thấy có sự đánh đổi rõ ràng giữa việc rút ngắn thời gian dự án và tối đa hóa NPV. Việc giảm thời gian hoàn thành dự án quá mức có thể làm tăng chi phí và giảm lợi nhuận ròng, trong khi kéo dài thời gian có thể làm giảm giá trị hiện tại của dòng tiền.

  4. Khả năng ứng dụng thực tiễn: Áp dụng mô hình và thuật toán vào trường hợp nghiên cứu thực tế tại TP. Hồ Chí Minh cho thấy MO-AHA giúp nhà quản lý lựa chọn được tiến độ thi công tối ưu, cân bằng giữa tiến độ và lợi nhuận, với mức tăng NPV dự kiến khoảng 10% so với kế hoạch hiện tại.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của các phát hiện trên xuất phát từ khả năng của MO-AHA trong việc khai thác hiệu quả không gian giải pháp đa chiều, kết hợp các kỹ năng bay đa hướng của chim ruồi để tránh bị kẹt trong cực trị cục bộ. Việc tích hợp dòng tiền chiết khấu vào mô hình lập tiến độ giúp phản ánh chính xác hơn các yếu tố tài chính trong quản lý dự án.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả của nghiên cứu này vượt trội hơn về cả mặt tối ưu thời gian và lợi nhuận ròng, nhờ vào việc áp dụng thuật toán mới và xem xét đồng thời các mô hình thanh toán khác nhau. Kết quả cũng phù hợp với các báo cáo ngành cho thấy tầm quan trọng của việc lựa chọn mô hình thanh toán phù hợp để tối ưu hóa dòng tiền và lợi nhuận.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ Pareto thể hiện mối quan hệ giữa thời gian hoàn thành và NPV, cũng như bảng so sánh chi tiết hiệu quả của các phương pháp thanh toán và thuật toán tối ưu.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng thuật toán MO-AHA trong quản lý dự án xây dựng: Khuyến nghị các nhà quản lý dự án và các công ty xây dựng áp dụng MO-AHA để tối ưu hóa tiến độ và lợi nhuận, đặc biệt trong các dự án có ràng buộc tài nguyên phức tạp. Thời gian triển khai đề xuất trong vòng 6 tháng để đào tạo và tích hợp công nghệ.

  2. Lựa chọn mô hình thanh toán phù hợp: Đề xuất ưu tiên sử dụng mô hình thanh toán theo khoảng thời gian bằng nhau (ETI) trong các dự án dài hạn để tối đa hóa giá trị hiện tại ròng, giảm thiểu chi phí tài chính phát sinh. Chủ thể thực hiện là bộ phận tài chính và quản lý dự án.

  3. Phát triển hệ thống hỗ trợ quyết định dựa trên MO-AHA: Xây dựng phần mềm hoặc công cụ hỗ trợ người lập tiến độ có thể nhanh chóng lựa chọn các giải pháp tối ưu dựa trên tập nghiệm Pareto, giúp nâng cao hiệu quả ra quyết định. Thời gian phát triển dự kiến 12 tháng, do phòng công nghệ thông tin phối hợp với phòng quản lý dự án thực hiện.

  4. Mở rộng nghiên cứu và ứng dụng: Khuyến nghị nghiên cứu tiếp tục mở rộng phạm vi sang các dự án đồng thời, phát triển các mô hình tối ưu hóa có tính đến chậm trễ tài nguyên và công tác, cũng như nghiên cứu các mô hình thanh toán khác như thanh toán trọn gói (LSP) và thanh toán theo sự kiện (PEO). Chủ thể thực hiện là các viện nghiên cứu và trường đại học chuyên ngành quản lý xây dựng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Nhà quản lý dự án xây dựng: Giúp hiểu rõ hơn về các phương pháp tối ưu tiến độ và lợi nhuận, từ đó áp dụng các công cụ tối ưu hóa hiện đại để nâng cao hiệu quả quản lý dự án.

  2. Chuyên gia tư vấn và lập kế hoạch dự án: Cung cấp kiến thức chuyên sâu về mô hình toán học và thuật toán metaheuristic, hỗ trợ tư vấn các giải pháp tối ưu cho khách hàng trong ngành xây dựng.

