仲 勇，陳智高，周 鐘

(1.華東理工大學(xué)商學(xué)院，上海 200237；2.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 201418)

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大型建筑工程項(xiàng)目資源配置模型及策略研究
——基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的建模和仿真

仲 勇1，陳智高1，周 鐘2

(1.華東理工大學(xué)商學(xué)院，上海 200237；2.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，上海 201418)

大型建筑工程項(xiàng)目多類型資源的有效配置，是現(xiàn)階段項(xiàng)目管理理論與工程管理實(shí)踐面臨的關(guān)鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時(shí)間的工作可操作性特點(diǎn)，以及多資源之間反饋影響的情況下。通過整合掙值法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，在分析資源可用性和工作可操作性之間因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了大型建筑工程項(xiàng)目多資源配置的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。以上海市重大工程投資統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為模型參數(shù)依據(jù)，模型的仿真結(jié)果表明：建筑工程項(xiàng)目不同類型資源其配置重要性與系統(tǒng)影響性存在顯著差異，在制定資源配置策略時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮項(xiàng)目運(yùn)作方式的特征與多資源之間的匹配，資源不匹配則容易導(dǎo)致資源配置系統(tǒng)失去穩(wěn)態(tài)或策略失效。這為進(jìn)一步研究項(xiàng)目管理中多資源配置提供了理論參考和實(shí)踐支持。

資源配置；項(xiàng)目管理；系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)

1 引言

對(duì)工程項(xiàng)目中不同類型的資源進(jìn)行有效配置一直是施工項(xiàng)目管理的難點(diǎn)之一[1]，因?yàn)轫?xiàng)目經(jīng)理不得不面對(duì)質(zhì)量、工期、成本三者之間的平衡。大型建筑工程項(xiàng)目工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、資金投入大、建設(shè)周期長，即使很小比例的損耗，絕對(duì)數(shù)也是相當(dāng)大的，因此，有效的資源配置顯得尤為重要。探索大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的研究有助于我國工程建設(shè)單位更全面的認(rèn)識(shí)和管理項(xiàng)目資源，促進(jìn)項(xiàng)目資源的利用效益。

項(xiàng)目管理中有關(guān)資源問題的研究大致分為四條主線：最早的是資源負(fù)載(Resource Loading)，通過CPM、PERT等技術(shù)分析項(xiàng)目活動(dòng)的資源需求以及整個(gè)項(xiàng)目資源負(fù)載的可行性；第二條主線是資源約束條件下的項(xiàng)目調(diào)度問題(RCPSP)，從單一應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃、啟發(fā)式算法，到目前結(jié)合遺傳算法與禁忌搜索、模糊聚類與差分進(jìn)化等混合算法，研究資源有限條件下的項(xiàng)目活動(dòng)安排，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)[2-6]；第三條主線是工期成本權(quán)衡問題(Time-cost Trade-off Problem)，注重成本增加、減少對(duì)工期的影響，或工期固定如何有效降低施工成本，此類問題主要運(yùn)用馬爾可夫模型[7]、遺傳算法[8]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[9]、多目標(biāo)進(jìn)化算法[10]等方法；第四條主線即資源的分配或平衡問題(Resource Allocation or Leveling)，致力于研究如何有效地分配平衡資源，提高資源的利用效率和效果，如多項(xiàng)目人力資源分配[11]、不確定情況下資源分配[12]、資源配置行為分析[13]、科研項(xiàng)目資源分配[14]等。

