歐靖 羅定市引水工程管理服務(wù)中心

進(jìn)度控制是水利工程項(xiàng)目管理的重要部分，但因水利工程本身規(guī)模大、施工環(huán)境惡劣、技術(shù)復(fù)雜且需多家參建單位協(xié)作，加上工期很長(zhǎng)，導(dǎo)致水利工程進(jìn)度管理影響因素多且復(fù)雜[1]。圍堰是臨時(shí)性圍護(hù)結(jié)構(gòu)，為水利工程建設(shè)提供穩(wěn)定的施工條件，作為水利工程前期重要的準(zhǔn)備工程，其本身技術(shù)極具復(fù)雜性，并需要避開汛期的影響，使其成為水利工程建設(shè)中極其重要的環(huán)節(jié)[2]。顯然，圍堰工程的進(jìn)度控制直接影響水利工程建設(shè)工期和效益發(fā)揮，加強(qiáng)圍堰工程進(jìn)度管理也有利于水利工程的順利開展。傳統(tǒng)進(jìn)度管理方法，如甘特圖法、關(guān)鍵路徑法、網(wǎng)絡(luò)計(jì)劃等，雖然技術(shù)成熟、應(yīng)用廣泛，但僅是局部?jī)?yōu)化，要預(yù)留大量準(zhǔn)備時(shí)間，面對(duì)非常復(fù)雜的形勢(shì)，已難以適應(yīng)工程建設(shè)要求，迫切需要選擇適合的進(jìn)度管理方法。關(guān)鍵鏈法（CCM）從解決資源約束矛盾入手，更加注重項(xiàng)目整體最優(yōu)。與水利工程綜合化、復(fù)雜化特點(diǎn)相呼應(yīng)，能有效縮短工期，充分保障項(xiàng)目計(jì)劃完工率[3]。因此，本文對(duì)關(guān)鍵鏈法在水利工程圍堰項(xiàng)目管理中的應(yīng)用進(jìn)行了探討。

1.基于關(guān)鍵鏈的進(jìn)度管理模型

1.1 關(guān)鍵鏈的實(shí)施步驟

對(duì)于單項(xiàng)目進(jìn)度管理來(lái)說(shuō)，應(yīng)用關(guān)鍵鏈法的實(shí)施步驟如下：

工序持續(xù)時(shí)間估計(jì)→關(guān)鍵鏈識(shí)別→緩沖區(qū)設(shè)置→關(guān)鍵鏈管理

1.2 工序持續(xù)時(shí)間的估計(jì)

工序持續(xù)時(shí)間是完成一個(gè)工序所需要的時(shí)間。由于項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中存在各種不確定性因素，為保證項(xiàng)目按計(jì)劃目標(biāo)完成，人們?cè)谟?jì)劃中會(huì)預(yù)留所謂的“安全時(shí)間”。但“安全時(shí)間”的出現(xiàn)，與“學(xué)生綜合癥”“帕金森定律”有關(guān)，人們會(huì)借機(jī)偷懶和拖延，為此關(guān)鍵鏈法的創(chuàng)建者高德拉特（Goldratt）提出以50%的完工概率估計(jì)各工序的持續(xù)時(shí)間。工序持續(xù)時(shí)間的估計(jì)需考慮三個(gè)時(shí)間[4]：最樂(lè)觀時(shí)間（a）、最可能時(shí)間（m）、最悲觀時(shí)間（b）。假定工序持續(xù)時(shí)間服從β分布，其期望值ti=（a+4m+b）/6，而其方差（σ）按σ2=（b-a）2[（5/7）+（16/7）χ（1-χ）]/36計(jì)算，其中χ=（m-a）/（b-a）且χ∈[0，1]。

1.3 關(guān)鍵鏈的識(shí)別

關(guān)鍵鏈?zhǔn)强紤]了資源約束的關(guān)鍵路徑（或關(guān)鍵路線）。識(shí)別關(guān)鍵鏈?zhǔn)紫纫页鲫P(guān)鍵路徑，確定關(guān)鍵路徑可通過(guò)關(guān)鍵路線法（CPM）和計(jì)劃評(píng)審技術(shù)（PERT）計(jì)算各項(xiàng)工序所需時(shí)間及關(guān)鍵路線，再根據(jù)高德拉特創(chuàng)建的約束理論（TOC）找出項(xiàng)目中各類資源的約束關(guān)系，最后確定關(guān)鍵鏈。由于關(guān)鍵鏈法增加了資源約束，從數(shù)學(xué)上看遠(yuǎn)比CPM、PERT復(fù)雜得多，而模型太過(guò)復(fù)雜不易求解，所以目前主要采用啟發(fā)式算法而不是數(shù)學(xué)上的最優(yōu)解，常用啟發(fā)式算法有平行法和序列法兩類。

