（管理科学与工程专业论文）大型工程项目施工方案优化研究.pdf

摘要大型工程项目施工方案作为承包商施工与管理的指导文件，是承包商进行项目管理的依据。施工方案的优化对于承包商提高承包工程的竞争力，增加项目盈利有着重要的作用。本文从承包商的角度出发，结合大型工程项目施工与管理的特点，分析了承包商施工方案优化的目的。承包商施工方案的制订是为承包商进行工程项目施工与管理服务的，方案优化的目的在于保证工程项日质量、进度和安全目标实现的同时，降低承包商的施工管理成本。在施工方案的评价与优化方法研究上，本文首先分析了承包商施工方案的主要指标及其相互的影响与促进关系，并基于这些主要指标设计了大型工程项目可供参考的总体评价指标体系。在施工方案优化的具体方法e ，从施工方案中的施工技术方案、总平面布置与场内运输、项目资源管理三个方而入手，研究讨论一些优化的方法和管理措施。施工技术方案上着重研究利用模糊多属性决策优选最优技术方案，并且研究了施工技术方案保证费用与指标可靠度之间的联系，并通过几何法进行指标可靠度的求解。在总平面布置与场内运输的优化研究上，讨论利用多层次决策，简化总平面布置方案的优选决策。并在现场场内交通运输的优化上讨论利用物流管理中的组合运输，提高场内交通运输的能力。项目资源管理是项目成本控制的重点，本文讨论了一些资源配置优化方法，并将组织管理中的伙伴合作和材料采购联系起来，制订基于供应链管理和伙伴合作的材料采购措施。关键词：大型工程项目；施工方案；优化决策；资源管理a b s t r a c ta st h ei n s t r u c t i o nf i l eo ft h ep r o j e c tc o n s t r u c t i o na n da d m i n i s t r a t i o n ，t h ec o n t r a c t o r sc o n s t r u c t i o ns c h e m eo fl a r g e s c a l ep r o j e c th a v ei m p o r t a n tf u n c t i o n st os t a n d a r d i z ec o n s t r u c t i o na n dg e tp r o f i t s t h eo p t i m i z a t i o ni nt h ec o n s t r u c t i o ns c h e m ei sh e l p f u lt h ec o n t r a c t o rt oi m p r o v et h ec o m p e t i t i o na b i u t ya n dg e t t i n gm o r ep r o f i t sf o r mt h ec o n s t r u c t i o np r o j e c t t h i sp a p e ra n a l y s e st h ep u r p o s eo ft h eo p t i m i z a t i o ni nt h ec o n s t r u c t i o ns c h e m e t h ep u r p o s ei st or e d u c et h ec o s t ，u n d e rt h ec o n d i t i o no fs u r i n gt h eq u a l i t y , t h es c h e d u l ep l a na n dt h ec o n s t r u c t i o ns a f e t yo f t h ep r o j e c t o nt h es t u d yo fm e t h o d st og e tt h ep u r p o s e ，t h i sp a p e rs t u d yt h ea f f e c t i n ga n dp r o m o t i n gr e l a t i o n sa m o n gt h ec o n s t r u c t i o ns c h e m e sm a i nt a r g e t s ，a n dd e s i g nt h ec o n s t r u c t i o ns c h e m e se v a l u a t i n gi n d i c a t o rs y s t e mo fl a r g e - s c a l ep r o j e c tf o rt h er e f e r e n c e f o l l o w i n g ，t h eo p t i m i z a t i o nm e t h o d se m p h a s i so nt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o s c h e m e ，t h es i t el a y o u ta n df i e l dt r a f f i cc o n t r o l ，t h er e s o u r c em a n a g e m e n t t h es t u d yi nt h ec o n s t r u c t i o nt e c h n o s c