（技术经济及管理专业论文）建筑工程网络计划优化与系统设计.pdf

摘要 网络计划优化是指在一定约束条件下，按计划任务的需要选定优化目标， 以达到建筑工程施工进度的优化。随着其理论的不断成熟，网络计划技术已经 在建筑工程项目管理领域广泛应用，发挥着十分重要的作用。然而网络计划并 不是一成不变的：工期的推进，资源、费用的增减，使得己绘制好的网络图经 常需要改动。因此，人们迫切希望有一种有效的工具，能够迅速而准确地绘制 网络图，精确地找出关键路线及关键工序，使人从繁杂的计算和绘图中解放出 来，以便极大的提高管理效率，获得更大的利益。 本文首先探讨了网络计划技术优化的研究现状，介绍了现有的网络优化方 法模型，指出现有网络计划技术及计算机辅助软件的优缺点，提出本文要研究 的问题和创新点。随后，通过对网络图和工作，工艺关系和组织关系，紧前工 作、紧后工作和平行工作，先行工作和后续工作，线路、关键线路和关键工作 的介绍，阐述了网络计划技术优化的基本理论，说明了绘制网络图的基本规则 和时间参数的计算方法，对网络计划的工期优化、工期一资源优化、工期一费 用优化做了深入细致的分析。 在网络计划技术优化基本理论的基础上，进行了网络优化系统设计。从提 咄构想开始，通过对总体要求、功能要求、性能要求、系统的输入输出要求以 及系统的安全性设计等做了全面的需求分析，建立目标体系，进行偏差分析与 调控，最终形成总体设计图。在网络计划技术优化系统的软件设计中，首先， 将整个系统划分为几个功能模块进行介绍，包括文件的操作、编辑的操作、显 示设置的操作；然后，通过网络图的设计、时间参数的计算( 最早时间参数、 最迟时间参数、机动时间参数) 、网络优化控制的设计( 最短工期的优化算法、 工期一资源优化的算法、工辫一费用优化的算法) ，实现系统功能。其中，优化 一算法部分既是整篇论文的精华也是软件系统的核心。在对数据库的设计中，本 文综合考虑了设计原则、设计目标、数据库的作用，在此基础上完成了流程设 计、需求分析、概念设计、逻辑设计、物理设计。最后，对整篇论文及作者研 究成果进行概括总结。 本文所研究的网络计划优化系统设计，特别适合我国中小型建筑工程施工 企业的应用需求，既具有一定的理论意义，又能解决管理人员当前面临的实际 问题。随着经济的迅猛发展，国内外工程管理人员对网络计划优化软件的要求 将越来越高，这会使更多的人将目光转向其系统理论的发展，更多的人致力于 理论研究，必将推动着网络计划优化系统的研究向更高的领域迈进。 关键词：网络计划技术，优化，系统设计，时间参数 a b s t r a c t n e t w o r ko p t i m i z a t i o ni s p l a n n e di n ac e r t a i nc o n d i t i o no ft h em l e c t e d o p t i m i z a t i o nt a s k sn e e d e dt oo r g a n i z ea n dc o n t r o lp r o c e s sf x o me s t a b l i s hi t s o p t i m u ma l t e r n a t i v e ，a n dr e a l i z ei t sg o a lb yo p t i m i z i n gt h er e l a t i o n sa m o n gt i m e ， r e s o u r c e s a n dc o s t s w i t ht h ed e v e l o p m e n to f i 招t h e o r y , t h en e t w o r kp l a n n i n gh a sa w i d e s p r e a du s ei np r o j e c tm a n a g e m e n tf o rc i v i lw o r k n o t h i n gi sc h a n g e l e s sy e t ，t h e n e t w o r kd i a g r a m ss h o u l db ec h a n g e ds i n c et h et i m e ，r e s o u r c e s ，a n dc o s t sc h a n g e d p e o p l ew a n tt oh a v eas o r to fe f f e c t i v et o o l sh e l p i n gt h e mr e n d e r i n gt h en e t w o r k d i a g r a m sr a p i d l ya n dt r u l y , f i n d i n go u tc r i t i c a lp a t ha n dc r i t i c a lp r o c e s sb yr u l ea n d l i n e t h es t u