發(fā)布時(shí)間：2021-02-05所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：大型建筑工程項(xiàng)目多類型資源的有效配置，是現(xiàn)階段項(xiàng)目管理理論與工程管理實(shí)踐面臨的關(guān)鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時(shí)間的工作可操作性特點(diǎn)，以及多資源之間反饋影響的情況下。通過整合掙值法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，在分析資源可用性和工作可操作性
摘要：大型建筑工程項(xiàng)目多類型資源的有效配置，是現(xiàn)階段項(xiàng)目管理理論與工程管理實(shí)踐面臨的關(guān)鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時(shí)間的工作可操作性特點(diǎn)，以及多資源之間反饋影響的情況下。通過整合掙值法和系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，在分析資源可用性和工作可操作性之間因果關(guān)系的基礎(chǔ)上，本文構(gòu)建了大型建筑工程項(xiàng)目多資源配置的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型。以上海市重大工程投資統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)作為模型參數(shù)依據(jù)，模型的仿真結(jié)果表明：建筑工程項(xiàng)目不同類型資源其配置重要性與系統(tǒng)影響性存在顯著差異，在制定資源配置策略時(shí)應(yīng)同時(shí)考慮項(xiàng)目運(yùn)作方式的特征與多資源之間的匹配，資源不匹配則容易導(dǎo)致資源配置系統(tǒng)失去穩(wěn)態(tài)或策略失效。這為進(jìn)一步研究項(xiàng)目管理中多資源配置提供了理論參考和實(shí)踐支持。
關(guān)鍵詞：資源配置;項(xiàng)目管理;系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)
1引言
對(duì)工程項(xiàng)目中不同類型的資源進(jìn)行有效配置一直是施工項(xiàng)目管理的難點(diǎn)之一[1]，因?yàn)轫?xiàng)目經(jīng)理不得不面對(duì)質(zhì)量、工期、成本三者之間的平衡。大型建筑工程項(xiàng)目工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、資金投入大、建設(shè)周期長(zhǎng)，即使很小比例的損耗，絕對(duì)數(shù)也是相當(dāng)大的，因此，有效的資源配置顯得尤為重要。探索大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的研究有助于我國(guó)工程建設(shè)單位更全面的認(rèn)識(shí)和管理項(xiàng)目資源，促進(jìn)項(xiàng)目資源的利用效益。
項(xiàng)目管理中有關(guān)資源問題的研究大致分為四條主線：最早的是資源負(fù)載(ResourceLoading)，通過CPM、PERT等技術(shù)分析項(xiàng)目活動(dòng)的資源需求以及整個(gè)項(xiàng)目資源負(fù)載的可行性;第二條主線是資源約束條件下的項(xiàng)目調(diào)度問題(RCPSP)，從單一應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃、啟發(fā)式算法，到目前結(jié)合遺傳算法與禁忌搜索、模糊聚類與差分進(jìn)化等混合算法，研究資源有限條件下的項(xiàng)目活動(dòng)安排，使目標(biāo)函數(shù)達(dá)到最優(yōu)[2-6];第三條主線是工期成本權(quán)衡問題(Time-costTrade-offProblem)，注重成本增加、減少對(duì)工期的影響，或工期固定如何有效降低施工成本，此類問題主要運(yùn)用馬爾可夫模型[7]、遺傳算法[8]、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)[9]、多目標(biāo)進(jìn)化算法[10]等方法;第四條主線即資源的分配或平衡問題(ResourceAllocationorLeveling)，致力于研究如何有效地分配平衡資源，提高資源的利用效率和效果，如多項(xiàng)目人力資源分配[11]、不確定情況下資源分配[12]、資源配置行為分析[13]、科研項(xiàng)目資源分配[14]等。
