（道路与铁道工程专业论文）公路工程中资源均衡与工期风险的研究.pdf

摘要 在公路工程项目建设中，施工组织网络计划是编制工程进度计划、资源需求计划和 安排组织施工的重要理论基础，通过对施工网络计划的优化可以达到资源的合理配置、 施工进度风险的降低和工程成本的减少等目标。 在工程项目建设的过程中，资源的合理配置不仅可以给施工单位的施工管理带来很 大的方便，而且可以给施工单位带来较好的经济利益。长期以来，人们对资源优化问题 的研究主要集中在资源均衡的求解算法中，本文在前人的研究基础上考虑了资金时间价 值对资源均衡的影响，将其作为一个目标函数纳入资源均衡模型之中，并对资源均衡后 的资源经济效益进行了相关的研究。 在工期风险方面，本文结合前人的研究成果，根据各个工作持续时间的不确定性， 提出了不同工作下的工作完工概率计算方法；并根据网络中线路的合成分析，用终点最 早完成时间的期望值和方差作为网络工期的期望完成时间和方差，得到了工期的概率分 布函数。同时，本文研究了缩短工期带来的经济效益和工期拖延带来的经济损失，并依 据不同工期下的概率分布函数，建立了工期完工概率下的经济模型。 最后，本文以公路施工计划网络图为基础，建立了同时考虑资源均衡和工期风险的 综合模型。 关键词：资源均衡、资金时间价值、工期风险、经济效益 a b s t r a c t f o rt h ec o n s t r u c t i o no ft h eh i g h w a ye n g i n e e r i n g ，t h en e t w o r kp l a n n i n go ft h ep r o j e c t c o n s t r u c t i o ni st h ei m p o r t a n tt h e o r e t i c a lb a s i st ot h ea r r a n g e m e n to fc o n s t r u c t i o na n dt h e c o m p i l a t i o no ft h ep r o j e c tp r o g r e s sp l a n n i n ga n dt h e r e s o u r c er e q u i r e m e n t p l a n n i n g f u r t h e r m o r e ，t h eo p t i m i z a t i o no fn e t w o r kp l a n n i n gc a ne n s u r et h er a t i o n a la l l o c a t i o no f r e s o u r c e s ，r e d u c et h er i s ka n da t t a i nc o s tr e d u c t i o nd u r i n gt h ec o n s t r u c t i o np r o g r e s s i nt h ec o u r s eo fe n g i n e e r i n gp r o je c t sc o n s t r u c t i o n , t h er a t i o n a la l l o c a t i o no fr e s o u r c e sc a n n o to n l yg r e a t l yi m p r o v et h ec o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t ，b u ta l s ob r i n gg r e a te c o n o m i cb e n e f i t s f o ral o n gp e r i o do ft i m e ，t h er e s e a r c h ，o fr e s o u r c eo p t i m i z a t i o nm a i n l yf o c u s e so nt h es o l u t i o n a l g o r i t h mo fr e s o u r c el e v e l i n g b a s e do np r e v i o u ss t u d i e s ，t h i sp a p e rt a k e si n t oa c c o u n tt h e i n f l u e n c eo ft i m ev a l u eo fm o n e yo nr e s o u r c el e v e l i n g ，w h i c h ，a sa no b j e c t i v ef u n c t i o n ，i s i n v o l v e di nt h er e s o u r c el e v e l i n gm o d e l f u r t h e r m o r e ，t h ee c o n o m i cb e n e f i to fr e s o u r c e sa f t e r a c h i e v i n gt h er e s o u r c el e v e l i n gi sa l s os t u d i e di nt h i sp a p e r i nt h ed u