h e m ei st h ec o m p a r i s o nw i t hf m a d m ，a n di n c l u d i n gt h er e l a t i o nb e t w e e nt h ec o s ta n dr e l i a b i l i t yo ft h es c h e m et a r g e t ，a n dc a l c u l a t i n gt h er e l i a b i l i t yw i t hg e o m e t r y o nt h ec o m p a r i s o no fs i t el a y o u ts c h e m e s ，u s i n gm u l t i l a y e rd e c i s i o n - m a k i n gp r e d i g e s tt h ep r o c e s s i nt h ef i e l dt r a f f i cc o n t r o l ，u s i n go p t i m a ls c h e d u l i n go nc o m b i n a t o r i a lt r a n s p o r t a t i o ni m p r o v et h ef i e l dt r a f f i cc o n t r 0 1 i nt h er e s o u r c em a n a g e m e n t ，t h i sp a p e re s t a b l i s h e st h eo p t i m a lm e a s u r eb a s e do ns u p p l yc h a i na n dp a r t n e r i n gi nt h em a t e r i a ls t o c km a n a g e m e n t k e yw o r d s ：t h el a r g e s c a l ep r o j e c t , c o n s t r u c t i o ns c h e m e ，o p t i m a ld e c i s i o n m a k i n g ，r e s o u r c em a n a g e m e n ti i1 4 -刖f舌随着我国社会生产力的发展，大型工程项目在整个社会固定资产投资中所占的比例越来越高。加入w t o 以来，许多国外的工程承包商大量涌进，参与到我国的大型工程建设项目中来，与我国的工程承包商开展竞争和合作目前，我国工程承包商的管理理念和管理方法与世界级的大型工程承包商有很大的差距。如何提高我国工程承包企业在国际工程市场上的总体竞争力，提高承包工程的经济效益，日益成为我国承包商需要紧迫解决的问题。对于工程承包商而言，在保证质量、进度、安全的前提下，节约成本投入，创造出满意的经济利润是承包商生存的根本，也是其赢得更广阔的市场的前提条件。工程施工方案作为承包商施工与管理的指导文件，对于承包商规范施工、项目盈利起着重要的作用。目前，大型工程项目施工方案多是依靠以往工程实践的经验制订，缺乏系统的、有针对性的研究。方案的评价和优化的方法与承包商施工的实际情况贴近的不够，缺乏现实的指导意义与应用价值。本文从施工技术方案、总平面布置与场内运输、项目资源管理入手，抓住承包商施工方案制订中最重要的几个部分，研究其优化方法和措施，并从施工方案的主要指标出发，设计施工方案的总体评价指标体系。本文的创新成果包括：1 ) 针对大型工程项目的特点，分析施工方案进度、质量、安全与成本指标之问的影响与促进关系，并基于这些指标，设计可供承包商参考的施工方案总体评价指标体系。2 ) 利用模糊多属性决策进行施工技术方案的优选。同时，研究了施工技术方案实施的保证费用与指标实现的可靠度之间的联系，并通过结构可靠度的几何法进行指标可靠度的求解。3 ) 将物流管理中的车辆组合调度运用到场内施工车辆的调度上，进行了启发式的研究。4 ) 在定量订货的基础上，研究了考虑价格波动情况下的承包商订货策略。同时，提出了基于供应链管理和合作伙伴关系的采购与库存管理优化措施。学位论文独创性声明：本人所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果。与我一同工作的同事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。如不实，本人负全部责任。论文作者( 签名) ：簟夕学位论文使用授权说明河海大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件或电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。除在保密期内的保密论文外，允许论文被查阅和借阅。论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权河海大学研究生院办理。论文作者( 签名) ：彳州慎矿大型工程项目施工方案优化研究第一章绪论1 1 选题背景和研究意义随着我国社会生产力的发展，大型工程项目在整个社会固定资产投资中所占的比例越来越高。“十五”以来，国家重点投资建设的大型及特大型工程项目，如三峡工程、南水北调、沿海高速、北京奥运场馆等，越来越多的出现在世人面前。