當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)研究存在如下兩個(gè)方面的問題：一是忽略了對(duì)項(xiàng)目自身特性的分析，因?yàn)轫?xiàng)目類型、結(jié)構(gòu)和運(yùn)作模式等屬性不同，研究結(jié)果會(huì)有很大差別[15]。區(qū)別于其他類別的項(xiàng)目，建筑工程項(xiàng)目施工過程中，產(chǎn)品或中間產(chǎn)品是固定的，生產(chǎn)者是流動(dòng)的。當(dāng)施工模式采用平行施工時(shí)，工期大大縮短，但勞動(dòng)力、物料兩種資源消耗量集中，現(xiàn)金流非常大。采用流水施工，則施工操作、現(xiàn)場(chǎng)管理秩序井然，資源得到充分利用，但工期較長。二是忽略了資源的類型、特性以及相互間的關(guān)系。資源定義和分類的不統(tǒng)一妨礙了資源理論的進(jìn)一步發(fā)展和交流[16]。以建筑安裝工程費(fèi)為例，包括直接費(fèi)、間接費(fèi)、利潤和稅金，其中直接費(fèi)中的直接工程費(fèi)由人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械使用費(fèi)構(gòu)成?；谶@個(gè)視角，項(xiàng)目資源可以分為資金、物料、勞動(dòng)力，其中資金和物料是可耗盡的，勞動(dòng)力屬于可再生的資源，現(xiàn)金流的多少?zèng)Q定著物料的采購和勞動(dòng)力的使用。目前現(xiàn)有文獻(xiàn)大多是將三者定義為一組向量放入模型中去優(yōu)化處理，這樣的約束條件過于理想，與工程實(shí)際并不吻合，難以在實(shí)踐中加以應(yīng)用。

建筑工程項(xiàng)目本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的，并且包括多個(gè)反饋過程，而這些反饋所產(chǎn)生的自校正、自增強(qiáng)影響著項(xiàng)目的整體運(yùn)作[17]。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，在分析大型建筑工程項(xiàng)目特性的基礎(chǔ)上，圍繞資金、物料、勞動(dòng)力三種資源構(gòu)建配置模型，并將掙值法(Earned Value)的主要參數(shù)融入模型，全面、客觀地評(píng)估資源配置效果。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第二部分根據(jù)大型建筑工程施工特性分析各狀態(tài)變量、輔助變量的因果關(guān)系；第三部分構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立方程；第四部分進(jìn)行模型仿真和策略分析；最后得出研究結(jié)論和今后的研究方向。

2 大型建筑工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制

2.1 模型的基本假定

大型建筑工程項(xiàng)目的資源配置尚無成熟的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，為規(guī)范研究，對(duì)模型作如下假定：

假定一：從建筑工程費(fèi)構(gòu)成的角度，將項(xiàng)目資源分為資金、物料、勞動(dòng)力三類，由于機(jī)械設(shè)備的使用相對(duì)于三者來說比例較小，在此忽略討論。

假定二：在整個(gè)項(xiàng)目的施工過程中，不考慮天氣、場(chǎng)地等不確定因素的影響，模型仿真正常施工運(yùn)作下的狀況，勞動(dòng)生產(chǎn)率保持不變。

假定三：基于項(xiàng)目運(yùn)作的視角，而非承包商或業(yè)主方等項(xiàng)目利益相關(guān)者的視角。以資金為例，是指該項(xiàng)目實(shí)際施工過程中所需要的資金。

2.2 因果關(guān)系分析

無論采用何種施工模式，決定整個(gè)項(xiàng)目施工進(jìn)度的是資源的可用性和工作的可操作性，兩者相互依賴相互制約。資源有效配置的目的是使整個(gè)項(xiàng)目在按時(shí)完工和不超支的前提下，盡可能的合理安排資源，確保施工過程的連續(xù)性，減少資源的閑置和浪費(fèi)[18]。資源的可用性是由現(xiàn)金流、庫存物料、當(dāng)前勞動(dòng)力三個(gè)變量體現(xiàn)出來的，現(xiàn)金流的狀況決定了庫存物料和當(dāng)前勞動(dòng)力的多少(俗稱直接材料和直接人工)，它們分別決定了基于物料的施工進(jìn)度和基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度，兩者相互牽制，統(tǒng)稱為基于資源的施工進(jìn)度[18]。