  3. Giảng viên và sinh viên ngành quản lý xây dựng: Là tài liệu tham khảo quý giá cho việc nghiên cứu, giảng dạy và phát triển các đề tài liên quan đến tối ưu hóa tiến độ và tài chính dự án.

  4. Các nhà phát triển phần mềm quản lý dự án: Cung cấp cơ sở để phát triển các công cụ hỗ trợ lập tiến độ dự án tích hợp yếu tố tài chính và ràng buộc tài nguyên, nâng cao tính ứng dụng và hiệu quả của phần mềm.

Câu hỏi thường gặp

  1. MO-AHA là gì và tại sao được chọn để giải quyết bài toán lập tiến độ?
    MO-AHA là thuật toán chim ruồi nhân tạo đa mục tiêu, lấy cảm hứng từ hành vi kiếm ăn của chim ruồi. Thuật toán này có khả năng tìm kiếm hiệu quả trong không gian đa chiều, tránh kẹt cực trị cục bộ và cân bằng nhiều mục tiêu xung đột như thời gian và lợi nhuận. Ví dụ, trong nghiên cứu, MO-AHA đã giúp giảm thời gian dự án trung bình 12% và tăng NPV 15%.

  2. Lợi nhuận ròng (NPV) được tính như thế nào trong mô hình?
    NPV được tính dựa trên dòng tiền thu vào và chi ra của dự án, được chiết khấu theo tỷ lệ thích hợp để phản ánh giá trị thời gian của tiền bạc. Mô hình xem xét các phương pháp thanh toán khác nhau như PAC và ETI, ảnh hưởng đến dòng tiền và do đó tác động đến NPV.

  3. Mô hình thanh toán ETI có ưu điểm gì so với PAC?
    ETI phân bổ thanh toán đều theo các khoảng thời gian bằng nhau, giúp giảm chi phí tài chính do chiết khấu và tối đa hóa NPV. Trong khi đó, PAC thanh toán theo từng công tác có thể gây ra dòng tiền không đều, làm giảm giá trị hiện tại của lợi nhuận.

  4. Phạm vi áp dụng của mô hình và thuật toán này là gì?
    Mô hình và thuật toán phù hợp với các dự án xây dựng có ràng buộc tài nguyên đa chế độ, đặc biệt là các dự án dài hạn cần cân bằng giữa tiến độ và hiệu quả tài chính. Ngoài ra, có thể mở rộng sang các lĩnh vực sản xuất, công nghệ thông tin và logistics.

  5. Làm thế nào để triển khai MO-AHA trong thực tế quản lý dự án?
    Cần xây dựng phần mềm hỗ trợ tích hợp MO-AHA vào quy trình lập tiến độ hiện có, đào tạo nhân sự và thử nghiệm trên các dự án thực tế. Việc này giúp nhà quản lý có thể lựa chọn các giải pháp tối ưu dựa trên tập nghiệm Pareto, nâng cao hiệu quả ra quyết định.

Kết luận

  • Thuật toán MO-AHA hiệu quả trong việc giải quyết bài toán lập tiến độ dự án bị ràng buộc tài nguyên đa chế độ với mục tiêu tối ưu đa mục tiêu gồm thời gian và lợi nhuận ròng (NPV).
  • Mô hình thanh toán ETI giúp tối đa hóa NPV hơn so với PAC, góp phần nâng cao hiệu quả tài chính của dự án.
  • Nghiên cứu cung cấp công cụ hỗ trợ ra quyết định cho nhà quản lý dự án, giúp cân bằng giữa tiến độ thi công và lợi nhuận dự kiến.
  • Đề xuất mở rộng nghiên cứu sang các mô hình thanh toán khác và các bài toán đa dự án đồng thời để tăng tính ứng dụng thực tiễn.
  • Khuyến nghị triển khai MO-AHA trong quản lý dự án xây dựng nhằm nâng cao hiệu quả và tính cạnh tranh của các doanh nghiệp trong ngành.

Nhà quản lý dự án và các chuyên gia trong lĩnh vực quản lý xây dựng được khuyến khích áp dụng kết quả nghiên cứu để tối ưu hóa tiến độ và lợi nhuận dự án, đồng thời tiếp tục nghiên cứu phát triển các phương pháp tối ưu hóa đa mục tiêu trong tương lai.