發(fā)布時間：2021-02-05所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：大型建筑工程項目多類型資源的有效配置，是現(xiàn)階段項目管理理論與工程管理實踐面臨的關(guān)鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時間的工作可操作性特點，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：大型建筑工程項目多類型資源的有效配置，是現(xiàn)階段項目管理理論與工程管理實踐面臨的關(guān)鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時間的工作可操作性特點，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目多資源配置的系統(tǒng)動力學(xué)模型。以上海市重大工程投資統(tǒng)計數(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應(yīng)同時考慮項目運(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)一步研究項目管理中多資源配置提供了理論參考和實踐支持。
關(guān)鍵詞：資源配置;項目管理;系統(tǒng)動力學(xué)
1引言
對工程項目中不同類型的資源進(jìn)行有效配置一直是施工項目管理的難點之一[1]，因為項目經(jīng)理不得不面對質(zhì)量、工期、成本三者之間的平衡。大型建筑工程項目工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜、資金投入大、建設(shè)周期長，即使很小比例的損耗，絕對數(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目資源配置的研究有助于我國工程建設(shè)單位更全面的認(rèn)識和管理項目資源，促進(jìn)項目資源的利用效益。
項目管理中有關(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)分析項目活動的資源需求以及整個項目資源負(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目活動安排，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]、科研項目資源分配[14]等。
當(dāng)前國內(nèi)外相關(guān)研究存在如下兩個方面的問題：一是忽略了對項目自身特性的分析，因為項目類型、結(jié)構(gòu)和運(yùn)作模式等屬性不同，研究結(jié)果會有很大差別[15]。區(qū)別于其他類別的項目，建筑工程項目施工過程中，產(chǎn)品或中間產(chǎn)品是固定的，生產(chǎn)者是流動的。當(dāng)施工模式采用平行施工時，工期大大縮短，但勞動力、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)場管理秩序井然，資源得到充分利用，但工期較長。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。基于這個視角，項目資源可以分為資金、物料、勞動力，其中資金和物料是可耗盡的，勞動力屬于可再生的資源，現(xiàn)金流的多少決定著物料的采購和勞動力的使用。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，與工程實際并不吻合，難以在實踐中加以應(yīng)用。
建筑工程項目本質(zhì)上是動態(tài)的，并且包括多個反饋過程，而這些反饋所產(chǎn)生的自校正、自增強(qiáng)影響著項目的整體運(yùn)作[17]。本文運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)方法，在分析大型建筑工程項目特性的基礎(chǔ)上，圍繞資金、物料、勞動力三種資源構(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大型建筑工程項目動態(tài)反饋機(jī)制
2.1模型的基本假定
大型建筑工程項目的資源配置尚無成熟的系統(tǒng)動力學(xué)模型，為規(guī)范研究，對模型作如下假定：
假定一：從建筑工程費(fèi)構(gòu)成的角度，將項目資源分為資金、物料、勞動力三類，由于機(jī)械設(shè)備的使用相對于三者來說比例較小，在此忽略討論。
假定二：在整個項目的施工過程中，不考慮天氣、場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，勞動生產(chǎn)率保持不變。
假定三：基于項目運(yùn)作的視角，而非承包商或業(yè)主方等項目利益相關(guān)者的視角。以資金為例，是指該項目實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，決定整個項目施工進(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項目在按時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)前勞動力三個變量體現(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目施工過程中的工藝順序和間歇時間所決定的，這兩個因素是建筑工程項目的重要特征之一[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)量驗收等。項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)度可計算出工程施工過程中的實際施工進(jìn)度和實際完成工作量，而兩者又分別對庫存物料和當(dāng)前勞動力形成了反饋機(jī)制。庫存物料消耗的多少取決于實際施工進(jìn)度的快慢，而實際完成工作量和當(dāng)前勞動力是負(fù)反饋的關(guān)系。根據(jù)實際完成工作量和累計使用資金可以計算出采用掙值法衡量的SPI進(jìn)度績效和CPI成本績效，用以評估項目資源配置的整體效果。這樣一個動態(tài)的因果關(guān)系，增加了大型建筑工程項目資源配置的難度，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，其總體因果關(guān)系如圖1所示。
3大型建筑工程項目資源配置的模型構(gòu)建
3.1系統(tǒng)動力學(xué)建模