d yo nn e t w o r ko p t i m i z a t i o nw a sd i s c u s s e d , a n dt h eb a s i ct h e o r yo fa l l a s p e c t sf o r t h en e t w o r kp 1an w i l sc o m p r e h e n s i v e l yo v e r v i e w e ds i n c et h e r ea r em a n y p r o b l e m si ne x i s t e n c e ，s y s t e mi n t e g r a t i o np l a t f o r mf o rt h r e er e s t r a i n i n gc o n t r o l l e d a n ds o f t w a r eo p t i m i z a t i o ns y s t e mw e r ee s t a b l i s h e d f i r s t l y ，i nt h ei n t r o d u c t i o nc h a p t e r , t h ep a p e re l a b o r a t e dn e t w o r kp l a n n i n g t e c h n i q u ea n di t sa d v a n t a g e s ，i n d i c a t e da d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so f t h ee x i s t i n g n e t w o r kt e c h n o l o g ya n dc o m p u t e r - a i d e ds o f t w a r e ，t h ee x i s t i n gn e t w o r ko p t i m i z a t i o h m o d e la n dr e s e a r c h ，a n dd e s c r i b e dt h em a i ns t u d i e sa n di n n o v a t i o n s t h eb a s i c t h e o r yo nn e t w o r ko p t i m i z a t i o ni st h eb a s i so f t h i sp a p e r i nt h es e c o n dc h a p t e r , f i r s t e x p o u n d e dt h eb a s i cc o n c e p ki n c l u 击n gt h en e t w o r kd i a g r a m s ，w o r kp r o c e s s ， c r a r w o r kr e l a t i o n s ，o r g a n i z a t i o n a lr e l a t i o n s ，f o r m e rw o r k , l a t t e rw o r k , p a r a l l e lw o r k , a d v a n c ew o r kf o l l o w - u pw o r k , l i n e s ，a n dt h ek e yw o r ko nk e yr o u t e s ；t h es e c o n d s e c t i o nd e s c r i b e st h eb a s i cr u l e so fr e n d e r i n gt h en e t w o r kd i a g r a ma n dh o wt o c o m p u t ep a r a m e t e r st i m e t h ef i n a ls e c t i o nn e t w o r ki n l r o d u c e dt i m eo p t i m i z a t i o 儿 t i m e r e s o u l t ：eo p t i m i z a t i o n , t i m e - c o s to p t i m i z a t i o n , a n dn e t w o r kp l a n n i n gt e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n s n e t w o r ko p t i m i z a t i o ns y s t e mw a sd e s i g n e dt h r o u g hp r o p o s e d c o n c e p lb u i l tat a r g e ts y s t e ma c c o r d i n gn e e d sa n a l y s i