各地也有许多大型工程项目，包括高速公路，地铁，体育馆、剧院等大型公众设施，大型住宅区，超高层商业建筑等。大型工程项目已经成为我国建筑业重点建设的新领域和我国工程承包商重点开发的新市场。加入w t o 以来，工程建设领域不断开放，许多国外的工程承包商大量涌进，参与到我国的大型工程建设项目中来，与我国的工程承包商开展竞争和合作。这体现了中国建筑市场的巨大潜力。我国的工程承包商要想获取更大的发展空间和高额的利润回报，就应该学习和了解大型工程建设项目的特点，熟知大型工程建设项目的运作，掌握大型工程建设项目的管理技能，更好的适应工程项目发展的新趋势。对于工程承包商而言，在保证质量、进度、安全的前提下，节约成本投入，创造出满意的经济利润，并使其最大化，是承包商生存的根本，也是其赢得更广阔的市场的前提条件。目前，我国工程承包商的管理理念和管理方法与世界级的大型工程承包商有很大的差距。如何应对国外高水平承包商的挑战，如何进一步开拓国际工程承包市场，提高我国工程承包企业在国际工程市场上的总体竞争力，提高承包工程的经济效益，日益成为我国承包商需要紧迫解决的问题。工程项目具有长期性、一次性的特点。同时，工程项目的复杂性和系统性决定了工程项目需要特殊的组织利用特殊的技能来完成。特别是大型工程项目，项目周期长，不可预见的因素多，风险大，施工时可能产生各种变动因素对工程费用和工期会产生较大影响。工程的施工阶段又是一个多项目、多工种、多工序配合施工；立体、水平交叉作业的复杂阶段。因此，承包商应了解工程的特点，预测工程的进展情况，制订切实可行，合理高效的施工方案【l 】【2 】。工程施工方案作为承包商施工与管理的指导文件，是承包商工程项目管理的一个重要组成，对于承包商规范施工、项目盈利起着重要的作用。大型工程项目，尤其是交通、水利、城市基础设施、文化体育设施等建设项目，投资大、工期长、施工规模大、涉及范围广、技术复杂、集成和协同施工要求高，时间和空间上不确定的影响和制约因素多。施工方案在承包商项目管理中能够发挥的作用更加明显【3 】。大型工程旌工方案作为承包商对于工程项目管理的重要组成和文本依据，对承包商的日常施工与管理起着前瞻性的指导作用。针对大型工程项目，制定基于成本的施工方案的管理优化措施有助于承包商实现工程项目制订的各项指标，提高工程河海大学硕士学位论文承包商的施工管理水平，节约旅工与管理成本，从而提高承包商的项目竞争力和承包工程的经济效益。目前对于大型工程项目施工方案的研究比较零散，缺乏系统的分析，与大型工程项目的特点结合不够。而且研究不能适应实际工程施工的需要，缺乏对承包商工作的实际指导意义。在实际施工过程中，承包商依据施工方案，对工程项目建设目标进行控制。一旦施工方案的指标制订的脱离实际，施工方案的内容缺乏对实现指标的指导作用，将使方案指标，尤其是成本指标，在工程施工阶段处于失控状态。工程的损失也无法进行弥补。由此可见，施工方案的制订与优化对于整个大型工程项目的管理有着重要的作用，也必然将是未来工程项目管理优化研究的方向与重点。1 2 大型工程项目施工方案研究与优化的现状承包商施工方案是承包商进行工程项目管理的依据，施工方案的主要内容也正是项目管理研究的主要内容。施工方案的发展与项目管理的发展密不可分，只有项目管理理论的不断发展才能带来施工方案的不断革新。因此施工方案的研究离不开项目管理理论的发展与研究。项目管理作为现代管理学科的一个重要分支，最早出现于2 0 世纪3 0 年代的美国。网络计划的出现是项目管理的起点，网络计划技术的推广最初是关键路线法( c p m c r i t i c a lp a t hm e t h o d ) 和计划评审技术( p e r tp r o g r a me v a l u a t i o na n dr e v i e wt e c h n i q u e ) 的产生与应用。2 0 世纪6 0 年代后，工程项目逐渐趋于技术复杂化且大型化。在西方发达国家，出现了工程项目管理理论并实际应用于工程项目建设中，工程项目管理咨询公司也开始在大型工程项目建设领域出现，这种咨询机构或管理公司代表业主进行项目管理的方式是现代大型工程项目管理中最为广泛的一种经营管理方式。现代西方发达国家的大型工程项目管理注重建立以项目控制为重点的，动态的具有反馈机制的全面项目管理体系。它以系统工程学为指导理论系统工程学认为【4 】：项目是由要素组成的系统，管理必须从系统的整体出发，研究系统内部各要素、各子系统与外在环境的关系注重永久性的项目管理专业机构设置与临时性的管理机构相交融的矩阵式管理模式，这种管理模式以项目管理为核心，强调专业机构的人才库与专业技术水平及工作质量的保障作用。它根据总体工作目标，按照实际情况，进行层层分解，制定出工作分解结构和工作链接程序，这种工作程序强调式序划分的科学化，工作性质的专业化，表达方式的图表化和工作程序的相对固定化。现代工程项目管理引入了许多先进的经济与数学模型，管理运作机制、管理手段与方法，比如说计算机技术、网络计划技术，运筹学理论等等，并将他们与管理2大型工程项目施工方案优化研究者本身的智慧与经验有机的结合起来，从而实现了工程项目管理定量分析与定性分析的高度结合，真正做到了全方位、全过程、系统化、网络化控制管理，体现了项目管理的科学性与有效性。