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关键链法在项目进度规划中的应用研究

时间：2023-04-12 15:58:00 下载该word文档

关键链法在项目进度规划中的应用研究查京民;王波【摘要】进度管理是工程管理的一个重要方面。为解决施工过程中由工序混乱、窝工等因素造成的进度拖延，在PERT三点估计的基础上，对关键链法在项目进度管理中的应用进行建模。从工序内部和外部因素分析各工序的不确定性，基于PERT三点估计对关键链缓冲区设置方法进行了改进，使其更加合理实用。并通过MonteCarlo模拟将该方法与改进PERT法进行对比分析，证明该方法能够有效地控制项目进度，确保在要求的工期内有较高的完工概率，验证了该方法的可行性和有效性。%Schedulemanagementisanimportantaspectofconstructionmanagement.Inordertoovercomethedisadvantagesofprocesschaos,slowworkofthelaborandsoon,amodeloftheapplicationincriticalchainofprojectscheduleisestablishedbasedonPERT.Byanalyzingtheuncertaintyofprocessfromboththeexternalandtheinternal,progressismadeinsettingbufferquantitiestomakeitmorepractical.Finally,itcomparestheeffectofthetwoschedulingmodelsbytheMonteCarlosimulation,whichprovesthatthecriticalchainmethodcancontrolprojectscheduleeffectivelyandensurehigherprobabilityincompletion,andindicatesitsfeasibilityandeffectiveness.【期刊名称】《工程管理学报》【年(卷,期】2014(000005【总页数】5页(P73-77
【关键词】项目进度管理;PERT;关键链法;缓冲区【作者】查京民;王波【作者单位】天津大学管理与经济学部，天津300072;天津大学管理与经济学部，天津300072【正文语种】中文【中图分类】TU722进度管理是项目管理的一个重要方面，是评估工程管理水平不可或缺的指标，合理的进度规划能够确保项目按期完工，甚至提前完工。针对施工过程中由工序混乱、窝工等因素造成的进度拖延问题，国内外学者开展了大量的研究。从20世纪50年代起，人们就试用网络方法来编制进度计划，用网络图来代替传统的进度计划方法，其中最著名的是“关键路径法（CPM）”和“计划评审技术（PERT）”。网络计划方法一般由两个阶段组成：初始计划阶段和计划方案优化调整阶段。初始计划阶段考虑了工序间的逻辑关系，在此基础上确定关键工序，拟定初始计划方案；计划方案优化调整阶段综合考虑资源、成本、时间等目标，对初始方案进行优化，直到得出满意的进度计划。网络计划方法清晰地表达了工序间的逻辑关系，将工序分为了关键工序和非关键工序，能够使进度计划工作全面安排，并能指示在执行过程中对全局有重大影响的关键所在，有助于项目各参与方合理而高效地组织施工。上世纪末，Goldratt[1]首先提出关键链项目管理方法（CriticalChainManagement，CCM），该法将约束理论（TheoryofConstraints，TOC）应用于项目工期管理中。HermanSteyn[2]提出设置项目缓冲区来化解不确定因素带来的风险，保证项目按期完工。HerroelenW[3]基于对关键链优缺点的详细分
析，提出关键链对资金、资源等对项目工期造成的影响考虑不周全。蔡晨等[4]分析了计划评审技术在项目应用中的缺陷，结合约束理论提出了一种利用三点估计进行项目进度计划的管理方法。马国丰等[5]围绕“项目必须遵守整体优化而非局部优化”这一思想，阐述了项目进度的制约因素，并提出主要针对关键路线上所需的人、财、物资源进行优化处理。单汨源[6]在设置缓冲区的过程中引入了位置权数和弹性系数，建立了一种新的确定缓冲区的方案。赵之友[7]在确定缓冲区时，综合考虑了项目资源紧张度、项目复杂度以及管理者对风险的喜好。万伟等[8]在单资源约束下，以约束理论为中心思想，提出了一个关键链管理的方法。李俊亭等[9]指出资源约束调度问题优化求解的主要过程是活动的后向安排，并提出了相应的启发式优先调度规则。别黎等[10]基于项目执行过程中不断变化的环境，提出了监控缓冲区的动态方法，以便让项目管理人员针对具体情况决定是否采取措施，保证项目如期完工。朱建信[11]在建立的关键链项目进度计划的仿真模型中假设工序持续时间服从三角分布，参数值的最小值和中间值为工序最乐观值，最大值为工序最可能值。本文结合PERT中的三点估计，对关键链在进度管理中的应用进行建模，并对缓冲区的设置提出了改进的思路和方法，证明了有效的控制缓冲区相比网络计划方法可以缩短工期，使项目有更高的完工保证率。1.1关键链法的中心思想关键链法是约束理论在项目管理界的具体运用及发展。关键链法充分考虑资源的重要性，在考虑工序逻辑关系的同时将资源约束摆到了同等重要的位置上。在此基础上确定瓶颈资源，并对相关工序按照某种优先准则进行排序，合理分配资源，提高进度计划的可行性。关键链法主张用50%的最可能完工概率估算工序的持续时间，这样就消减了大量的安全时间，给项目执行者形成心理紧迫感，促使他们以积极的心态高效地工作，