r a t i o nr i s k ，c o m b i n e dw i t hp r e v i o u sr e s e a r c hr e s u l t sa n da c c o r d i n gt ot h e u n c e r t a i nd u r a t i o no ft h ew o r k , im a d eam e t h o do fc a l c u l a t i n gt h ep r o b a b i l i t yo fc o m p l e t i o n o fw o r k a c c o r d i n gt ot h el i n es y n t h e s i sa n a l y s i so ft h en e t w o r k ，t ot h ef i r s te x p e c t e dv a l u e a n dv a r i a n c eo ft h ee n dp o i n t ，a st h ee x p e c t a t i o n so fn e t w o r kc o m p l e t i o nt i m ea n dv a r i a n c ei o b t a i nt h ep r o b a b i l i t yd i s t r i b u t i o nf u n c t i o no ft h ec o n s t r u c t i o np e r i o d a tt h es a m et i m e ，i r e s e a r c ht h ee c o n o m i cb e n e f i to ft h es h o r t i n gc o n s t r u c t i o np e r i o da n de c o n o m i cl o s so ft h e p r o l o n g i n gt h ep e r i o d ，t h e nu n d e rt h ed i f f e r e n tp r o b a b i l i t yo f t h ep e r i o dd i s t r i b u t i o nf u n c t i o n , e s t a b l i s ht h ee c o n o m i cm o d e lu n d e rt h ep r o b a b i l i t yo ft h ec o m p l e t ep e r i o d a tl a s t ，b a s e do nt h en e t w o r ko ft h eh i g h w a yc o n s t r u c t i o n ，t h ea u t h o rb u i l d sa ni n t e g r a t e d m o d e lo f i n v o l v i n gt h er e s o u r c el e v e l i n ga n dd u r a t i o nr i s k k e yw o r d ：r e s o u r c el e v e l i n g ；t i m ev a l u eo fm o n e y ；d u r a t i o nr i s k ；e c o n o m i cb e n e f i t s i i 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行 研究工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文 的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。 本论文中不包含任何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表 的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：芗妖讫讴 论文知识产权权属声明 舢四年 b 只s 日 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权 归属学校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及 申请专利等权利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接 相关的学术论文或成果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 掀动褪 导师签名：石鸟氏 呵年1 6 月歹日 岬年6 月r 曰 长安大学硕士学位论文 1 1 课题的提出和研究背景 第一章绪论 1 1 1 引言 改革开放以来，我国启动了一大批关系到国计民生的大型工程项目，如：三峡工程、 西气东输工程、南水北调工程、青藏铁路工程等。随着国民经济的快速发展，社会对基 础设施尤其是交通基础设施的需求越来越大，从1 9 8 8 年第一条高速公路( 上海至嘉定) 建成通车至今2 1 年间，我国高速公路实现了持续、快速和有序的发展，极大提高了我 国公路网的技术标准，改善了交通运输的结构，缓解了交通运输的压力，促进了国民经 济的快速发展和社会的进步。 