大型工程網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用復雜性研究

李四福 諸克軍 王德銀

摘要：隨著現(xiàn)代工程項目日趨復雜，網(wǎng)絡計劃技術(shù)已成為大型工程項目管理必不可少的工具和手段。在分析比較傳統(tǒng)計劃方法與網(wǎng)絡計劃技術(shù)的基礎上，針對網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用過程中存在的問題，從三個方面討論了網(wǎng)絡計劃的關(guān)鍵技術(shù)及其應用復雜性，包括網(wǎng)絡圖繪制、網(wǎng)絡計劃優(yōu)化和工程信息化管理，有利于認清問題本質(zhì)，抓住問題關(guān)鍵，提高網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用水平。

關(guān)鍵詞：大型工程項目；網(wǎng)絡計劃圖；時間一資源優(yōu)化；工程信息化管理

中圖分類號：F204

文獻標識碼：A

文章編號：1671-0169(2010)05-0090-05

工程網(wǎng)絡計劃技術(shù)產(chǎn)生于20世紀中葉，是一種幫助人們分析工作活動規(guī)律，揭示任務內(nèi)在矛盾的科學方法，在縮短工期、降低成本和提高企業(yè)施工管理水平等方面效果顯著，已被許多國家公認為當前最為行之有效的管理方法。1965年華羅庚教授將其引入我國，至今已有近50年的歷史。我國在理論研究方面，經(jīng)過引進、跟蹤、積累和完善已取得了一些卓有成效的研究成果，在一些國家級的大型項目中得到了較好的應用，產(chǎn)生了良好的社會和經(jīng)濟效益。但在大量的地方建筑企業(yè)中的應用狀況卻并不十分理想，能夠切實用于指導施工實際的網(wǎng)絡計劃為數(shù)較少，整體研究開發(fā)和實際應用水平仍然較低；特別是應用的片面性現(xiàn)象比較嚴重，掩蓋了網(wǎng)絡計劃技術(shù)的本來面目，喪失了其應有的魅力和作用。

那么，是哪些因素制約了這種先進管理方法的推廣應用，如何把這一優(yōu)秀的計劃方法最優(yōu)化、最快捷、最方便地用于工程施工實踐，成為當前亟待解決的關(guān)鍵問題。為此，有必要從網(wǎng)絡計劃方法的本質(zhì)人手，探討其應用的關(guān)鍵技術(shù)及其復雜性。筆者針對網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用現(xiàn)狀，從技術(shù)視角著重分析了網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用的三個核心問題：網(wǎng)絡圖繪制、網(wǎng)絡計劃優(yōu)化和工程信息化管理，有利于認清問題本質(zhì)，抓住問題關(guān)鍵，提高網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用水平。

一、傳統(tǒng)橫道計劃方法與網(wǎng)絡計劃技術(shù)

(一)傳統(tǒng)橫道計劃方法的局限性

一項工作計劃不論其性質(zhì)和規(guī)模如何，在執(zhí)行過程中總會存在一些相互影響的因素，制訂計劃就是協(xié)調(diào)這些因素。對于一項簡單的工程項目，當工序簡單且為數(shù)不多時，由于它們之間的關(guān)系比較清楚，因此可把計劃歸納為幾條簡要的說明，一般采用的方法是橫道計劃法(甘特圖)。甘特圖因具有直觀、簡單、易繪、易懂等特點，所以長期以來人們習慣于采用它編制施工計劃和安排生產(chǎn)任務(如圖1所示)。

然而，這種圖解并沒有詳細說明不同工序之間的相互制約關(guān)系，不能直接進行定量分析和計算，不便于進度計劃的優(yōu)化和調(diào)整，更難以統(tǒng)籌安排眾多的工程項目以及年、季、月計劃。比如，需要排除某一事故或修改某項工序時，就無法知道這些工序的延誤對其他工序和整個工程任務的影響。其次，企業(yè)中人員眾多和專業(yè)不同，當工序增多和問題復雜時，計劃制訂人員和計劃執(zhí)行人員之間的溝通與交流會變得異常困難。第三，沒有表明生產(chǎn)成本對工期或工期對生產(chǎn)成本的影響，即無法事先了解最低費用的工期，也就無法在執(zhí)行計劃時對費用

可見，隨著科學技術(shù)的進步，工程項目的規(guī)模和復雜性持續(xù)增加，傳統(tǒng)的計劃方法由于其自身的局限性，無法滿足現(xiàn)代工程的復雜性管理需求，需要有一種新型的編制計劃的方法和計劃表達方式。

