大型建設工程項目實施狀態診斷指標自適應調整系統的構建與開發

王 毅，郭 玉，侯學良

（華北電力大學工程技術與管理研究所，北京 1022061）

近年來，為實現國民經濟持續穩定發展的戰略目標，我國建設了一大批大型和特大型建設工程項目，如港珠澳大橋、京津冀陜甘蒙跨區域特高壓輸變電工程、北京大興國際機場等工程。在這些工程項目的建設過程中，為了實現對工程項目的有效管理與控制，很多大型建設工程項目采用了工程項目實施狀態診斷系統軟件。實踐證明， 該系統不僅能夠基于工程實態信息及時分析和描述出工程項目各層級管理對象的實施狀況，而且還能依據有關標準確定出工程項目管理對象所處的即時狀態，特別是在分析和診斷工程項目具體問題并在判定問題主次根源方面，具有獨特的優越性[1]。但在使用過程中也發現，由于該系統目前還不具備診斷指標的自動調整功能，為此，在工程項目的實施過程中，當工程項目管理對象發生變化后，工程項目管理者就從診斷系統的指標數據庫中選取指標，人工完成這些管理對象及其相關管理對象實施狀態診斷指標的系統性、系列性調整與修正工作。然而，這種方法不僅給工程項目管理者帶來較大的工作負擔，而且時常由于項目管理人員的考慮不周而漏缺相關管理對象診斷指標的調整與修正，給工程項目的有效管理和科學決策帶來一定程度的不利影響[2]。

針對這一問題，有關研究者通過深入系統地理論分析和實證研究，提出了有效解決這一問題的自適應調整新技術。從其研究結果來看，由于這一技術的研發是以當前大型建設工程項目實施狀態診斷系統為基礎的，因而若要使這一技術在工程實踐中發揮其應有的作用，不僅需要開發出以該技術為核心的系統軟件，而且還必須確保該系統與當前大型建設工程項目實施狀態診斷系統具有良好的兼容性和匹配性。因此，如何基于這一新技術，科學構建和開發出大型建設工程項目實施狀態診斷指標的自適應調整系統，就成為工程項目管理中需要解決的一個實際問題。

1 自適應調整系統的功能需求分析

目前，工程建設單位使用的大型建設工程項目實施狀態診斷系統是由11個一級子系統和46個二級子系統組成的，這11個一級子系統分別是工程項目概況、工程信息采集、信息冗余處理、診斷指標管理、專家評判打分、狀態分析判定、診斷結果查詢、狀態預警管理、工程文檔管理、診斷后期評價和用戶信息管理[3]。當工程項目管理對象發生變化后，如果需要新的診斷指標來滿足當前工程項目實施狀態診斷管理需求，工程項目管理者就從診斷系統的診斷指標管理模塊中調取相應的管理對象實施狀態診斷指標，人工完成這些管理對象及其相關管理對象診斷指標的系統性和系列性調整工作。然而，若要從目前這種繁瑣的人工調整模式轉變成診斷系統的自動化調整模式，根據診斷指標自適應調整這一新技術的研究成果可知[3]，現行工程項目實施狀態診斷系統就需要在現有功能基礎上增補若干新的功能，以滿足診斷指標自適應調整的運行要求。這些新增功能主要包含有具有自適應伺服行為能力的核心功能和為這一核心功能而服務的其他輔助功能兩部分，其中，核心功能主要是廣義誤差分析和伺服程序修正，輔助功能包含有工程項目查詢、管理對象查詢、診斷指標查詢、指標參數修正、信息游程增補、信息處理規則和判定標準修正。這些功能的主要作用分述如下。

1.1 工程項目查詢

大型建設工程項目是由多個單位工程組成的集群工程，每個單位工程又由若干分部工程組成，分部工程又包含著多個分項工程[4]。因此，若要使診斷系統隨著工程項目的不斷變化實現實施狀態診斷指標的自動調整與修正，首先就必須明確需要管控的工程項目，以便為該工程內含所有管理對象實施狀態診斷指標的自適應調整與修正提供行為方向指令。但需要明確的是，由于診斷指標自適應調整技術的研發是以當前大型建設工程項目實施狀態診斷系統為母體的，因此，診斷指標自適應調整系統就將隸屬于診斷系統的一個子系統。在診斷指標自適應調整系統中，這一功能模塊的運行程序就將是一個鏈接大型建設工程項目實施狀態診斷系統中工程項目概況模塊的行為指令，而不單獨配有數據存儲空間。其目的有三，一是滿足自適應調整行為的內部運行需求，二是有利于減少同類數據系統數據庫儲用空間的占有率，三是可以確保系統管理對象參數的一致性。