目前，我国已修建了5 万多公里的高速公路，但相对于地大物博、人口众多且处于 高速发展的我国而言，高速公路的总量还显得不足，覆盖范围有限，尚未形成网络规模 效益。为了满足国民经济快速发展的需求，国务院于2 0 0 4 年1 2 月1 7 日审议通过了国 家高速公路网规划。各地方政府也在此基础上编制了省道公路网规划。 在规划建设的规模上，仅国家高速公路网规划( 简称7 9 1 8 ) 规划就需建8 5 万 公里高速公路。根据交通部费改税 对我国公路建设和养护资金筹措的影响及其对 策研究提供的数据，我国高速公路的建设成本为每公里3 5 0 0 万元。在7 9 1 8 路网的规 划建设中，在2 0 1 0 年前，每年年均投资额大约在1 4 0 0 到1 5 0 0 亿元人民币之间；在2 0 1 0 年以后，年均投资大约在1 0 0 0 亿元人民币。 同时，由于公路建设是一种特殊的活动，建设公路需要占用大量的土地、需求大量 的资源( 包括水泥、石料、沥青、钢筋、机械等) 。但不同等级公路、不同地区对公路 技术要求不同，对材料等资源质量的要求也不相同。面对建筑市场的鱼龙混杂，在保证 公路工程质量的前提下，如何合理搭配和合理供应各种资源，提高资源利用率、降低工 程成本已成为当前面临的重要课题。因此，加强公路项目资源利用和工期风险的优化研 究，对我国经济稳定、持续、快速地发展有着重要的现实意义。 同时，在公路工程施工的过程中，随着工程进度的发展，人力、设备等资源的使用 效率是不断发生变化着的，项目的实施具有一定的风险性，这种风险性决定了项目工作 的持续时间和成本具有不确定性，整个工程的工期和成本也具有一定的不确定性。因此， 加强对项目工期的风险研究对降低不确定因素的发生和保证工程的工期有着重要的意 第一章绪论 义。 随着中国加入w t o 进程的不断深入，我国的建筑市场也在逐步向国外建筑企业开 放，各种制度也逐渐与国际建筑市场接轨，我国施工企业面临着激烈的市场竞争，传统 的施工企业项目管理模式，已经不能满足现代公路工程建设发展的需要。 施工企业在保证公路建设工程质量的前提下，为了提高工程的盈利水平、降低工程 的投入成本，减少工程工期风险发生的可能性，必须加强对施工组织计划中的进度计划、 资源均衡和工期风险的研究。 1 1 2 资源与工期在施工组织进度计划中的地位 在公路工程建设的过程中，资源是工程实施和构成的主体，其费用达到工程总费用 的8 0 左右。在资源配置时，如果资源计划不合理，将会造成工程项目进度和成本目标 的失控；如果资源供应不及时，将影响工程的正常运行，最终导致工期延误，增加工程 成本等。编制公路施工组织计划时，一般而言，初始的施工进度计划中单位时间内对资 源的种类、需求量变化很大。而在实践过程中，一定时间内所能提供的各种资源( 劳动 力、材料、机械等) 具有一定限度的，要使工程能连续正常的进行，必须要合理配置这 些资源。以施工组织网络计划为依据，在资源限制条件下对资源利用进行优化、组合， 使其满足工程施工的要求。 公路工程建设项目具有工期长、工程效益巨大等特点，按期或提前竣工能迅速形成 固定资产，产生巨大的经济效益和发挥社会效益。对于业主而言，工期的提前完工一方 面提前发挥其社会效益；另一方面减少了建设期贷款要支付的利息。可现，工期对工程 项目的社会效益和经济效益有很大的影响。 公路工程项目建设具有规模庞大，资源投入数量巨大，自然条件复杂，建设周期长， 不确定性因素多等特点，使得施工建设过程具有很大的风险性。为使公路工程项目建设 能够连续、协调、均衡的进行，必须编制施工进度计划。施工进度计划的编制直接关系 到工程的成本、工期和质量；同时，工程项目的计划成本和计划工期要通过施工进度来 体现。因此，合理地安排施工进度计划对施工单位具有重要的意义。 在公路施工计划的研究中，主要关注两方面的问题：一方面是施工计划的合理性问 题，包括工作持续时间的确定和资源的合理配置；另一方面是施工进度的风险问题，包 括在计划工期内完工的可能性或按期完工的风险。 资源调配与工期安排在施工进度计划中同等重要，在公路施工计划网络的研究过程 2 长安大学硕士学位论文 中，将资源均衡与工期风险综合优化考虑是本课题的研究方向。 1 2 国内外的研究现状 1 2 1 资源优化方面的研究现状 对资源优化的研究主要集中在资源分配和资源均衡两方面。 1 、“资源有限一工期最短 通常情况下，公路工程项目的实施会受到资源约束条件的制约，在某段时间内某资 源的最大供应量小于该段时间内计划开工的所有工作需要的某资源量的总和。即在资源 有限的情况下，所有的计划工作无法同时进行，其中某些工作必须推迟进行，才能满足 资源限量的要求。当某工作开始时间的推迟开工超出其最晚开工时间时，将导致整个计 划工期的延期。因此研究推迟哪些工作才能不拖延或少拖延工期，就是“资源有限一工 期最短 的优化问题。 解决这类问题的关键在于资源发生冲突时如何有效安排工作开始时间的顺序，使得 总工期延迟最小。对这类问题，研究求解的方法主要有解析法和启发式算法。解析法的 研究，国外已经比较完善，比如整数规划【l 2 3 1 、穷举法【4 】，分支定界法5 1 等方法。国内 学者的研究主要集中在启发式算法的研究上。 在启发式算法研究求解该类问题时提出了解决冲突的启发式准则。