1 2 1 大型工程项目施工方案研究的现状工程项目建设是在规定的空间和时间内，建设达到规定质量标准的建筑产品。而施工方案则是承包商进行工程项目施工和管理的文本依据，是按期优质完成工程项目的保证。在大型工程项目施工方案的优化研究中，首先应了解大型工程项目施工与管理的特点，在施工方案中明确大型工程项目的进度、质量、安全和成本指标，以此作为施工方案优化的方向和评价的依据。其次，在施工方案优化的具体方法上要体现方案制订的进度、质量、安全和成本指标，并把指标的实现作为优化的最终目的。1 2 1 1 大型工程项目的界定大型工程项目是一项系统工程，在国民经济和社会发展中具有重要地位。大型工程项目具有以下特点【3 l ：1 ) 个异性和一次性。大型工程项目的建设属于一次性活动，几乎没有完全重复的建设，一旦开始建设，就无法逆转。2 ) 投资规模大，经济风险大。项目建设需要大量的资金和特殊的资源要求。3 ) 建设周期长，不确定因素多，受环境因素影响大。4 ) 技术工艺复杂，工程施工风险大。大型工程项目在不同的行业中，有不同的界定标准，表1 1 给出了房屋建筑工程、电力工程和水利水电工程中大型工程的具体标准。表1 1 房建、电力和水利大型工程的标准专业类别大型工程标准房屋1 ) 2 5 层以上( 含，下同) 的房屋建筑工程；建筑2 ) 高度1 0 0 米以上的构筑物或建筑物工程；工程3 ) 单体建筑面积3 万平方米以上的房屋建筑工程；4 ) 单跨跨度3 0 米以上的房屋建筑工程：5 ) 建筑面积l o 万平方米以上的住宅小区或建筑群体工程；6 ) 单项建安合同额1 亿元以上的房屋建筑工程；7 ) 深度1 5 米以上，且单项工程合同额1 0 0 0 万元以上的软弱地基处理j i = 程；8 ) 单桩承受荷载6 0 0 0 k i q 以上，且单项工程合同额1 0 0 0 万元以上的地基与基础工程：9 ) 深度1 1 米以上，且单项工程合同额1 0 0 0 万元的深大基坑围护及土石方工程；1 0 ) 钢结构重量1 0 0 0 吨以上，且钢结构建筑面积2 万平方米以上的钢结构工程；河海大学硕士学位论文专业类别大型工程标准1 1 ) 网架结构重量3 0 0 吨以上，且网架结构建筑面积5 0 0 0 平方米以上。且网架边长7 0 米以上的网架工程。1 ) 总库容1 亿立方米以上的水库工程；2 ) 灌溉面积5 0 万亩以上的灌溉工程；3 ) 装机容量3 0 万千瓦以上的水利发电工程：4 ) 过闸流量1 0 0 0 立方米秒以上的拦河闸工程；5 ) 装机流量5 0 立方米秒以上或装机功率在1 万千瓦以上的灌溉工程或排水泵站工程；6 ) 一级永久性水工建筑物工程；水利7 ) 土石坝坝高7 0 米以上、混凝土坝、浆砌石坝坝高1 0 0 米以上的水工大坝工程；水电8 ) 洞径8 米以上，且长度3 0 0 0 米以上的水工隧洞工程；水头1 0 0 米以上的有压工程隧洞工程；流速5 米秒以上，且长度1 0 0 0 米以上的明流隧洞工程；9 ) 5 0 万立方米以上的水工混凝土浇注工程；1 2 0 万立方米以上的坝体土石方填筑工程：1 2 万米以上岩基灌浆工程；8 万平方米以上防渗墙成墙工程；深度6 0 米以上含卵漂石地层的防渗墙工程；深度6 0 米以上的帷幕灌浆工程；1 0 ) 长度1 万米以上的一级堤防工程；长度2 万米以上的二级堤防工程；长度2 0 0 0米以上的堤防垂直防渗墙工程；1 1 ) 单项工程合同额3 0 0 0 万元以上的水利水电工程；单项工程合同额5 0 0 万元以上的金属结构制作安装工程。1 ) 单机容量为6 0 万千瓦机组，或2 台单机容量3 0 万千瓦机组，或4 台单机容量电力为2 0 万千瓦机组主体工程；工程2 ) 单机容量3 0 万千瓦以上核电站核岛或常规岛主体工程；1 2 i 2 旌工方案主要评价指标研究的现状大型工程施工方案的内容多而复杂，对施工方案的优化研究应具有针对性。施工方案首先应明确进度、质量、安全和成本指标，这些指标是衡量一个施工方案优劣最主要的标准。在承包商的立场上，成本指标是关系企业竞争力的关键指标p j 。承包商施工方案进度、质量、安全和成本指标是承包商进行工程项目施工与管理的依据，是控制和实现项目目标的指导原则。1 ) 单项指标的优化研究在施工方案指标的优化研究上，针对进度、质量、安全和成本指标的分析和研究已经比较成熟，已经建立了一些具有针对性的管理措施和优化模型。在指标的控制和管理上，通过引入系统工程中关于前馈一反馈控制系统的概念 1 l l ，目前动态控4大型工程项目施工方案优化研究制已经在施工方案指标管理中有了具体的应用【4 l 。施工方案的成本指标关系承包商承包工程的经济效益。承包商制订成本指标的过程也就是制订工程项目目标成本的过程。目前，目标成本的制订主要包括成本预测和成本决策。承包商通过编制并审核施工图预算和施工预算，计算劳动力、材料、机械以及模板、脚手架等周转工具的计划消耗量，临时设旅的搭建费用，工程分包部分的分包成本等等，最终汇总形成工程项目的目标成本。承包商实现成本指标最重要的手段是成本计划。工程项目成本计划一般包括直接成本计划和间接成本计划【5 】【6 l 。直接成本计划是工程项目降低成本中直接成本的计划，主要反映工程成本的预算价值、计划降低额和计划降低率。它主要包括成本目标及核算原则，降低成本计划总表或总控制方案，计划支出数估算过程的说明和计划降低成本的途径分析。