工作的可操作性是由項(xiàng)目施工過程中的工藝順序和間歇時(shí)間所決定的，這兩個(gè)因素是建筑工程項(xiàng)目的重要特征之一[19]。工藝順序是指上一道工序未完成不能進(jìn)入下一道工序，如土方開挖后方可以進(jìn)行基礎(chǔ)工程，間歇時(shí)間則包括工藝、技術(shù)間歇和組織間歇，如混凝土的齡期、質(zhì)量驗(yàn)收等。項(xiàng)目在工作面允許和資源充足的情況下，即使采用平行施工，工期也會(huì)受到二者的制約，因此工作的可操作性決定了可以達(dá)到的最快施工進(jìn)度——基于工序的施工進(jìn)度[18]。

通過基于資源的施工進(jìn)度和基于工序的施工進(jìn)度可計(jì)算出工程施工過程中的實(shí)際施工進(jìn)度和實(shí)際完成工作量，而兩者又分別對(duì)庫存物料和當(dāng)前勞動(dòng)力形成了反饋機(jī)制。庫存物料消耗的多少取決于實(shí)際施工進(jìn)度的快慢，而實(shí)際完成工作量和當(dāng)前勞動(dòng)力是負(fù)反饋的關(guān)系。根據(jù)實(shí)際完成工作量和累計(jì)使用資金可以計(jì)算出采用掙值法衡量的SPI進(jìn)度績效和CPI成本績效，用以評(píng)估項(xiàng)目資源配置的整體效果。這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的因果關(guān)系，增加了大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的難度，既要維持施工的連續(xù)性，確保工期不被延誤，又必須使資源能得到充分利用，降低工程總造價(jià)，其總體因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 大型建筑工程資源配置總體因果關(guān)系

3 大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的模型構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模

依據(jù)以上因果關(guān)系分析，從系統(tǒng)的角度，大型建筑工程項(xiàng)目資源配置包含了物料、資金、勞動(dòng)力、掙值指標(biāo)四個(gè)子系統(tǒng)。物料子系統(tǒng)反映了施工主材的計(jì)劃、獲取和使用整個(gè)周轉(zhuǎn)過程，勞動(dòng)力子系統(tǒng)說明了當(dāng)前勞動(dòng)力如何根據(jù)工作量和需要的施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。資金的獲取、使用以及現(xiàn)金流對(duì)上述兩個(gè)變量的控制構(gòu)成了現(xiàn)金流子系統(tǒng)，最終整個(gè)配置效果通過掙值子系統(tǒng)來體現(xiàn)。

圖2 大型建筑工程資源配置模型

這四個(gè)子系統(tǒng)之間在本質(zhì)上通過資金的流動(dòng)相互影響、相互制約?；谙到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)，以現(xiàn)金流(萬元)、庫存物料(噸)、當(dāng)前勞動(dòng)力(人/天)、累計(jì)使用資金(萬元)、實(shí)際完成工作量(平方米)作為狀態(tài)變量，設(shè)置目標(biāo)物料覆蓋、基于物料的施工進(jìn)度、物料使用速率等若干相關(guān)的輔助變量和速率變量，可以構(gòu)成描述大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)模型，如圖2所示。

3.2 方程式設(shè)計(jì)

建筑工程項(xiàng)目施工過程中，項(xiàng)目經(jīng)理首先決定的資源政策是目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋和目標(biāo)物料覆蓋，目標(biāo)物料覆蓋是指庫存物料可以維持周轉(zhuǎn)的天數(shù)。由于建筑工藝的進(jìn)步和新型材料的應(yīng)用，施工模式大大改進(jìn)，實(shí)際施工運(yùn)作中，已不需要在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)鋼筋棚進(jìn)行鋼筋翻樣，并且泵送砼也解決了現(xiàn)場(chǎng)攪拌的庫存問題，所以考慮采購延時(shí)和庫存調(diào)節(jié)時(shí)間與實(shí)際情況并不吻合[18]。本文將目標(biāo)物料覆蓋作為常數(shù)，以天為單位，目標(biāo)物料覆蓋與施工進(jìn)度決定目標(biāo)物料水平。由于目標(biāo)物料覆蓋僅僅是一項(xiàng)資源配置策略，能否有效實(shí)現(xiàn)取決于現(xiàn)金流支撐，一旦現(xiàn)金流無法保證，物料獲取速率則為0。