目前，在研究的 过程中提出了两类启发式准则6 7 1 。一类称为平行法，将某一时间内需要安排的所有工 作按照一定的规则进行排序，以资源拥有量为最高限度进行安排，没有分配资源的工作 将被推迟到下一个时间段进行，如此反复直到最后一个工作。 另一类称为序列法，将各个工作按一定规则排成单一序列，根据各种资源的最高限 制用量，从项目开始工作起按照排好的顺序进行到项目结束工作为止。对于该类解法， 我国的朱柏石首先提出用优先权系数法，对同一时段内的各个工作的开工时间进行安排 【8 】；庞南生在1 9 9 7 年根据灰色系统理论，以关联度作为工作优先权系数来进行网络计划 资源的分i f d r 9 ；在1 9 9 8 年，白思俊等对工作优先权系数再次做出了总结，提出了一种新 的启发式优化方法一p r w i 方法【1 0 1 ；到2 0 0 1 年，季节等给出一个关于工作优先权系 数的具体计算公式【l l 】；在2 0 0 3 年，李永江等根据影响工作重要性的几个因素，也提出 了一个工作优先权系数计算公式f 1 2 】；同年毕玉峰等再次进行了总结和推导，对影响因素 进行了归纳，完善了优先权系数公式【1 3 】。 2 、“工期固定一资源均衡 3 第一章绪论 资源均衡问题是在保持工程工期一定的条件下，调整网络计划中某些非关键工作的 开工时间，使资源需要量的变化趋于某种平衡，实现资源的均衡利用。 资源均衡优化是在工程建设项目的施工过程中，通过采取一些措施使得单位时间内 资源的方差在整个工期内最小。表现在资源使用强度曲线图中，即尽量避免出现资源使 用强度呈现高低起伏不平的现象。资源均衡优化是以非关键工作的总时差为基础，在其 最早开始时间和最晚开始时间范围内，通过不断地调整各个工作的实际开始时间，达到 资源使用强度趋于均衡的目的。 “工期固定一资源均衡”问题在理论上是属于目标优化问题，计算复杂度随着计算 规模呈指数增长，因此对于工作数目较多的问题在理论上称为n p 问题。这类问题主要 是利用网络计划技术和数学规划，通过严密的数学方法和推理建立切合实际的数学模 型，并采取合适的方法进行求解。 该类问题的求解在国外起步比较早，主要有t a l b o t 的o 1 整数规划方法【1 4 】和 e a s a s m 的整数线性规划模型【”】。在国外的研究基础上，国内的王龙德等直接建立0 1 整数规划的数学模型，对资源均衡问题进行了探索性的研究【1 6 1 ：陈兴安提出用差值法建 立求解问题的应用规则17 】；张莉等用蒙特卡罗法，建立了资源分配的非线性整数规划模 型【1 8 1 。 在该类问题的研究中，由于解析法对于各种不同类型的问题，没有统一的数学模型， 可移植性和通用性方面比较差。同时，一些学者对启发式算法进行了深入的研究，主要 有削峰填谷法、最小方差法、遗传算法等。 徐秀丽在1 9 9 1 年提出计算工期一定，资源总需求量均方差最小的新方法1 1 9 1 。姚玉 玲对网络计划资源均衡的缩方差法计算公式进行了修正，提出了一个比较完善的计算公 式【2 0 l 。 1 9 9 3 年，葛震明提出了一种多资源综合协调的l f t 判断法，以初始网络计划中已 求得的工作最迟完成时间( l f ) 、持续时间( d ) 和最早开始时间( e s ) 为判断标准，按一定 优先原则对资源进行分配【2 l 】。白思俊对工期固定的资源均衡问题分析后，提出了资源的 归化方法，根据每种资源的相对重要程度设置一权数，对每一工作对多种资源的需要 量进行加权平均，作为一种资源进行处理，它实际上是多资源的归一化处理【2 2 1 。高明生、 何建敏针对多资源均衡问题提出了单步比较法，通过计算出每种资源在整个工期上的方 差，进一步求出m 种资源在整个工期上的总方差，通过单步比较法的基本原理使得m 种资源的总方差趋于最小【2 3 1 。 4 长安大学硕士学位论文 随着新理论的不断出现，很多学者对网络计划均衡问题进行了更深一步的研究。庞 南生以资源分布不均衡系数为目标函数，运用多目标优化的理论，对多资源均衡优化的 算法进行研究，提出了极大模理想点法【2 4 1 。 另外还有一些研究是将资源、质量、成本、效率等多目标进行综合优化。其中，张 丽霞等研究了施工网络进度计划多目标优化模型，用多目标决策理论解决各优化目标的 关系【2 5 】：范良宜结合实际工程，探讨了建筑工程资源有限、工期最短的优化方法，并推 导出资源、工期和费用的综合优化方法【2 6 1 ：李学忠等提出了用质量、成本、效率、均衡 性四个目标综合形成一个目标函数的道路施工机械资源优化配置方法1 2 7 1 ：胡利超提出了 在施工网络计划中每种资源总体与局部同时均衡优化以及两种情况并存的均衡优化方 法【7 1 。冼标等分析了土木工程资源优化的必要性，研究了用遗传算法进行求解的算子设 计，编制了基于遗传算法的以工期固定、资源均衡的资源优化程序【2 8 】。 1 2 2 工期风险方面的研究现状 对工期风险方面的研究是以网络计划发展为主线，综合多学科理论的发展过程，采 用网络计划方法了解各工作间的逻辑关系以及网络计划的关键线路和关键工作，并利用 计算机对各种时间参数进行计算和对网络进行优化。 