s ，d e v i a t i o na n a l y s i sa n d c o n t r o l ，a n dt h e nd e v e l o p e dt h ee v e n t u a ld e s i g np l a n s t h ed e t a i ld e s i g no f n e t w o r k o p t i m i z a t i o ns o t t w a r ei st h ec o r eo ft h i sp a p e r ，a n dt h ee n t i r es y s t e mw i l lb ed i v i d e d h | i n t os e v e r a lf u n c t i o n a lm o d u l e s ，f o l l o w e db yd e s i g n i n gn e t w o r k p l a n , c o m p u t i n g t h e p a r a m e t e rt i m e ，d e s i g n i n gn e t w o r ko p t i m i z i n gc o n a o l ，a n dr e a l i z i n gt h es y s t e m f u n c t i o n s a m o n gt h e m ，o p t i m i z a t i o na l g o r i t h m sf i l et h ec o r ep a r to f t h et h e o r ya n d s o f t w a r es y s t e m d a t a b a s ed e s i g n , i n c l u d i n gd a t a b a s ed e s i g np r i n c i p l e s ，d e s i g n i n g g o a l ，d a t a b a s e sf u n c t i o n s ，d a t a b a s es e l e c t i o n , p r o c e s sd e s i g n ，n e e d sa n a l y s i s ， c o n c e p t i o nd e s i g n , l o g i cd e s i g n , a n dp h y s i c a ld e s i g n t h e r ei sac o n c l u s i o no ft h i s p a p e r ；i ts u m m a r i z e dt h ee n t i r ep a p e ra n dt h er e s u l t so f m ys t u d i e s t h ed e s i g no f t h en e t w o r kc o n a - o ls y s t e mc o n f o r m st ot h ea p p l i c a t i o nn e e d so f s m a l la n dm e d i u m - s i z e de n t e r p r i s e si nc o n s t r u c t i o n i ti sat h e o r e t i c a ls e n s et oh e l p s o l v et h ep r a c t i c a lp r o b l e m sm a n a g e r sf a c i n g w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f e c o n o m i c ，t h ed e m a n do fd o m e s t i cs o f t w a r ep r o j e c tm a n a g e m e n to nt h en e t w o r k w i l li n c r e a s e i tw i l lc , a u s em o r ep e o p l et u r nt h e i ra t t e n t i o n st ot h ed e v e l o p m e n to f t h e o r y s i n c e 硒r ep e o p l ec o m m i t t e dt ot h et h e o r e t i c a ls t u d y , r e s e a r c h e si nt h ef i e l d o f n e t w o r ko p t i m i z a t i o ns y s t e mi sb o u n dt ob e p u s hf o r w a r d e d t oah i g h e ra d v a n c e k e yw o r d s ：n e t w o