间接成本计划主要反映施工现场管理费用的计划数、预算收入数及降低额。间接成本计划应根据工程项目的核算期，以项目总收入费的管理费为基础，制定各部门费用的收支计划，汇总后作为工程项目的管理费用计划。在间接成本计划中，收入应与取费口径一致，支出应与会计核算中管理费用的二级科目一致。间接成本的计划的收支总额应与项目成本计划中管理费一栏的数额相符。施工网络计划是承包商在施工中进行进度和成本控制的有效手段【】【1 2 1 。2 ) 主要指标之间的联系研究指标的研究应将指标联系起来，分析它们两两之间的相互关系。目前的工程项目管理研究中，对此已经有了一些的定性和定量的研究与结论【1 4 】。在工期与成本的关系上，吴之明等提出了基于施工网络计划的费用优化管理【1 5 】。通过研究工期与成本的关系，得出了赶工情况下的成本和工期的定量计算式1 1 6 1 。在工程质量与成本实现的研究方面，尤建新等归纳了施工质量损失的1 1 种类型：内部返修损失、内部返工损失、内部停工损失、质量事故分析处理费用、材料降级损失、加固成本、外部返修损失、外部返工损失、外部停工损失、保修费用、索赔费用和质量罚金【i o j ，对质量损失成本源分析有借鉴作用。在施工安全与成本实现的研究方面，郭秀珍提出了施工安全成本的核算的一般原则【1 7 】。李凯扬则通过具体工程实例研究了安全投入水平的确定1 1 8 l 。3 ) 主要指标对方案的评价体系研究质量是工程项目建设的根本，针对质量的评价指标体系研究已经较为丰富。t a m和l o w 分别详细介绍了新加坡政府推行的c o n q u a s 工程质量评价指标体系和香港特别行政区政府推行的p a s s 工程质量评价指标体系，指出其结构化的评价指标体系在提高建筑业质量方面扮演了重要的角色1 1 9 1 1 2 们。刘婷婷在其硕士论文中建立了较为详尽的大型工程项目的质量评价指标体系。从施工前期准备，施工过程物质控制情况、旌工过程工程控制情况、竣工验收情况这四个方面入手建立了2 2 项具体评价指标，并通过主成分分析法对实际工程进行了评价分析【2 ”。河海大学硕士学位论文对于方案的安全指标，丁传波等提出了以安全管理制度，资质、机构和人员管理，安全技术管理，设备和设施管理，安全生产业绩为一级指标的施工项目安全评价指标体裂捌。世界银行对项目建设阶段建立的评价指标体系，主要包括项目建设阶段资金情况指标、质量控制指标、费用评价指标、进度评价指标、经济效果分析指标等。这是目前相对比较综合的评价指标体系。国内已经建立成型的工程项目综合评价指标体系主要是建设综合勘察研究设计院设计的建设项目综合评价指标体系，面向项目的全生命周期评价，将项目管理的职能作为指标模块分类的依据。1 2 1 3 施工技术方案优选的主要方法进度管理、质量管理、安全管理和成本管理的内容作为承包商现场管理的主要内容，贯穿于工程项日施工的全过程。这些管理工作的内容集中体现在承包商的施工技术方案上。因此，确定施工技术方案是承包商确定施工总体方案的重要环节。施工技术方案是用来组织和指导具体施工和现场管理的蓝本。由于方案制订人员考量的不同和知识架构的差异，往往会有若干个不同的备选方案。这就需要通过优选决策来选出切实可行的，综合经济效益最佳的方案。目前，国内外常用的优选法方法有1 1 2 】：1 ) 定性分析的方法根据工程项目的特点，依赖相关工程领域一位或多位专家工程背景知识和经验。进行主观定性分析，分析各种可能方案的优缺点，并考虑施工单位的具体情况( 如施工经验、机械设备配置情况等) ，从中选出一个最适合的施工方案。这种定性分析的方法在各选方案较多、影响因素之间关系复杂时，就显得无能为力。定性分析法目前仍被施工单位广泛使用。2 ) 功能评价系数法在初步可行的若干施工方案中进行功能分析，确定各功能的比重( 对于某一个具体工程而言，基本功能中需要突出的功能不径相同) 。然后确定各功能的评价系数，并将各项评价系数汇集起来，得到综合评价系数。取综合评价系数最大的施工方案为最优方案。3 ) 施工方案综合评价法这种方法主要是围绕施工工艺的选择，分析方案的技术经济性。首先进行机械配备和流水分段作业的分析。然后综合机具配备方案和最优的流水分段作业方案，比较其成本耗费。最后采用盈亏平衡分析的方法确定各种施工方案的经济适用范围，从而确定最优方案。4 ) 运筹学优选法运筹学是用数学研究各种系统最优化问题的学科。它的研究方法是应用数学语言来描述实际系统，建立相应的数学模型并对模型进行研究分析，据此求得模型的6大型工程项目旌工方案优化研究最优解，以制定合理运用人力、物力、财力的最优方案。1 9 3 9 年，前苏联经济学家和数学家l vk a n t o r o v i c h 在他的著作组织和计划生产的数学方法中首次提到了线性规划方法，其后又陆续有了其他的数学规划方法，如非线性规划、多目标规划、整数规划、动态规划、图与网络方法、存储论，决策论处等等。运筹学的方法被广泛应用于工程、经济和管理的各个领域，使得管理决策、项目优化和方案优选法有了科学的、定量化的数学模型。5 ) 模糊数学优选法模糊数学是近3 0 年来发展起来的一门新兴学科，它是用数学方法研究和处理模糊性现象的数学i 矧。1 9 6 5 年，美国加州大学伯克利分校教授l a z a d e h 首次提出模糊集合的概念，突破了古典集合论的局限性，更符合人类对事物的认识和思维的机理i 卅。