Цель. Рассмотреть вопрос применимости алгоритма поиска пути в ширину для решения задач пространственного развития линейных объектов наземной транспортной инфраструктуры. Методы. В статье применяется алгоритм поиска пути в графе – Поиск в ширину (Breadth-First Search, BFS), широко используемый для различных прикладных задач теории графов, в том числе трассирования и планирования пути. С данным алгоритмом проведен ряд простых экспериментов с целью определения количественных показателей его асимптотической сложности, т. е. количества выполняемых операций и времени выполнения алгоритма. Серия экспериментов имеет различную конфигурацию, определяемую направленностью поиска (однонаправленный и двунаправленны) и способом прохода ячеек (прямой и смешанный). Выводы. Эксперименты с различной реализацией алгоритма показывают, что двунаправленный поиск может существенным образом сократить количество выполняемых операций и время поиска. Так количество операций при двунаправленном поиске меньше в 2,75 раза при прямом и в 2,78 раза при смешанном (прямом и диагональном) проходе ячеек. Более того, сделан вывод, что применение двунаправленной реализации алгоритма имеет свою область эффективного использования. Во-первых, двунаправленный поиск эффективен в графах с высокой степень ветвления. Сокращение количества операций при двунаправленном поиске в условиях лабиринта составляет 57,07%, а сокращение времени при этой же конфигурации эксперимента 76,92%, по сравнению с однонаправленной реализацией поиска. В среде, представляющей собой коридор и, следовательно, характеризующейся слабым ветвлением, разница в количестве выполняемых операций между двунаправленным и однонаправленным поиском составила 1,06%, а время выполнения осталось неизменным. Во-вторых, эффективность алгоритма существенно снижается при сложной структуре графа. В-третьих, для использования такой реализации необходимо иметь четкое понимание, что путь между стартовым и целевым узлом существует.
С увеличением масштабов городской застройки и расширением агломераций становится все более важным создание устойчивых, эффективно функционирующих и экологически безопасных систем транспорта, обеспечивающих удобство и доступность. В частности, строительство метрополитенов играет ключевую роль в улучшении доступности и стимулировании экономического прогресса. Учитывая высокую сложность и финансовые затраты, связанные с реализацией таких крупных проектов, необходимы инновационные методы планирования для уменьшения рисков и эффективного использования ресурсов.
Цель исследования заключается в разработке передового алгоритма планирования, основанного на принципах теории графов, который способен максимально эффективно управлять ресурсами.
Методы. В работе представлены результаты всестороннего изучения актуальных в области улучшения процессов планирования в строительстве и интеграции теории графов для повышения управляемости комплексных систем, в том числе и при строительстве подземного транспорта. На протяжении исследования внимание сосредоточено на монографическом методе анализа, который раскрывает каждый элемент изучаемой проблематики, и использовании рефлексивного метода для осмысления полученной информации и выведения аргументированных заключений. Сочетание данных методов позволило не только оценить, но и подтвердить преимущества предложенной оптимизационной стратегии, сфокусированной на повышении эффективности и адаптивности в строительных проектах, особенно в части строительства метрополитенов, с учетом специфики и требований реальной практики.
Результаты. Отмечается существенная роль графовой теории в повышении эффективности строительства подземного метрополитена. Применение этого математического подхода позволяет усовершенствовать систему управления проектами, учитывая ограничения по ресурсам. Теория графов выступает здесь как ключевой элемент, который структурирует и упорядочивает сложные процессы, а также обеспечивает быструю адаптацию к любым изменениям в ходе строительства. Особенность разработанного алгоритма заключается в том, что он способствует максимальной эффективности распределения ресурсов, уменьшению времени простоя и избежанию задержек на различных этапах проекта. Таким образом, повышается точность планирования и общая экономическая эффективность строительных работ. В работе также уделено внимание аспекту многоцелевой оптимизации. Этот подход позволяет добиться идеального баланса сроков, бюджета и качества строительства, что немаловажно для подобных масштабных и ресурсоемких проектов, как строительство метрополитенов.
Выводы. Эффективное использование предложенного алгоритма существенно повысит управленческую аккуратность, сократит расходы и время, требуемое на реализацию строительных проектов, делая данный метод не только актуальным, но и необходимым для успешного осуществления крупных строительных задач. В результате, открываются новые возможности для исследований и внедрения данных подходов в градостроительное планирование и создание крупномасштабной инфраструктуры. Данная статья будет особенно интересна специалистам в области урбанистики, инженерамстроителям, исследователям, занимающимся оптимизацией процессов, а также менеджерам проектов, которые отвечают за планирование и успешную реализацию крупномасштабных строительных проектов.