草稿3 工程進度優(yōu)化與控制問題的研究現(xiàn)狀及趨勢

1、摘 要: 本文討論工程項目管理中的工程進度優(yōu)化與控制問題。重點分析和綜述針對進度-成本優(yōu)化問題、進度-成本-質(zhì)量優(yōu)化問題及工程進度控制問題的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，闡述工程進度優(yōu)化和控制方面的主要研究方法，指出了工程進度優(yōu)化與控制研究的未來研究方向。關(guān)鍵詞: 項目管理；工程進度；優(yōu)化；控制工程項目由于施工條件復(fù)雜、規(guī)模龐大、涉及專業(yè)多、牽涉范圍廣，具有極強的實踐性、復(fù)雜性、多樣性、風險性和不連續(xù)性的特點，因此，加強工程的進度優(yōu)化與控制顯得非常重要。工程進度的優(yōu)化與控制是工程項目管理中的重點內(nèi)容，直接關(guān)系到工程的成本、工期和質(zhì)量，它與投資控制和質(zhì)量控制一起并稱為工程項目的三大控制，是保證工程按期完成、合

2、理安排資源供應(yīng)和節(jié)約工程成本的重要措施。良好的工程進度控制則可實現(xiàn)在既定的工期內(nèi)編制出最優(yōu)的進度計劃，在執(zhí)行計劃過程中定期檢查施工進度情況，將其與計劃進度相比較，若出現(xiàn)偏差，則分析偏差產(chǎn)生的原因和對工期的影響程度，修改原進度計劃，如此不斷循環(huán)，直至工程竣工驗收。因此，加強對工程進度的優(yōu)化與控制問題的研究，對業(yè)主單位、監(jiān)理單位或承包商都具有重要意義。本文通過對工程進度優(yōu)化與控制問題的國內(nèi)外研究進展的總結(jié)與分析，進一步明確工程進度優(yōu)化與控制領(lǐng)域未來的主要研究方向。1 工程項目管理體系要素研究現(xiàn)狀工程項目管理是項目管理中的重要內(nèi)容之一。最初的工程項目管理主要是建筑師受雇于或從屬于業(yè)主，負責設(shè)計、購買

3、材料、雇工及管理。伴隨大型工程的出現(xiàn)，系統(tǒng)論、控制論、組織論、行為科學理論、價值工程理論以及預(yù)測技術(shù)、決策技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)、數(shù)據(jù)統(tǒng)計技術(shù)等科學技術(shù)理論逐漸被應(yīng)用于工程項目的管理中1。云南魯布革水電站引水工程是我國第一個利用世界銀行貸款并按世界銀行基本規(guī)范進行國際競爭性招標和項目管理的工程2。隨后，我國的許多大中型工程項目相繼實行了項目管理體制，具體包括項目資本金制度、法人負責制、合同承包制、建設(shè)監(jiān)理制等，工程項目的管理流程也日益完善和成熟3，具體可見圖1。工程項目管理的核心內(nèi)容包括項目進度、成本、質(zhì)量，對這些方面的具體研究集中在以下幾個方面：(1) 項目的進度管理。它一般包括持續(xù)時間估計、分

4、階段的進度安排、施工工藝選擇、計劃實施、進度控制等。對項目時間管理的研究多集中在項目進度計劃制定和進度計劃的監(jiān)控方面，從項目時間管理實踐看，目前常用的方法有關(guān)鍵日期法、前鋒線法、甘特圖、關(guān)鍵路線法、計劃評審技術(shù)等。目前依舊有一些學者在繼續(xù)上述研究，同時也有學者根據(jù)研究成果提出了新的關(guān)于項目進度管理的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，如圖示評審技術(shù)(GERT)、風險評審技術(shù)(VERT)等4。(2) 項目成本管理理論與方法。對于項目成本管理的理論方法研究一般集中在前期費用概算、資源計劃、過程控制、最終項目造價決算與審計等方面。胡志根對工程項目投資規(guī)劃開展了研究，提出了工程項目投資規(guī)劃及其動態(tài)風險分析模型5。他提出的項目投