r kp l a n n i n gt e c h n i q u e ，o p t i m i z a t i o n ，s y s t e md e s i g n , t i m e p a r a m e t e r s r v 图表目录 图1 - 1 平行法计算步骤3 图1 - 2 序列法计算步骤5 图2 1双代号网络图中工作的表示方法9 图2 2 单代号网络图中工作的表示方法1 0 图2 3 某混凝土工程双代号网络图1 0 图2 4资源分配动态曲线图1 4 图2 5 直接费用与工期的关系1 7 图2 - 6 间接费用与工期的关系1 8 图3 - 1网络计划优化系统设计流程图：2 0 图3 - 2 网络计划优化系统总体设计图2 5 图4 - 1 工程实例网络图。2 7 图4 、2 基本功能中的“文件”功能2 7 图4 3 基本功能中的“编辑”功能2 9 图4 、4 基本功能中的“显示设置”功能2 9 图4 、5网络计划优化系统软件绘制的例题网络图3 l 图4 - 6 网络图中结点的数据结构3 2 图5 - l 数据库设计流程图4 3 图5 - 2 实体型关系图4 4 图5 3网络计划技术优化系统数据库e r 图4 5 表4 - i工序表2 6 公式2 1 一1 5 公式2 - 2 1 5 公式2 3 15 公式2 4 1 5 公式2 5 1 7 公式2 6 1 8 公式4 1 3 3 公式4 - 2 3 4 公式4 3 3 4 公式4 - 4 公式4 5 公式4 6 公式4 7 ， ，3 4 3 4 ，3 4 ： 5 公式4 8 一3 5 公式4 9 ：3 6 公式4 1 0 3 6 公式4 11 3 8 公式4 1 2 3 8 i x 东北财经大学研究生学位论文原创性声明 本人郑重声明：此处所提交的硕士学位论文建筑工程网络计划 优化与系统设计，是本人在导师指导下，在东北财经大学攻读硕士学 位期间独立进行研究所取得的成果。据本人所知，论文中除已注明部分外不包 含他人已发表或撰写过的研究成果，对本文的研究工作做出重要贡献的个人和 集体均已注明。本声明的法律结果将完全由本人承担。 作者签名日期：扣年f2 月f 日 东北财经大学研究生学位论文使用授权书 建筑工程网络计划优化与系统设计系本人在蒯e 财经大 学攻读硕士学位期间在导师指导下完成的硕士学位论文。本论文的研究成果归 东北财经大学所有，本论文的研究内容不得以其他单位的名义发表。本人完全 了解东北财经大学关于保存、使用学位论文的规定，同意学校保留并向有关部 门送交论文的复印件和电子版本，允许论文被查阅和借阅。本人授权东北财经+ 大学，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文，可以公布论文的全部或 部分内容。 作者签名： 导师签名： 丑羹 巷盍 日期：如0 年1 2 ，月e 1 日期：础年f 2 月，占日 一、导论 ( 一) 问题的提出 网络计划技术是一种常见的计划管理方法。它是用网络图的形式来表示一 项计划( 或工程) 中各项工作的开展顺序及其相互之间的关系，通过对网络图 时间参数的计算，找出计划中的关键工作和关键线路，然后不断改进网络计划， 寻求最优方案，以求在计划执行过程中对计划进行有效的控制与监督，保证合 理地使用人力、物力和财力，以最小的消耗取得最大的经济效果。 关键路线法( c r i t i c a lp a t hm e t h o d ，c p m ) 和计划评审法( p r o g r a me v a l u a t i o n a n dr e s e a r c ht e c h n i q u e ，p e r t ) 是彼此独立发展起来的组织生产和进行计划管 理的科学方法。这两种方法虽有差异，但基本原理是一样的，所以人们将它们 合在一起，称作网络计划技术。近年来，我国建筑业正日益广泛的推行网络计 划技术，尤其在国际工程投标中，由于有的招标文件明确要求使用网络计划， 更有力推动了这一方法的推广应用。实践证明，采用网络计划技术之后，在缩 短工期、提高工效、降低成本等方面都取得了较好的效果。一些大型工程都已 有成型的网络计划技术软件，网络计划技术在我国是有基础的，也是有发展前 途的。 与横道图相比，网络计划具有如下优点： ( 1 ) 能够全面而明确地表达出各项工作开展的先后顺序和反映出各项工作 之间的相互制约和相互依赖的关系： ( 2 ) 能够进行各种时间参数的计算并找出决定工程进度的关键工作，以获得 最优方案； ( 3 ) 在计划的执行过程中，某一工作由于某种原因推迟或者提前完成时，能 够预见到它对整个计划的影响程度，且能根据变化的情况迅速进行调整，保证 自始至终对计划进行有效的控制与监督； ( 4 ) 利用网络计划中反映出的各项工作的时间储备，可以更好地调配人力、 物力。 然而，计划并不是一成不变的。工期的推进，资源、费用的增减，使得原 已绘制好的网络图频频变更。这就暴露出网络计划技术自身的缺点：在计算劳 动力、资源消耗量时较为困难。