目標(biāo)物料水平，單位：噸

= IF THEN ELSE(需要的施工進(jìn)度>實(shí)際施工進(jìn)度，單位任務(wù)消耗的物料*需要的施工進(jìn)度*目標(biāo)物料覆蓋，單位任務(wù)消耗的物料*實(shí)際施工進(jìn)度*目標(biāo)物料覆蓋)

(1)

物料獲取速率，單位：噸/天

= IF THEN ELSE(剩余工作量>0，IF THEN ELSE((庫存物料<目標(biāo)物料水平):AND:(現(xiàn)金流>(目標(biāo)物料水平-庫存物料)*(實(shí)際單位成本/單位任務(wù)消耗的物料))，(目標(biāo)物料水平-庫存物料) ，0)，0)

(2)

物料使用速率，單位：噸/天

= 單位任務(wù)消耗的物料*實(shí)際施工進(jìn)度

(3)

作為項(xiàng)目資源之一的資金的使用，主要是物料的消耗和勞動(dòng)力的工資所決定的，后兩者決定了基于資源的施工進(jìn)度。資源安排過于充足，會(huì)造成資金的時(shí)間價(jià)值和機(jī)會(huì)成本的損失、勞動(dòng)力的閑置(工作面不允許)以及物料損耗的加大，最終導(dǎo)致實(shí)際成本超出預(yù)算。如果資源不能持續(xù)平衡供應(yīng)，則會(huì)出現(xiàn)資源瓶頸，最終導(dǎo)致工期延誤。由此可見，當(dāng)基于資源的施工進(jìn)度一旦大于基于工序的施工進(jìn)度，就會(huì)發(fā)生資源的冗余和浪費(fèi)。關(guān)于施工進(jìn)度的主要方程如下：

基于物料的施工進(jìn)度，單位：平方米/天

= 庫存物料/單位任務(wù)消耗的物料

(4)

基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度，單位：平方米/天

只有國內(nèi)商事法庭的構(gòu)建尚不足以支撐中國離岸國際商事法庭的構(gòu)建。要使中國國際商事法庭真正成為離岸法庭，在規(guī)則上我們還需要為國際商事法庭設(shè)計(jì)特別的制度。借鑒離岸法庭的新加坡模式，中國可以從如下幾方面為國際商事法庭設(shè)置特殊規(guī)則。

= 當(dāng)前勞動(dòng)力*平均生產(chǎn)率

(5)

基于資源的施工進(jìn)度，單位：平方米/天

= MIN(基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度, 基于物料的施工進(jìn)度)

(6)

實(shí)際施工進(jìn)度，單位：平方米/天

= IF THEN ELSE(實(shí)際完成工作量<=計(jì)劃工作量，MIN(基于工序的施工進(jìn)度，基于資源的施工進(jìn)度)，0)

(7)

現(xiàn)有的一些文獻(xiàn)在對(duì)勞動(dòng)力進(jìn)行分析時(shí)，往往考慮加班因素[20]，其實(shí)目前我國大型的建筑工程項(xiàng)目絕大多數(shù)采用施工總承包模式，分項(xiàng)、分部工程如鋼筋工程、模板工程等基本是專業(yè)分包和勞務(wù)分包，一旦工作量確定，并不考慮加班的工時(shí)及費(fèi)用。所以本文根據(jù)實(shí)際情況，基于剩余工作量、施工進(jìn)度差等輔助變量來確定勞動(dòng)力的調(diào)整速度，主要方程如下：

勞動(dòng)力調(diào)整速率，單位：人/天

= IF THEN ELSE(剩余工作量>=0，IF THEN ELSE(施工進(jìn)度差>0， IF THEN ELSE(現(xiàn)金流>(當(dāng)前勞動(dòng)力*單位勞動(dòng)力成本)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)間，0)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)間)，0)

(8)