1.2 管理對象查詢

盡管診斷指標自適應調整系統可以根據工程項目的實態信息，自動完成管理對象診斷指標的調整與修正工作，但在管理對象實態信息的分析與處理中，如果出現信息處理規則缺陷或工程項目實施狀態的異態表象或突變新態等情況，診斷指標的自適應調整結果就可能出現誤差。在此情態下，工程項目管理者就可通過該模塊核查管理對象在特征分析、類別劃分、屬性判定等信息歸屬分析結果中存在的問題，并通過伺服程序修正模塊，糾正管理對象實態信息自適應分析結果所產生的錯誤。

1.3 診斷指標查詢

不同的工程項目管理者有不同的管理需求，如工程項目上層決策者希望通過對單位工程宏觀狀態的總體診斷，了解和掌握工程項目的宏觀狀況；而工程項目的現場管理者希望通過對工程項目中觀和微觀狀態的具體診斷，了解和掌握工程項目更為詳實的實施狀況[5]。因此，在診斷指標自適應調整系統中，通過診斷指標查詢這一功能，就可以使不同的工程項目管理者結合管理所需，查詢該工程項目宏觀、中觀與微觀不同層級管理對象實施狀態的診斷指標結構組成與當前診斷指標的使用狀況，為工程項目管理者及時了解和準確掌握診斷指標的自適應調整結果與預期目標之間的差異提供科學依據。

1.4 指標參數修正

在工程項目的建設過程中，有可能出現工程項目不可預見事件，這就使得工程項目管理者預先建立的診斷指標數據與工程實際管理需求產生一定程度的差異[6]。為了消除這些差異，確保診斷指標自適應調整的穩定運行，就需要在自適應調整系統中增加這一功能。其目的是，當工程中發生設計變更或其他意外情況且需要診斷系統增加若干新的診斷指標時，管理人員就可以通過該模塊，即時輸入新的診斷指標，且就新增指標的名稱、等級、權重、標準以及所屬類別等參數進行增補和修正，以滿足診斷指標自適應調整中從數據庫調取臨增指標的特殊需求。

1.5 信息游程增補

信息游程是有效描述管理對象處于任何狀態下的全息信息[7]，只有確保工程項目任何管理對象信息游程集的正確性和完整性，才能使得自適應診斷系統識別出工程項目管理對象的即時變化形態，且可根據分析結果完成診斷指標的自動調整與修正工作。如果在工程項目管理中，出現了管理對象的新形態，管理者即可通過該模塊，將該管理對象的新形態模型及時存儲在診斷系統的數據庫中。這樣，診斷系統即可繼續執行自適應程序，完成管理對象診斷指標的即時調整與修正工作。

1.6 廣義誤差分析

根據診斷指標自適應分析技術研究成果可知，診斷系統在對管理對象實施狀態進行自適應分析的過程中，將會在系統后臺根據診斷系統所采集的信息自動進行廣義誤差分析，并根據分析和判定結果，自動指令診斷系統進行診斷指標的調整與修正工作，并將信息廣義分析結果存儲到診斷系統指定的數據庫位置。如果管理人員對診斷指標的調整結果存在質疑，即可通過該模塊查看當前即時分析過程，也可調看已完成的信息廣義誤差分析結果，為今后改進與完善診斷指標自適應調整系統提供科學依據。

1.7 信息處理規則

診斷系統在對工程項目管理對象實施狀態信息進行分析的過程中，需要進行信息的特征分析、類別劃分、信息約簡、冗余消除、模式規整、核提取和屬性判定等一系列工作[8]。在此期間，可能會由于工程異態表象的出現而出現信息處理規則缺失。在此情態下，就需要工程項目管理者通過該功能模塊，增補和完善相應的信息處理規則，確保診斷指標自適應調整系統能夠正常開展信息分析與處理工作。