人们迫切希望有一种有效的工具，能够迅速绘 1 制网络图，准确找出关键路线及关键工序，并通过面向对象的操作，更容易的 实现优化；使人从繁杂的计算和绘图中解放出来，真正实现向“关键路线要时 间”，向“非关键路线要资源”。为此相继产生了许多网络软件，如：微软公司的 p r o j e c t 2 0 0 0 、p r i m a v e r a 公司的p 3 和s u r e t r a k 等o 。 早些时候的网络绘图软件都要求给出网络活动的节点编号，而不是直接给 出工序及其紧后工序，这实质上就等价于在网络图结构布局已知的情况下来让 计算机绘制网络图，这不适合在实际中应用。在后来的p 3 软件中，网络图绘 制好后，节点是顺序排列的，没有按照逻辑关系分级布局。西北工业大学编制 的j f w f 1 软件，节点虽然分级，但每个节点占一列，节点间的逻辑关系在图 上表现的不是太明显。现有的网络计划技术软件大多数都缺乏数据库支持，在 网络图智能优化方面也不理想。网络计划技术作为一种现代化的管理方法，它 从产生到全面推广应用经过了许许多多人的努力，但它还迫切需要计算机技术 的支持，只有缩短管理人员与计算机之间的距离，才能使其更好地发展和发挥 作用。 因此，如何建立一个有效的、适合我国建筑工程企业的、计算机辅助的工 程网络计划技术优化系统是本文的目的。一个卓有成效的网络计划技术优化系 统能为广大旋工企业所应用也是我们所梦寐以求的，它能够帮助投资方、施工 企业合理分配资源，缩短工期，从而达到总成本最少，并通过对施工项目成本 的有效控制，以计算机为依托，提高我国建筑旌工企业的管理水平。 ( = ) 网络计划优化方法研究现状 1 启发式优化方法 从理论上说，由于受到活动的先后次序和资源的限制，网络优化可提供的 可行解集极其浩大，一个规模不大的活动网络问题，就可能构成规模很大的数 学模型，因此引起数学界和工程管理界的广泛关注。二十多年来，人们认为这 是目前数学规划的理论水平和计算机科学都无能力解决的疑难问题。由于在理 论上和实践上，用分析法求解这类问题尚未达至4 成熟的阶段，因此迫于实际工 程项目管理的需要，许多国家都首先发展了有限资源合理分配问题的启发式优 化方法，其着力点并不在于得到数学名义上的最优解，而是在一定名义上的满 意解，因为最优进度安排是一个逐渐趋于均衡的优化过程，在最优解附近存在 一2 一 一个相当大的区间，其目标值与最优解之间比较接近，对于工程问题只要在这 个区间附近选定方案，其接近最优解的程度已足够精确，因而各种启发式准则 和算法过程不断出现，目前己有数十种启发式准则和相应算法，但按其求解问 题的计算顺序和优先准则可划分为如下两大类： ( 1 ) 平行法( p a r a l l e la l g o r i t h m ) 平行法是考虑某一时间段及该时间内能安排的所有活动，按某一个或几个 组合的优先准则进行排序，并按资源可用量安排，分配不上资源的活动推迟到 下一个时段开始，然后考虑下一个时段等等，其算法计算步骤如图1 1 所示： 开始 时间参数计算 按e s 资源分配 可以同时进行的活动按选定的优先准 则排序，并进行安排，对于超过资源 可用量的余下工序推迟至t + l 开始 二 一一十l 总工期 n 输出资源分配安排 结束 图1 - 1 平行法计算步骤 n 第一步：进行网络的时间参数计算； 第二步：按最早开始时间( e s ) 作资源分配计划： 第三步：从t = 0 开始逐日判断【t ，什1 】时段内，资源需要量是否满足资源限 制的条件，即是否有资源需要量a ( t ) 小于等于资源供应量r ，如果a ( t ) ! r ， 执行第四步，否则转入第五步； ， 第四步：对时段i t ，什l 】中可以同时进行的活动按选定的优先准则排序，并 进行安排，对于超过资源可用量的余下工序推迟至什l 开始； 第五步：如果l + 1 一启发式方法的综合比较和评价 运筹与管理，1 9 9 9 年第3 期，p 5 1 - 5 6 8 二、网络计划技术基本理论 ( 一) 基本概念阐述 编制网络计划包括绘制网络图，计算时间参数，确定关键路线及优化网络 图等环节。下面分别讨论这些内容。 i 网络图和工作 网络图是由箭线和节点组成，用来表示工作流程的有向、有序网状图形。 一个网络图表示一项计划任务。网络图中的工作是将计划任务按需要的粗细程 度划分而成的消耗b 于间、资源的一个子项目或子任务。工作可以是单位工程， 也可以是分部工程、分项工程：一个施工过程也可以作为一项工作。在一般情 况下，完成一项工作既需要消耗时间，也需要消耗劳动力、原材料、施工机具 等资源。但也有一些工作只消耗时间而不消耗资源，如混凝土浇筑后的养护过 程和墙面抹灰后的干燥过程等。网络图有双代号网络图和单代号网络图两种。 双代号网络图，又称箭线式网络图，它是以箭线及其两端节点的编号表示工作； 节点表示工作的开始或结束以及工作之间的连接状态。单代号网络图又称节点 式网络图，它是以节点及其编号表示工作，用箭线表示工作之间的逻辑关系。 