(二)網(wǎng)絡計劃技術(shù)的優(yōu)越性

網(wǎng)絡計劃技術(shù)的核心是提供了一種描述計劃任網(wǎng)絡計劃技術(shù)的出現(xiàn)，徹底克服了傳統(tǒng)橫道計劃方法(甘特圖)難以表達工序之間邏輯關(guān)系、不能直接進行定量分析和計算、不便于進度計劃的優(yōu)支出進行有效的監(jiān)督和控制。務中各項活動(工序)相互間邏輯關(guān)系的圖解模型(網(wǎng)絡圖)，通過網(wǎng)絡圖和相應的計算來反映整個項目的全貌(如圖2所示)?；c調(diào)整等方面的缺陷，成為現(xiàn)代項目進度計劃管理的核心技術(shù)。

利用網(wǎng)絡計劃的圖解模型和相關(guān)計算，可使整個項目及其各組成部分一目了然，使項目主管清楚地知道哪些是項目實施過程中的關(guān)鍵工作，哪些是非關(guān)鍵工作，有利于項目決策者憑此“向關(guān)鍵路線要工期，向非關(guān)鍵路線要資源”；有利于各部門圍繞一個明確的目標緊密配合，對偏離計劃軌道的行為及時進行整改，克服主觀隨意性、忙亂、窩工等現(xiàn)象，從而合理而有效地組織施工，達到以最少資源消耗來完成工程建設目標。

計劃評審技術(shù)(Program Evaluation and Re-view Technique，PERT)和關(guān)鍵路線法(CriticalPath Method，CPM)是兩種著名的網(wǎng)絡計劃方法。1957年，CPM方法使杜邦公司的維修停產(chǎn)的時間由過去的125小時降到74小時，一年就節(jié)約了100萬美元；1958年，杜邦公司利用CPM建造一所價值1000萬美元的化學工廠，確定的工期要比其他方法確定的工期縮短兩個月而不另外增加費用。1958年，美國海軍部使用PERT法，使制造北極星導彈的時間縮短了三年，節(jié)約了大量資金。20世紀60年代有42萬人參加，耗資400億美元的美國阿波羅載人登月計劃，就是利用PERT進行計劃、組織與管理的。正是網(wǎng)絡計劃技術(shù)在美國大型工程建設中的卓越成效，使之在較短時間內(nèi)得到廣泛的傳播和應用。加拿大、英國、法國、原西德、日本和原蘇聯(lián)等國相繼采用網(wǎng)絡計劃技術(shù)，應用于研究發(fā)展計劃、軍事演習、生產(chǎn)管理、建筑施工管理等，甚至用于戲劇演出、廣告宣傳等方面。

目前許多國家(包括我國在內(nèi))已明文規(guī)定，凡承包有關(guān)工程的單位，編制工程施工進度計劃應采用網(wǎng)絡計劃技術(shù)。1992年國家技術(shù)監(jiān)督局和國家建設部先后頒布了《網(wǎng)絡計劃技術(shù)》

(GB/T13400，192～GB/T13400，392)三個現(xiàn)行標準和《工程網(wǎng)絡計劃技術(shù)規(guī)程》(JGJ/T12199)行業(yè)標準，使我國工程網(wǎng)絡計劃技術(shù)在計劃的編制與控制管理的實際應用中有了一個可遵循的技術(shù)標準，保證了計劃的科學性，對提高工程項目的管理水平發(fā)揮了重大作用。

二、網(wǎng)絡計劃技術(shù)的復雜性分析

網(wǎng)絡計劃技術(shù)在解決大型復雜工程的計劃問題方面，與傳統(tǒng)計劃方法相比無疑具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢，但如何將這種技術(shù)優(yōu)勢在企業(yè)工程施工實踐中有效地發(fā)揮出來，限于我國許多企業(yè)的現(xiàn)有技術(shù)條件和管理基礎，網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用依然面臨諸多的挑戰(zhàn)。從技術(shù)角度來講，網(wǎng)絡圖繪制、網(wǎng)絡計劃優(yōu)化與工程信息化管理則是檢驗其應用水平的重要標志，也一直是國內(nèi)外學者長期以來研究的課題。

(一)網(wǎng)絡圖繪制問題

網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用的基礎是網(wǎng)絡圖，運用網(wǎng)絡計劃技術(shù)的關(guān)鍵也在于能否正確地繪制網(wǎng)絡圖以及繪圖的工作效率。網(wǎng)絡圖的種類雖然較多，但從網(wǎng)絡圖形的表達方式來說，主要分為單代號網(wǎng)絡圖和雙代號網(wǎng)絡圖。國外主要采用單代號網(wǎng)絡圖，而國內(nèi)普遍采用的是雙代號網(wǎng)絡圖。網(wǎng)絡圖繪制的復雜性主要表現(xiàn)在以下三個方面：

