（管理科学与工程专业论文）基于遗传算法的模糊工程进度优化研究.pdf

摘要 本文主要研究了工程进度的模糊估测及对模糊进度计划的多目标优化，提出 了模糊进度对资源、工期、成本等多目标优化的数学模型，并利用遗传算法对模 型进行求解，最后通过实例计算，表明本课题的可行性和有效性。 本文将工程进度视为模糊数，通过分析资金、资源和天气等对进度的影响， 应用模糊数学的理论构造成本与进度的模糊函数，并采用遗传算法得到最优解或 近似最优解，从而得到在不确定条件下的最小成本。 本课题同时实现了模糊数学和遗传算法在进度一成本平衡中的应用，应用本 课题成果，得到最优进度计划和最小成本，以此为参照，有利于在工程实施中进 行进度和成本控制，实现最大效益。 关键词 模糊、工程进度、成本、资源、遗传算法 a b s t r a c t t h i st 1 1 e s i sd e a l sw i t ht h ef u z z ye s t i m a t ea n dm u h i c r i t e r i ao p t i m i z a t i o no f 。c o n s v u c t i o n p r o j e e ts c h e d u l i n g ，a n dp r e s e n t s a f u z z y m u l t i c r i t e r i a c o m p u t a t i o n a lo p t i m a l s c h e d u l i n gm o d e l - w h i c hi n t e g r a t e s t h et i m e c o s tt r a d e o f rm o d e l ，r e s o u r c e - l i m i t e d m o d e l ，a n dr e s o u r c el e v e l i n gm o d e l as e a r c h i n gt e c h n i q u eu s i n gg e n e t i ca l g o r i t h m s ( g a s ) i sa d o p t e di n t h i sm o d e l + ac a s es t u d yi sp r e s e n t e dt o d e m o n s t r a t et h e f e a s i b i l i t ya n dv a l i d i t yo f t h e m e t h o d i nt h i st h e s i s ，c o n s t r u c t i o np r o j e c ts c h e d u l i n gi s t r e a t e da saf u z z yn u m b e r , w i t h a n a l y z i n gt h ei n f i u e n c eo ff i n a n c i n g ，r e s o u r c ea n dw e a t h e rt o c o n s t r u c t i o np r o j e c t s c h e d u l i n g t h ef u z z ym o d e la b o u tt i m ea n dc o s ti sp r e s e n t e db a s e do nf u z z y s e t t h e o r y n l eo p t i m a l o rn e a r o p t i m a lv a l u ei so b t a i n e du s i n gg e n e t i ca l g o r i t h m s ( g a s ) t h e n t h e m i n i m u l t ic o s t i n t h ec o n d i t i o no f t h e u n c e r t a i na c t i v i t yd u r a t i o n s i s g m n e d n l i st h e s i sf i l l su pt h eb l a n ko ft h eo p t i m i z a t i o no fc o n s t r u c t i o np r o j e c ts c h e d u l i n gi n t h ec o n d i t i o no ft h eu n c e r t a i na c t i v 卸d u r a t i o n s ，a n dr e a l i z et h ea p p l i c a t i o no ff u z z y s e tt h e o r yt ot i m e c o s tt r a d e o f f , w h i c hi st h ep i o n e e ri no t t rc o u n t r y , t h em o d e lc a n e f f e c t i v e l yp r o v i d e t h e o p t i m a lf u z z yp r o f i l