网络图中工作的表示方法如图2 1 、2 - 2 所示。 p 挈 圈2 - 1 双代号网络图中工作的表示方法 网络图中的节点都必须有编号，其编号严禁重复，并应使每一条箭线上的 箭尾节点编号小于箭头节点编号。在双代号网络图中，一项工作的名称可以用 其箭尾和箭头节点编号来表示。而在单代号网络图中，一项工作必须有唯一的 一个节点及相应的一个代号，该工作的名称可以用其节点编号来表示。 在双代号网络图中，有时存在虚箭线。虚箭线不代表实际工作，称之为虚 工作。虚工作既不消耗时间，也不消耗资源，主要用来表示相邻两项工作之间 的逻辑关系。但有时为了避免两项同时开始、同时进行的工作具有相同的开始 节点和完成节点，也需要用虚1 作加以区分。 9 一 图2 2 单代号网络圈中工作的表示方法 单代号网络图中，虚工作只能出现在网络图的起点节点或终点节点处。 2 工艺关系和组织关系 工艺关系和组织关系是工作之间先后顺序关系( 逻辑关系) 的组成部分。 ( 1 ) 工艺关系 生产性工作之间由工艺过程决定的、非生产性工作之间由工作程序决定的 先后顺序关系称为工艺关系。如图2 3 所示，支模i 一扎筋1 一混凝土l 为工艺 关系。 图2 - 3 某混凝土工程双代号网络图 ( 2 ) 组织关系 工作之间由于组织安排需要或者资源调配需要i 面规定的先后顺序关系称为 组织关系。如图2 3 所示，支模l 一支模2 、扎筋l 一扎筋2 等为组织关系。 3 紧前工作、紧后工作和平行工作 ( 1 ) 紧前工作 l n 在网络图中，相对于某工作而言，紧排在该工作之前的工作称为该工作的 紧前工作。在双代号网络图中，工作与其紧前工作之间可能有虚工作存在。 ( 2 ) 紧后工作 在网络图中，相对于某工作而言，紧排在该工作之后的工作称为该工作的 紧后工作。在双代号网络图中，工作与其紧后工作之间也可能有虚工作存在。 ( 3 ) 平行工作 在网络图中，相对于某工作而言，可以与该工作同时进行的工作即为该工 作的平行工作。 紧前工作、紧后工作及平行工作是工作之间逻辑关系的具体表现，只要能 根据工作之间的工艺关系和组织关系明确其紧前或紧后关系，即可据此绘出网 络图。这是正确绘制网络图的前提条件。 4 先行工作和后续工作 ( 1 ) 先行工作 相对于某工作而言，从网络图的第一个节点( 起点节点) 开始，顺箭头方 向经过一系列箭线与节点到达该工作为止的各条通路上的所有工作，都称为该 工作的先行工作。 ( 2 ) 后续工作 相对于某工作而言，从该工作之后开始，顺箭头方向经过一系列箭线与节 点到网络图最后一个节点( 终点节点) 的各条通路上的所有工作，都称为该工 作的后续工作。 5 线路、关键线路和关键工作 ( 1 ) 线路 网络图中从起点节点开始，沿箭头方向顺序通过一系列箭线与节点，最后 到达终点节点的通路称为线路。线路既可依次用该线路上的节点编号来表示， 也可依次用该线路上的工作名称来表示。 ( 2 ) 关键线路和关键工作 在关键线路法( c p m ) 中，线路上所有工作的持续时间总和称为该线路的 总持续时间。总持续时间最长的线路称为关键线路，关键线路的长度就是网络 计划的总工期。 在网络计划中，关键线路可能不止一条。而且在网络计划执行过程中，关 键线路还会发生转移。 关键线路上的工作称为关键工作。在网络计划的实施过程中，关键工作的 实际进度提前或拖后，均会对总工期产生影响。因此，关键工作的实际进度是 建设工程进度控制工作中的重点。 ( 二) 绘制网络图的基本规则 绘制网络图必须严格遵循下列基本规n - ( 1 ) 网络图中不能出现循环路线，否则将使组成回路的工序永远不能结束， 工程永远不能完工。 ( 2 ) 进入一个结点的箭线可以有多条，但相邻两个结点之间只能有一条箭 线。当需表示多活动之间的关系时，需增加节点和虚作业来表示。 ( 3 ) 在网络图中，除网络起点、终点外，其它各节点的前后都有箭线连接， 即图中不能有缺口，使自网络始点起经由任何箭线都可以达到网络终点。否则， 将使某些作业失去与其紧后( 或紧前) 作业应有的联系。 ( 4 ) 箭线的首尾必须有事件，不允许从一条箭线的中间引出另一条箭线。 ( 5 ) 为表示工程的开始和结束，在网络图中只能有一个始点和一个终点。当 工程开始时有几个工作平行作业，或在几个工序结束后完工，用一个网络始点、 一个网络终点表示。若这些工序不能用一个始点或一个终点表示时，可用虚工 序把它们与始点或终点连接起来。 ( 6 ) 网络图绘制力求简单明了，箭线最好画成水平线或具有一段水平线的 折线；箭线尽量避免交叉；尽可能将关键路线布置在中心位置。 ( 三) 时间参数 网络计划研究的是整体与局部的联系。时间参数则正是这种联系的本质反 映，因此计算时闯参数是编制网络计划的中心任务之一。 e s ，工作最早开始时间各紧前工作( 紧排在本工作之前的工作) 全部 完成后，本工作有可能开始的最早时刻。 e f i ，工作最早完成时间紧前工作完成后，本工作有可能完成的最早时 刻。 