模糊性是客观外界事物在人脑中反映的不确定性，它是由客观差异的中介过渡性所引起的划分的一种不确定性。模糊性作为一种基本事实而客观存在着。模糊数学方法为工程中一些带有较大模糊性、不确定性和需要全局寻优的实际问题的有效解决，提供了一种新的方法。7 0 年代，美国的j h h o l l a n d 教授又提出了遗传算法的思想。7 0 年代末，美国学者a l s a t t y 提出了一种定性和定量相结合、系统化和层次化的层次分析法1 2 5 ，。方案指标权重的确定方法主要分为主观赋权法、客观赋权法和组合赋权法【2 6 】印。主观赋权法根据决策者对各指标的主观重视程度进行赋权，如专家调查法、二项系数法、环比评分法、层次分析法等。客观赋权法则根据一定的规则对评估指标自动赋权，如主成分分析法、熵值法、离差及均方差法、因子分析法等。组合赋权法将不同主、客观赋权法所得到的权重系数按一定的方法进行组合，通过组合赋权使排序结果既能体现主观信息，也能体现客观信息，如乘法合成的归一化方法和线性加权组合法等。方案的评价方法主要有d e l p h i 法、主成分分析法，因子分析法、层次分析法、模糊综合评价法、灰色关联度分析法等【2 8 1 2 9 。可靠度最早是用在机械电子制造业中分析元件的可靠性。在7 0 年代开始应用于工程可靠度的研究。主要研究是对结构设计时，结构单元和杆件系统的结构可靠度研究。目前，国内学者已经就设计方案可靠度与成本之间的关系作出一定的研帮刈。可靠度的研究分为单元可靠度和系统可靠度。在结构单元可靠度的求解上，主要是一次二阶矩法、j c 法、几何法等m 1 1 3 5 1 ，都是通过反复迭代和验算求解，只是计算精度和复杂性有所不同。在可靠度的系统最优分配上，主要的方法有启发式算法、动态规划法、l a g r a n g e 乘子法等【3 “，基于复杂系统的方法主要有禁忌搜索、遗传算法等。可靠度与费用的函数关系是通过大量原始数据进行拟和得出的p 刁，虽然不是很精确，但是作为近似解在可靠度求解上是可以接受的。方建国等提出了用正切函数模拟施工质量成本与可靠度的函数关系1 3 3 1 。7河海大学硕士学位论文1 2 1 4 场地总平面布置与场内运输的研究现状承包商施工方案中的场地总平面布置包括施工设旌( 包括为施工生产生活服务的永久建筑物和临时建筑物、机械设备等) 布置、临时道路的铺设、施工管线布置等方面内容。场地总平面布置的研究，应结合具体的工程项目，一般来说，应遵循的基本原则 3 6 1 包括：因地制宜、因时制宜、有利生产、方便生活、易于管理、安全可靠、经济合理。在目前场地总平面布置的优化研究中，采用建立数学模型，用数学的方法研究解决临时设施、机械设备和临时道路的合理布置问题的相关理论研究比较多。胡志根、肖焕雄等将数学模型运用于场地布置方案的决策上【3 刀。朱卫军、张孝军1 3 8 1 等人结合三峡工程施工总体布置的实例，施工总体布置既考虑整体要求，又考虑各期工程施工项目对施工场地、道路布置的不同要求，还考虑标段划分等要求。根据施工总体布置原则，结合各期主要施工项目的具体内容，分施工场地、主要施工道路布置和排水系统等三个方面介绍了各期工程的旌工总体布置。随着计算机技术和人工智能的发展，在场地总平面布置研究中，计算机技术应用越来越广泛。张建平、邢林涛1 3 5 1 针对施工场地布置的问题，提出应用计算机图形技术，以形象的三维实体图形表达旄工进度与场地布置，以及对项目施工计划和进度时实控制管理的办法。在大型工程项目，尤其是水利工程项目中，基于地理信息系统g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，运用工程系统可视化仿真理论，研究施工场地布置的可视化 4 0 l是这一领域研究的新方向。施工场内运输的组织包括施工材料和机械的运输方案和施工车辆的安排调度。施工材料和机械的运输方案应根据运输对象的特性，运输的要求作针对性的安排。同时与材料和机械设备的堆放场地布置相结合，尽量减少转运次数，缩短运输线路的长度。施工车辆的安排调度在大型工程项目建设中，对于缓解场地压力，合理分配运能都有着重要的影响。李军等讨论了运输企业车辆组合调度的方法1 4 1 1 1 4 2 1 ，宋春节等讨论了运输资源的最优配置1 4 3 】，对工程施工中的车辆调度有一定的借鉴作用。在施工阶段的场地管理中，场地冲突以及由此产生的场地调整和二次分配，也是承包商需要研究的对象。施工过程中产生场地冲突的原因主要有：设计原因、安全因素和场地拥挤 4 4 1 。场地冲突的解决应在对冲突的原因和程度作充分的评估之后，根据实际情况，综合考虑解决方案。1 2 1 5 承包商项目资源管理的现状项目资源管理是工程项目管理的重点，也是承包商施工方案优化研究的重点。资源管理的重要手段是编制资源计划。文献1 4 5 1 给出了资源计划编制的步骤。目前的资源计划编制中，承包商多是通过确定资源的优先级【4 5 】，在资源优化以3大型工程项目施工方案优化研究及计划、采购，供应、储存等诸多环节中首先保证优先级高的资源。由于资源需求和供应的不均衡性和复杂性，承包商需要在施工过程中，根据施工的需要不断的调整资源使用计划。资源计划优化中最重要的一个问题在于资源的均衡使用。