1.網(wǎng)絡圖形的不確定性及圖形結(jié)構(gòu)的隨意性。

在網(wǎng)絡圖的繪制過程中，除了要遵循網(wǎng)絡圖的繪制規(guī)則外，在何處增設虛工序以完整表達工序的先后邏輯關(guān)系也是構(gòu)造網(wǎng)絡圖時需要解決的問題。當工程規(guī)模較大、工序關(guān)系復雜時，由于網(wǎng)絡圖形的不確定性，如果直接用試探的辦法畫網(wǎng)絡圖，將會相當困難。由于圖形結(jié)構(gòu)的隨意性，如果網(wǎng)絡圖形的布點、連線考慮不周，很可能繪出來的就是一個蜘蛛網(wǎng)式的網(wǎng)絡圖，后續(xù)調(diào)整和修改將異常困難，有的甚至無法使用。

2.網(wǎng)絡時間參數(shù)計算的繁瑣性。時間參數(shù)的計算是網(wǎng)絡計劃調(diào)整和優(yōu)化的前提，計算時間參數(shù)的目的一是要確定關(guān)鍵線路，二是要確定非關(guān)鍵線路上的機動時間(或稱浮動時間、富裕時間)。由于需要計算的參數(shù)較多，涉及的時間參數(shù)包括最早開始時間、最遲開始時間、最晚結(jié)束時間、最早結(jié)束時間、總時差和自由時差等，加上計算過程比較繁瑣，人工計算容易出錯，而且哪一步出錯，都需要重新計算。

3.網(wǎng)絡圖需要頻繁調(diào)整以適應外部環(huán)境的變化。隨著工程進度的推進，資源、費用的變化，在工程實施過程中計劃變更時常發(fā)生，使得原已繪制好的網(wǎng)絡圖需要頻繁調(diào)整。在沒有計算機或計算機支撐力度不夠的應用環(huán)境下，限于人工的計算能力和繪圖速度，網(wǎng)絡圖繪制的工作效率是制約網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用的主要障礙之一。

由于現(xiàn)有國內(nèi)外軟件在實現(xiàn)網(wǎng)絡圖自動繪制方面還存在諸多缺陷，加上網(wǎng)絡圖人工繪制過程的復雜性，就不難發(fā)現(xiàn)許多工程項目的網(wǎng)絡計劃應用，有的僅僅是迫于招標文件的要求所致，從頭到尾就只有一張網(wǎng)絡計劃圖的原因。

(二)網(wǎng)絡計劃優(yōu)化問題

未經(jīng)優(yōu)化的網(wǎng)絡計劃只是為工程的進度安排提供了一個基礎模型，只是根據(jù)各項工作既定施工方案及預估的持續(xù)時間正確反映邏輯關(guān)系的一個初始方案，它可能還存在著潛在的、尚未解決的矛盾和缺點。譬如在時間上可能超過決策者規(guī)定的時間期限，在資源上出現(xiàn)供需不均衡的矛盾等。因此，編制好的初始網(wǎng)絡計劃在付諸實施之前都要經(jīng)過優(yōu)化。然而，網(wǎng)絡計劃優(yōu)化同樣是網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用中最核心和最復雜的問題之一，主要表現(xiàn)在以下三個方面：

1.優(yōu)化指標之間的制約性。工程項目是一個多目標的復雜系統(tǒng)，追求一種短工期、低成本、高質(zhì)量的理想目標顯然是不現(xiàn)實的。網(wǎng)絡計劃多目標優(yōu)化的矛盾性、不可公度性，以及決策者的偏好性和工程追求目標的不同性，如何做到合理兼顧、保證重點就顯得非常關(guān)鍵。譬如工期的壓縮往往會引起成本的提高和質(zhì)量的下降，這種情況主要考慮工期目標，而兼顧成本和質(zhì)量。一個質(zhì)量目標要求很高的項目，在工期與成本上很難達到最優(yōu)，此時應主要考慮質(zhì)量目標，而兼顧工期與成本。對于投資額受限制的項目，應在考慮投資目標實現(xiàn)的前提下，優(yōu)化質(zhì)量與工期。

