基于系統(tǒng)動力學(xué)的建設(shè)工程項(xiàng)目工期控制研究

崔文文+胡棟森+李凱+康真銀

合理的工期控制是一個項(xiàng)目是否成功的標(biāo)志之一，合理的工期控制還要做到經(jīng)濟(jì)上合理，時間上可行。建設(shè)項(xiàng)目中，實(shí)際進(jìn)度落后計(jì)劃進(jìn)度的情況經(jīng)常發(fā)生，當(dāng)這種情況發(fā)生時要怎樣處理進(jìn)度、質(zhì)量、成本、資源等之間的關(guān)系非常重要。為此，筆者運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)建立了工期壓力下建設(shè)性項(xiàng)目系統(tǒng)動力學(xué)模型，并且運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)軟件進(jìn)行模擬，為項(xiàng)目工期控制提供相應(yīng)支持。

引言

建設(shè)項(xiàng)目的順利執(zhí)行，離不開合理的工期。本文的“工期壓力”就是指在工程施工中實(shí)際工期落后與計(jì)劃工期時的情況。目前， 對項(xiàng)目的工期進(jìn)行控制的研究文獻(xiàn)主要有：Pierre等（2004）將模糊數(shù)學(xué)運(yùn)用于項(xiàng)目的工期控制，將項(xiàng)目的不確定性進(jìn)行模糊化，對工期的控制很有指導(dǎo)意義。M I e h a e l等（1999）將對工期延誤進(jìn)行分析， 主要運(yùn)用了進(jìn)度焦點(diǎn)跟蹤分析方法確定工程工期延誤的影響因素，對工期索賠管理提供了相關(guān)依據(jù)。李文華等（1999）運(yùn)用人工神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)對工期進(jìn)行合理的預(yù)測，對工期預(yù)測產(chǎn)生很大影響。譚沛宗（2009）將項(xiàng)目工期作為進(jìn)度的一個指標(biāo)，通過多進(jìn)度的控制來間接的對項(xiàng)目工期進(jìn)行合理控制。陳朝（2012）運(yùn)用MCS和PERT并結(jié)合最小二乘法對計(jì)劃工期進(jìn)行重新仿真，為工期的合理控制和把握進(jìn)行了優(yōu)化。劉強(qiáng)（1997）建立了在項(xiàng)目質(zhì)量、成本控制下確定最優(yōu)的施工工期模型，對工期進(jìn)行合理的控制[6]。

模型建立

1.系統(tǒng)動力學(xué)

系統(tǒng)動力學(xué)是由美國的福瑞斯特教授提出，二十世紀(jì)八十年代引入我國。系統(tǒng)動力學(xué)主要是對信息反饋系統(tǒng)進(jìn)行分析與研究的學(xué)科，是對一個系統(tǒng)進(jìn)行認(rèn)識和研究的交叉學(xué)科，、系統(tǒng)論、控制論和信息論都包含在系統(tǒng)動力學(xué)中，它在運(yùn)籌學(xué)的基礎(chǔ)上，以客觀存在的問題為前提，不追求“最佳解”，從整體出發(fā)對問題進(jìn)行優(yōu)化和分析。

2.系統(tǒng)因素劃分

首先本文通過文獻(xiàn)和實(shí)地調(diào)查研究，總結(jié)了對工程項(xiàng)目工期有明顯影響的因素，我們可以將他們分為8個模塊來進(jìn)行分析。本文在解決問題的前提下首先要找到對工期有影響的因素然后分析各因素之間的相互影響以及對整個系統(tǒng)的影響。在本論文中，為了分析工期壓力對工程項(xiàng)目工期的影響，將整個工程項(xiàng)目系統(tǒng)被分為7個子系統(tǒng)進(jìn)行。