1.4 緩沖區(qū)的設(shè)置

為減少不確定性因素對(duì)工程進(jìn)度造成的風(fēng)險(xiǎn)，關(guān)鍵鏈法需設(shè)置緩沖區(qū)。根據(jù)位置和功能的不同，關(guān)鍵鏈法將緩沖區(qū)分為資源緩沖（RB）、項(xiàng)目緩沖（PB）和輸入緩沖（FB）。在關(guān)鍵鏈上的工序前面設(shè)置RB，以保證關(guān)鍵鏈工序開始后所需資源到位。所有工序都需要資源，但不同工序所需資源不一定相同，從一個(gè)工序切換到另一個(gè)工序可能需要更換資源。切換資源過(guò)頻難免“忙中出錯(cuò)”，進(jìn)而影響進(jìn)度計(jì)劃的順利實(shí)施，為減少因頻繁切換資源造成的風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)設(shè)置RB警告項(xiàng)目實(shí)施者關(guān)注資源情況。在關(guān)鍵鏈與非關(guān)鍵鏈匯入處設(shè)置FB，作用是保證非關(guān)鍵鏈上的工序出現(xiàn)延誤而不影響關(guān)鍵鏈上的工序按時(shí)開工，F(xiàn)B的時(shí)間為非關(guān)鍵鏈上各工序節(jié)省時(shí)間的50%。在關(guān)鍵鏈的末端設(shè)置PB，其時(shí)間為關(guān)鍵鏈上的各工序節(jié)省時(shí)間總和的50%，因?yàn)橐?0%預(yù)估工期的延誤風(fēng)險(xiǎn)很大，設(shè)置PB可以將這種風(fēng)險(xiǎn)控制在預(yù)期范圍內(nèi)。緩沖區(qū)時(shí)間設(shè)置常采用剪切粘貼法、根方根法、基于模糊理論的方法等。

1.5 關(guān)鍵鏈管理

在項(xiàng)目實(shí)施階段，要監(jiān)控和管理關(guān)鍵鏈。對(duì)于FB的管理，可以將FB分為1/3、2/3和1的3個(gè)階段。在≤（1/3）FB階段（綠色區(qū)）風(fēng)險(xiǎn)很小，無(wú)需采取措施，只需監(jiān)控即可；在（1/3）FB與（2/3）FB之間階段（黃色區(qū)）存在相當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)，不但要監(jiān)控，還要采取措施以防關(guān)鍵鏈?zhǔn)艿接绊?，例如非關(guān)鍵鏈上的工序提前完成，節(jié)省的時(shí)間可以劃入FB中；當(dāng)＞（2/3）FB（紅色區(qū)），非常危險(xiǎn)，存在進(jìn)度失控可能，應(yīng)立即采取措施。對(duì)于PB的管理，同樣可以分為1/3、2/3和1的3個(gè)階段。在≤（1/3）PB階段無(wú)需采取措施；在（1/3）PB與（2/3）PB之間采取必要措施，以保證關(guān)鍵鏈工序如期完成；當(dāng)＞（2/3）PB時(shí)面臨極度風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)立即采取措施。對(duì)于RB的管理，要看關(guān)鍵鏈上兩道上下相接的工序所需資源是否一致，如果資源一致，不需要專門設(shè)置RB，否則就要設(shè)置RB，雖然RB并不占用時(shí)間，但設(shè)置RB可以警示項(xiàng)目實(shí)施者資源可能會(huì)出問(wèn)題，提醒他們關(guān)注資源狀況。

1.6 基于關(guān)鍵鏈的進(jìn)度優(yōu)化模型

令項(xiàng)目總工期為T，項(xiàng)目緩沖時(shí)間為PB，工序i需要的時(shí)間為ti，工序i的開始時(shí)間為，工序i的緊前工序集合為Fi，時(shí)刻t時(shí)資源j的需求量為Qj，t，資源j的供給量為Rj，工序i需要資源j的數(shù)量為qij，由此得到進(jìn)度優(yōu)化模型：