e s o fa c t i v i t yd u r a t i o na n dr e s o u r c e a m o u n t su n d e rt h ec o n s t r a i n to f1 i m i t e dr e s o u r c e s ，w h i c hi sp r o p i t i o u st o c o n t r o l c o n s t r u c t i o np r o j e c tt i m ea n dc o s ta n dt og e tt h em a x i m u m b e n e f i t s k e yw o r d s ：f u z z y , c o n s t r u c t i o ns c h e d u l i n g ，c o s t ，r e s o u r c e ，g e n e t i ca l g o r i t h m 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得盼 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤洼盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：杆 签字目期：了印；年柏加日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解基洼盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁壅盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：耋牟 导师签名 签字日期：1 胛3 年p 月伽日签字日期：护声诩硼 第一章序言 1 1 进度管理的重要意义 第一章序言 进度管理是指在合同约定的工期内，编制了最优的施工进度计划，在组织实 施该项目进度计划时，经常检查施工实际进度情况，并将其与原进度计划相比较， 若出现偏差，便分析产生的原因和对工期的影响程度，采取必要措施，使其按计 划运行，直至工程交工验收。在工程建设项目建设过程中，进度管理是与质量管 理、费用管理并列的三大管理目标之一。工程建设项目进度管理的意义主要有如 下三点： ( 1 ) 保证工程建设项目按预定的时间交付使用，及时发挥投资效益。 ( 2 ) 加强进度控制，有利于维护国家良好的经济秩序。 ( 3 ) 良好的进度控制，能给施工企业带来良好的经济效果。 由此可见，工程建设项目进度管理工作的执行情况不仅直接影响工程建设项 目能否在合同规定的期限内按时交付使用，而且关系到整个建设项目投资活动的 综合经济效益能否顺利实现的问题。因此，进度管理是工程建设项目管理的一个 重要组成内容。 1 2 国内工程项目进度管理的现状 国内工程项目管理中，由于计划管理较为薄弱，进度控制十分困难，影响进 度控制的因素十分复杂。 1 2 1 进度计划编制 尚未建立规范化的进度计划级别和类别划分方法。由于工程项目未建立标准 的代码和编码体系，故无统一规范化的计划级别和类别划分方法。通常情况下进 度计划不划分类别。根据合同主计划，仅编制两级计划，即工程主计划、装置( 或 单项工程) 计划。部分工程公司、设计院编n - - 级计划。个别单位在现场编制三 月滚动计划。进度计划不分配资源，不与费用挂钩，属于单纯进度计划。 1 2 2 进度计划控制 由于尚未建立工程进度定量检测系统，对工程项目的设计、采购和施工进度 难以进行定量检测，因此仅能进行粗放的进度检查。工程建设过程中，主观和客 观条件变化较频繁，进度计划调整难以适应，往往逐步导致进度计划束之高阁， 第一章序言 依靠一揽子工程调度会协调进度。实质上，进度计划失去控制作用，无法建立进 度计划执行效果报告制度。 1 2 3 影响工程进度计划的原因 影响工程进度计划的原因十分复杂，如尚未建立工程项目综合管理体系、外 部条件多变、资金难以及时到位、设计、采购、施工分项合同难以保证进度、工 程项目合同进度计划过紧。 1 3 目前国内外对进度管理的研究情况 目前国内外对进度管理的研究主要集中在进度计划优化方面。进度计划优化 主要涉及两方面的内容：一是时间成本平衡分析，即同时实现工期、费用两个 目标的最小化；二是资源优化，包括最优分配有限资源实现工期最小化和工期确 定情况下实现资源均衡利用两个问题。 国内的研究主要是用关键线路法对确定的工期进行优化，以便使费用、资源 均衡或成本最小，而在实际工程中，由于天气、劳动生产率等各种原因，工期往 往是不确定的，实际执行时与预定计划有很大差别，计划需要不断调整，既浪费 了人力物力，又不能很好的控制成本。 在工期确定的情况下，国外对进度优化的研究已经比较成熟。比较简便易行 的关键线路法( c p m ) 已经在世界各国广泛应用，在工程项目管理领域发挥了巨 大作用。近年来，随着对人工智能技术的研究和应用，人们开始将神经网络、遗 传算法和模糊技术等应用到进度计划的优化上。s o u s e nl e u 和c h u n g - h u e ly a n q 提出了一个利用遗传算法编制进度计划的两阶段模型，第一阶段综合时间成本 平衡模型和有限资源分配模型，对工期和费用进行优化；第二阶段进行资源均衡 优化。