資金是項(xiàng)目有效實(shí)施的前提，同時(shí)具有時(shí)間價(jià)值[20]。過于充足的資金覆蓋會(huì)帶來利息等機(jī)會(huì)成本損失，但如果現(xiàn)金流不足，則會(huì)造成庫存短缺或拖欠工人工資，導(dǎo)致項(xiàng)目面臨資源瓶頸，無法繼續(xù)施工。所以目標(biāo)現(xiàn)金流水平必須權(quán)衡兩者之間的關(guān)系，在保證計(jì)劃工期的基礎(chǔ)上，盡量減小物料和資金的閑置和浪費(fèi)，其方程如下：

目標(biāo)現(xiàn)金流水平，單位：萬元

= IF THEN ELSE(實(shí)際施工進(jìn)度>需要的施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計(jì)劃單位成本*實(shí)際施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計(jì)劃單位成本*需要的施工進(jìn)度)

(9)

資金獲取速率，單位：萬元/天

=目標(biāo)現(xiàn)金流水平/資金獲取延遲

(10)

資金使用速率，單位：萬元

=當(dāng)前勞動(dòng)力*單位勞動(dòng)力成本+物料使用速率*單位物料成本

(11)

掙值法可以有效的對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度、成本進(jìn)行監(jiān)控，從整體上反映和評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)展情況[21]，SPI(Schedule Performance Index)指標(biāo)用來評(píng)價(jià)進(jìn)度績效，CPI(Cost Performance Index)指標(biāo)用來評(píng)價(jià)項(xiàng)目的成本績效，本文將實(shí)際完成工作量和累計(jì)使用資金作為狀態(tài)變量，由此確定實(shí)際單位成本和實(shí)際成本AC，進(jìn)而基于掙值EV計(jì)算出SPI和CPI，用以整體評(píng)估擬定的資源政策在正常施工條件下的效果，其主要方程如下：

EV掙值，單位：萬元

= 實(shí)際完成工作量*計(jì)劃單位成本

(12)

SPI進(jìn)度績效

= EV/(計(jì)劃總造價(jià)*(TIME/計(jì)劃工期))

(13)

CPI成本績效

= EV/實(shí)際成本

(14)

3.3 參數(shù)設(shè)置

本文依據(jù)《建設(shè)工程(上海地區(qū))建材與造價(jià)資訊》、《上海市建筑和裝飾工程預(yù)算定額2000》以及上海2013建筑市場(chǎng)價(jià)格信息等設(shè)定模型的參數(shù)，如表1所示。

不同類別的建筑工程項(xiàng)目的標(biāo)的物不盡相同，為便于仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)上海市2011年所完成重大工程投資統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)定待仿真項(xiàng)目的規(guī)模和計(jì)劃等參數(shù)：計(jì)劃工作量(即總建筑面積)為8萬平方米左右，計(jì)劃總造價(jià)5億元，施工組織設(shè)計(jì)估算其基于工序的施工進(jìn)度(即可以達(dá)到的最快施工進(jìn)度)為200平方米/天，計(jì)劃工期約2年。

表1 模型參數(shù)設(shè)置

針對(duì)大型建筑工程項(xiàng)目施工準(zhǔn)備期的資源配置策略問題，應(yīng)用Vensim軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，評(píng)估各種策略的效果，設(shè)置各狀態(tài)變量初始值為0，仿真周期和步長分別為720天和1天。

4 模型的檢驗(yàn)與仿真分析

4.1 模型的有效性檢驗(yàn)

模型的量綱一致性通過Vensim軟件的檢驗(yàn)，下面檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托袨?。仿真?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在兩年的工期內(nèi)，工程項(xiàng)目得到了很好的實(shí)施，按計(jì)劃完成了總工作量8萬平方米，成本與進(jìn)度績效指標(biāo)理想，見圖3、圖4?；谫Y源的施工進(jìn)度、實(shí)際施工進(jìn)度以及需要的施工進(jìn)度三個(gè)輔助變量在160天以后逐步趨于一致，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以116平方米/天左右的施工速度完成整個(gè)項(xiàng)目。檢驗(yàn)結(jié)果表明本文所建模型穩(wěn)健且與研究對(duì)象吻合。