5、資規(guī)劃被廣泛應(yīng)用，風險分析模型比較符合實際。其他學者根據(jù)工程造價管理與控制在現(xiàn)實中存在的問題，提出了針對某項工程造價實行動態(tài)管理的概念，使得工程造價的控制類似于工程進度的控制隨工程進展情況的變化而變化，在實踐的基礎(chǔ)上，建立了工程造價動態(tài)管理的理論體系6。也有學者把項目的工程成本與項目工期結(jié)合起來一并進行研究，使二者得到了有機的結(jié)合，同樣使二者在動態(tài)中得到控制。(3) 項目管理優(yōu)化理論與方法。項目優(yōu)化問題的研究不僅取決于網(wǎng)絡(luò)基本參數(shù)的估計、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定，更重要的是要建立有效的數(shù)學模型，即選擇合理的優(yōu)化算法等方面。在網(wǎng)絡(luò)參數(shù)的估計方面，曾經(jīng)應(yīng)用模糊數(shù)學方法來解決實際問題，效果是明顯的7。隨著研究

6、的深入，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)也由原來的確定型逐步發(fā)展到了隨機型8，由于隨機型網(wǎng)絡(luò)的局限性，其優(yōu)化問題在實際應(yīng)用中并不普遍。網(wǎng)絡(luò)進度計劃優(yōu)化的數(shù)學模型的建立主要采用以下幾種方法：線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃、動態(tài)規(guī)劃、馬氏過程9。隨著技術(shù)的進步，人們已開始對網(wǎng)絡(luò)進度計劃優(yōu)化的啟發(fā)式算法進行廣泛的研究。2 工程進度-成本優(yōu)化研究現(xiàn)狀工程項目建設(shè)計劃中進度的控制由計劃編制、優(yōu)化、計劃監(jiān)控和調(diào)整四項內(nèi)容組成。其中計劃優(yōu)化是一個非常重要的階段。網(wǎng)絡(luò)計劃的優(yōu)化又分為工期優(yōu)化、費用優(yōu)化(時間成本優(yōu)化)和資源優(yōu)化三種。傳統(tǒng)的計劃編制、優(yōu)化、監(jiān)控和調(diào)整方法是CPM 法(Critical Path Method)和PERT 法(Pr

7、ogram Evaluation and Review Technique)。到目前為止，通過學者的研究和探索，關(guān)于工期優(yōu)化、費用優(yōu)化(時間成本優(yōu)化)和資源優(yōu)化三個方面已取得了一些顯著的成果。國外學者對于工期固定-資源平衡優(yōu)化問題，較多的采用了分析與啟發(fā)式方法，為有效解決問題也將數(shù)學規(guī)劃方法應(yīng)用于解決網(wǎng)絡(luò)成本工期優(yōu)化問題，目的是使得工期最短，并達到兩者的最優(yōu)組合。J.E. 凱利(J. E. Kelly)于1961 年10、W.L.邁耶(W. L. Meyer)和L. R. 謝弗(L. R. Shaffer)于1965 年11、W. S.布徹(W. S. Butcher)于1967 年12、F.

8、 B.塔爾博特(F. B. Talbot)于1982 年13曾經(jīng)利用線性規(guī)劃中的動態(tài)規(guī)劃方法對工期固定-資源平衡優(yōu)化問題進行了系統(tǒng)研究，在解決問題時，采取了假定的算法，主要針對工序的費用和工期之間的如下關(guān)系：(1) 線性的和非線性；(2) 凸關(guān)系、凹關(guān)系或關(guān)系不定；(3) 離散和連續(xù)；(4) 混合型。1978 年，哈里斯(Harris)提出利用時間-費用曲線來進行優(yōu)化處理，這種方法在當時看來極為適用，王學民等：工程進度優(yōu)化與控制問題的研究現(xiàn)狀及趨勢 133并且至今一直在工程實踐中被作為一種傳統(tǒng)的方法而被利用。另有學者提出了一種在費用分解結(jié)構(gòu)(Cost Break down Structure，