當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究存在如下兩個(gè)方面的問題：一是忽略了對(duì)項(xiàng)目自身特性的分析，因?yàn)轫?xiàng)目類型、結(jié)構(gòu)和運(yùn)作模式等屬性不同，研究結(jié)果會(huì)有很大差別[15]。區(qū)別于其他類別的項(xiàng)目，建筑工程項(xiàng)目施工過程中，產(chǎn)品或中間產(chǎn)品是固定的，生產(chǎn)者是流動(dòng)的。當(dāng)施工模式采用平行施工時(shí)，工期大大縮短，但勞動(dòng)力、物料兩種資源消耗量集中，現(xiàn)金流非常大。采用流水施工，則施工操作、現(xiàn)場(chǎng)管理秩序井然，資源得到充分利用，但工期較長(zhǎng)。二是忽略了資源的類型、特性以及相互間的關(guān)系。資源定義和分類的不統(tǒng)一妨礙了資源理論的進(jìn)一步發(fā)展和交流[16]。
以建筑安裝工程費(fèi)為例，包括直接費(fèi)、間接費(fèi)、利潤(rùn)和稅金，其中直接費(fèi)中的直接工程費(fèi)由人工費(fèi)、材料費(fèi)、施工機(jī)械使用費(fèi)構(gòu)成。基于這個(gè)視角，項(xiàng)目資源可以分為資金、物料、勞動(dòng)力，其中資金和物料是可耗盡的，勞動(dòng)力屬于可再生的資源，現(xiàn)金流的多少?zèng)Q定著物料的采購(gòu)和勞動(dòng)力的使用。目前現(xiàn)有文獻(xiàn)大多是將三者定義為一組向量放入模型中去優(yōu)化處理，這樣的約束條件過于理想，與工程實(shí)際并不吻合，難以在實(shí)踐中加以應(yīng)用。
建筑工程項(xiàng)目本質(zhì)上是動(dòng)態(tài)的，并且包括多個(gè)反饋過程，而這些反饋所產(chǎn)生的自校正、自增強(qiáng)影響著項(xiàng)目的整體運(yùn)作[17]。本文運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，在分析大型建筑工程項(xiàng)目特性的基礎(chǔ)上，圍繞資金、物料、勞動(dòng)力三種資源構(gòu)建配置模型，并將掙值法(EarnedValue)的主要參數(shù)融入模型，全面、客觀地評(píng)估資源配置效果。本文的結(jié)構(gòu)安排如下：第二部分根據(jù)大型建筑工程施工特性分析各狀態(tài)變量、輔助變量的因果關(guān)系;第三部分構(gòu)建系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型建立方程;第四部分進(jìn)行模型仿真和策略分析;最后得出研究結(jié)論和今后的研究方向。
2大型建筑工程項(xiàng)目動(dòng)態(tài)反饋機(jī)制
2.1模型的基本假定
大型建筑工程項(xiàng)目的資源配置尚無成熟的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，為規(guī)范研究，對(duì)模型作如下假定：
假定一：從建筑工程費(fèi)構(gòu)成的角度，將項(xiàng)目資源分為資金、物料、勞動(dòng)力三類，由于機(jī)械設(shè)備的使用相對(duì)于三者來說比例較小，在此忽略討論。
假定二：在整個(gè)項(xiàng)目的施工過程中，不考慮天氣、場(chǎng)地等不確定因素的影響，模型仿真正常施工運(yùn)作下的狀況，勞動(dòng)生產(chǎn)率保持不變。
假定三：基于項(xiàng)目運(yùn)作的視角，而非承包商或業(yè)主方等項(xiàng)目利益相關(guān)者的視角。以資金為例，是指該項(xiàng)目實(shí)際施工過程中所需要的資金。
2.2因果關(guān)系分析
無論采用何種施工模式，決定整個(gè)項(xiàng)目施工進(jìn)度的是資源的可用性和工作的可操作性，兩者相互依賴相互制約。資源有效配置的目的是使整個(gè)項(xiàng)目在按時(shí)完工和不超支的前提下，盡可能的合理安排資源，確保施工過程的連續(xù)性，減少資源的閑置和浪費(fèi)[18]。資源的可用性是由現(xiàn)金流、庫存物料、當(dāng)前勞動(dòng)力三個(gè)變量體現(xiàn)出來的，現(xiàn)金流的狀況決定了庫存物料和當(dāng)前勞動(dòng)力的多少(俗稱直接材料和直接人工)，它們分別決定了基于物料的施工進(jìn)度和基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度，兩者相互牽制，統(tǒng)稱為基于資源的施工進(jìn)度[18]。