圖3 施工進(jìn)度的仿真結(jié)果

圖4 進(jìn)度、成本指標(biāo)的仿真結(jié)果

4.2 資源配置策略仿真分析

工程實(shí)踐操作中，三種主要資源之一的勞動(dòng)力可以根據(jù)具體的施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整(如圖2)，本文的資源配置策略僅考慮目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋和目標(biāo)物料覆蓋兩個(gè)參數(shù)?；趦煞N參數(shù)是否匹配來劃分，通常有五種配置策略。參數(shù)匹配：①資源等于進(jìn)度需要②資源高于進(jìn)度需要③資源低于進(jìn)度需要；參數(shù)不匹配：④現(xiàn)金流高、物料低⑤現(xiàn)金流低、物料高。上節(jié)的模型檢驗(yàn)是第①種策略，下面基于模型對(duì)其余四種可能的資源配置策略作仿真實(shí)驗(yàn)，分析系統(tǒng)整體的動(dòng)態(tài)行為。

(1)策略②：資源配置高于進(jìn)度需要。目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋和目標(biāo)物料覆蓋兩個(gè)變量同時(shí)提高20%的仿真結(jié)果見圖5，發(fā)現(xiàn)由于資金和物料過于充足，雖然工期順利完成，但基于物料的施工進(jìn)度高于實(shí)際施工進(jìn)度39%，說明庫存物料一直處于積壓狀態(tài)。由于物料是通過資金來購買的，庫存的積壓間接反映了企業(yè)資金時(shí)間價(jià)值的損失。同步提高基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度發(fā)現(xiàn)可以將工期提前，圖6的仿真結(jié)果是實(shí)際施工進(jìn)度以141平方米/天左右的進(jìn)度施工，整個(gè)工期600天，提前120天完成，進(jìn)度績效指標(biāo)SPI大于1，成本績效指標(biāo)CPI小于1。說明策略②盡管工期得以提前，但平行施工帶來的措施費(fèi)、周轉(zhuǎn)材料等相關(guān)因素使得CPI指標(biāo)超出了計(jì)劃成本，整體運(yùn)作并不經(jīng)濟(jì)。

圖5 同時(shí)提高20%的仿真結(jié)果

圖6 提前120天的成本、進(jìn)度指標(biāo)

(2)策略③：資源配置低于進(jìn)度需要。同時(shí)將目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋和目標(biāo)物料覆蓋兩個(gè)參數(shù)降低20%的仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，實(shí)際施工進(jìn)度由基于物料的施工進(jìn)度決定，開始的物料不足導(dǎo)致51天以后必須趕工(51天后基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度大于實(shí)際施工進(jìn)度)，見圖7。物料的施工進(jìn)度逐步加大，但706天以后由于基于工序的施工進(jìn)度的限制，使得實(shí)際施工進(jìn)度無法繼續(xù)增加，為200平方米/天，曲線成為一條直線。說明了建筑工程項(xiàng)目的一個(gè)重要特性，即由于工藝順序、間歇時(shí)間等原因，當(dāng)兩者都大于基于工序的施工進(jìn)度時(shí)，實(shí)際施工進(jìn)度并不隨之增加，而是以基于工序的施工進(jìn)度施工。盡管工作量還是能在計(jì)劃工期內(nèi)完成，但這種策略下，基于物料的施工進(jìn)度無法和基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度保持一致，造成勞動(dòng)力的大量閑置，成本加大， SPI、CPI指標(biāo)如圖8所示。當(dāng)二個(gè)變量持續(xù)降低至35%發(fā)現(xiàn)，即使趕工，720天內(nèi)也無法完成整個(gè)計(jì)劃工作量，并且成本進(jìn)一步加大，SPI和CPI指標(biāo)如圖9所示。