根据网络计划的发展，工期风险的研究可以分为三个阶段：( 1 ) 关键路线法( c r i t i c a l p a t hm e t h o d ，c p m ) 肯定型网络计划技术时期；( 2 ) 计划评审技术( p r o g r a me v a l u a t i o n a n dr e v i e wt e c h n i q u e ，p e r t ) 一一概率型网络计划技术时期；( 3 ) 图形评审技术 ( g r a p h i c a le v a l u a t i o na n dr e v i e wt e c h n i q u e ，g e r t ) 随机网络计划时期。 1 、关键路线法( c p m ) 在c p m 网络中假设网络中各个工作的持续时间和逻辑关系都是确定的，即网络计 划中各项工作的持续时间由一个确定的时间表示，而且一个工作的开始要求其所有紧前 工作必须完成，则网络计划的总工期是确定的。在肯定性网络计划技术阶段，还没有开 展项目进度风险的研究。 2 、计划评审技术 2 0 世纪5 0 年代，m a l c o l m 等率先提出了计划评审技术( p e r t ) ，认为项目各项工 作的持续时间是一随机变量，不能给出准确的数值，但可给出三点时间估计，即乐观的 时间估计a 、悲观的时间估计b 和最可能的时间估计m ，并假设各工作互相独立，服从罗 分布，则可以求出工作持续时间的均值和方差，然后以均值作为工作的持续时间将p e r t 5 第一章绪论 网络转化为c p m 网络，进行时间参数计算，求出关键路径，然后采用概率理论对关键 路线进行项目工期的完工概率分析【2 9 1 。 随着p e r t 研究的不断深入，研究者发现p e r t 的计算结果与实际存在较大的偏差， 一般是其期望工期偏小，方差偏大，计算精度不能满足要求【3 0 1 。原因是经典p e r t 方法 假设网络中仅有一条线路占主导地位，没有考虑其它线路成为关键线路的概率【3 1 1 。此外， 研究者还对经典p e r t 网络中工作持续时间的概率分布及完工概率分布等进行了讨论。 l i t t l e f i e l d ，r a n d o l p h t 3 2 】和g a l l a g h e r t 3 3 】对工作的持续时间是否服从分布提出了质疑，认 为工作持续时间也可服从其它随机分布，如t r i a n g u l a r 分布等。k o t i a n 和w a l l a c e 基于 最大嫡原理，提出可以采用正态分布代替分布p 4 1 。而p u r e r 认为p e r t 网络的工期不 一定服从正态分布，还有可能是其它的较为复杂的分布【3 5 】。 随着其它学科领域的理论的发展，在p e r t 研究中出现了模糊计划评审技术 ( f u z z y p e r t ) 、蒙特卡罗法求解p e r t 等方法。我国对p e r t 理论的研究比较晚，黄伟 在7 0 年代介绍了p e r t 原理及主要用途【3 6 1 。欧阳毅指出p e r t 理论能应用于各种重大 复杂的国防建设工程【3 7 1 。 针对p e r t 理论的三点估计问题，李若刚等根据网络计划工作持续时间的不确定， 提出用模糊数学来描述最可能时间、最悲观时间、最乐观时间更为合适【3 8 】。 根据经典的p e r t 没有考虑非关键路径的影响，王卓甫等将多条关键路线及次关键 路线按相关和非相关两种情形进行了分析，给出了工期完工概率的计算方法【3 9 1 。李平等 引用了非关键线路对关键线路的影响系数z ，对经典p e r t 关键路径工作持续时间的均 值和方差进行了修正【3 0 l 。 在p e r t 的计算机应用领域，我国也取得了一定的成果。李毓芝采用网络模型分割 法设计出了p e r t 的计算机算法【删。齐东海编制了蒙特卡罗法解p e r t 网络的通用程序 【4 1 1 。谢行皓根据p e r t 计算机仿真的一般原理与方法，将其应用在宝钢热轧厂水处理系 统土建工程施工中【4 2 】。 此外，部分学者还将经典p e r t 理论与其他学科理论交叉，提出了一些新的研究方 法，丰富了p e r t 的研究。 g u oz h o n g b a i 根据邓聚龙教授的灰色系统理论“5 1 ，提出了求解灰色关键路线的 四种原则，即动态原则、风险系数原则、权重系数原则和经验原贝f j f 4 3 1 。 黄德才等将联系数引入到网络技术，分析了因未知因素引起工期不确定性的表达和 6 长安大学硕士学位论文 处理方法 4 6 1 。孟文清等通过模糊网络工期风险的研究，得n - r 项目的完工概率【4 7 1 。李万 庆等利用未确知有理数理论来研究工期风险，即在经典p e r t 找出关键路径之后，应用 未确知有理数理论改进以关键路线工作持续时间均值相加作为p e r t 总工期的计算公 式，并求得项目的完工概率【4 引。 3 、图形评审技术 图形评审技术是2 0 世纪6 0 年代发展起来的一种随机网络分析方法。假设网络工作 持续时间服从一定概率分布，工作的发生也具有随机性。用图形评审技术进行分析的网 络称为随机型网络，这种网络可能存在回路关系。对大型建设工程而言，用回路关系来 表示工作发生的随机性所形成网络的计算量成几何级数增长。因此，图形评审技术的应 用范围比较小，国内外学者对其的研究不多。 