工作的可操作性是由項(xiàng)目施工過程中的工藝順序和間歇時(shí)間所決定的，這兩個(gè)因素是建筑工程項(xiàng)目的重要特征之一[19]。工藝順序是指上一道工序未完成不能進(jìn)入下一道工序，如土方開挖后方可以進(jìn)行基礎(chǔ)工程，間歇時(shí)間則包括工藝、技術(shù)間歇和組織間歇，如混凝土的齡期、質(zhì)量驗(yàn)收等。項(xiàng)目在工作面允許和資源充足的情況下，即使采用平行施工，工期也會(huì)受到二者的制約，因此工作的可操作性決定了可以達(dá)到的最快施工進(jìn)度———基于工序的施工進(jìn)度[18]。
通過基于資源的施工進(jìn)度和基于工序的施工進(jìn)度可計(jì)算出工程施工過程中的實(shí)際施工進(jìn)度和實(shí)際完成工作量，而兩者又分別對(duì)庫存物料和當(dāng)前勞動(dòng)力形成了反饋機(jī)制。庫存物料消耗的多少取決于實(shí)際施工進(jìn)度的快慢，而實(shí)際完成工作量和當(dāng)前勞動(dòng)力是負(fù)反饋的關(guān)系。根據(jù)實(shí)際完成工作量和累計(jì)使用資金可以計(jì)算出采用掙值法衡量的SPI進(jìn)度績(jī)效和CPI成本績(jī)效，用以評(píng)估項(xiàng)目資源配置的整體效果。這樣一個(gè)動(dòng)態(tài)的因果關(guān)系，增加了大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的難度，既要維持施工的連續(xù)性，確保工期不被延誤，又必須使資源能得到充分利用，降低工程總造價(jià)，其總體因果關(guān)系如圖1所示。
3大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的模型構(gòu)建
3.1系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模
依據(jù)以上因果關(guān)系分析，從系統(tǒng)的角度，大型建筑工程項(xiàng)目資源配置包含了物料、資金、勞動(dòng)力、掙值指標(biāo)四個(gè)子系統(tǒng)。物料子系統(tǒng)反映了施工主材的計(jì)劃、獲取和使用整個(gè)周轉(zhuǎn)過程，勞動(dòng)力子系統(tǒng)說明了當(dāng)前勞動(dòng)力如何根據(jù)工作量和需要的施工進(jìn)度進(jìn)行調(diào)整。資金的獲取、使用以及現(xiàn)金流對(duì)上述兩個(gè)變量的控制構(gòu)成了現(xiàn)金流子系統(tǒng)，最終整個(gè)配置效果通過掙值子系統(tǒng)來體現(xiàn)。
相關(guān)期刊推薦：《中國(guó)管理科學(xué)》主要刊登內(nèi)容：規(guī)劃與優(yōu)化、投資分析與決策、生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)管理、供應(yīng)鏈管理、項(xiàng)目與風(fēng)險(xiǎn)管理、應(yīng)急管理、知識(shí)管理、管理信息系統(tǒng)等方面具有創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)論文，反映我國(guó)管理科學(xué)的最新研究成果，促進(jìn)國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)交流。
這四個(gè)子系統(tǒng)之間在本質(zhì)上通過資金的流動(dòng)相互影響、相互制約。基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)，以現(xiàn)金流(萬元)、庫存物料(噸)、當(dāng)前勞動(dòng)力(人/天)、累計(jì)使用資金(萬元)、實(shí)際完成工作量(平方米)作為狀態(tài)變量，設(shè)置目標(biāo)物料覆蓋、基于物料的施工進(jìn)度、物料使用速率等若干相關(guān)的輔助變量和速率變量，可以構(gòu)成描述大型建筑工程項(xiàng)目資源配置的復(fù)雜的動(dòng)態(tài)反饋系統(tǒng)模型，如圖2所示。
3.2方程式設(shè)計(jì)