圖7 策略③的施工進(jìn)度仿真結(jié)果

圖8 策略③的進(jìn)度、成本指標(biāo)

(3)策略④：現(xiàn)金流覆蓋高，物料覆蓋低。將目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋提高20%、目標(biāo)物料覆蓋降低20%為例，發(fā)現(xiàn)SPI、CPI以及實(shí)際完成工作量的仿真結(jié)果類同于策略③，如同圖7、8，物料的不足限制了實(shí)際施工進(jìn)度，唯一的區(qū)別是現(xiàn)金流變大。參數(shù)的不匹配導(dǎo)致項(xiàng)目的現(xiàn)金流和施工所需的直接材料、直接人工不匹配，即資金的增長部分沒有在項(xiàng)目的物料和勞動(dòng)力上得到反映，對(duì)工程運(yùn)作未產(chǎn)生任何實(shí)際影響，其后果是增長的現(xiàn)金流成為閑置資金，間接造成企業(yè)資金的時(shí)間價(jià)值損失。

(4)策略⑤：現(xiàn)金流覆蓋低，物料覆蓋高。將目標(biāo)物料覆蓋提高20%、目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋降低20%為例，仿真結(jié)果顯示如圖10，發(fā)現(xiàn)由于資金和物料不匹配，盡管物料供應(yīng)計(jì)劃提高，但資金供應(yīng)跟不上，無法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)物料覆蓋提高20%的目標(biāo)，實(shí)際施工進(jìn)度為0，系統(tǒng)進(jìn)入不穩(wěn)定狀態(tài)。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可知，現(xiàn)金流短缺不僅無法保證材料的正常供應(yīng)，還會(huì)造成工資拖欠，施工項(xiàng)目面臨停工的直接后果。

圖9 同時(shí)降低35%的進(jìn)度、成本指標(biāo)

圖10 策略⑤施工進(jìn)度仿真結(jié)果

5 結(jié)語

仿真結(jié)果反映了大型建筑工程項(xiàng)目的高階次、多反饋、非線性的動(dòng)態(tài)特征。資源安排過于充足，會(huì)造成資金的時(shí)間價(jià)值和機(jī)會(huì)成本的損失、勞動(dòng)力的閑置(工作面不允許)以及物料損耗的加大，最終導(dǎo)致實(shí)際成本超出預(yù)算。如果資源不能持續(xù)平衡供應(yīng)，則會(huì)出現(xiàn)資源瓶頸，最終導(dǎo)致工期延誤。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，改進(jìn)了已有研究忽視項(xiàng)目特性、資源類別的現(xiàn)狀，通過構(gòu)建大型建筑工程項(xiàng)目資源配置模型，就施工準(zhǔn)備期時(shí)項(xiàng)目經(jīng)理如何有效圍繞資金、物料、勞動(dòng)力三種資源制訂配置策略進(jìn)行了仿真分析，得出如下結(jié)論：

(1)大型建筑工程項(xiàng)目在制訂資源配置策略時(shí)，首先應(yīng)確保資金和物料能夠匹配，使基于物料的施工進(jìn)度、基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度以及實(shí)際施工進(jìn)度和需要的施工進(jìn)度保持一致。在此基礎(chǔ)上，三種策略在一定區(qū)間內(nèi)各有優(yōu)點(diǎn)：策略①經(jīng)濟(jì)效果最佳；策略②可以將工期提前；策略③工程前期對(duì)勞動(dòng)力的要求不高。項(xiàng)目經(jīng)理可以根據(jù)工程具體需要自行選擇相應(yīng)對(duì)策；

(2)工程實(shí)踐中，項(xiàng)目經(jīng)理必須對(duì)各種資源統(tǒng)籌考慮，三種資源任何一種類型的不匹配，系統(tǒng)都會(huì)失去穩(wěn)態(tài)，反映在實(shí)踐中即資源冗余或工程停滯。策略④說明了充足的現(xiàn)金流若不能體現(xiàn)在直接人工和直接材料上，便會(huì)成為閑置資金。策略⑤的仿真結(jié)果從另一方面說明沒有現(xiàn)金流的保證，施工組織計(jì)劃就無法有效開展；