上s ，工作最迟开始时间指在不影响整个任务按期完成的前提下，工作 一1 2 必须开始的最迟时刻。 三日，工作最迟完成时间指在不影响整个任务按期完成的前提下，工作 必须完成的最迟时刻。 t f i ，工作总时差精在不影响总工期的前提下，本工作可以利用的机动 时间。 f f i ，f 工作自由时差指在不影响其紧后工作最早开始时间的前提下，本 工作可以利用的机动时间。 ( 四) 网络计划的三大优化 绘制网络图、计算网络时间参数和确定关键路线，得到了一个初始的计划方 案。但通常还要对初始计划方案进行调整和完善。根据计划的要求，综合地考 虑进度、资源利用和降低费用等目标，即进行网络优化，确定最优的计划方案。 1 工期优化 工期优化就是压缩计算工期，以达到要求工期的目标，或在一定约束条件 下使工期最短的过程。由于关键线路决定工程的工期，一般应通过压缩关键工 作的持续时间来满足工期要求。 压缩关键工作时应考虑下列因素： ( 1 ) 计算网络计划中的时间参数，并找出关键线路和关键工作； ( 2 ) 按要求工期计算应缩短的时间； ( 3 ) 确定各关键工作篚缩短豹持续对闻； ( 4 ) 选择应缩短持续时间的关键工作，调整其持续时间，并重新计算网络计 划的计算工期。选择应缩短持续时间的关键工作应考虑： 缩短持续时间对质量和安全影响不大的工作； 有充足备用资源的工作； 缩短持续时间增加费用最少的工作。 ( 5 ) 若计算工期仍超过要求工期，则重复以上步骤，直到满足工期要求或工 期已不能再缩短为止。 ( 6 ) 当所有关键工作的持续时间都已达到极限时间而工期仍然不能满足 要求时，则应对计划中的原技术、组织方案进行调整，或对要求工期重新进 行审定。 一1 1 2 工期一资源的优化 资源是指完成一项计划任务所需投入的人力、材料、机械设备和资金等。 完成一项工程任务所需的资源量基本上是不变的，不可能通过资源优化将其减 少。工期一资源优化的目的是通过改变工作的开始时间和完成时间，使资源按 照时间的分布符合优化目标。工期资源的优化可以归结为两类问题。一类是在 工期指定的条件下，寻求资源使用均衡问题；另一类是在资源供应能力有限制 的前提下，寻求工期最短的问题。无论哪一类问题，其优化的途径就是：利 用时差，推迟某些工序的开始时间；在条件允许的情况下，改变某些工序的 作业时间或使某些工序在资源紧张的时间阶段内暂时中断，以减少资源使用的 不均衡。 这里所讲的工期一资源优化，其前提条件是：在优化过程中，不改变网络 计划中各项工作之间的逻辑关系；在优化过程中，不改变网络计划中各项工作 的持续时间；在网络计划中各项工作的资源强度( 单位时间所需资源数量) 为 常数，而且是合理的；除规定可中断的工作外，一般不允许中断工作，应保持 其连续性。 ( 1 ) 工期固定、资源均衡的优化 制定一项计划，总期望资源的利用能够尽量保持均衡，避免出现高峰或低 谷，网络计划的初始方案难以考虑此问题，故需优化。在工期已确定的情况下， 其优化方法为：利用工作自由时差，调整某些工作( 非关键工作) 的时间参数， 从而使资源分配动态曲线的高峰尽可能降低，达到资源使用尽可能均衡。资源 均衡可以大大减少现场各种临时设施的规模，从而节约施工费用。 评价计划的均衡性可用不同指标，常用的有两种，即方差和极差。调整方 法也对应有方差法和极差法。方差或极差值愈小，资源需用量均衡性愈好，因 此，我们要通过优化使方差或极差值最小。这里我们介绍一种使方差值最小的 优化原理。 ni j j j。：牛 f 图2 - 4 资源分配动态曲线图 设某工程初始网络计划的资源分配动态曲线如图2 4 所示，已知工期为t 所需资源的平均需要量为，某一时刻t 所需资源量为毋，则在时段( 0 ，t ) 内，方差可用下式计算： e ：i 1 r ，一r 。) 2 = 吾k ，一r ，) 2 + ( r ：一矗。) 2 + + ( g t - ) 2 】 1 ：一 1 ， ( 2 1 ) = 亭l r ，2 + t r 。2 2 r 。r ，i r 。=墨! 墨! 墨 r 生：妻r ，户 埘t 吾f 扎2 + t r 。? ol t = 1 标准差6 为 。一丽 ：r 。t r = ；喜r 。2 一矗。2 ( 2 2 ) ( 2 3 ) ( 2 4 ) r 由于t 和为常数，欲使e 最小，必须使r 。2 最小。 ，：l 这就是“工期固定、资源均衡”问题的优化原理。 ( 2 ) 资源有限、工期最短优化 资源有限、工期最短的优化目标，是使日赘源需要量小于或等于日资源供 应量，充分使用限量资源，使总工期尽可能最短。与资源均衡优化不同之处在 于，不仅要调整非关键工作，有时还需要调整关键工作才能实现。全过程以工 期一费用优化后求得的网络计划的时间参数为基础，根据一定的方法设定判断 时刻，在这一系列判断时刻做出分析和决策，按一定的优化准则进行资源分配。 因为最迟完成时间是一个活动拖延对项目工期产生影响的极限时刻，所以 在判断时刻，资源的优化准则以l f 为指标，优先安排l f 值最小的活动，以保 证工期延长最小。