子模型建立

結(jié)合建設(shè)項(xiàng)目施工的特點(diǎn)，本文將工期控制系統(tǒng)劃分為7個模塊分別進(jìn)行研究.這7個模塊分別是質(zhì)量子系統(tǒng)、進(jìn)度子系統(tǒng)、成本子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)、工作量子系統(tǒng)、生產(chǎn)率模塊、工作狀態(tài)和人力資源模塊.由于建設(shè)項(xiàng)目的復(fù)雜性我們知道各個系統(tǒng)之間是相互關(guān)聯(lián)和相互影響的，他們之間并不是相互獨(dú)立的.本文將各個子系統(tǒng)根據(jù)他們之間相互關(guān)聯(lián)的因素在各子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上建立，總的系統(tǒng)動力學(xué)模型。

1.質(zhì)量模塊

我們知道當(dāng)實(shí)際工期落后計(jì)劃工期時，施工單位一般就要加快施工進(jìn)度，這就導(dǎo)致工人疲勞程度增加，施工質(zhì)量降低。質(zhì)量控制的好可以減少施工中的返工工程量，縮短工期，減少成本.施工質(zhì)量控制的不好，又會增加返工工程量增加額外工作時間，不僅不會降低施工壓力還會增加施工壓力。質(zhì)量模塊會受到如圖中所描繪的施工速度、疲勞等因素的影響。

2.進(jìn)度模塊

當(dāng)存在工期壓力時，施工單位會提高施工速度來進(jìn)行趕工，施工單位一般會通過增加工作時間和提高工人的工作效率來實(shí)現(xiàn)。我們可以從因果圖看出，工期壓力導(dǎo)致施工單位加速施工和加強(qiáng)進(jìn)度管理來提高進(jìn)度，工期壓力直接決定了加速施工的施工速度，進(jìn)度又可以通過與實(shí)際進(jìn)度的比較來做出判斷。施工進(jìn)度的流圖可以這樣表示：

3.成本模塊

當(dāng)施工進(jìn)度落后時，施工人員采取趕工措施，如加班、加人、加工程材料和增加設(shè)備等，增加成本，而且趕工中會導(dǎo)致質(zhì)量下降，使返工工程量增加，從而使成本增加.

4.資源模塊

施工中資源在項(xiàng)目系統(tǒng)中起著平衡系統(tǒng)狀態(tài)的作用，它的使用速度和存量不僅限制施工速度，還會限制施工費(fèi)用， 資源覆蓋率過高費(fèi)用會超支；覆蓋率過低使施工速度降低，產(chǎn)生工期延誤問題。

5.工作量模塊

當(dāng)落后實(shí)際進(jìn)度時，工期壓力下加速施工會使質(zhì)量下降，導(dǎo)致返工工作量，使剩余工作量增加，工作量的增加又會增加施工壓力。

6.生產(chǎn)率模塊

影響工程施工速度的因素主要有人數(shù)、生產(chǎn)率和工作時間等。生產(chǎn)率不足，施工速度就會不足，因此，施工單位應(yīng)該加強(qiáng)施工管理。

7.工作狀態(tài)和人力資源模塊

在因果關(guān)系回路可以發(fā)現(xiàn)，超時工作會導(dǎo)致疲勞增加，進(jìn)而導(dǎo)致施工速度不足影響項(xiàng)目工期。超時工作還會使雇用新員工的成本增加并且進(jìn)一步影響施工工期。

工期控制模型建立

分析各個分系統(tǒng)的影響之后建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型，能夠較好地反映工期壓力對工程項(xiàng)目的實(shí)際影響。

在完成了建模后，模型要應(yīng)用系統(tǒng)動力學(xué)建模軟件stella9.0在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬，工期壓力對工程項(xiàng)目系統(tǒng)影響的模型如圖所示。工期壓力導(dǎo)致施工速度、質(zhì)量、資源生產(chǎn)效率與沒有壓力大大不同。論文中可以看出通過超時工作和雇用更多的勞動力可以實(shí)現(xiàn)加速施工，同時加速施工的速度決定了超時工作的程度和雇用勞動力的多少。

模型測試

為了對模型的這三個方面進(jìn)行測試，首先需要一個實(shí)例來進(jìn)行模型的初始運(yùn)行。本論文采用一個實(shí)際案例來進(jìn)行模型的初始運(yùn)行，案例的具體數(shù)據(jù)見表。工程量輸入250個，員工數(shù)輸入20人，雇傭新員工花費(fèi)輸入200元，雇傭新員工花費(fèi)200元，可用資源350個，預(yù)算資金10000元，計(jì)劃施工進(jìn)度200個/日，計(jì)劃每日完成工作量50個。