另外，将知识的专家系统( k n o w l e d g e b a s e de x p e r ts y s t e m ) 与c p m p e r t 相结合 是近年来研究的另一趋势。 这些研究对于提高网络计划技术的实用性、对工程问题描述的准确性、全面性等方 面作出了很大的贡献，但还有一些问题有待解决。 1 2 3 在资源均衡和工期风险优化中存在的问题 虽然对资源均衡和工期优化的研究已经很深入了，但大多是针对单目标的优化，如 单纯的资源优化或单纯的工期风险分析等。因此，在公路工程实践应用中还有待从多方 面加以综合研究。 1 、资源优化研究中的不足 对资源均衡的研究中，无论是对单一资源还是对多资源进行均衡优化，都忽视了资 源( 资金) 等的时间价值，一般只进行静态的优化，很少根据资金时间价值来进行动态 优化。 同时，在资源优化的研究中，一般是以资源均衡指标为目标函数进行求解，没有研 究资源在资源均衡前后对工程施工总成本的贡献，即没有对资源均衡前后进行资源方面 的经济效益研究。 2 、工期优化研究中的不足 对工期风险的研究主要集中在项目计划工期内的完工概率大小的分析和讨论，缺少 风险对项目进度的全过程动态影响研究。 同时，根据概率论可以得知项目工期的概率分布函数在可能的完工时间内都有一定 7 第一章绪论 的分布，在研究中忽视了对工期缩短所带来的经济效益和工期延误所带来的经济损失等 多方面的综合研究。 本课题在资源均衡优化中研究了资金的时间价值，并对资源在资源均衡后产生的经 济效益进行了研究；在工期风险中通过不同工期下的概率分布，建立了工期缩短下的经 济效益模型和工期延误下的经济损失模型；最后将工期风险和资源均衡综合优化进行了 研究。 1 3 论文研究的意义 本课题研究的主要目的是：在保证公路工程质量的前提下，通过对公路施工计划网 络进行调整，使资源得以合理的配置，降低公路工程施工的成本，同时，减少资源均衡 对工期完工概率的影响。 本课题是对资源均衡与工期风险的研究，它属于资源工期优化的一种，但在实 际的操作过程中，更强调一种概率的关系。本课题研究的立场是处于施工建设单位( 即 承包人) 角度来考虑的，对其作用和意义具体有： 1 、有利于节约资源，控制工程的成本，优化施工企业的内部管理 对公路施工计划网络进行调整，有利于实现和达到资源的合理配置，节约资源，提 高资源的利用率，降低资源的成本，提高工程利润率。同时，加强对资源的管理可以优 化企业的内部管理，提高管理人员和技术人员的工作效率，节约管理成本。因此，资源 均衡方面的研究有利于节约资源的成本，改善施工企业的传统管理模式，提高施工企业 的管理水平。 2 、有利于加强施工企业的工期风险管理 在编制公路施工计划网络时，确定出项目各个工作的持续时间是非常困难的，这种 不确定性使网络计划变得错综复杂。工作持续时间的不确定性需要经过分析来辨识和管 理，确定网络计划工期的概率分布，同时向管理者实时提供关于各个工作持续时间的风 险。从而使其在公路施工过程中，能采取有效的措施，动态控制影响各个工作风险的因 素，使得公路工程项目顺利的进行。 3 、有助于在公路项目施工中合理的安排资源 在施工准备中，根据工程所需材料、机具和人力的计划数量及其使用的先后顺序对 当地的资源供应加以调查和研究，从而合理统筹资源的进场时间等，以确保资源能按质、 按量、按时进场，保证公路工程施工的顺利进行。 8 长安大学硕士学位论文 4 、利用合同条款中的奖惩条件来确定完工工期 公路工程招投标中，根据公路不同的技术难度和标准，通常会进行多次招标来选择 不同的专业化施工队伍。为了不影响后续工程的施工和获得提前竣工所带来的效益，通 常在招标文件和合同条款中附有关于工期的奖惩条件。作为施工单位，最终目的是实现 企业效益的最大化。因此，通过进行资源均衡来计算资源均衡的经济效益和工期风险所 带来的经济损失进行综合比较，来确定最终的完工工期。并通过工期风险的分析，在施 工中对其进行实施监控，从而实现和保证工程按照施工进度计划进行。 1 4 论文研究的内容和框架 1 4 1 论文研究的内容 本文在分析了公路建设项目在资源均衡和工期风险研究中存在的主要问题的基础 上，参考相关文献、资料，深入研究了资源配置的相关问题，并分析资源均衡对增加工 期风险的影响，并对在不同工期内的完工概率和所带来的经济损失进行了研究。最后， 以一家投标单位在三峡翻坝公路一期土建工程施工合同段的一次投标为实例进行分析， 对相关的施工组织进度计划进行资源的均衡、分配和工期风险进行相关研究。 第一章，根据我国目前公路建设的背景，结合资源和工期在施工组织进度计划中的 作用，提出本课题研究的必要性。根据资源均衡和工期风险相关方面的研究现状，提出 了本课题的研究意义。 第二章，简要介绍资源均衡和工期风险的相关概念，并对资源分配方法进行了相关 的研究。 第三章，分析了资源均衡的影响因素，然后通过对几个资源均衡指标的分析，确定 出本课题的资源均衡指标，以此为基础建立了考虑资金时间价值的多资源均衡模型，最 后对资源在资源均衡后给工程带来的经济效益进行了研究。 第四章，分析了产生工期风险的因素、工作持续时间的分布和完工概率以及非关键 工作对关键工作的影响，并基于节点估计出项目工期的概率分布函数；然后，通过分析 工程在不同工期内完工的经济效益和经济损失分析，建立了工期完工概率下的经济模 型；最后，结合第三章中的资源均衡模型和资源均衡所带来的经济效益，建立了工期风 险和资源均衡综合优化模型。 