对不同的模型采用具有不同操作方法和适应度函数的遗传算法进行优化， 取得了较好的效果。 但对于工期不确定的情况，目前国外的研究还处于起步阶段。由于工程在实 施过程中，受到各种外界因素的影响( 如天气、劳动率等) ，其工期往往在一定 范围内变动。针对工期的不确定性，早期的研究主要采用概率方法。应用概率理 论确定各种影响因素发生的概率，再根据其对工期的影响，计算出各种可能工期 的概率。计划评审法( p e r t ) 就是典型的概率方法。随着研究的深入，人们发 现概率理论对于计算客观情况下的变量非常有效，可工程实惑中往往有很多人们 的主观估计值，同时有许多新建项目由于缺乏历史数据而无法应用概率理论。一 些研究者发现，采用模糊集理论建模会得到更好的结果。因为在实际中收集到的 信息大多数是模糊的或不精确的，在这种情况下，模糊集理论比概率理论更有优 第一章序言 势。 应用模糊集理论研究模糊进度优化，目前大多数研究都是针对进度优化中的 一个方面进行研究。如a y y u b 和h a l d r ( 1 9 8 4 ) 研究了应用模糊集概念，估算项目 各活动在各种外部因素影响下的模糊持续时间。l o r t e r a p o n g 和m o s e l h i ( 1 9 9 3 ) 研究了应用模糊集理论进行网络图分析，从而得到整个项目的模糊工期的方法。 l o n e r a p o n g ( 1 9 9 4 ) 给出了一种资源限制下的启发式模糊进度优化方法。w u 和 h a d i p r i o n o ( 1 9 9 4 ) 提出了一种模糊代码技术，分别将项目各活动按获得资源的 优先顺序编码并进行试算，以实现其模糊工期最小化。s o u s e nl o u ( 1 9 9 9 ) 给 出了工程时间一成本平衡的模糊优化模型。 对于模型的求解，目前的研究主要分为两个方向：一个是采用启发式方法。 应用启发式方法可根据每个项目的不同特点进行相应的计算，比较简单易懂。但 一般只适用于中小型不很复杂的计算，同时不能保证结果的最优性。一个是采用 各种智能方法，如神经网络、模拟退火技术、遗传算法等。这些智能方法计算比 较复杂，只用于计算量较多、较复杂的模型。但能保证其计算结果最优或接近最 优。 1 4 本课题主要解决的问题 本课题主要研究工程建设项目在施工阶段的进度计划优化。本文借鉴以上的 研究成果，首先提出结合实际情况的不确定性，应用模糊方法估测各工程活动的 持续时间，得到模糊进度计划，然后综合分析时间- 成本平衡和资源优化两方面 的问题，全面解决工程进度模糊优化问题。本文采用遗传算法进行求解，保证了 求解的高效性和解的最优性。 本课题在理论上填补了在工程进度模糊优化方面的空白，同时实现了模糊数 学在工程进度优化中的应用，在国内处于领先。应用本课题成果，可以得到模糊 工期预测及相应的最优进度计划。工程在实际施工过程中，由于受到许多外界不 确定因素的影响，其工期进度也往往是不确定的，在进行工期预测时先考虑到各 种因素的模糊影响，这样得出的预测结果会更符合实际情况，做出的进度计划也 更合理。本课题同时为管理者提供许多有益的信息，如工程工期与成本之间的关 系、工程各活动对某个不确定因素的敏感程度、不同资源限制下工期的变化等。 这些信息有利于管理者做出及时、正确的决策。以模糊进度计划为参照，也有利 于进度工程师在工程实施中灵活地进行进度控制，实现最大效益。 第二章进度管理的主要理论 2 1 进度管理 第二章进度管理的主要理论 2 1 1 基本概念 工程项目进度管理是指针对工程项目各建设阶段的工作内容、工作程序、持 续时间和衔接关系来编制计划，并将该计划付诸实施，在实施的过程中经常检查 实际进度是否按计划要求进行，对出现的偏差分析原因，采取补救措施或调整、 修改原计划，直至工程竣工、交付使用。进度管理的虽终目的是确保项目进度目 标的实现。 进度管理与质量管理和费用管理之间有着相互依赖和相互制约的关系：进度 加快，需要增加费用，但工程能提前使用就可以提高投资效益：进度加快可能影 响工程质量，而质量管理严格，则有可能影响进度，但如因质量的严格管理而不 至返工，又会加快进度。因此，在进行进度管理时，要正确处理好进度、质量和 费用的关系，提高工程建设的综合效益。 进度管理的基本思想是：计划的不变是相对的，变化是绝对的；平衡是相对 的，不平衡是绝对的。要针对变化采取对策，定期地经常地调整进度计划。 2 1 2 进度管理的基本原理 进度管理包括计划、实施、监测和调整等四个要素。 21 21 进度计划 进度计划是工程项目进度管理的第一要素，项目进度计划阶段的主要工作： 一是估算工程各分项活动的持续时间；二是制定进度计划；三是对进度计划进行 优化。 212 2 进度实施 项目进度实施过程中，由于存在干扰因素，会使实施结果偏离进度计划。项 目进度实施阶段的主要工作：一是预测干扰因素；二是分析风险程度；三是采取 预控措施。采用这些监控手段，可避免或减少实际结果与进度计划的偏差。 2 1 2 3 进度监测 要了解和掌握项目进度计划在实施过程中的变化趋势和偏差程度，必须进行 项目进度监测。