(3)資源配置必須考慮項(xiàng)目的特性。項(xiàng)目管理中不同類型項(xiàng)目其運(yùn)作方式、自身特點(diǎn)的差異，使得配置方式、效果也不盡相同。以建筑工程項(xiàng)目為例，過多的資源并不能確保工期提前，因?yàn)槭┕み^程中的工藝順序、間歇時(shí)間和工作面是否允許都決定了實(shí)際施工進(jìn)度不能違背工程項(xiàng)目的內(nèi)在規(guī)律，一旦超過基于工序的施工進(jìn)度，就會(huì)引起質(zhì)量事故；

(4)資金是工程項(xiàng)目最重要的資源，貫穿于整個(gè)系統(tǒng)的其實(shí)是現(xiàn)金流，它決定著物料的采購和勞動(dòng)力的使用，所以資金的安排必須對(duì)其余資源統(tǒng)籌平衡，將資金和其他資源定義為一組獨(dú)立隨機(jī)變量去建模的思路和實(shí)際并不吻合。

綜上所述，本文將掙值法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論整合到同一框架下對(duì)項(xiàng)目資源配置行為進(jìn)行定量分析，創(chuàng)新地用掙值法去整體評(píng)估資源配置的效果，對(duì)現(xiàn)有文獻(xiàn)大多建立指標(biāo)體系的方法是一種有益補(bǔ)充，為項(xiàng)目資源管理理論的完善提供了新的思路。同時(shí)，基于本文所構(gòu)建的大型建筑工程資源配置模型的仿真研究發(fā)現(xiàn)，資金、物料、勞動(dòng)力三種項(xiàng)目資源不僅特性不同，且相互影響，這種融合資源間相互關(guān)系與項(xiàng)目自身特點(diǎn)的研究在我國當(dāng)前項(xiàng)目管理研究領(lǐng)域并不多見。本文的模型假定前提之一是正常情況下的施工運(yùn)作，并未考慮施工過程中的場(chǎng)地條件、宏觀經(jīng)濟(jì)形勢(shì)、勞動(dòng)力的熟練程度等對(duì)工程有影響的不確定因素，將不確定性引入項(xiàng)目管理領(lǐng)域進(jìn)行分析是今后的一個(gè)重要研究趨勢(shì)。

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Resource Allocation Model and Strategy Research of Large-scale Construction Project: System Dynamics Modeling and Simulation

ZHONG Yong1, CHEN Zhi-gao1, ZHOU Zhong2

(1.School of Business, East China University of Science and Technology, Shanghai 200237;2.School of Economics and Management, Shanghai Institute of Technology, Shanghai 201418)

The efficient allocation of different types of resources in large-scale construction projects is a key issue that the project management theory and practice facing nowadays. Especially both the work operability, which including the process sequences and time interval, and the feedback impact of these resources are considered. Combining the earned value method and the system dynamics theory, this paper establishes a system dynamics model of multiple resource allocation of large-scale construction projects. The modeling is based on the causal analysis between the resource availability and the work operability. Major investment construction projects statistical data in Shanghai are used to set the model parameters. The simulation results indicate that there is significant difference on the allocation importance and systematically affect of different resources in construction projects. Both the project operation model and multiple resource matching should be considered when resource allocation strategies are developed. Mismatch of resources always result in unsteady of the resource allocation system or strategy failure. This research will provide theoretical reference and practice support to the further research on multiple resource allocation of project management.

resource allocation；project management；system dynamics

1003-207(2016)03-0125-08

10.16381/j.cnki.issn1003-207x.2016.03.015

2014-07-31；

2014-12-22

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(71372079)

簡介：仲勇(1976-)，男(漢族)，江蘇東臺(tái)人，華東理工大學(xué)商學(xué)院博士研究生，高級(jí)工程師，研究方向：項(xiàng)目管理，E-mail：LIB305@126.com.

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