建筑工程項(xiàng)目施工過程中，項(xiàng)目經(jīng)理首先決定的資源政策是目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋和目標(biāo)物料覆蓋，目標(biāo)物料覆蓋是指庫存物料可以維持周轉(zhuǎn)的天數(shù)。由于建筑工藝的進(jìn)步和新型材料的應(yīng)用，施工模式大大改進(jìn)，實(shí)際施工運(yùn)作中，已不需要在現(xiàn)場(chǎng)搭設(shè)鋼筋棚進(jìn)行鋼筋翻樣，并且泵送砼也解決了現(xiàn)場(chǎng)攪拌的庫存問題，所以考慮采購(gòu)延時(shí)和庫存調(diào)節(jié)時(shí)間與實(shí)際情況并不吻合[18]。本文將目標(biāo)物料覆蓋作為常數(shù)，以天為單位，目標(biāo)物料覆蓋與施工進(jìn)度決定目標(biāo)物料水平。由于目標(biāo)物料覆蓋僅僅是一項(xiàng)資源配置策略，能否有效實(shí)現(xiàn)取決于現(xiàn)金流支撐，一旦現(xiàn)金流無法保證，物料獲取速率則為0。
目標(biāo)物料水平，單位：噸=IFTHENELSE(需要的施工進(jìn)度>實(shí)際施工進(jìn)度，單位任務(wù)消耗的物料*需要的施工進(jìn)度*目標(biāo)物料覆蓋，單位任務(wù)消耗的物料*實(shí)際施工進(jìn)度*目標(biāo)物料覆蓋)(1)
物料獲取速率，單位：噸/天
=IFTHENELSE(剩余工作量>0，IFTHENELSE((庫存物料<目標(biāo)物料水平)：AND：(現(xiàn)金流>(目標(biāo)物料水平-庫存物料)*(實(shí)際單位成本/單位任務(wù)消耗的物料))，(目標(biāo)物料水平-庫存物料)，0)，0)(2)
物料使用速率，單位：噸/天
=單位任務(wù)消耗的物料*實(shí)際施工進(jìn)度(3)
作為項(xiàng)目資源之一的資金的使用，主要是物料的消耗和勞動(dòng)力的工資所決定的，后兩者決定了基于資源的施工進(jìn)度。資源安排過于充足，會(huì)造成資金的時(shí)間價(jià)值和機(jī)會(huì)成本的損失、勞動(dòng)力的閑置(工作面不允許)以及物料損耗的加大，最終導(dǎo)致實(shí)際成本超出預(yù)算。如果資源不能持續(xù)平衡供應(yīng)，則會(huì)出現(xiàn)資源瓶頸，最終導(dǎo)致工期延誤。由此可見，當(dāng)基于資源的施工進(jìn)度一旦大于基于工序的施工進(jìn)度，就會(huì)發(fā)生資源的冗余和浪費(fèi)。關(guān)于施工進(jìn)度的主要方程如下：
基于物料的施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=庫存物料/單位任務(wù)消耗的物料(4)
基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=當(dāng)前勞動(dòng)力*平均生產(chǎn)率
基于資源的施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=MIN(基于勞動(dòng)力的施工進(jìn)度，基于物料的施工進(jìn)度)(6)
實(shí)際施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=IFTHENELSE(實(shí)際完成工作量<=計(jì)劃工作量，MIN(基于工序的施工進(jìn)度，基于資源的施工進(jìn)度)，0)(7)
現(xiàn)有的一些文獻(xiàn)在對(duì)勞動(dòng)力進(jìn)行分析時(shí)，往往考慮加班因素[20]，其實(shí)目前我國(guó)大型的建筑工程項(xiàng)目絕大多數(shù)采用施工總承包模式，分項(xiàng)、分部工程如鋼筋工程、模板工程等基本是專業(yè)分包和勞務(wù)分包，一旦工作量確定，并不考慮加班的工時(shí)及費(fèi)用。所以本文根據(jù)實(shí)際情況，基于剩余工作量、施工進(jìn)度差等輔助變量來確定勞動(dòng)力的調(diào)整速度，主要方程如下：
勞動(dòng)力調(diào)整速率，單位：人/天
=IFTHENELSE(剩余工作量>=0，IFTHENELSE(施工進(jìn)度差>0，IFTHENELSE(現(xiàn)金流>(當(dāng)前勞動(dòng)力*單位勞動(dòng)力成本)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)間，0)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動(dòng)力調(diào)節(jié)時(shí)間)，0)(8)