项目进度监测阶段的主要工作：一是跟踪检查；二是数据采集； 三是偏差分析( 实际结果与进度计划的比较) 。 4 第二章进度管理的主要理论 2 1 24 进度调整 项目进度计划调整发生在实施过程中，由于发生偏差而需要调整时，是个非 常复杂的过程。项目进度调整阶段的主要工作：一是偏差分析，分析产生进度偏 差的前因后果；二是动态调整，寻求进度调整的约束条件和可行方案；三是优化 控制，做出决策使进度、费用变化最小，能达到或逼近进度计划的优化控制目标。 2 2 进度计划 2 2 1 制定进度计划的意义 无论做什么工作，事先都要制定一个计划，即在全面分析项目各项任务的基 础上，合理的、统筹兼顾的对各项工作任务做出科学的安排。现代化的工程项目， 除其规模大、构成复杂以外，还将受到各种因素影响。而且有大量的影响因素都 是不可预测的。因此，为使工程项目能按期完成任务，科学的制定进度计划并按 其进行实施是极为必要的。可以说，进度计划的科学合理是工程项目能否如期完 工的关键。 2 2 2 编制进度计划的程序 编制工程进度计划所需要进行的工作如下： ( 1 ) 确定工程项目所包括的内容。即将工程项目按照工作分解结构进行分 解，直到分解为只包括单一工作的工作包为止。 ( 2 ) 确定完成每项任务的方法、时间及资源。即确定完成上述各项内容所 要采取的方法措施及可能消耗的资源，如参数调查的形式，需要的人力、物力和 时间，数据分析所要的工具及方法。 ( 3 ) 确定各项任务之间的关系。当项目所包括的各项任务确定之后，还需 进一步确定各项内容之间的关系。在项目施工计划中有些内容有严格顺序的搭接 关系，有些内容可以采用并行作业形式同时施工，在人力、物力和资源条件允许 条件下，可阻采用并行施工作业来缩短工期。 ( 4 ) 对各活动进度进行统筹安排。项目所包括的各项内容的关系及其资源 消耗确定之后，要根据各项任务完成的条件、所需资源消耗及其环境条件对各项 内容进行统筹安排，进而使工程项目在时间上、空间上及资源消耗上去的优化和 协调。 2 2 3 进度计划方法 自二战以来，进度计划技术得到快速发展，现将最常用的技术列举如下： 第二章进厦管理的主要理论 横道图 线型图 里程碑方法 网络计划技术 关键路线法( c p m ) 计划评审技术( p e r t ) 图形评审技术( g e r t ) 2 2 2 ，1 横道图 传统的横道图是一种最直观的工期计划方法，它在国外又被称为甘特( g a n ) 图。横道图以横坐标做时间轴表示时间工程活动在图的左侧纵向排列，以活动 对应的横道位置表示活动的起始时间，横道的长短表示持续时间的长短，它实质 _ 匕是图和衷的结合形式。如图2 1 为某基础工程进度的横道图表示。 横道图的优点是，它能清楚地表达活动的开始时间、结束时间和持续时间， 使得各项作业( 各部分工程) 的日程以及整个工程的工程计划一目了然，易于理 解。但它终究是粗线条的基本计划，只是大致指出各项作业的开始和结束时间以 及各项作业之间的关系。此种图表的最大缺点就是很难迅速准确理解某项作业的 拖延和变化对整个工程的影响。另外，它无法表示活动的重要性，如哪些活动是 关键的或非关键的，哪些活动有推迟的余地及余地的大小。因而不能在事先准确 判断各项作业的管理重点也不能对拖延工程采取拮埯。而且，它不能用计算机 处理，即对一个复杂的工程不能进行工期计算，更不能进行方案的优化。因此 横道图一般只用于一些简单的小项目，由于活动较少，可以直接用它排进度计划。 工 i 磊 上作 周数 作 序 名称 时 间 l234667891 0l l1 21 31 41 5 号 1挖土】 2 2 挖土2 5 3混凝十l3 4 混凝寸2 3 i i ii 防水处理6 1il 6同填十2 目2 i某基础1 程进度横道图 第二章进度管理的主要理论 2 2 2 2 线型图 线型图与横道图的形式很相近，它有很多种形式，如“时间一距离”图，“时 间- 效率”图等。它们都是以二维平面上的线( 直线、折线或曲线) 的形式表示 工程的进度，它和横道图有相似的特点。 2 2 2 3 里程碑方法 里程碑又称关键日期表，它是最简单的一种进度安排和控制工具。所谓里程 碑方法实际上就是根据项目的具体情况确定的重大而且关键的工作序列。每一个 里程碑代表一个关键事件，并标明其必须完成的时间界限。如图2 2 所示。 在项目实施过程中，以下事件为里程碑系统表示的关键事件： ( 1 ) 项目主要阶段的结束日期； ( 2 ) 主要分项工程的完成日期； ( 3 ) 主要合同的授予日期； ( 4 ) 主要设备的交货日期； ( 5 ) 场址准备就绪日期； ( 6 ) 整个项目的完工日期； ( 7 ) 保证项目成功的关键性决策的日期。 这些关键事件是综合了各种因素，针对事件本身对项目的重要程序而言的， 它可能在网络图的关键路线上，也可能不在关键路线上。 里程碑方法的最大特点在于，把各关键工作的完成时间截至在里程碑处，不 允许任何相关工作超过其时间界限。也就是说，不管采取什么措施都必须在里程 碑所标的时间之前完成各项预定任务否则就会影响整个项目的建设。里程碑方 法的缺点就是这种方法不能单独使用，必须和横道图或网络图等其他方法联合使 用。 