基于關鍵鏈的公路項目施工進度柔性管理

陳 赟， 郭彥麗

(長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410014)

項目管理的目標是在有限的資源標注條件下，保證項目時間、質(zhì)量和成本達到最優(yōu)化。在市場經(jīng)濟條件下，項目的時間目標處在尤為突出的地位。1997年，高德拉特博士首先提出了約束理論以及在項目管理中的應用方法——關鍵鏈(Critical Chain，CC)，并將其定義為：“決定項目最早完工時間的有序活動所組成的鏈路”。把關鍵鏈網(wǎng)絡化并用于項目進度規(guī)劃決策的技術，隨之，關鍵鏈便被廣泛的應用，并得到了高度認可。Intel在愛爾蘭興建一家昂貴的工廠，項目未到一半，工程進度和所余撥款就已經(jīng)出現(xiàn)危機，運用關鍵鏈管理后，項目不僅如期完成，且沒有超支。福特汽車電子部也在多個國家廣泛運用關鍵鏈項目管理。本文擬在以前項目進度管理的基礎上，將關鍵鏈技術應用于公路項目施工進度管理。

一、公路項目施工進度管理內(nèi)涵及柔性管理的優(yōu)勢

(一)關鍵鏈及柔性管理理論的內(nèi)涵

關鍵鏈植根于約束理論(TOC)。TOC思想在項目管理中的應用就是關鍵鏈項目管理CCPM(Critical Chain Project Management)，認為一個項目的成功關鍵在于項目中的關鍵鏈條的強度(也就是瓶頸)。瓶頸資源的利用率越高，項目進度就越快。關鍵鏈管理考慮了時間和資源的雙重約束，認為在一個項目中不能忽視資源的制約，特別是一些關鍵的資源[1,2]。

柔性管理是伴隨著社會的進步、人類文明的發(fā)展而產(chǎn)生的。柔性管理的基本含義是：以對人的管理為核心，重視感情和技術投資，塑造管理文化，采用靈活多樣的管理方法與手段，建立富有彈性、機動靈活的組織系統(tǒng)，以適應復雜多變的外界環(huán)境；不斷在原有技術的基礎上進行趕緊，并應用到管理中，以追求在一種動態(tài)和諧中靈敏地實現(xiàn)全方位優(yōu)質(zhì)的管理目標。柔性管理的特征主要表現(xiàn)在其內(nèi)在的驅(qū)動性、影響的持久性以及激勵的高效性。柔性管理的最大特點主要在于不是依靠外在的權利影響力(如上級的發(fā)號施令)，而是依靠人性解放、權力平等、民主管理，依賴于員工內(nèi)在的心理過程，從內(nèi)心深處來激發(fā)每個員工的內(nèi)在潛力、主動性和創(chuàng)造精神。

筆者將關鍵鏈技術和柔性管理理論相結(jié)合，應用于公路項目施工進度管理，打破以往那種常見的計劃式管理，代之以機動靈活的策略路線。

(二)公路項目施工特點

公路項目由于采用較高的線性標準與完善的交通安全與服務設施，從行車條件和技術為行車提供更為可靠的保證。公路項目施工具有如下特征：①投資大。在公路項目建設過程中需要消耗大量的人工、材料，機械設備，占用大面積的土地，需要投入大量的資金。②建設周期長。公路項目施工包括路基、路面、橋梁、隧道、交通設施等，生產(chǎn)周期長。③協(xié)作性高。公路項目建設生產(chǎn)類型多，施工環(huán)節(jié)多，生產(chǎn)程序復雜。每項工程都需要建設、設計、施工、監(jiān)理等單位密切配合，需要材料、動力、運輸?shù)雀鞑块T通力協(xié)作[3]。④流動性大。公路項目建設點多面廣，工程分布極為分散，其構(gòu)造物在建造過程中和建成后都無法移動，因而要科學地解決這種空間上的布置和時間上的安排兩者之間的矛盾。⑤受外界因素影響大。公路項目的建設是社會性的，受自然因素和沿線部分居民的情緒影響很大，某種程度上會對工期和工程質(zhì)量產(chǎn)生影響。

