基于系統動力學的建設工程項目工期控制研究

崔文文+胡棟森+李凱+康真銀

合理的工期控制是一個項目是否成功的標志之一，合理的工期控制還要做到經濟上合理，時間上可行。建設項目中，實際進度落后計劃進度的情況經常發生，當這種情況發生時要怎樣處理進度、質量、成本、資源等之間的關系非常重要。為此，筆者運用系統動力學建立了工期壓力下建設性項目系統動力學模型，并且運用系統動力學軟件進行模擬，為項目工期控制提供相應支持。

引言

建設項目的順利執行，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際工期落后與計劃工期時的情況。目前， 對項目的工期進行控制的研究文獻主要有：Pierre等（2004）將模糊數學運用于項目的工期控制，將項目的不確定性進行模糊化，對工期的控制很有指導意義。M I e h a e l等（1999）將對工期延誤進行分析， 主要運用了進度焦點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依據。李文華等（1999）運用人工神經元網絡對工期進行合理的預測，對工期預測產生很大影響。譚沛宗（2009）將項目工期作為進度的一個指標，通過多進度的控制來間接的對項目工期進行合理控制。陳朝（2012）運用MCS和PERT并結合最小二乘法對計劃工期進行重新仿真，為工期的合理控制和把握進行了優化。劉強（1997）建立了在項目質量、成本控制下確定最優的施工工期模型，對工期進行合理的控制[6]。

模型建立

1.系統動力學

系統動力學是由美國的福瑞斯特教授提出，二十世紀八十年代引入我國。系統動力學主要是對信息反饋系統進行分析與研究的學科，是對一個系統進行認識和研究的交叉學科，、系統論、控制論和信息論都包含在系統動力學中，它在運籌學的基礎上，以客觀存在的問題為前提，不追求“最佳解”，從整體出發對問題進行優化和分析。

2.系統因素劃分

首先本文通過文獻和實地調查研究，總結了對工程項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的影響。在本論文中，為了分析工期壓力對工程項目工期的影響，將整個工程項目系統被分為7個子系統進行。

子模型建立

結合建設項目施工的特點，本文將工期控制系統劃分為7個模塊分別進行研究.這7個模塊分別是質量子系統、進度子系統、成本子系統、資源子系統、工作量子系統、生產率模塊、工作狀態和人力資源模塊.由于建設項目的復雜性我們知道各個系統之間是相互關聯和相互影響的，他們之間并不是相互獨立的.本文將各個子系統根據他們之間相互關聯的因素在各子系統的基礎上建立，總的系統動力學模型。

1.質量模塊

我們知道當實際工期落后計劃工期時，施工單位一般就要加快施工進度，這就導致工人疲勞程度增加，施工質量降低。質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.進度模塊

當存在工期壓力時，施工單位會提高施工速度來進行趕工，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現。我們可以從因果圖看出，工期壓力導致施工單位加速施工和加強進度管理來提高進度，工期壓力直接決定了加速施工的施工速度，進度又可以通過與實際進度的比較來做出判斷。施工進度的流圖可以這樣表示：

3.成本模塊

當施工進度落后時，施工人員采取趕工措施，如加班、加人、加工程材料和增加設備等，增加成本，而且趕工中會導致質量下降，使返工工程量增加，從而使成本增加.

4.資源模塊

施工中資源在項目系統中起著平衡系統狀態的作用，它的使用速度和存量不僅限制施工速度，還會限制施工費用， 資源覆蓋率過高費用會超支；覆蓋率過低使施工速度降低，產生工期延誤問題。

5.工作量模塊

當落后實際進度時，工期壓力下加速施工會使質量下降，導致返工工作量，使剩余工作量增加，工作量的增加又會增加施工壓力。

6.生產率模塊

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

7.工作狀態和人力資源模塊

在因果關系回路可以發現，超時工作會導致疲勞增加，進而導致施工速度不足影響項目工期。超時工作還會使雇用新員工的成本增加并且進一步影響施工工期。

工期控制模型建立

分析各個分系統的影響之后建立的系統動力學模型，能夠較好地反映工期壓力對工程項目的實際影響。

在完成了建模后，模型要應用系統動力學建模軟件stella9.0在計算機上進行模擬，工期壓力對工程項目系統影響的模型如圖所示。工期壓力導致施工速度、質量、資源生產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現加速施工，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行測試，首先需要一個實例來進行模型的初始運行。本論文采用一個實際案例來進行模型的初始運行，案例的具體數據見表。工程量輸入250個，員工數輸入20人，雇傭新員工花費輸入200元，雇傭新員工花費200元，可用資源350個，預算資金10000元，計劃施工進度200個/日，計劃每日完成工作量50個。

使用本論文所建立的系統動力學模型對此案例進行模擬， 由于軟件原因在這里施工強度用work rate 表示，返工強度用 add work rate表示，趕工措施用aggressive schedule，質量用quality，剩余工作用 work remaining表示，正常情況下輸出的結果如圖所示，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，但是質量確實越來越差，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。

為了分析該項目在不同時間段的表現，本文建立了系統動力學模型對工期壓力突變的情況進行了仿真模擬。從圖ab中，我們可以通過確定工期落后的情況看出，它直接決定了項目施工速度，但也不是工期落后越大項目速度就越快。在圖a中，人工設置曲線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施工強度的2倍，但是施工進度卻比施工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度的增加，成本不斷增加，工程質量卻不斷下降。在軟件中加強趕工措施強度，會發現人力資源也在增加，對比圖（a）與圖（b）的工程表現，在質量壓力下，雖然調節了趕工措施，加強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值還要低。對比兩圖，雖然b的速度大于a，但是由于質量問題和返工工作量遠遠大于導致項目進度反而更慢。分析結果表明，如果沒能很好的控制質量問題，盲目趕工只會導致更多問題的產生。

通過建設項目工期的系統動力學研究，可以得到工期壓力對工程項目的影響，根據模型輸出結果可以在這些研究結果的基礎上進一步應用模擬工具進行政策仿真實驗，我們可以提出相應的管理建議：針對質量問題，應加強質量控制；針對費用問題，應加強產品質量控制，減少返工工作量； 針對趕工計劃，應考慮趕工的性價比，不能盲目地為了工期而趕工。針對生產率問題，要加強對新雇用員工的培訓；采取激勵機制，使員工能保持較好的工作狀態。

結論

在本文中，根據計劃進度落后實際進度這一事實，結合系統動力學，研究了工期壓力對項目工期的影響。在綜合分析模型的基礎上建立了項目工期系統動力學模型，并利用系統動力學軟件進行了仿真分析。通過驗證我們可以看出系統動力學可以很好的解決計劃進度落后實際進度時怎樣合理的進行趕工計劃，使項目達到計劃工期。

（作者單位：江西理工大學）

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