日期 一月二月三月四月五月六月七月八月 活动 签订承包合同 技术要求说明二持 定稿 系统评价 子系统测评 第一单元支付 生产计划完成 图2 - 2 某项目进度里程碑图 第二章进度管理的主要理论 2 2 2 4 关键路线法 在关键路线法中，假定计划中的每项活动都是肯定要发生的，每项活动的持 续时间也是确定的。关键线路法的使用原理是：在众多活动中找出关键项目，组 成一条或多条关键线路，在施工中，优先保障这些关键活动的实现，压缩关键线 路的时间，就能缩短整个工程的工期。但在施工过程中存在着许多不确定因素， 工程进度要受到各种条件的制约及外部环境变化的影响，因此，活动的持续时间 往往是不确定的，这使得用关键路线法做出的进度计划与实际有较大偏差。 2 2 2 5 计划评审法 计划评审法也假定所有活动都肯定发生，但每项活动的时间是不确定的，它 服从b 分布。计划评审法认为活动的持续时间不是一个唯一、肯定的数值，它不 局限于要求计划进度的绝对准确，而是要求在承认偏差的条件下，用概率论和数 理统计方法来衡量和预测计划进度，从许多非肯定型的环节中找出完成计划可能 性的规律。因而，计划评审法对于缺乏充分确定时间的工程项目或某些新因素较 多的研制项目是很有用的。 p e r t 采用三时估计法来估计工序的持续时间： ( 1 ) 最乐观估计时间a ：在顺利条件下完成工序i i 所需的时间。 ( 2 ) 最可能估计时间r n ：在正常情况下完成工序i _ j 所需的时间。 ( 3 ) 最悲观估计时间b ：在最不利条件下完成工序i j 所需的时间。 工序i i 的持续时间由以下经验公式求得： t ( i ，1 ) ；a + 4 m + b( 2 1 ) 。 6 t ( i ，j ) 实际是一个考虑了工时不确g n 素的随机变量，若用方差仃表示其分布 的离散程度，则 仃2 ( 掣) 2 ( 2 2 ) p e r t 技术的优点是：首先，它可通过制定可选计划来确定达到指定期限的 可能性。如果决策者是统计方面的专家，他就能够检查标准偏差与数据的完整度。 其次，它可以评估项目变更所产生的影响。例如，p e r t 技术可以估算出资源从 非关键活动与其转移到可能的关键活动上去所产生的影响，也可以评估其它资源 与绩效均衡，它还可以评估实际所需时间与预测时间之差所造成的影响。 p e r t 技术也有其不足之处。p e r t 技术的复杂性增加了项目的实施难度。 p e r t 技术组织的报告系统所需的数据要多于大多数其他系统。因此，p e r t 技 术较为昂贵，一般只用于大型复杂项目中。而且，计划评审法在时问一成本估算 中缺乏历史数据，其估计值完全取决于专家的个人判断，主观性较大。另外，计 第二章进度管理的主要理论 划评审法的前提假设是资源不受限制，可以无限取得，而在实际中这是不可能的， 由于前提条件的不符合实际会造成估算值的偏差。 2 2 2 6 图形评审法 在实际生活中，许多发生、发展和结束的过程都带有随机性。当生产和建设 规模比较大，技术比较复杂时，生产和建设过程中的许多随机因素就不能忽略， 尤其是在研制新产品、采用新技术施工或新型建筑物的施工过程中随机因素更 多。图形评审法就是为解决随机问题而发展起来的。图形评审法是考虑随机变量 按某种概率分布并利用流向图理论和概率论中的矩母函数( 矩生成函数) 理论为 基础进行分析计算。 图形评审法有如下特点：( 1 ) 网络中的活动不一定都能实现，一项活动可以 实现多次：( 2 ) 网络中各项活动的时间可以是常数，也可以是服从某种概率分布 的密度函数，更具有不确定性；( 3 ) 网络中可以有多个目标，每个目标反映一个 具体的结果，即可以有多个起点或终点。因此，图形评审法更适用于复杂多变的 大型工程项目。 2 3 进度控制 所谓进度控制就是通过实际进度与计划迸度的比较，对进度偏差进行分析并 采取有效措施保证按期完工。进度控制活动主要有三项内容：一是进度跟踪，即 不断进行实际进度与计划进度的比较，从中发现偏差；二是对所发现的偏差进行 图2 - 3 工程进度动态控制示意 9 第二章进度管理的主要理论 判别，看看它是否会引起总工期的延误，如果会则一定要纠正；三是调整进度计 划，通过调整资源配置、加快工程进度等措施来追赶延误的工期。 在工程进度计划执行过程中，进度工程是要不断了解现场： 程进度信息，并 将这些进度信息分析整理后形成实际进度状态描述文件与计划进度进行比较，一 旦发现偏差就要先分析这一偏差是否会影响总工期。如果会影响总工期，则应立 即采取措施进行纠正。上述过程在整个工程进行过程中要不断重复进行，这就是 工程进度计划的动态控制。图2 3 为工程进度动态控制示意图。 2 3 1 实际进度与计划进度的比较 在工程进度控制过程中，要经常将实际进度与计划进度进行比较，才能发现 进度偏差以便及时采取措施纠正。实际进度与计划进度的比较方法有横道图比较 法、s 形曲线和“香蕉”曲线比较法以及网络图比较法( 即前锋线法) 。其中， 前三种工期比较法只能孤立、静止地进行某种参数的比较。横道图比较法只能发 现某项活动是不是按原计划进行，而不能发现它对后继活动和总工期的影响；s 形曲线比较法和“香蕉”曲线比较法只能从旋工总量方面找出与原计划的差异， 而暂时的施工总量不一定与总工期有直接的关系。