依據(jù)以上因果關(guān)系分析，從系統(tǒng)的角度，大型建筑工程項目資源配置包含了物料、資金、勞動力、掙值指標(biāo)四個子系統(tǒng)。物料子系統(tǒng)反映了施工主材的計劃、獲取和使用整個周轉(zhuǎn)過程，勞動力子系統(tǒng)說明了當(dāng)前勞動力如何根據(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)金流對上述兩個變量的控制構(gòu)成了現(xiàn)金流子系統(tǒng)，最終整個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)營管理、供應(yīng)鏈管理、項目與風(fēng)險管理、應(yīng)急管理、知識管理、管理信息系統(tǒng)等方面具有創(chuàng)造性的學(xué)術(shù)論文，反映我國管理科學(xué)的最新研究成果，促進(jìn)國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流。
這四個子系統(tǒng)之間在本質(zhì)上通過資金的流動相互影響、相互制約。基于系統(tǒng)動力學(xué)，以現(xiàn)金流(萬元)、庫存物料(噸)、當(dāng)前勞動力(人/天)、累計使用資金(萬元)、實際完成工作量(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目資源配置的復(fù)雜的動態(tài)反饋系統(tǒng)模型，如圖2所示。
3.2方程式設(shè)計
建筑工程項目施工過程中，項目經(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)，實際施工運(yùn)作中，已不需要在現(xiàn)場搭設(shè)鋼筋棚進(jìn)行鋼筋翻樣，并且泵送砼也解決了現(xiàn)場攪拌的庫存問題，所以考慮采購延時和庫存調(diào)節(jié)時間與實際情況并不吻合[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資源配置策略，能否有效實現(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*實際施工進(jìn)度(3)
作為項目資源之一的資金的使用，主要是物料的消耗和勞動力的工資所決定的，后兩者決定了基于資源的施工進(jìn)度。資源安排過于充足，會造成資金的時間價值和機(jī)會成本的損失、勞動力的閑置(工作面不允許)以及物料損耗的加大，最終導(dǎo)致實際成本超出預(yù)算。如果資源不能持續(xù)平衡供應(yīng)，則會出現(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)
基于勞動力的施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=當(dāng)前勞動力*平均生產(chǎn)率
基于資源的施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=MIN(基于勞動力的施工進(jìn)度，基于物料的施工進(jìn)度)(6)
實際施工進(jìn)度，單位：平方米/天
=IFTHENELSE(實際完成工作量<=計劃工作量，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)在對勞動力進(jìn)行分析時，往往考慮加班因素[20]，其實目前我國大型的建筑工程項目絕大多數(shù)采用施工總承包模式，分項、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及費(fèi)用。所以本文根據(jù)實際情況，基于剩余工作量、施工進(jìn)度差等輔助變量來確定勞動力的調(diào)整速度，主要方程如下：
勞動力調(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)前勞動力*單位勞動力成本)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動力調(diào)節(jié)時間，0)，施工進(jìn)度差/平均生產(chǎn)率/勞動力調(diào)節(jié)時間)，0)(8)
資金是項目有效實施的前提，同時具有時間價值[20]。過于充足的資金覆蓋會帶來利息等機(jī)會成本損失，但如果現(xiàn)金流不足，則會造成庫存短缺或拖欠工人工資，導(dǎo)致項目面臨資源瓶頸，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(實際施工進(jìn)度>需要的施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計劃單位成本*實際施工進(jìn)度，目標(biāo)現(xiàn)金流覆蓋*計劃單位成本*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)前勞動力*單位勞動力成本+物料使用速率*單位物料成本(11)
掙值法可以有效的對項目進(jìn)度、成本進(jìn)行監(jiān)控，從整體上反映和評價項目進(jìn)展情況[21]，SPI(Sched-ulePerformanceIndex)指標(biāo)用來評價進(jìn)度績效，CPI(CostPerformanceIndex)指標(biāo)用來評價項目的成本績效，本文將實際完成工作量和累計使用資金作為狀態(tài)變量，由此確定實際單位成本和實際成本AC，進(jìn)而基于掙值EV計算出SPI和CPI，用以整體評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=實際完成工作量*計劃單位成本(12)
SPI進(jìn)度績效
=EV/(計劃總造價*(TIME/計劃工期))(1)
CPI成本績效=EV/實際成本(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建筑市場價格信息等設(shè)定模型的參數(shù)，如表1所示。
不同類別的建筑工程項目的標(biāo)的物不盡相同，為便于仿真實驗，根據(jù)上海市2011年所完成重大工程投資統(tǒng)計數(shù)據(jù)，設(shè)定待仿真項目的規(guī)模和計劃等參數(shù)：計劃工作量(即總建筑面積)為8萬平方米左右，計劃總造價5億元，施工組織設(shè)計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，計劃工期約2年。
針對大型建筑工程項目施工準(zhǔn)備期的資源配置策略問題，應(yīng)用Vensim軟件對模型進(jìn)行仿真，評估各種策略的效果，設(shè)置各狀態(tài)變量初始值為0，仿真周期和步長分別為720天和1天。
4模型的檢驗與仿真分析
4.1模型的有效性檢驗
模型的量綱一致性通過Vensim軟件的檢驗，下面檢驗?zāi)Ｐ托袨椤７抡鎸嶒灲Y(jié)果顯示，在兩年的工期內(nèi)，工程項目得到了很好的實施，按計劃完成了總工作量8萬平方米，成本與進(jìn)度績效指標(biāo)理想，見圖3、圖4。基于資源的施工進(jìn)度、實際施工進(jìn)度以及需要的施工進(jìn)度三個輔助變量在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項目。檢驗結(jié)果表明本文所建模型穩(wěn)健且與研究對象吻合。——論文作者：仲勇1，陳智高1，周鐘2