資金是項(xiàng)目有效實(shí)施的前提，同時(shí)具有時(shí)間價(jià)值[20]。過于充足的資金覆蓋會(huì)帶來利息等機(jī)會(huì)成本損失，但如果現(xiàn)金流不足，則會(huì)造成庫存短缺或拖欠工人工資，導(dǎo)致項(xiàng)目面臨資源瓶頸，無法繼續(xù)施工。所以目標(biāo)現(xiàn)金流水平必須權(quán)衡兩者之間的關(guān)系，在保證計(jì)劃工期的基礎(chǔ)上，盡量減小物料和資金的閑置和浪費(fèi)，其方程如下：
目標(biāo)現(xiàn)金流水平，單位：萬元
=IFTHENELSE(實(shí)際施工進(jìn)度>需要的施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計(jì)劃單位成本*實(shí)際施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計(jì)劃單位成本*需要的施工進(jìn)度)(9)
資金獲取速率，單位：萬元/天
=目標(biāo)現(xiàn)金流水平/資金獲取延遲(10)
資金使用速率，單位：萬元
=當(dāng)前勞動(dòng)力*單位勞動(dòng)力成本+物料使用速率*單位物料成本(11)
掙值法可以有效的對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度、成本進(jìn)行監(jiān)控，從整體上反映和評(píng)價(jià)項(xiàng)目進(jìn)展情況[21]，SPI(Sched-ulePerformanceIndex)指標(biāo)用來評(píng)價(jià)進(jìn)度績(jī)效，CPI(CostPerformanceIndex)指標(biāo)用來評(píng)價(jià)項(xiàng)目的成本績(jī)效，本文將實(shí)際完成工作量和累計(jì)使用資金作為狀態(tài)變量，由此確定實(shí)際單位成本和實(shí)際成本AC，進(jìn)而基于掙值EV計(jì)算出SPI和CPI，用以整體評(píng)估擬定的資源政策在正常施工條件下的效果，其主要方程如下：
EV掙值，單位：萬元=實(shí)際完成工作量*計(jì)劃單位成本(12)
SPI進(jìn)度績(jī)效
=EV/(計(jì)劃總造價(jià)*(TIME/計(jì)劃工期))(1)
CPI成本績(jī)效=EV/實(shí)際成本(14)
3.3參數(shù)設(shè)置
本文依據(jù)《建設(shè)工程(上海地區(qū))建材與造價(jià)資訊》、《上海市建筑和裝飾工程預(yù)算定額2000》以及上海2013建筑市場(chǎng)價(jià)格信息等設(shè)定模型的參數(shù)，如表1所示。
不同類別的建筑工程項(xiàng)目的標(biāo)的物不盡相同，為便于仿真實(shí)驗(yàn)，根據(jù)上海市2011年所完成重大工程投資統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，設(shè)定待仿真項(xiàng)目的規(guī)模和計(jì)劃等參數(shù)：計(jì)劃工作量(即總建筑面積)為8萬平方米左右，計(jì)劃總造價(jià)5億元，施工組織設(shè)計(jì)估算其基于工序的施工進(jìn)度(即可以達(dá)到的最快施工進(jìn)度)為200平方米/天，計(jì)劃工期約2年。
針對(duì)大型建筑工程項(xiàng)目施工準(zhǔn)備期的資源配置策略問題，應(yīng)用Vensim軟件對(duì)模型進(jìn)行仿真，評(píng)估各種策略的效果，設(shè)置各狀態(tài)變量初始值為0，仿真周期和步長(zhǎng)分別為720天和1天。
4模型的檢驗(yàn)與仿真分析
4.1模型的有效性檢驗(yàn)
模型的量綱一致性通過Vensim軟件的檢驗(yàn)，下面檢驗(yàn)?zāi)Ｐ托袨椤７抡鎸?shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在兩年的工期內(nèi)，工程項(xiàng)目得到了很好的實(shí)施，按計(jì)劃完成了總工作量8萬平方米，成本與進(jìn)度績(jī)效指標(biāo)理想，見圖3、圖4。基于資源的施工進(jìn)度、實(shí)際施工進(jìn)度以及需要的施工進(jìn)度三個(gè)輔助變量在160天以后逐步趨于一致，系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)，以116平方米/天左右的施工速度完成整個(gè)項(xiàng)目。檢驗(yàn)結(jié)果表明本文所建模型穩(wěn)健且與研究對(duì)象吻合。——論文作者：仲勇1，陳智高1，周鐘2