第五章，通过分析一个高速公路土建项目施工投标单位的施工组织计划，然后根据 本课题的研究对其进行方案的优化。 9 第一章绪论 第六章，主要结论和进一步研究的问题。介绍了论文主要的研究成果，并对有待进 一步研究的问题加以说明。 1 4 2 论文研究的框架 图1 1 论文研究的框架 1 0 长安大学硕士学位论文 第二章资源均衡和工期风险研究中的相关概念和方法 2 1 资源均衡的相关概念 2 1 1 资源 根据公路工程建设过程中对各种资源约束的不同，资源可划分为可再生资源、不可 再生资源和双重约束资源。可再生资源是指在整个项目实施过程中保持恒定并且在某时 间段可以随时增加的资源，如人工等；不可再生资源是指对在项目工期内总需求量一定 的资源，如资金和材料等；双重约束资源是指项目工期内的总需求量一定，同时单位时 间内的又有约束的资源。 在本课题中，研究的资源是指公路工程项目所需的劳动力、材料、机械设备和资金 等的统称。一般情况下，单位时间内所能提供的资源具有一定的限额，且如果某一时间 内所需要的资源量过大，就会使得现场拥挤，增加二次搬运费用，造成劳动管理复杂、 增加管理费用，给施工现场带来不必要的经济损失。 2 1 2 均衡 在公路工程施工和建设过程中，均衡不仅指在公路工程施工时各种资源之间的均衡 配置和使用，还包括各相关利益方之间的博弈。 业主为了能够使得工程项目提前投产运营，提早还贷，要求尽早的完工；而承包商 为了施工项目取得利益的最大化，希望工期宽松一些，以免由于赶工而增加成本。因此， 业主为了达到缩短工期的目的，经常采用合同总价加缩短工期支付奖金的形式来激励承 包商加快施工进度；承包商为了自身利益的最大化，将尽量缩短工期以获取业主为缩短 工期而支付的奖金，但要保证由于赶工产生的费用小于奖金额。这样，业主与承包商之 间就自然地形成了在项目实际完工工期上的博弈。而双方为了自身利益的最大化，会根 据对方的策略拿出自己的最优方案，最终双方都能达到目的。 从总体而言：均衡的实现是通过度的把握和关系的协调来实现的，它的实质是各方 利益之间的博弈。 2 1 3 资源的时间价值 任何项目的运行都是一个时间上的延续过程，尤其对于公路项目建设而言，其建设 期一般比较长。在工程的实施过程中，每个阶段都需要大量的资金投入，一般情况下， 第二章资源均衡和工期风险研究中的相关概念和方法 假定工程的总成本是固定的，由于在不同时间内支付相等资金在价值上是不等的，资金 投入的先后顺序不一样，最终的工程实际投入也是不一样的，资金的价值会随着时间的 变化而变化。 在公路项目施工的过程中，必须充分考虑资金的时间价值，提高资金的使用效益。 为了有效利用和节约建设资金，应在合理的范围内推迟各工作的开工时间，避免过早地 投入资金，达到工程投入的总成本最小化。 同时，资源也具有时间价值。在公路工程建设过程中需要投入的资源都要通过建筑 市场去购买获取，因此单价会受到价值规律的影响，并随着市场供求状况的变化而变化。 如何利用市场规律来进行资源的配置和合理使用显得相当重要。 2 1 4 资源的均衡性 在以往的研究中，资源均衡经常会被看作是资源整合或资源配置。 ( 1 ) 资源整合 所谓资源整合，指在特定的情况下，以市场机制为主导，优化投资环境，合理配置 资源，使之在市场竞争过程中动态调节、相互补充、相互协调从而达到优化配置状态， 产生整体聚合能动效应的行为过程。 资源整合是系统论的思维方式，通过组织和协调，把企业内部彼此相关但却分离的 资源和企业外部既参与共同的使命又拥有独立经济利益的合作伙伴整合成一个为客户 服务的系统，取得1 + 1 大于2 的效果。 ( 2 ) 公路工程施工中的资源均衡 公路工程施工中的资源均衡是指尽可能使施工进度计划中描述资源使用的各种动 态曲线( 劳动力动态曲线、各种材料、各种机械需求量动态曲线) 不出现短时期的高峰 和低谷，力求日资源需求量接近于平均值。 在公路工程的实施过程中，为了使工程能够按计划如期实施，达到质量优良、资源 消耗量少、工程成本低的目标，必须对资源进行科学的配置和安排，力求日资源需求量 接近均值，避免出现资源需求量大起大落的现象。均衡施工可以降低资源需求的使用强 度，减少施工现场的各种临时设施，降低施工管理费，从而降低工程施工成本。 简要的说，资源均衡即指在一定时间内合理安排各种工作的开工时间，使可供使用 的资源均衡地使用。理想的资源需求量曲线是一条平行于时间坐标轴的直线，即每日资 源需求量保持不变。 1 2 长安人学硕士学位论文 2 2 工期风险的相关概念 2 2 1 工期 工期是为各类工程规定的施工期限的天数。从整体上来说，包括建设工期和施工工 期两个层次。 ( 1 ) 建设工期 建设工期指建设项目或独立的单项工程在建设过程中花费的时间总量，以月或天为 时间单位来表示。它从开工建设时到全部建成投产或交付使用时为止。 ( 2 ) 施工工期 施工工期一般是指单项工程或单位工程从开工到完工所经历的时间。施工工期是建 设工期的一部分。如单位工程施工工期，是指从正式开工到完成承包工程全部设计内容 并达到国家验收标准的全部有效天数。 ( 3 ) 最佳工期 在保证工程质量标准的前提下，工程进度计划的最佳工期，是使工程直接费和间接 费的总费用为最小值，即为最经济工期。随着工期的缩短，一般的情况是直接费增加而 间接费减少，反之，直接费会减少而间接费会增加。 