(三)基于關鍵鏈的公路項目施工進度柔性管理的優(yōu)勢

通過對關鍵鏈技術和柔性管理理論的研究，以及對公路項目施工特點進行分析，筆者認為，公路項目施工進度柔性管理，就是指在限定的工期內(nèi)，遵循“以人文本”的管理原則，如通過合理調(diào)節(jié)工作時間、改革調(diào)度計劃等措施，擬定出合理且經(jīng)濟的進度計劃，在執(zhí)行該計劃的過程中，經(jīng)常檢查實際進度是否按計劃要求進行，若出現(xiàn)偏差，便及時找出原因，在保證員工積極性的前提下，采取必要的補救措施或調(diào)整、修改原計劃，直至竣工。

公路項目施工進度柔性管理的特征主要體現(xiàn)在管理的人性化和靈活性。公路項目施工進度柔性管理是“以人為本”的企業(yè)管理在施工進度中的運用，主張尊重人、愛護人、理解人、關心人，這樣充分考慮了施工過程中對團隊協(xié)作性的高要求；同時，公路項目施工進度柔性管理除了以往管理中固定化、模式化、一律化的靜態(tài)硬性控制措施，改用一種靈活的動態(tài)柔性管理機制，強調(diào)管理方式上的快捷多變。這種快捷靈活性主要體現(xiàn)在三個方面：第一、系統(tǒng)的快捷應變能力，著重于施工進度管理信息的及時收集整理與作出相關決策和迅速執(zhí)行；第二、組織的快捷應變能力，著重于對施工過程中自然因素和沿線部分居民的情緒而采取的快速應變拉動能力；第三、個人的快捷應變能力，針對于施工流動性大的特點，員工在自我學習、自我發(fā)展、自我管理中要有對工作變換迅速適應的綜合素質(zhì)。

基于關鍵鏈的公路項目施工進度柔性管理的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.施工安全時間的合理利用。

關鍵鏈管理方法以50%可能完成時間作為工作的估計執(zhí)行時間，通過關鍵鏈和緩沖區(qū)這兩個概念和手段，從全局出發(fā)考慮和處理整個公路項目的不確定性問題。使用關鍵鏈技術，使其中每道工序的時間被縮短了，那些被節(jié)省下來的施工安全時間作為緩沖時間進行管理，以監(jiān)控緩沖時間的消耗量來控制工程的進度。有利于減少工期的延期。

2.考慮到資源的約束。

針對公路項目施工中資源沖突問題，關鍵鏈柔性管理方法采用關鍵鏈代替關鍵路徑。關鍵鏈是在綜合考慮工作間邏輯關系和資源約束情況下計算出來的制約整個項目工期的一個工作序列，可以看作是考慮了資源約束的最長活動鏈。關鍵鏈技術的施工進度管理方法，不僅考慮公路項目中各任務的邏輯關系，也充分考慮項目中現(xiàn)實存在的資源約束，編制的項目計劃能夠在動態(tài)環(huán)境下的順利執(zhí)行。

3.引入緩沖機制。

針對公路項目施工過程中某些工作的拖期現(xiàn)象，關鍵鏈柔性管理的處理方法是盡量不重新調(diào)度。因為計劃編制時就考慮到項目執(zhí)行過程中出現(xiàn)不確定因素的可能性，通過資源緩沖器來消除不確定因素對公路項目調(diào)度計劃的影響。從而保證資源及時到位，確保工序按時開始，并最終保證項目的如期完成。

二、公路項目施工進度延遲的影響因素分析

(一)工期估計過長

任務工期的分布是個隨機變量，它是一個非對稱的概率分布(如圖1)。我們可以看出，項目的保證率越高，工期就越長。在進行進度安排時，工序負責人為了確保自己擬定的計劃能按期完成，一般采用低風險的估計，將安全因子包括在每個任務工期的估計上，從而大大延長了整個項目工期。