而前锋线法可以比较全面、系 统地对工程进度现状进行分析比较，不但可以发现某项活动是否比原计划提前或 拖延，还可以判定它是否会影响总工期，所以它是一种动态、系统的比较方法。 2 3 2 调整进度计划 通过实际进度与计划进度的比较，可以发现进度计划执行过程中出现的偏 差。为了有效地控制工程进度，必须首先找出产生进度偏差的原因，然后才能采 取最经济有效的方法来纠正进度偏差。无论采取什么方法来纠正进度偏差，都必 须对原来的进度计划进行调整。 2 3 2 1 产生进度偏差的原因分析 进度偏差主要指出现工期拖延，产生工期拖延的原因主要有组织、技术和施 工条件三方面的原因。初步找到原因后，还要判断产生拖延的原因是偶然性的原 因还是系统性的原因。对于偶然性原因产生的拖延，只要采取措施将被延误的工 期追赶回来即可。对于系统性原因产生的拖延，则应首先采取措施消除产生拖延 的原因。 2 3 2 2 工期拖延对后期工程的影响分析 工期发生拖延后，对后继工程的影响主要有工期影响和资源影响两个方面。 当关键活动发生工期拖延后，必定会引起总工期的拖延，也就必然会引起后继工 第二章进度管理的主要理论 程的工期拖延。如果是非关键活动发生工期拖延，且拖延的时间小于其总时差， 则不会引起总工期和后继工程的拖延，但这时由于利用时差，往往会引起后继工 程的资源矛盾。 对总工期及后继工程工期的影响大小一般可通过对剩余网络的计算确定。在 剩余网络时间参数的计算过程中可能出现负的时差，这个负时差反映了对后继工 程工期的影响程度。 分析工期拖延对后继工程活动的资源影响，可对剩余网络进行资源统计，即 根据剩余网络编制资源进度计划，再与原计划的资源计划比较就可以知道影响的 程度。 2 3 2 3 工程进度计划的调整原则 进度计划执行过程中的调整究竟有无必要还是应视进度偏差的具体情况而 定，对此可分析说明如下： ( 1 ) 当进度偏差体现为某项工作的实际进度超前 由网络计划技术原理可知，作为网络计划中的一项非关键： 作，其实际进度 的超前事实上不会对计划工期形成任何影响，换言之，计划工期不会因非关键工 作的进度提前而同步缩短。由于加快某些个别工作的实施进度，往往可导致资源 使用情况发生变化，管理过程中稍有疏忽甚至可能打乱整个原定计划对资源使用 所做的合理安排，特别是在由多个平行分包单位施工的情况下，由此而引起的后 继工作时间安排的变化往往会给项目管理者的协调工作带来许多麻烦，这就使得 加快非关键工作进度而付出的代价并不能够收到缩短计划工期的相应效果。另一 方面，对网络计划中的一项关键工作而言，尽管其实施进度提前可引起计划工期 的缩短，但由于上述原因，往往同样也会使缩短部分工期的实际效果得不偿失。 因此，当进度计划执行过程中产生的进度偏差体现为某项工作的实际进度超前， 若超前幅度不大，此时计划不必调整；当超前幅度过大，则此时计划必须调整。 ( 2 ) 当进度偏差体现为某项工作的实际进度滞后 进度计划执行过程中如果出现实际工作进度滞后，此种情况下是否调整原定 计划通常应视进度偏差和相应工作总时差及自由时差的比较结果而定。由网络计 划原理定义的工作时差概念可知，当进度偏差体现为某项工作的实际进度滞后， 决定对进度计划是否做出相应调整的具体情形可分述如下： 若出现进度偏差的工作为关键工作，则由于工作进度滞后，必然会引起后 续工作最早开工时间的延误和整个计划工期的相应延长，因而必须对原定进度计 划采取相应调整措施； 当出现进度偏差的工作为非关键工作，且工作进度滞后天数己超出其总时 差，则由于工作进度延误同样会引起后续工作最早开工时间的延误和整个计划工 第二章进度管理的主要理论 期的相应延长，因而必须对原定进度计划采取相应调整措施； 若出现进度偏差的工作为非关键工作，且工作进度滞后天数已超出其自由 时差而未超出其总时差，则由于工作进度延误只引起后续工作最早开工时间的拖 延而对整个计划工期并无影响，因而此时只有在后续工作最早开工时间不宜推后 的情况下才考虑对原定进度计划采取相应调整措施： 若出现进度偏差的工作为非关键工作，且工作进度滞后天数为超出其自由 时差，则由于工作进度延误对后续工作的最早开工时间和整个计划工期均无影 响，因而不必对原总进度计划采取任何调整措施。 2 3 2 4 进度计划的调整方法 按上述进度计划的调整原则，计划工作进展若超前或滞后均可引起对进度计 划进行调整，其中针对工作进度超前的情况显然其调整目的是适当放慢工作进 展，为此该情况下进度计划的调整方法是适当延长某些后续工作的持续时间。在 工程进度计划如期完成不受影响的情况下，适当延长某些计划工作的持续时间往 往不但可使工程质量得到更为可靠的保证，而且能相应降低工程成本。 在由于工作进度滞后引起后续工作开工时间或计划工期延误的情况下，进度 计划的调整方法则相对复杂，这里主要概括说明计划工期延误情况下进行计划调 整的两种主要方法： ( 1 ) 改变某些后续工作之间的逻辑关系 若进度偏差已影响计划工期，并且有关后续工作之间的逻辑关系允许改变， 此时可变更位于关键线路或位于非关键线路但延误时间已超出其总时差的有关 工作之间的逻辑关系，从而达到缩短工期的目的。例如可将按原计划安排一次进 行的工作关系改变为平行进行、搭接进行或分段流水进行的工作关系。