使用本論文所建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型對此案例進(jìn)行模擬， 由于軟件原因在這里施工強(qiáng)度用work rate 表示，返工強(qiáng)度用 add work rate表示，趕工措施用aggressive schedule，質(zhì)量用quality，剩余工作用 work remaining表示，正常情況下輸出的結(jié)果如圖所示，由此可見，隨著時間的增加，正常情況下剩余工作量是越來越少的，但是質(zhì)量確實(shí)越來越差，剛開始趕工措施做得不錯，可是后面由于工程的接近完工，趕工措施越來越少。

為了分析該項(xiàng)目在不同時間段的表現(xiàn)，本文建立了系統(tǒng)動力學(xué)模型對工期壓力突變的情況進(jìn)行了仿真模擬。從圖ab中，我們可以通過確定工期落后的情況看出，它直接決定了項(xiàng)目施工速度，但也不是工期落后越大項(xiàng)目速度就越快。在圖a中，人工設(shè)置曲線1的工期壓力為1，曲線2工期壓力為3。由圖可知施工1是施工2施工強(qiáng)度的2倍，但是施工進(jìn)度卻比施工2慢。我們可以通過軟件模擬出正確的施工壓力來確定合理的趕工措施。我們還可以看出隨著進(jìn)度的增加，成本不斷增加，工程質(zhì)量卻不斷下降。在軟件中加強(qiáng)趕工措施強(qiáng)度，會發(fā)現(xiàn)人力資源也在增加，對比圖（a）與圖（b）的工程表現(xiàn)，在質(zhì)量壓力下，雖然調(diào)節(jié)了趕工措施，加強(qiáng)了工期壓力但是最終又回到了初始值甚至比正常情況下的工期壓力數(shù)值還要低。對比兩圖，雖然b的速度大于a，但是由于質(zhì)量問題和返工工作量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度反而更慢。分析結(jié)果表明，如果沒能很好的控制質(zhì)量問題，盲目趕工只會導(dǎo)致更多問題的產(chǎn)生。

通過建設(shè)項(xiàng)目工期的系統(tǒng)動力學(xué)研究，可以得到工期壓力對工程項(xiàng)目的影響，根據(jù)模型輸出結(jié)果可以在這些研究結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)一步應(yīng)用模擬工具進(jìn)行政策仿真實(shí)驗(yàn)，我們可以提出相應(yīng)的管理建議：針對質(zhì)量問題，應(yīng)加強(qiáng)質(zhì)量控制；針對費(fèi)用問題，應(yīng)加強(qiáng)產(chǎn)品質(zhì)量控制，減少返工工作量； 針對趕工計(jì)劃，應(yīng)考慮趕工的性價比，不能盲目地為了工期而趕工。針對生產(chǎn)率問題，要加強(qiáng)對新雇用員工的培訓(xùn)；采取激勵機(jī)制，使員工能保持較好的工作狀態(tài)。

結(jié)論

在本文中，根據(jù)計(jì)劃進(jìn)度落后實(shí)際進(jìn)度這一事實(shí)，結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)，研究了工期壓力對項(xiàng)目工期的影響。在綜合分析模型的基礎(chǔ)上建立了項(xiàng)目工期系統(tǒng)動力學(xué)模型，并利用系統(tǒng)動力學(xué)軟件進(jìn)行了仿真分析。通過驗(yàn)證我們可以看出系統(tǒng)動力學(xué)可以很好的解決計(jì)劃進(jìn)度落后實(shí)際進(jìn)度時怎樣合理的進(jìn)行趕工計(jì)劃，使項(xiàng)目達(dá)到計(jì)劃工期。

（作者單位：江西理工大學(xué)）

作者簡介：崔文文（1991-），男，碩士生，江西理工大學(xué)，研究方向：工程項(xiàng)目管理。E-mail：1271778178@qq.com