2.優(yōu)化方法的多樣性。根據(jù)優(yōu)化目標的不同(工期、費用、資源)，目前存在著各種優(yōu)化理論和方法。典型的有0-1規(guī)劃、整數(shù)規(guī)劃法、分枝定界法、動態(tài)規(guī)劃法等數(shù)學規(guī)劃算法。這些方法大都集中于應用運籌學原理建立數(shù)學模型，提出計算方法。這對于小型網(wǎng)絡是適用的，但當網(wǎng)絡計劃中工作數(shù)目很多，且具有較多的決策節(jié)點時，約束方程和約束變量就會驟增，給問題的求解帶來較大的困難。為解決傳統(tǒng)方法的缺陷，一些學者將模糊理論引入決策網(wǎng)絡計劃中，有的還運用了模擬退火、遺傳算法、粒子群算法、蟻群算法等人工智能算法，為解決網(wǎng)絡計劃的綜合優(yōu)化開辟了新的途徑。

3.模型構(gòu)建與求解的復雜性。隨著各種方法的提出，計算的結(jié)果越來越精確了，可靠性也較高，但是從理論上和數(shù)值計算的觀點看，方法的復雜性卻大大增加了。由于復雜的數(shù)學模型，繁瑣的求解過程，巨大的計算工作量，對工程管理者的數(shù)學和計算能力都提出了較高的要求。

正因為如此，在現(xiàn)實工程管理實踐中，很少企業(yè)利用網(wǎng)絡計劃技術(shù)進行工期優(yōu)化、費用控制和資源合理配置等工作。

(三)工程信息化管理問題

工程項目信息化管理，是適應近年來工程項目日趨擴大，技術(shù)日趨復雜，對工程質(zhì)量、工期、費用的控制日益嚴格的客觀需要，然而，由于種種原因，工程項目信息化管理仍亟待提高。

1.數(shù)據(jù)管理基礎。目前許多企業(yè)還延續(xù)著傳統(tǒng)的手工管理模式，對于龐大的工程數(shù)據(jù)，缺少統(tǒng)一組織的數(shù)據(jù)管理。數(shù)據(jù)管理基礎薄弱，導致數(shù)據(jù)的不一致性，數(shù)據(jù)質(zhì)量難以有效控制，數(shù)據(jù)共享和關(guān)聯(lián)程度不夠。

2.應用范圍。目前工程信息化管理主要集中在項目施工的前期，如招投標、施工組織設計。而在施工過程中的進度、質(zhì)量、成本控制方面的應用較少，項目施工管理仍然主要靠管理人員的經(jīng)驗和處理能力。

3.快速反應能力。當計劃實施過程中因環(huán)境干擾或者內(nèi)部意外變動時，由于缺乏有效的分析手段，導致計劃實施過程中相關(guān)部門之間溝通、協(xié)調(diào)和決策困難，組織管理措施上的快速反應能力下降，從而影響工程計劃進度。

4.軟件系統(tǒng)功能。由于國內(nèi)外企業(yè)的管理模式不同，信息化程度不同，使用習慣不同，國外軟件“水土不服”，國內(nèi)軟件“功能不全、自動化程度不高”的現(xiàn)象依然存在。

三、結(jié)語

網(wǎng)絡計劃技術(shù)通過對網(wǎng)絡的分析，找出關(guān)鍵工序、非關(guān)鍵工序和最短的計劃工期，然后根據(jù)需要進行必要的調(diào)整和優(yōu)化，以求人、財、物等資源在需要和可能之間不斷加以協(xié)調(diào)和均衡，成為大型工程進度計劃管理的有效方法。在工程施工實踐中要有效地發(fā)揮這種技術(shù)優(yōu)勢，就必須清楚地認識到它的應用復雜性以及各種不確定性因素的影響，為推廣應用網(wǎng)絡計劃技術(shù)創(chuàng)造良好的應用環(huán)境。

通過上述分析可以看出，網(wǎng)絡計劃技術(shù)的應用需要一種緊貼實際的信息系統(tǒng)來支撐。也就是說，只有實現(xiàn)了從施工任務書到網(wǎng)絡計劃的制定及優(yōu)化、再到網(wǎng)絡圖的自動繪制等全過程的計算機化，網(wǎng)絡計劃技術(shù)的優(yōu)越性才能有效地發(fā)揮。中國地質(zhì)大學(武漢)與平頂山天安煤業(yè)股份公司采用產(chǎn)學研多單位聯(lián)合開發(fā)模式，研究完成的煤礦重點工程一體化的網(wǎng)絡計劃集成應用系統(tǒng)，集工程數(shù)據(jù)管理、網(wǎng)絡圖智能繪圖、時間一資源優(yōu)化、工程信息查詢與進度控制等功能于一體，在解決制約網(wǎng)絡計劃技術(shù)應用的關(guān)鍵技術(shù)方面做了有益的嘗試并取得良好的應用效果，限于篇幅，另文再表。

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