9、簡稱 CBS)和工序分解結(jié)構(gòu)(Work Breakdown Structure，簡稱WBS)之間建立一種映射機制的方法來處理時間和費用的細節(jié)問題。時間和費用在項目管理中始終是一對矛盾，在二者的關(guān)系上，一些學者提出了建立時間和費用類型的2D 矩陣的方法來對問題加以處理。除了以上使用數(shù)學建模的方法外，還有其他方法如若干“啟發(fā)式搜索”方法也曾被提出，1961年提出的Fondahl 方法，1971 年提出的Simense 模型以及Moselhi 模型都是啟發(fā)式搜索的典型代表14。以上方法雖得到應(yīng)用但也存在缺陷，如利用數(shù)學建模的方法無法對現(xiàn)實中存在的問題及各種因素充分考慮，尤其是那些不能量化的方面；在求

10、解方面由于受工程實例的限制，有些數(shù)據(jù)不能準確的予以認定，或不能全面搜集數(shù)據(jù)，加大了求解難度。而啟發(fā)式搜索算法又不能保證能夠得到最優(yōu)解，這樣看來經(jīng)驗算法尤其重要，有些問題還需靠經(jīng)驗方法來得到答案。在國內(nèi)學者的近期研究中，王好溫首先提出建立線性規(guī)劃模型，而后應(yīng)用單純形方法求解網(wǎng)絡(luò)計劃成本的優(yōu)化問題3，這樣改變了求解的方法，有效地解決了現(xiàn)實問題。高明生利用雙代號網(wǎng)絡(luò)圖進行工期成本優(yōu)化，找出網(wǎng)絡(luò)計劃在各工序的后移差，逐一列出所有可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)計劃資源方差最小的方案，采用單步比較法進行網(wǎng)絡(luò)計劃的優(yōu)化，這一方法帶有一定的主觀隨意性，遇到大型工程項目，工序眾多，相互間邏輯關(guān)系復(fù)雜，很難找出最優(yōu)方案15。劉津明

11、在解決工期成本問題中為降低直接費用，運用“最大流最小割理論”壓縮“最小割集”所在的工序來達到解決問題的目的16。當然還有學者提出了其他優(yōu)化方法，如為了建立動態(tài)規(guī)劃數(shù)學模型，邢莉燕采用動態(tài)規(guī)劃法原理及其方法對網(wǎng)絡(luò)成本工期優(yōu)化進行了具體的研究和應(yīng)用，提出了建立動態(tài)規(guī)劃的數(shù)學模型，通過公式的推導(dǎo)，確定最小成本和最優(yōu)工期17。動態(tài)原理能將實際工期發(fā)生的變化反映出來。俞宗衛(wèi)根據(jù)資源利用平行法中的資源進度法和中小總時差法對網(wǎng)絡(luò)計劃的資源進行優(yōu)化18。劉泉寶運用CPM 方法進行網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)的決策分析19。張才江使用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和概率評價進行時間-費用優(yōu)化20。目前，國內(nèi)外普遍采用的優(yōu)化算法包括以下類型，具體可見

12、表1。3 工程進度成本質(zhì)量優(yōu)化研究現(xiàn)狀在工程進度、成本、質(zhì)量的綜合優(yōu)化方面，A. J. G. 巴布(A. J. G. Babu)和N. 蘇雷什(N. Suresh)首次將質(zhì)量作為一個目標，建立了問題的數(shù)學規(guī)劃模型，采用線性規(guī)劃的方法，進行了工期、成本、質(zhì)量三者之間的優(yōu)化21，但其目標主要是為了解決工程項目質(zhì)量問題而綜合考慮工期(工程進度)和成本的關(guān)系。高興夫、胡程順分析了基于遺傳算法的限定工程質(zhì)量及費用的最短工期、限定工程質(zhì)量及工期的最優(yōu)費用、限定工期及費用的最優(yōu)工程質(zhì)量的單目標優(yōu)化22，雖然考慮了工程進度、成本、質(zhì)量三個方面的因素，但是優(yōu)化目標還僅為單目標優(yōu)化，也無法從系統(tǒng)的角度滿足多目標共