優(yōu)化目標(biāo)：

項(xiàng)目工期：

工序之間的邏輯約束：

工序之間的資源約束：

式（1）表示進(jìn)度目標(biāo)為工期最短，式（2）表示項(xiàng)目工期由關(guān)鍵鏈長(zhǎng)度決定，式（3）表示工序與緊前工序的關(guān)系，前者開始時(shí)間不小于后者最晚完成時(shí)間，式（4）表示資源供給量不小于某時(shí)刻各工序所需資源量的總和。

2.關(guān)鍵鏈法在圍堰工程項(xiàng)目進(jìn)度管理中的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目背景

為保證水利工程大壩干地施工的需要，在大壩上游建設(shè)圍堰，圍堰類型采用當(dāng)?shù)夭牧咸钪耐潦瘒?。圍堰迎水坡面坡度?∶2.5，堰基采用厚1m的柔性防滲墻和帷幕灌漿，堰體由土石填筑而成，迎水坡面采用混凝土面板護(hù)坡，堰體防滲采用高壓旋噴樁墻。

2.2 應(yīng)用關(guān)鍵鏈法的必要性

由于龍口段水流速度較大，拋填施工難度較大?；A(chǔ)防滲深度較大，施工難度也較大。施工場(chǎng)地局促，料場(chǎng)布置受地形、交通等因素影響也有一定難度。堰基防滲施工工期只有4個(gè)月，工期緊張，采用傳統(tǒng)甘特圖（橫道圖）來(lái)進(jìn)行進(jìn)度管理效力不足，有超期風(fēng)險(xiǎn)。再加上實(shí)際施工時(shí)，受到“學(xué)生綜合癥”、“帕金森定律”等因素影響，消耗大量安全時(shí)間，而且延期風(fēng)險(xiǎn)一旦發(fā)生，剩余的安全時(shí)間也消耗得差不多了，而關(guān)鍵鏈法恰好能克服甘特圖法的不足。首先是因?yàn)殛P(guān)鍵鏈法基于整體工期安排，先計(jì)算出各工序理想狀態(tài)下所需施工時(shí)間，再根據(jù)各工序復(fù)雜程度、影響因素等合理設(shè)置緩沖區(qū)。其次，關(guān)鍵鏈法充分考慮資源約束和人的因素，在各工序間邏輯關(guān)系的基礎(chǔ)上解決資源約束問(wèn)題，通過(guò)對(duì)施工順序的調(diào)整優(yōu)化，平衡施工中人員、機(jī)械使用上的沖突。同時(shí)，充分考慮施工人員的心理因素，基于最晚開工設(shè)計(jì)，避免早開工多拖延的痼疾，可激發(fā)施工人員的緊迫感，從而最大限度地消除“學(xué)生綜合癥”、“帕金森定律”等因素的不利影響。

2.3 項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解（WBS）

圍堰項(xiàng)目分為截流、圍堰施工和收尾工程3個(gè)部分。截流部分施工分為截流材料準(zhǔn)備、截流戧堤護(hù)底與進(jìn)占、龍口合龍與閉氣。圍堰施工部分施工分為岸坡土石方開挖、灌漿平洞開挖與支護(hù)襯砌、平洞內(nèi)帷幕灌漿、圍堰拋填料填筑、堰基防滲墻施工平臺(tái)填筑、堰基防滲墻施工、堰基帷幕灌漿、圍堰底座混凝土澆筑、圍堰固結(jié)灌漿、圍堰邊坡固結(jié)灌漿、堰體填筑、圍堰混凝土面板施工、圍堰干砌石護(hù)坡施工。收尾工程施工分為圍堰完工后臨建設(shè)施拆除、工程竣工驗(yàn)收。WBS時(shí)賦予各項(xiàng)工序以作業(yè)代碼、緊后作業(yè)及所需資源（人工、機(jī)械、材料）。

2.4 工序持續(xù)時(shí)間估計(jì)

依據(jù)本文1.2節(jié)的方法可計(jì)算工序持續(xù)時(shí)間。例如截流材料準(zhǔn)備樂(lè)觀工期a=24d，悲觀工期b=32d，估計(jì)工期m=31d，期望工期ti=（24+4×31+32）/6=30d。計(jì)算方差：χ=（31-24）/（32-24）=0.875，σ2=（32-24）2[（5/7）+（16/7）×0.875×（1-0.875）]/36=1.71。再如圍堰拋填料填筑樂(lè)觀工期a=48d，悲觀工期b=64d，估計(jì)工期m=62d，期望工期ti=（48+4×62+64）/6=60d。計(jì)算方差：χ=（62-48）/（64-48）=0.875，σ2=（64-48）2[（5/7）+（16/7）×0.875×（1-0.875）]/36=6.86。以此類推，可計(jì)算所有工序的期望工期和方差。