圖1 項目管理中的時間分布圖

(二)任務提前完成節(jié)省的時間沒有被有效利用

在項目實施中，實際上會有一些任務是提前完成的。但往往并沒有因為這些任務提早完成而受益。即使一道任務提前完成了，通常由于資源的因素下一道任務也很難開始。在大多數(shù)情況下對提前完工沒有獎勵。如果按照計時合同，提早完成意味著收入的減少。對個人來說，如果提早完成任務，他們就承擔更多的工作。這種機制使得項目人員不愿意提早完成，而拖延時間則很容易發(fā)生[4]。

(三)公路施工資源安排弊端

在項目實施階段由于前松后緊或是別的原因，會造成多公路項目并行或是同一施工項目使用同一資源。為了保證工期，各分項目負責人均將自己負責的工序看成最重要的，時間是最緊迫的，但是由于資源的優(yōu)先順序不清楚，資源競爭極為激烈。為了向各部門或上司交差，不得不輪流進行各項工作，結(jié)果使得每項工作都延期。

(四)公路施工項目多任務分配問題

多重任務分配在當今項目管理中是非常普遍的情況，尤其是多項目環(huán)境條件下。一個部門涉及到許多任務，為了照顧到公路施工過程中每一個環(huán)節(jié)，這時每一個施工環(huán)節(jié)由過去的10天變成20天[5]。如圖2所示。

圖2 多任務的影響

三、基于關鍵鏈的公路項目施工進度柔性管理模型的構(gòu)建

在實踐中，通過一些信息反饋，可以進行有效的監(jiān)測、控制和調(diào)整進度計劃，以保證項目按預定的目標實現(xiàn)。關鍵鏈法采取的措施如下：

1.削減安全因子。

為使項目按時完成，工期的估計是非常重要的，關鍵鏈法主張在概率統(tǒng)計的基礎上使用下面的方法：

(1)確定實現(xiàn)概率為80%的工期(F)

(2)確定實現(xiàn)概率為50%的工期(L=F/2)

首先以F工期的一半初步確定初始L，并以此工期征求任務負責人的意見，反復進行，直到確定一個合適的L值，以“經(jīng)努力才能達到”作為L值的度。

2.資源分配應注意以下情況。

確定任務的優(yōu)先級，根據(jù)優(yōu)先級消除項目內(nèi)資源競爭[6]?；谒_定的估計工期，排定網(wǎng)絡圖，并對各任務分配資源，如圖3。

圖3 資源沖突示意圖

上述資源分配圖中，D資源存在競爭。為了解除資源競爭，必須確定工序的優(yōu)先級，假設在關鍵路徑上的工序優(yōu)先，則將兩個任務并行執(zhí)行如圖4，即可消除資源D的競爭。

3.多項目同期作業(yè)的處理。

因為現(xiàn)實中，同一資源普遍不只承擔一個公路項目，可能要同時承擔多個項目，各項目間存在資源競爭時，即使采用上述的資源競爭的消除辦法時，也會存在相當多的問題。即在各個任務之間的工作差別很大或相關性較少的情況下，較高頻率的角色轉(zhuǎn)換不僅易出錯，更會降低工作效率。因此在多個任務間進行作業(yè)時，交替作業(yè)的頻率應盡量少，不可避免時，應設定資源緩沖器(SB)[7]。資源緩沖器實質(zhì)是進入下一個任務的適應期，資源緩沖器的大小因人因情況而定。具體如圖5所示。在項目A優(yōu)先的情況下設置資源緩沖區(qū)后情況如圖6所示。

圖4 沖突解決圖

圖5 多項目資源競爭

圖6 多項目資源緩沖區(qū)的設置

4.識別關鍵路徑，設定緩沖器。

關鍵鏈項目管理方法不主張在各工序工期中加入安全時間，各個工序的工期是在盡可能努力的條件下完成工期所需要的時間，因此各個工序在工期內(nèi)完成與延期完成的概率均為50%。

(1)設置項目緩沖區(qū)PB。關鍵鏈技術的計算方法是先求得項目的關鍵鏈工序。再把每一工序縮減一半，緩沖區(qū)的大小等于縮減后的工序時間和的一半。

(2)設置供應緩沖區(qū)FB。在實際的項目中，大部分影響關鍵路線的問題并不發(fā)生在CC(Critical Chain關鍵鏈)上，而是發(fā)生在供應路線上。解決辦法是在供應路線和CC交匯處引入一個供應緩沖區(qū)(FB)。