当发生资源冲突的活动的l f 值相等时，采用活动延续时间d ， 最早开始时间e s ，资源需求量等其他判断标准进行决策，直到整个网络计划资 源分配完成，然后根据延长的工期重新计算综合优化后最终的工期和费用 ( 五，c 1 ) 、( 瓦，c 2 ) ( l ，c 。) 。 3 工期一费用优化 在建设施工过程中，完成一项工作通常可以采用多种施工方法和组织方法， 而不同的施工方法和组织方法，又会有不同的持续时间和费用。由于一项建设 工程往往包含许多工作，所以在安排进度时，就会出现许多方案。进度方案不 同，所对应的总工期和总成本也就不同。为了能从多个方案中找出总成本最低 的方案，必须首先分析工期与费用之间的关系。 ( 1 ) 工程费用的组成 工程费用一般是指通过旌工生产活动而形成建筑安装工程所具备的价值或 工程价值的货币表现。工程价值又是以工程成本为基础。由于受不同工程自身 特点的影响，其工程成本差异很大。工程费用由直接费和间接费两部分组成。 直接费用包括直接生产工人的工资及附加费、设备、能源、工具及材料消 耗等直接与完成工序有关的费用。为缩短工序的作业时间，需要采取一定的技 术组织措施，相应地要增加一部分直接费用。在一定条件下和一定范围内，工 序的作业时间越短，直接费用就越多。 间接费用包括管理人员的工资、办公费用等。问接费用，通常按照施工时 问的长短分摊，在一定生产规模内，工序的作业时间越短，分摊的间接费用就 越少。 ( 2 ) 直接费用与工期的关系 工作的持续时间在某一时段内可以连续变化，工作的直接费用随着工作持 续时间的改变而改变、工期与直接费用的关系曲线如图2 - 5 所示。 c c b t 图2 - 5赢接费用与工期的关系 图中a 点对应正常费用c ，相应的工期l 称为正常工期；b 点对应极限费 用g ，相应的工期为最短工期或极限工期。显然，在时间段( 乃，l ) 内，直 接费用才随着工期的改变而变化。一般为了简化计算，假设工程直接费用与工 期之间成线性关系，其斜率计算公式为： r 、r 、 5 = 二旦_ 二生( 2 5 ) z - 一2 j 式中：5 一工程的工期缩短单位时间内所增加的直接费用，即直接费用增率， 简称直接费率。 ( 3 ) 间接费用与工期的关系 根据费用的构成关系，可以假设间接费用与工期具有单增线性关系，可以 用图2 - 6 表示。它与工作数目无关，仅与企业的规模、经营管理水平、工程复 杂程度及地区类别等因素有关。 1 7 t 图2 - 6 阃接费用与工期的关系 图中c 。为正常完工时所对应的间接费用，q 为工期缩短一天所减少的费 用；乃为网络计划的正常总工期，五为压缩后的总工期，( 乃一瓦) 为压缩后 的工期，则间接费用计算公式为： c ( t ) = c a - - q ( l - ) ( 2 - 6 ) ( 4 ) 工期一费用优化原理 工期一费用优化主要解决两类问题：工期固定即有指令工期要求时，使工 程总成本最低：工期不固定即无严格工期要求时，求总成本最低的最优工期。 这两类问题优化的基本思想是：不断的从这些工作的时间和费用关系中，找出 能使计划工期缩短而又能使得直接费用增加额最少的关键工作，缩短其持续时 间，然后考虑间接费用随工期缩短而减少的情况。把不同工期的直接费用和间 接费用分别叠加，即可求出工程费用最低时相应的最优工期或工期指定时相应 的最低工程费用。 注释： 。j g j t1 2 1 9 9 。工程网络计划技术规程，2 0 0 0 年2 月1 日 三、系统设计 建筑工程项目管理的过程，是追求按计划完成工期的过程，是追求消耗成 本最少的过程，是追求有限资源合理分配的过程。工期、成本、资源之间是相 互作用和相互制约的，片面的考虑其中的某一目标为整体目标，必将对工程造 成重大影响。如追求进度的最优，即工期最短，必将提高成本和增加资源的投 入；追求成本最优，即费用最低，必将延长工期；追求资源最优，也会使工期 延长，但成本却不一定减少。由此看来，追求单一目标的最优就会导致各自之 间协调程度最低而产生负效应。其次，对建筑工程项目管理的过程也是一个动 态的过程，必须通过不断的调整和纠正来达到最合理、最经济、最有效的目的。 ( 一) 提出构想 通过网络计划优化理论与系统科学的方法相结合，将两个领域已获得的成 就和方法综合运用、互相渗透、协调配合，我们可以建立网络计划优化系统， 系统设计流程如图3 - 1 所示。 网络计划综合优化系统具备一定的环境适应性，它处于人员、物质、数据、 计划和突发事件等要素组成的特定环境之中，与外部环境进行着物质、能量和 信息的交换。在系统运行过程中，必须适应外部环境的变化，即根据外部环境 给与的刺激及时调整并做出响应。工程项目实施过程也是网络计划的执行过程， 当实际控制目标( 工期、成本和资源) 与计划目标出现偏差时，需要及时修改 网络参数，对原计划做出新的调整。此时系统需要做出新的决策，采取必要的 措施。 优化系统的整体由工期子系统、成本予系统和资源控制子系统