2 2 2 风险 风险是项目实施过程中的不确定因素，风险在任何工程项目中都存在。风险的存在 会造成工期延长、成本增加等，最终导致工程经济效益的降低。现代工程项目的特点是 规模大、技术新颖、建设周期长、涉及单位多和环境复杂，在项目实施过程中风险无处 不在。为了准确预测未来的结果，需要根据工程的情况做出假设、期望、估计和预测。 而工程项目中，由于各方面都存在着不确定，很难给风险下一个明确的定义。 风险的一个可行定义可以这样描述：一个事件在不确定因素的影响下，使实际结果 和预期结果发生背离而导致利益损失的可能性和不确定性。 2 2 3 工期风险 工期风险是指工作持续时间的不确定性和整个项目工期的不确定性，即计划工期不 能如期实现的概率。工期风险的发生会造成成本增加、投资回收期延长等情况。大型工 程建设项目是在复杂的自然和社会环境中进行，是一个充满不确定性的过程，其不确定 性受其规模、技术复杂性等因素的影响，并且受时间、资源、环境的制约。由于项目实 1 3 第二章资源均衡和工期风险研究中的相关概念和方法 施环境的不确定性，往往造成工期的拖延和费用的超支，导致项目的经济效益降低。目 前，由于工期的风险性，我国工程项目建设领域经常出现“三超现象，即概算超估算、 预算超概算和决算超预算。 总体上来说，工期风险是指在计划的工期内不能完工所产生的损失。这里的风险有 两层含义：一是在计划工期内不能完工的可能性有多大；二是在计划工期内不能完工的 损失有多大。 工期风险r 的数学表达式为：r = r ( p ，s ) 式中：p 工期风险概率，即在计划的工期内不能完工的可能性。 s 工期风险损失，即在计划的工期内不能完工所带来的损失。 项目的工期风险概率只是指在计划工期内，项目的计算工期超过计划工期的概率。 用数学表达式为：p = p ( t i t o ) 式中：t 1 项目的计算工期， t o 项目的计划工期。 相应的，项目在计划工期内的完工概率为：p = p ( t i t o ) 。 2 3 资源分配方法 公路施工网络计划一般采用双代号网络图进行绘制。在网络计划的绘制中，假定各 个工作在公路施工中的先后顺序不变，根据各工作的工作持续时间对各个工作的时间参 数进行计算。在得到各个工作的时间参数后，假定各个工作都在其最早开始时间进行施 工，根据各个工作对资源的需求量来编制各种主要资源需要量动态曲线。通过观察，可 以发现各资源的需求量在时间上呈现出高低起伏不平的现象。 在公路工程项目施工中，从某种程度上看，单位时间内任何资源可供量都是有限的， 且任一工作对资源的需求量与工程量的大小和工作持续时间的长短有直接关系。因此， 在公路施工网络计划编制时需要根据工程量的大小确定出各个工作的工作持续时间，同 时在项目进行的任一时段，其所要消耗的资源量不能大于可提供的资源量。因此，在进 行资源合理的分配时，要充分考虑不同项目工作对同一资源的竞争需求，避免工作之间 发生对有限资源需求产生的冲突。 同时，由于在某一时段内有多种工作进行，必须考虑到如何将资源运用到各个工作 之中，如何分配何种资源给何种工作，在什么时间将资源分配到各个工作，以及分配资 源配给的数量等。 1 4 长安大学硕士学位论文 资源分配就是根据项目工作施工的需要和项目计划工期的要求，将各种项目资源分 配到项目的各个工作中，以完成项目工作，实现项目的目标。 2 3 1 传统工作持续时间的确定 在本课题的研究中，假定公路旌工中各个工作的先后次序是确定的，即各个工作之 间的逻辑关系是确定的。 在以往的研究中，经典p e r t 方法认为，项目各项工作的持续时间是一随机变量， 不能给出准确的数值，工作持续时间的不确定性可用b 分布或近似用正态分布描述。在 p e r t 网络中，先确定三个参数： ( 1 ) 乐观估计时间a ：它是在满足其技术、质量及环境等限制条件下完成某项工作 的最短时间； ( 2 ) 悲观估计时间b ：它是在各种不利的自然因素和风险的同时出现时完成某项工 作的最长时间； ( 3 ) 最可能估计时间m ：它是在正常条件下，完成某项工作的最有可能时间。 假设各项工作之间互相独立，则各工作持续时间的期望心和方差2 可以用以下公 式计算： 。：a + 4 m + b ( 2 1 ) 鳓2 i l 2 1 ) 盯；= 譬 ( 2 2 ) 在公路施工网络计划中，工作时间参数的确定及其可信度是整个项目进度计划、优 化及最终效果的主要影响因素。一般情况，估计出项目各个工作的持续时间是困难的。 工作持续时间可能受到天气、人员技术素质、设备先进水平、不同施工环境的影响，具 有很大的不确定性，这种非确定性使工作持续时间的估计变得错综复杂 2 9 1 。 2 3 2 理论工作持续时间的确定 对于承包人而言，确定各个工作的工作持续时间不仅需要考虑到各个工程具体的情 况，而且需要根据工程的工期以及本企业的实际管理水平等来确定出比较合理的各个工 作持续时间。本课题主要从以下几个方面来考虑： ( 1 ) 企业的时间定额和产量定额 对于投标人( 承包人) 而言，有一套根据本企业的施工技术力量、管理水平、施工 第二章资源均衡和工期风险研究中的相关概念和方法 装备等情况下编制的企业内部定额。在投标中，要以企业中的时间定额和产量定额为依 据来进行各个工作持续时间的确定【4 9 】。工作的持续时间的计算公式如下： ，沪盟：生 ( 2 3 ) 5 r q cr