5.進度控制。

緩沖區(qū)設置的目的是通過緩沖區(qū)變化來對項目進行動態(tài)控制。我們引入安全標志N來實現(xiàn)這個控制，用紅黃綠三色代表由高到底的風險程度。

N=(M/PB)/(CCT1/CCT2)

式中：M=實際工作時間之和-工序估計時間之和；CCT1表示目前完成工序的估計時間和；CCT2表示總的關鍵鏈上的工序估計時間和。設B1表示原來緩沖區(qū)的大小，B2表示現(xiàn)在緩沖區(qū)的大小，那么可以進行以下控制。

(1)當M

(2)當M>O，B2=B1-M，緩沖區(qū)減少。但是進度風險不僅與緩沖區(qū)的變化有關，而且還與所完成的工作量有關，因此還要考慮N的三種情況：

①當N<1時，為綠色;

②當N=1時，為黃色。

③當N>1時，為紅色，就需要調(diào)整工序或改進工作方法。

圖7 緩沖區(qū)管理方法

四、實例分析

(一)實例簡介

新嘉二級公路是湖南省永州市新田縣至郴州市嘉禾縣的高等級公路，公路全程47.9 km。為了便于分析，本文選用了該工程的第四合同段進行實例應用。本合同段起迄里程為K26+000～K28+000，全長2.0 km。主要工程項目有路基土石方、橋梁工程、涵洞工程、交叉工程。資源約束人數(shù)為100人。

本標段的施工進度及人員總體安排如表1所示。

(二)關鍵鏈柔性管理在本實例的應用

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得到該工程的施工進度網(wǎng)絡圖如下：

表1 進度計劃表

圖8 施工進度網(wǎng)絡圖

(1)計算T1和T2。其中T1是在無資源約束下的關鍵路徑的時間。關鍵路徑為A→B→C→K→L，T1=30+20+229+30+30=339d。T2是在資源約束下關鍵鏈工序所用的時間，用啟發(fā)式算法得到T2=30+20+225+150+30+30=485d，得到關鍵鏈的為：A→B→D→E→K→L，α=Tl/T2=339/485≈0.7。如圖9所示。

(2)把關鍵鏈上的工序時間削減，計算改進后的關鍵鏈為：A→B→C→E→K→L，如圖10所示。

圖9 計算了關鍵鏈的工序圖

圖10 調(diào)整關鍵鏈后的工序圖

表2 ηi和ΔTi一覽表

則：PB=0.8×0+0.7×0+0.5×0+0.4×4+0.6×4+0.7×4≈7d。

FB設置原則要反映非關鍵鏈上工序的進度狀況，它的大小應受關鍵鏈與之并行的工序總時間的限制。即：

FB≤CCT-NCCT

其中，CCT是關鍵鏈上工序的時間；NCCT是與之并行的非關鍵鏈上工序的時間和。這里，F(xiàn)B≤229-225=4d比較合理。如圖11所示。

圖11 設置了FB,PB的工序圖

(4)在關鍵鏈上建立RB，由于關鍵鏈的RB的時間不能是無限大的，在一個工期限制。我們在這里的約束為：

(5)進行進度控制。在本工程中，工序C完成時進度發(fā)生變化時間比計劃延長4天，則：M=4，PB=7；CCT1=30+20+229=279d，CCT2=30+20+229+4+7=290d

M>0，計算N=(4/7)/(279/290)≈0.594，N<1，緩沖區(qū)為綠色，不用調(diào)整進度計劃。

五、結(jié)語

本文在系統(tǒng)分析傳統(tǒng)的項目進度管理方法缺陷的基礎上，使用關鍵鏈技術來進行公路項目施工進度柔性管理。以彌補傳統(tǒng)進度管理方法的不足，提高公路項目進度計劃的有效性和穩(wěn)定性。在實例分析中解決了關鍵鏈在公路項目施工進度管理中的具體問題。

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