有效避免帕金森定律和“学生综合症”带来的人为拖延[2]。关键链法在线路的末尾设置缓冲区，吸收不确定因素带来的影响，进而降低风险，保证项目的顺利进行。缓冲包括项目缓冲（ProjectBuffer）、汇入缓冲（FeedingBuffer）和资源缓冲（ResourceBuffer）。项目缓冲设置在关键链的尾端，主要是吸收关键链工序在执行过程中的不确定性带来的工期延误，确保项目按时完成。汇入缓冲设置在非关键链与关键链的连接处，主要是用来吸收非关键链上工序的不确定性，保证不影响其后关键链上工序的执行。资源缓冲不同于前两种缓冲，它不是一种时间缓冲，只起警示作用，因而不会影响项目的工期。资源缓冲通常设置在关键链上工序的前面，通过预告机制，即在工序开始前7天、前3天、前1天发出提醒，确保工序开始时所需的资源已经准备就绪。1.2基于PERT三点估计的关键链建模关键链是基于网络计划方法发展的，因而，也要基于网络计划方法——网络图和关键路径来建模。步骤如下：（1）依据PERT制定网络计划，每项活动历时用β分布作为分布函数，其中任意一项活动i的历时数学期望可以近似按照三点估计方法计算，即式中，a为工期完成的最乐观时间；m为工期完成的最可能时间；b为工期完成的最悲观时间。以此计算项目期望工期，寻找期望工期下的关键路径。（2）为了使项目执行者有紧迫感，提高劳动效率，将最乐观时间作为工序的持续时间，并在路线的末尾设置缓冲区，以此来吸收工序中的不确定因素[5]。（3）对存在资源冲突的工序进行优化配置，调整争夺资源工序的开始时间，合理地分配瓶颈资源，确定关键链。但是如何调整才能最有利于项目工期目标的实现，解决这个问题的核心思路是解决资源约束项目的调度问题，一般通过启发式算法来寻找满意解[12]。（4）计算缓冲量的大小。缓冲量时间估计太长，会延长项目工期，失去竞争力；
时间估计太短，则会带来延期完工的风险。评估缓冲量估计方法的优劣可以依据两个标准：项目完工时间和项目在计划工期内完工概率的高低。目前，经常被人们使用的缓冲区设置方法有剪贴法（CutAndPasteMethod）和根方差法（RootSquareErrorMethod）。剪贴法即50%法，它是将安全时间的1/2作为缓冲量[2]。该方法简单易操作，但是没能体现出工序间的差异，它和工序的持续时间呈线性关系，不具有实用价值。根方差法以工序安全时间的1/2作为工序持续时间的标准差，并以2倍的线路工序上标准差作为线路的缓冲量。此法体现了中心极限定理的思想，避免了缓冲量过短或过长的现象发生。（5）缓冲区的设置在项目执行过程中起警示作用。当项目的工期受到不确定因素或者突发状况的影响时，缓冲区就可能会被占用，表明项目有延期的可能性，因而项目管理人员需要密切监控缓冲区。项目管理人员要根据完工程度和缓冲区占用量的大小来评价项目目标顺利完成的概率，决定是否采取相应措施，保证项目如期完工。2.1新方法涉及到的外部因素参数某工序的紧前工序越多，距线路开端的时间越长，受其他作业的影响越大，因此延迟的可能性也越大，所以新方法在设置项目缓冲区时考虑了作业复杂度s，公式如下：式中，np为工序i所在线路上作业的紧前工序个数；nq为工序i所在线路上的工序总数；tp为工序i从线路开端直至工序i的开始所持续的时间；tq为工序i所在线路上的总持续时间。2.2新方法涉及到的内部因素参数工序本身的不确定性主要受其完工可行性以及资源、环境等因素的影响。（1）工序完工弹性系数f——用来度量工序完工时间的风险，它是依据PERT三点估计中的a，m，b之间的关系来确定的，公式如下：式中，a为工期完成的最乐观时间；m为工期完成的最可能时间；b为工期完成的
最悲观时间。（2）工序重要性系数z——不同工序对整个项目工期的影响程度不同，因而对缓冲区设置起到的作用也不同，而传统的网络计划方法在确定关键路径时没有从主观方面考虑工序间的差异。为了使缓冲区的设置更接近实际，需设定一个参数即工序重要性系数z，其范围为（0，1]。z越大，表示该工序越重要，对项目工期的影响也越大，反之则越小。由于出现在线路上的工序是不可或缺的，其重要性系数都大于0，因而系数范围为左开右闭区间。如表1所示。每个工程的实际情况不同，因而影响其重要性的因素也不尽相同。本文将影响工序的重要性因素归纳为3个方面：一是人、财、物资源的供应会影响工序的开工时间，进而影响项目的进度。工序所需的资源越多，越难获取，该工序的重要性系数越大；二是气象条件等环境因素会对工序的进行产生重要的影响。如混凝土浇筑工作，当气温低时，水泥水化速度减慢，养护时间必须延长。工序执行需要的外部环境条件越苛刻，该工序的重要性系数越大；三是工艺方法的复杂程度会决定工序的执行是否顺利，工艺越复杂，工序的持续时间越长。如混凝土浇筑作业，在每个施工段内必须连续浇筑，否则会出现冷缝，造成严重的质量问题，还可能造成工程返工，影响项目的进度。在实际工程中，经验丰富且直接参与项目实施过程的工程技术人员是最权威的专家，他们可以依据上述因素，并结合工程具体情况进行工序重要性的判断，给出相应的工序重要性系数z。2.3新方法的主要步骤新方法的主要步骤如下：（1）工序持续时间采用PERT三点估计中的最乐观时间a，在网络计划法的基础上确定关键路径。（2）确定3个系数s、f、