13、贏的目的?？傮w看來，目前對于工程進度、成本、質(zhì)量的綜合優(yōu)化研究還較少，僅僅停留在考慮多因素的單目標優(yōu)化階段。4 工程進度控制研究現(xiàn)狀國內(nèi)外對工程進度控制研究主要集中在以下兩個方面：一是對工程進度延誤原因的研究；二是從確定型和不確定型兩方面對工程進度的控制方法進行研究。4.1 工程進度延誤分析對于工期延誤原因方面的研究已取得研究成果，已應(yīng)用在工程項目建設(shè)領(lǐng)域中，取得了較好的效果。國外，S.O. 奧貢拉納(S. O. Ogunlana)以泰國為例研究了發(fā)展中國家建筑工程施工進度延期的問題，主要原因可歸結(jié)為：機械設(shè)備、勞動力及主要原料不足或短缺，各種合同不嚴謹使得相關(guān)方不能達成共識，業(yè)主原因?qū)е鹿こ?/p>

14、項目不能連續(xù)進行等23。Z. J. 埃爾布斯曼(Z. J. Herbsman)等研究了工程三要素，即成本、進度、質(zhì)量之間的關(guān)系，認為上述三者的關(guān)系對工程項目起到了至關(guān)重要的作用。他的研究主要討論了工程進度滯后對工程質(zhì)量和造價的影響24，結(jié)論是，由于進度不能保證，勢必出現(xiàn)搶工現(xiàn)象，工程質(zhì)量將存在隱患，同時造價也將隨之增加。N. R. 曼斯菲爾德(N. R.Mansfield)等對尼日利亞建設(shè)工程進度和成本進行研究，結(jié)果表明影響進度最重要的因素是資金問題，同時也得出與奧貢拉納(Ogunlana)研究相同的結(jié)果，即合同管理不善、場地條件和作業(yè)條件改變、材料短缺供應(yīng)不及時，以及計劃組織不當?shù)?5。S.

15、 A. 阿薩夫(S. A. Assaf)等研究了影響沙特大型建設(shè)工程進度的風險因素，歸納出包括圖紙審批、承包商的進度款延誤支付及施工期間的資金問題、設(shè)計變更、分包商之間工作進度沖突等主要因素26。T. M. 邁澤爾(T. M. Mezher)等則分別從業(yè)主、承包商和建筑師的角度對黎巴嫩工期延誤原因進行調(diào)查分析，發(fā)現(xiàn)業(yè)主主要考慮資金問題，而承包商對合同關(guān)系最關(guān)注，工程師反而認為項目管理問題才是影響進度的最重要原因27。國內(nèi)在這方面的研究非常少，對于工期延誤因素的相關(guān)研究往往主觀成分多，定性方法少。高嵩分析了承包單位責任造成的工程施工階段進度延誤的原因包括進度控制目標不合理、進度計劃中存在缺陷、工

16、程質(zhì)量不合格引起返工、進度計劃實施中的問題，以及風險的影響等28。還有學者提出了將系統(tǒng)論與風險原理結(jié)合、基于系統(tǒng)論的風險元傳遞理論來識別工程進度延誤的原因和規(guī)避方法的建議29。4.2 工程進度控制的方法對于工程進度確定的控制方法的研究，隨著科技不斷進步和人工智能技術(shù)的研究和應(yīng)用的深入，各種新的先進算法例如蒙特卡羅、遺傳算法、模糊技術(shù)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等運用到進度控制研究中。對于工程進度不確定的情況，早期的研究主要采用概率統(tǒng)計方法，通過數(shù)理統(tǒng)計理論確定各種影響因素發(fā)生的概率，再根據(jù)其對工期的影響，計算出可能發(fā)生的概率，其中PERT 就是典型的概率進度控制方法。近年來，一些新的科學理論和方法被引入到工