通过变更 工作逻辑关系缩短工期往往简便易行效果显著。 ( 2 ) 缩短某些后续工作的持续时间 当进度偏差己影响计划工期，进度计划调整的另一方法是不改变工作之间的 逻辑关系而只是压缩某些后续工作的持续时间，以借此加快后期工程进度从而使 原计划工期仍然能够得以实现。应用本方法需注意被压缩持续时间的工作应是位 于因工作实际进度拖延而引起计划工期延长的关键线路或某些非关键线路上的 工作，且这些工作应切实具有压缩持续时间的余地。该方法通常是在网络图中借 助图上分析计算直接进行，其基本思路是通过计算到计划执行过程中某一检查时 刻剩余网络时间参数的计算结果确定工作进度偏差对计划工期的实际影响程度， 再以此为据反过来推算有关工作持续时间的压缩幅度。 最后，需要注意的是，进度控制是将上述几步不断进行、循环操作的过程， 它需要不断地制定进度计划，并照此执行，发现、分析偏差并反馈回进度计划以 第二章进度管理的主要理论 便进行调整。因此，科学合理且切实可行的进度计划在进度控制中乃至工程管理 中有非常重要的作用。本论文将对进度计划展开详细研究。 第三章进度优化理论 第三章进度优化理论 3 1 影响进度计划的因素分析 工程进度要受到各方面条件的影响，如费用、资源、天气、质量、技术等因 素，而且这些因素对工程进度的影响往往是相互冲突的。制定工程进度计划时， 一定要全面考虑到这些因素对工程进度的影响并采取措施尽量减少相互之间的 冲突，力求实现进度计划在各种约束条件下的最优化。 3 1 1 费用影响 由于工程费用最直接关系到施工企业的利益，所以费用往往成为最受到关注 的因素。工程费用分为两部分，即直接费用和间接费用，所包含的内容如： 工程 费用 r 材料费 1 人工费 i 机械使用费 直接费 物资储运费 l临时设施费 l设计费 l 其他直接费 ，_ 、l p 辞绎j 广告宣传费、考察联络费、招标投标费、交际费、 、i 营费用l 业务资料费、手续费、佣金、其他业务经营费 间接费1f 人员工资、办公费、差旅费、劳动保护费、 l 管理j 生活设旆使用费、固定资产使用费、坏账准备、 贝川i 无形资产及其他资产摊销、税金、利息支出、 l 上级管理费、其他管理费 直接费用与工期之间存在着某种函数关系，如果要加快进度就要增加资源供 给，相应的要增加费用，所以费用一般是随着工期的增加而减小；一般将间接费 定义为工期的线性函数，随工期的延长而增加。由于费用关系到企业的经济效益， 而且影响到企业的资金运作，所以费用问题是工程项目管理中很重要的一个方 面。所以当制定进度计划时，无论是在考虑各项活动持续时间时还是在进行进度 优化时，都要仔细考虑费用的制约，要将费用最小作为头等重要的目标。 4 第三章进度优化理论 3 1 2 资源影响 工程进展的快慢直接取决于所获资源的多少。这里资源指材料、设备、人力、 资金等一切直接用于工程的因素。当资源有限时，工程进度制约于资源，各活动 持续时间可能延长，也可能有些活动必须推后进行，甚至整个项目的工期都要延 长；而当资源充足时，各活动进度都可以加快，可是又存在各活动资源需求不均 导致资源日需求差异过大的问题，这给现场管理带来很大困难，同样容易导致进 度受阻。所以，资源也对工程进度有很大影响。 3 1 3 质量影响 质量对进度的影响有两面性：一方面，要实现高质量的工程其工期必然要长； 另一方面工程质量高则降低了其返工延长工期的风险性，而返工工期要比正 常工期多很多。所以，制定工程进度计划时，要慎重考虑质量标准，以实现两方 面的平衡。 3 1 4 天气影响 工程进度受天气影响较大，恶劣天气往往是工程无法施工，或施工速度受到 很大影响。所以对活动的持续时间进行估计时，就要考虑到天气因素，以免估计 值过于乐观。 3 1 5 技术因素影响 技术因素对工程进度计划的影响主要表现在对各项活动持续时间的估计方 面。估计各项活动的持续时间时，要考虑到所采取的施工技术以及施工人员的技 术熟练程度等，先进的施工技术可以使活动进度加快，而施工人员技术不熟练则 会减慢活动进度。所以，制定工程进度计划时一定要考虑到技术因素的影响。 3 2 进度优化 进度优化是指在满足一切必要和合理的约束条件情况下，通过合理地安排施 工活动时序和资源配置来得到满意的工期和较低的费用。进度优化方案并不是唯 一的，根据不同的需要有不同的指标。有的工程工期可能是首要的指标，有的工 程首先可能要考虑费用或者某项资源的限制。业主的最优方案指标通常为费用指 标或工期指标，而承包商则主要考虑资源指标，因为承包商可以调用的各种资源 都不可能是无限的，如果承包商需要在工程过程中垫资，他还将考虑资金的净f 见 金流。 由于费用、资源等问题对进度的影响较大，也是实际工程中最关注的几个方 第三章进度优化理论 面，本论文将忽略其他方面对进度的影响，主要考虑这几个方面。 3 2 1 时间一费用平衡 工程总成本c ，包括直接费用c 。和间接费用c ，两部分，c ，= c 。+ c ，它们 与工期的关系如图3 1 所示。研究工期成本优化问题的目的有两个：求出与工 程成本最低相对应的最优工期( 即图3 1 中r7 点) ；求出工期规定条件下工 程的最低成本。 费用 r 工期 图3 - 1 工期费用关系图 间接费用一般可近似看作工期d 的线性函数，定义为c ，= co + b d ，其中c 。 