2.5 關(guān)鍵鏈、資源沖突的識(shí)別與確定

考慮了資源約束，項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中就會(huì)更好地解決資源瓶頸問(wèn)題。所謂資源瓶頸即該資源在多個(gè)工序中被調(diào)用，例如本項(xiàng)目在圍堰平洞帷幕灌漿、圍堰拋填料填筑、堰基防滲墻施工、圍堰底座混凝土澆筑、圍堰固結(jié)灌漿、圍堰邊坡帷幕灌漿并行施工時(shí)，存在施工人員、混凝土攪拌機(jī)、鉆孔灌漿機(jī)分配矛盾，這就要面對(duì)資源瓶頸問(wèn)題。為此，在關(guān)鍵路線法基礎(chǔ)上將各工序時(shí)間折減50%，利用啟發(fā)式算法重新調(diào)整工序間的搭接關(guān)系，本例采用禁忌搜索法調(diào)整關(guān)鍵鏈為：圍堰岸坡土石方開挖→圍堰底座混凝土澆筑→圍堰固結(jié)灌漿→圍堰邊坡帷幕灌漿→堰體填筑→圍堰混凝土面板施工→圍堰完工后臨建設(shè)施拆除→工程竣工驗(yàn)收。調(diào)整后的關(guān)鍵鏈合理設(shè)置了項(xiàng)目緩沖（PB）和輸入緩沖（FB），降低了一些非關(guān)鍵工序和關(guān)鍵工序緩沖時(shí)間不足而導(dǎo)致工期延誤的風(fēng)險(xiǎn)。

2.6 緩沖時(shí)間的計(jì)算

項(xiàng)目緩沖（P B）和輸入緩沖（FB）的時(shí)間可采用以下公式計(jì)算：

式中PB為項(xiàng)目緩沖時(shí)間，Ti為工序i的持續(xù)時(shí)間（計(jì)劃工期），為工序i去掉安全裕量的時(shí)間，M為關(guān)鍵工序集合，F(xiàn)B為輸入緩沖時(shí)間，K為非關(guān)鍵工序集合。

首先，計(jì)算項(xiàng)目緩沖（PB）時(shí)間：

2.7 項(xiàng)目總工期確定

將項(xiàng)目緩沖（PB）和輸入緩沖（FB）的時(shí)間導(dǎo)入進(jìn)度計(jì)劃表中，運(yùn)用關(guān)鍵鏈法計(jì)算項(xiàng)目總工期為271d。

采用甘特圖可以得到不考慮資源約束情況下的關(guān)鍵路徑是：工程開工→截流材料準(zhǔn)備→截流戧堤護(hù)底、進(jìn)占→龍口合龍、閉氣→圍堰拋填料填筑→堰體填筑→圍堰混凝土面板施工→圍堰完工后臨建設(shè)施拆除→工程竣工驗(yàn)收。對(duì)關(guān)鍵路徑上的工期加和即為圍堰項(xiàng)目的總工期。將所有工序的悲觀工期相加得到關(guān)鍵路線法的總工期為341d。如果采用計(jì)劃評(píng)審技術(shù)計(jì)算圍堰項(xiàng)目總工期，只需對(duì)關(guān)鍵路徑上的工期進(jìn)行加和，由此得到計(jì)劃評(píng)審技術(shù)項(xiàng)目總工期為289d。

可見，采用關(guān)鍵鏈法得到的項(xiàng)目總工期比關(guān)鍵路線法總工期縮短341d-271d=70d，比計(jì)劃評(píng)審技術(shù)總工期縮短工期=289d-271d=18d。通過(guò)比較不同進(jìn)度管理方法在施工人數(shù)和自卸汽車使用數(shù)量情況可知，采用關(guān)鍵鏈法能合理分配資源和優(yōu)化各工序間的關(guān)系，緩解各工序間的資源沖突，達(dá)到節(jié)省工期、降低成本的目的。

3.結(jié)語(yǔ)

在復(fù)雜水利工程進(jìn)度管理中，應(yīng)用關(guān)鍵鏈法可以優(yōu)化資源配置，縮短項(xiàng)目總工期，為降低工程成本、發(fā)揮項(xiàng)目管理優(yōu)勢(shì)和提高水利工程效益奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，因此推廣應(yīng)用關(guān)鍵鏈法大有裨益，值得關(guān)注和研究。