17、程進度控制中。吳偉軍將混沌理論應(yīng)用到水利工程建設(shè)項目的進度控制研究中，通過分析水利工程建設(shè)項目進度控制中存在的問題，提出了基于初值敏感性、蝴蝶效應(yīng)、奇異吸引子和蟲口模型的項目進度控制方法30。還有學者將掙值理論應(yīng)用到工程進度與費用控制中，實現(xiàn)進度與費用的聯(lián)合控制31，并進行了相應(yīng)的仿真研究32。但是，目前國內(nèi)對工程進度控制的研究中，定性分析較多33，大多數(shù)研究僅僅結(jié)合工程實踐提出一些具體的應(yīng)對措施，還未實現(xiàn)對工程進度的科學預(yù)測和動態(tài)控制。5 工程進度優(yōu)化和控制的研究趨勢國內(nèi)外關(guān)于工程進度優(yōu)化與控制的研究主要集中在以下幾方面：一是對工程進度的優(yōu)化，主要是考慮費用、質(zhì)量等因素約束條件下的進度優(yōu)化模

18、型；二是工程進度的控制研究，主要集中在工期延誤和進度控制方法的研究方面。工期延誤的研究大多采用實際工程案例分析的方法；進度控制主要集中于確定型情況，對于工程進度不確定情況的研究尚處于定性研究階段。未來對工程進度優(yōu)化與控制的研究趨勢主要會集中在如下幾個方面。(1) 對工程進度偏差的預(yù)測方法的研究目前對工程進度偏差的研究主要集中在工期延誤方面的研究，而對提前完成進度與質(zhì)量目標保障的關(guān)系研究較少，并未全面分析與界定工程進度偏差。對于影響工程進度的因素分析多為事后的定性分析，缺乏對工程進度偏差的合理估計、預(yù)測與評估，難以實現(xiàn)在工程項目開始之初即采用相應(yīng)的管理措施保障工程項目達到預(yù)期目標。目前，對于工程

19、進度偏差的預(yù)警機制研究尚未成熟，應(yīng)當作為工程進度控制研究的方向之一。(2) 進度、成本、質(zhì)量三者之間的多目標優(yōu)化研究目前國內(nèi)外針對工程進度優(yōu)化的研究重點集中在進度、成本兩者的優(yōu)化中，其目的在于求出與工程最低成本相對應(yīng)的最優(yōu)工期，以及在規(guī)定工期的條件下工程的最低成本，而對如何實現(xiàn)兼顧項目管理三要素的優(yōu)化研究較少。在考慮三個因素的相互制約關(guān)系時，目前往往僅考慮了兩兩之間的關(guān)系，尚未對系統(tǒng)的關(guān)系進行全面綜合的分析，無法實現(xiàn)工程進度的全局優(yōu)化。但也有學者開始針對這一問題展開研究，在向最終實現(xiàn)工程進度的全局優(yōu)化方向努力。(3) 對工程進度動態(tài)控制的定量研究目前對于工程進度的動態(tài)控制管理已經(jīng)受到國內(nèi)外研究

20、者的關(guān)注，一些相應(yīng)的措施已經(jīng)被提出，但所提出的管理方法多為反饋式管理，即通過若干次的糾錯程序后逐步改進控制措施，沒有實現(xiàn)對工程進度從前期預(yù)警、實施過程跟蹤、實施后果反饋等各階段的動態(tài)管理，以及定量指標的監(jiān)控，使得工程進度的控制研究還較多的處于主觀分析階段，無法實現(xiàn)真正意義上的動態(tài)控制。這方面的研究也是工程進度控制的研究方向之一。(4) 從全生命周期角度對工程進度控制的研究進度控制方法目前主要是在某些確定性或不確定性的假設(shè)下，結(jié)合相應(yīng)的智能方法來建立控制模型，解決進度過程中的某一控制節(jié)點問題，缺乏從全生命周期的角度來解決不同時間段內(nèi)的進度控制問題，從而使得工程進度控制的研究出現(xiàn)了“頭痛醫(yī)頭、腳痛

21、醫(yī)腳”的解決局部問題的局面?，F(xiàn)在有學者試圖從全生命周期的角度開展工程進度控制的研究，以期不僅能夠?qū)崿F(xiàn)動態(tài)控制，較好地保障從各個源頭實現(xiàn)對工程進度的全面掌控。6 總結(jié)綜上所述，工程進度的優(yōu)化與控制研究對于工程建設(shè)項目的意義是不言而喻的，尤其是對大型工程項目(如投資較大、工程周期較長、投入的資源較多、關(guān)系到國民經(jīng)濟命脈的重要項目)更是不可或缺的。國內(nèi)外學者在工程進度的優(yōu)化與控制研究方面已經(jīng)取得了許多研究成果。未來在進度偏差預(yù)測、動態(tài)控制、多目標優(yōu)化、全生命周期的控制優(yōu)化等方面的研究將會引起人們的重視，相應(yīng)的預(yù)測、控制和優(yōu)化方法將會對實際工程項目的科學管理起到重要的作用。參考文獻1 Chinowsk