为项目启动费用。 t 。( i ) t 。( j ) ( a ) 直接费 工期 t 。( i ) t 。( j ) 图3 - 2 工期。直接费用关系 ( b ) 工期 直接费用取决于各活动消耗资源的多少，直接成本与工期之间的关系可以为 线性函数( 图3 2a ) ，也可以为非线性函数( 图3 2b ) 。图中a 点对应的工期 t 。( i ) 表示最短工期( 也称极限工期) ，无论再如何增加直接费用，工期都不会再 缩短，与此相对应的直接费用c 。称为极限费用；b 点对应的工期t 。( i ) 表示正常 工期，如果再延长工期，直接费用也不会再减小，反而会增加，与此相对应的直 接费用c 。( i ) 称为正常费用，也称最小费用。 对于a 图线性函数，其目标函数为： m i n c t = e c ( i ) = a i t ( i ) + b i 】 ( 3 - 1 ) 6 第三章进度优化理论 s t t ( i ) = t c a i = c n ( i ) 一c c ( i ) t n ( i ) 一t 。( i ) b i5 c c ( i ) t 。( i ) 一c 。( i ) t 。( i ) t 。( i ) 一t 。( i ) t 。( i ) t ( i ) t 。( i ) 其中i a = 关键路线上的活动 ；t t 表示总成本；c 。表示总工期。 对于b 图非线性函数，其目标函数为： m i n c t = e c ( i ) = 【a i t ( i ) 2 + b i s t ( 3 - 6 ) t ( i ) = t t ( 3 - 7 ) 8 i = 【c n ( i ) 一c 。( i ) 】【t 。( i ) 一t 。( i ) ( 3 - 8 ) b i = c 。( i ) t 。( i ) 2 一c 。( i ) t c ( i ) 2 】 t 。( i ) 2 一t 。( i ) 2 ( 3 9 ) t 。( i ) t ( i ) t 。( i ) ( 3 1 0 ) 工期成本优化的基本思想在于不断地从这些活动的持续时间和费用的关系 中，找出能使计划工期缩短而又能使得直接费用增额最少的活动，缩短其持续时 间。然后考虑间接费用随着工期缩短而减少的影响，把不同工期的直接费用和间 接费用分别相加，既可求出工程成本最低时的相应最优工期和工期指定时相应的 最低工程成本。 3 2 2 资源有限 当资源有限时，就要考虑将有限资源优先分配给关键路线上的活动，以保证 工期最短。假定某工程需要s 种不同的资源，单位时间的供应量分别为r l ( t ) ， r 2 ( t ) ，r 3 ( t ) ，( t ) 。设工作i j 单位时间资源需要量为，：= 常数，k 为第i 种资源。 现在资源供应有限的条件下，保持预先规定的施工工艺顺序，寻求工资最短 方案。 以w 绺表示工作i j 所需第k 种资源总数，则 w 翳2 厂黔d ( 3 1 1 ) 则整个网络计划第k 种资源总需求量为， w 骂= r 黔d ， ( 3 m ) v ( s ，)q ( t j ) 若r ( t ) ( k = l ，2 ，s ) 为常数，即r ，( t ) = r ，那么最短工期的下界为 第三章进度优化理论 峄2 i 吉彬詈l ( 3 - 1 3 ) 1 月南) 。i 如果在不考虑资源供应的限制条件下，算得网络计划关键路线的长度为三， 那么在满足资源供应限制条件下，其工期必然满足下式 n 一卜m 。a x 、( 1 。嘶，w i 霉，li 资源优先分配的基本方法是： 根据网络图，先绘制各工作最早开始的时标网络以及相应的资源需要量动态 曲线，并判断资源需要量是否满足限制条件，不然，就开始进行调整。 ( 1 ) 初始时段资源分配和排队 假定在初始时间区段 t 。，t 。 内单位时间资源需要量为常数，则对应于资 源动态曲线的第一个阶梯。 在 t 。，ti 区段内的工作，按下列原则排队： 位于关键路线上的工作，其编号为1 ，2 ，k 。； 位于非关键线路上的工作，按总时差递增顺序排队，其编号为k ，+ 1 ，k + 2 ， k 2 ： 具有相同总时差的工作，按单位时间资源需要量的递减顺序排队。 然后按工作编号顺序分配资源，以不超过可能的供应量为限，余下的工作分 配不到资源，就移到t 。以后开始。重新绘制时标网络图和资源需要量动态曲线。 ( 2 ) 其它时段的资源分配和排队 对于第k 步，检查时段 t 。t 。 内资源动态曲线是否超过了限制条件。如 果超过，就对该时段内的工作分两种情况进行排队： 工作不允许中断 根据工作总时差与其开始时间至t 。的距离之差的递增顺序排队，即 p = 【硭，一( q + 。一笮) ( 3 1 5 ) 其编号为1 ，2 ，3 ，k 。p 值相等的工作，按其单位时间资源需要量的递减 顺序排队。 工作允许中断 在一。之前开始的工作，若允许中断，则将该工作分成两部分处理，t 。以后 部分参与 t 。，t 。 时段的调整。 上述两种情况，将工作编号后，应进行资源调整，再重新绘制时标网络图和 资源动态曲线。如此反复直至时段均满足资源限制条件。 第三章进度优化理论 3 2 3 资源平衡 当使用同一种资源的活动集中出现在同一时段