资源均衡是指在一定时间内合理安捧工序的持续时间，使可供使用的资源均衡地消耗。，一般来说，理想的资源计划安排是一条平行于时间坐标轴的一条直线，即每日资源需求量保持不变。然而，由于施工生产的不均衡性，单位时间内对于资源的需求量有所不同，往往会出现高峰低谷的现象。资源均衡优化的目的就是在保证预定工期的前提下，削减资源使用的峰值，使资源曲线趋于平缓。目前，资源计划的优化大多通过网络计划来调整。对于单项资源的均衡优化，主要是削峰法和方差法。削峰法1 4 5 l 是根据进度计划的资源需求量动态变化曲线，使用资源均衡削峰法调整资源使用峰值时段内的部分工序的开工时间，尽可能的降低最大资源使用峰值，从而减小资源动态曲线的波动幅度。具体的步骤包括：1 ) 按工序的最早开始时间绘制时标网络图，计算每个时间单位总的资源需求量。2 ) 找出资源使用峰值r 。和对应的时问段，确定调整的资源使用目标值r s ( 可根据工程经验，将r s 定为r 。的某一百分数) 。3 ) 进行调整计算，在资源使用大于目标值风的时段内，找出非关键线路上所有需要该项资源的工序，通过对非关键线路上的工序的最早开始时间t e s 和最迟完成时间t l f 在时差范围内的合理调整，减少资源使用峰值时间段内的资源使用。4 ) 如果非关键线路上的工序的时间调整未能达到资源使用峰值降低的目标，则可以减少非关键线路上工序的资源投入量，在时差范围内相应的延长该工序的持续时间。资源均衡削峰法是对进度计划的影响最小，也是最为方便的调整办法。但是它对大型工程项目资源均衡的效用不大。实际应用中多采用方差法，仲景冰等提出了基于工期固定利用方差法进行资源均衡优化m 】【4 7 】。但是对于大型工程项目而言，施工总体网络计划复杂，工序繁多，需要进一步的简化。对于项目施工中的多资源的综合均衡优化，冯勇等提出了利用模糊矩阵，确定资源优先顺序，再逐一进行单资源均衡的简化方法i 棚，宋洋等提出了考虑资金时间价值因素的多资源均衡优化【4 9 j ，对多资源优化方法有一定的借鉴。承包商的人员与组织管理作为项目的一种资源，它的优化管理措施对于承包商在施工阶段控制费用支出，实现方案指标具有重要作用钏。目前承包商的管理组织结构形式主要有职能式、项目式和矩阵式，在矩阵式中又有弱矩阵，平衡式矩阵和强矩阵之分1 5 l j 。团队建设在工程项目管理中的应用也是承包商施工方案中关于组织管理部分优化研究的方向。陈一星等研究了团队建设的要点和一些问题的解决办法1 5 “。承包商在大型工程项目施工中应与参与各方之间建立合作伙伴关系。伙伴关系的概念最早是在1 9 8 8 年美国陆军工程公司在阿拉巴马州水坝项目施工中提出的，并o河海大学硕士学位论文且发展成为项目承包的p a r t n e r i n g 模式。承包商施工方案中伙伴关系的内容和实施原则与p a r t n e r i n g 模式陋鲐1 有所不同。目前在国外工程旖工中建立合作伙伴关系已经较为普遍，但在国内相关的研究i s 6 1 和应用还比较少。材料是工程项目最重要的资源，其费用一般占工程总费用6 0 7 0 。材料采购管理是对材料的采购，运输，仓储、库存等方面进行的管理活动。它不仅要对材料的订货价格、质量、数量进行管理，还包括对订货周期、订货数量、库存数量等问题的研列5 7 1 堋。目前，材料的采购向集成化方向发展，基于物流和供应链管理的材料采购策略。是承包商实现成本降低的途径，也是采购管理中研究的重点【明。材料库存管理是材料采购管理的延续和重要组成，是承包商控制采购成本的重要途径。库存管理就是在保证施工正常进行的情况下，通过控制订货周期和订货量，使材料库存量最小，库存总费用最少，提高项目采购管理的经济效益【5 j 。库存管理的研究主要包括订货策略和库存管理策略研究。在经济订货批量模型的研究中，有基于延期交货的，有基于库存损耗的，有分析连续库存订货点水平的，研究比较丰富，对承包商制订订货策略有参考价值。建筑业供应链管理是一种新型的建筑管理思想和方法1 6 0 - 6 “。它以工程项目为载体，基于信息共享和战略合作，为达到项目的最优效果和项目参与各方共赢的目的，而对工程项目的所有参与方( 承包商、业主、供应商等) 协同集成化，以快速响应市场变化，提高效率。承包商通过供应链管理理论优化构建材料采购管理模式，可以帮助承包商在恰当的时间，将恰当的材料以恰当的数量和恰当的价格送到恰当的地点，有效地提高企业的采购效率，降低采购成本。顾松林等讨论了基于物流和供应链管理的建筑企业材料采购的优化方法【6 2 j 。在基于供应链的库存管理策略研究中，对于安全库存水平的研究【6 3 1 研1 还比较少，是未来研究的方向。刘鹏飞等比较了基于供应链的三种现代库存管理方法一v m i 、j m i 和c p f r t 6 5 】，分析了各自的优势和劣势。目前，针对v m i 和j m i 的研究嘲【6 7 】比较多，也比较成熟，对c p f r ，即合作、计划、预测与补给模式下的库存管理还有待深入。1 2 2 大型工程项目施工方案优化研究的方向目前，我国承包商制订旌工方案时，多是依靠以往工程实践的经验，缺乏将方案的内容与方案的指标相互联系起来，进行整体的分析与研究。在施工方案主要内容的研究上，主要是一些定性的措施，虽然有一些定量的优化方法，但是都不够准确或不易操作，一些其它领域的新思路，新方法在施工方案的优化与研究上应用的较少。