22、y P S. Strategic Management in constructionJ.Journal of Construction Engineering and Management,2000, 126(1): 1-9.2 楊合湘, 黃瀟. 我國項目管理的問題集對策J. 中國創(chuàng)業(yè)投資與高科技, 2003(8): 58-60.3 王好溫, 率兵. 單純形法在網(wǎng)絡(luò)工期成本優(yōu)化中的應(yīng)用J. 山東建筑工程學院學報, 1997(3): 38-41.4 盧志杰. 項目管理知識體系指南M. 王勇, 譯. 電子工業(yè)出版社, 2005: 7.5 胡志根. 工程項目投資規(guī)劃及動態(tài)風險分析模型研究J. 基建

23、優(yōu)化, 1997, 18(3): 13-18.6 成虎. 施工項目成本和工期的動態(tài)控制方法J. 建筑經(jīng)濟, 1997(10): 39-40.7 Leu S S. A GA-based fuzzy optimal model for constructiontimes-cost trade-offJ. International Journal of Pro136工程研究跨學科視野中的工程, 2 (2): 131-136 (2010)ject Management, 2001(19): 47-58.8 Abbasi G Y. Crashing PERT Networks using Mathem

24、aticalProgrammingJ. Journal of Project Management, 2001(19):181-188.9 Ulusoy G. An equitable approach to the payment schedulingproblem in project managementJ. European Journalof Operational Research, 2000 (127): 262-278.10 Kelly J E. Critical path planning and scheduling mathematicalbasisJ. Operatio

25、ns Research, 1961, 9(3): 67-79.11 Meyer W L, Shaffer L R. Extending CPM for multiformproject time-cost curvesJ. Journal of the ConstructionDivision, 1965(91): 45-67.12 Butcher W S. Dynamic programming for project cost-timecurveJ. Journal of Construction Division, 1967(93): 59-73.13 Talbot F B. Resou

26、rce-constrained project scheduling withtime-resource trade-off: the non-preemptive caseJ.Management Science, 1982, 28(11): 97-210.14 江景波. 網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)M. 北京: 冶金工業(yè)出版社,1983: 5.15 高明生, 何建敏. 單步比較法網(wǎng)絡(luò)計劃中的一種優(yōu)化方法. 管理工程學報J, 1999(3): 57-58.16 劉津明. 工期成本方法在計算機上的實踐J. 基建優(yōu)化,1998(4): 6-8.17 邢莉燕, 李紀成. 動態(tài)規(guī)劃法在網(wǎng)絡(luò)成本工期優(yōu)化中的應(yīng)用. 山

27、東科學J, 1998(3): 60-64.18 俞宗衛(wèi). 網(wǎng)絡(luò)計劃的資源優(yōu)化J. 基建優(yōu)化, 1998(3):24-26.19 劉泉寶, 劉永清. 基于網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)的決策分析J. 系統(tǒng)工程, 1994(1): 29-35.20 張才江. 應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和概率評價進行時間費用優(yōu)化J. 施工技術(shù), 1996(3): 20-21.21 Babu A J G, Suresh N. Project management with time, costand quality considerationsJ. Journal of Operational Research,1996(88): 320-327.

28、22 高興夫, 胡程順, 鐘登華. 工程項目管理的工期-費用-質(zhì)量綜合優(yōu)化研究J. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2007(10):112-117.23 Ogunlana S O, Promkuntong K. Construction delays in afast growing economy: Comparing Thailand with othereconomiesJ. International Journal of Project Management,1996, 14(1): 37-45.24 Herbsman Z J, Chen W T, Epstein W C. Time is money:Innovative con