在对方案评价指标体系的研究上，虽然目前对于大型工程项目的评价指标体系研究较为丰富【i 弘2 2 1 。但是，这些评价指标体系，无论是单项的，还是综合的，都是对工程项目的整体评价，缺乏从承包商的立场出发，对承包商施工方案进行总体的l o大型1 = 程项目施工方案优化研究综合评价这是因为施工方案十分贴近施工实际，需要考虑的因素很多，且不确定性因素多，指标的选取十分困难，权重设计也无法做到精确。但是，针对大型工程项目的一般特点，制订从承包商的立场出发的，可供承包商在具体工程实践中参考使用的总体评价指标体系对于承包商选择更好的旌工方案，实现工程项目盈利是十分必要的。在具体的施工技术方案的选择上，承包商技术人员还是习惯于用传统的主观定性分析方法来进行旅工技术方案的优选而且对于施工技术方案的可靠性与费用的联系缺乏重视，不注意收集相关数据作为下一次施工的参考。实际施工时，采用模糊数学的方法，考虑方案决策中的模糊因素，能够更准确的反映方案的实质，使决策结果更加科学。在施工技术方案的可靠度研究上，对于技术方案指标实现的可靠度研究较少，研究方案实施的保证费用与指标实现的可靠度之间的联系，对于承包商花费最少的费用来实现方案的指标具有实际的应用价值。在进行施工场地总平面布置时，对施工临时设施之间及其与道路之间的相互促进与影响关系缺乏研究，无法实现总平面布置的最优效果。而总平面布置的效果对于承包商工程项目各项指标的实现都有着重要的影响。在资源管理上，虽然承包商对成本控制的管理措施比较重视，相关研究也比较多。但是对于利用其它领域的新型管理方式来降低成本的研究比较缺乏，是未来研究的一个重点。1 3 本文的研究内容、技术路线和创新之处大型工程项目施工环节众多，施工难度大，要求高，承包商施工管理的内容也更加复杂。本文基于承包商的角度，研究大型工程项目承包商施工方案的优化方法，使之在保证工程质量、施工安全和工期的前提下，达到项目成本的最低，使承包商获得盈利。本文将通过理论研究与实证分析相结合、宏观分析和微观分析相结合、定性分析结合定量分析的方法，在国内外相关理论研究和应用实践的基础上，综合运用管理学、经济学、运筹学、模糊数学、工程项目管理等理论，结合系统工程、概率与应用统计等方法进行研究。本文第一章为绪论。第二章明确大型工程项目承包商施工方案的主要内容和优化的目的，分析进度、质量和安全指标与成本指标之间的优化关系，设计大型工程项目施工方案的总体评价指标体系。第三章研究大型工程项目施工方案的具体优化方法。从施工技术方案、场地布置与场内运输、项目资源管理等承包商施工方案的主要方面入手，讨论其具体的优化方法。第四章将施工方案的优化方法应用于某热电厂工程项目具体施工实践。分析承包商在施工技术方案优选、场地总平面布置、河海大学硕士学位论文材料采购与库存等方面的优化，并通过施工方案的总体评价指标体系来验证方案优化的实际效果。第五章为结论与展望。图1 - 1 为本文研究的技术路线。图1 - 1 本文研究的技术路线本文的主要的创新之处在于：1 ) 针对大型工程项目的特点，分析了承包商旌工方案进度、质量、安全与成本指标之间的影响与促进关系，并基于这些主要指标，从大型工程项目施工方案中最主要的内容施工技术方案、场地总平面布置方案和项目资源管理入手，设计了可供承包商参考的施工方案总体评价指标体系。2 ) 在施工技术方案的优选中，利用模糊多属性决策，解决了多属性决策无法涉及有模糊因素对象的缺点。同时，研究了施工技术方案实施的保证费用与指标实现的可靠度之间的联系，并通过结构可靠度的几何法进行指标可靠度的求解。3 ) 研究承包商材料采购与库存管理时，在定量订货的基础上，研究了考虑价格波动情况下的承包商订货策略。同时，提出了基于供应链管理和合作伙伴关系的采购与库存管理优化措施。大型t 程项目施工方案优化研究第二章大型工程项目施工方案的总体评价指标体系工程项目建设是以形成固定资产为目的的投资建设过程。施工方案对于承包商的日常施工与管理起着前瞻性的指导作用。对于工程项目而言，进度、质量、安全和成本指标是衡量施工方案是否适用、是否优越的关键性指标。承包商在优化施工方案时，首先要明确方案优化的目的，分析进度、质量、安全指标与成本指标的关系。最后，建立可供承包商参考的大型工程项目施工方案的总体评价指标体系。2 1 施工方案的内容及其优化的目的施工方案是承包商进行工程项目实施的依据，也是业主考核承包商施工能力的依据。施工方案的内容对于方案指标能否实现，实现的程度具有直接的影响。对于大型工程项目，承包商应根据项目的特点和企业承包工程的目的，制订方案的主要内容和优化的主要目的。2 1 1 施工方案的内容一般工程项目的施工方案，又称施工组织设计。它是承包商进行项目投标与合同签订的依据，主要包括工程概况，施工总体部署，详细的分部分项工程施工方法，组织管理机构设置，施工进度计划，施工平面布置，工期、质量和安全文明生产保证措施等具体内容。对于大型工程项目而言，项目包括很多单项工程，施工方案包涵的内容应覆盖工程项目建设的整个过程。大型工程项目的施工方案应该拓展到从施工前期准备，到施工过程控制，再到施工竣工验收一整套环节，包括进度管理，质量管理，安全管理，成本管理，组织管理，资源管理( 劳动力管理、材料管理，机械设备管理) ，场地管理，技术管理以及资金管理，合同管理，资料管理，信息管理，项目考核与评价，回访保修等一系列的内容。