1.8 判定標準修正

相關研究成果已證明，當標示工程項目實施狀態的范數值大于等于3.14時，即意味著工程項目出現了新的管理對象[9]，工程項目管理者就需要采用相應的診斷指標和管理標準對該對象進行管控，以免管理對象在工程質量、進度、費用、安全等方面出現超過預期規定的偏差。但由于不同等級的工程項目有不同的管理精度要求[10]，如果管理者需要提高或降低工程管理精度要求時，即可通過該模塊來調整工程項目實施狀態的判定標準參數值，自適應診斷系統即可根據新的實施狀態判定標準發出管理對象診斷指標的調控指令。

1.9 伺服程序修正

自適應伺服程序是診斷指標自適應調整系統確保系統各模塊之間發生信息互饋行為和接續行為必不可缺的重要媒介，但在工程項目的實施過程中，如果工程項目管理者需要修改和完善現有診斷系統（如在診斷系統增加新的功能模塊），系統原有的自適應伺服程序就可能無法滿足診斷系統的這些新要求，或給現有自適應伺服程序的運行帶來干擾。因此，在診斷指標自適應調整系統中，就需要預先設置一個程序修正端口模塊，通過這一模塊來調取和修改后臺自適應伺服程序，確保診斷指標自適應調整系統的有效運行。但鑒于程序在系統運行中的重要性，這一模塊僅限于程序員使用，且當程序員使用時，也需要通過特殊授權碼和系統管理員臨時發送的隨機碼進行雙重認證，避免給診斷指標的自適應調整工作帶來不利影響。

2 功能模塊間的數據流程分析

診斷指標自適應調整技術的實驗結果表明，若要以現行診斷系統為母體，使現行工程項目實施狀態診斷系統能夠隨著工程項目實施狀態的變化同步實現管理對象診斷指標的自動調整與修正，現行診斷系統不僅需要在現有功能基礎上增補診斷指標自適應調整這一子系統，而且還必須使這一子系統內含的各功能模塊與現行診斷系統相關一級模塊形成一個有效的數據互饋鏈接，且這一鏈接行為必須具有自組織和自互饋的系統性行為能力，以滿足診斷系統自適應技術的運行要求。而要實現這一目的，就必須了解和掌握診斷指標自適應調整系統內含各功能模塊之間以及與現行診斷系統相關一級模塊之間的數據流程。

根據信息理論可知，在開展數據流程分析時，為了清晰描繪出模塊間的數據流程，一般會把分析對象從系統中抽象出來，舍去具體的系統結構，完全從實際業務的運行角度來考察系統數據的流動過程，并以流程圖的方式展現出來[11]。通過這一分析，不僅可以明確系統內各模塊之間相關數據的輸入輸出關系，而且可為正確編制模塊之間的自適應伺服程序提供清晰的邏輯關系依據。基于信息理論中數據流程的分析方法與模式，大型建設工程項目實施狀態診斷指標自適應調整系統中各功能模塊間以及與現行診斷系統一級相關模塊之間的數據流程如圖1所示。

圖1 診斷指標自適應調整系統各功能模塊間的數據流程圖

3 系統開發及其主要界面

在完成并明確大型建設工程項目實施狀態診斷指標自適應調整系統功能需求和數據流程的基礎上，為了確保所開發的診斷指標自適應調整系統與現行診斷系統具有良好的兼容性和匹配性，最終使現行診斷系統實現診斷指標的自動調整與修正這一目標，在開發該系統時，本研究選擇了與現行診斷系統完全一致的C#語言與開發環境，即開發系統以Visual Studio 2005 為平臺，采用C/S體系結構。開發軟件的主頻為4G，內存為32G，硬盤空間為500G；運行軟件的最低主頻為1.6G，內存要求為4G，數據庫采用SQL Server 2008。考慮到開發及安裝軟件的便利性，采用XML進行數據庫的連接設置，其主要代碼為：

＜configuration＞

＜connectionStrings＞

＜add name="connStr" connectionString="Server=localhost;database=ProjectSystem;IntegratedSecurity=tr ue"/＞

＜/connectionStrings＞

＜/configuration＞

在此基礎上，開發出的系統初始界面和主要界面（系統主頁界面、診斷指標查詢、廣義誤差分析、信息游程增補、伺服程序修正）參見圖2～圖7所示。

圖2 系統初始界面

圖3 系統主頁界面

圖4 診斷指標查詢界面

圖5 廣義誤差分析界面

圖6 信息游程增補界面

4 診斷指標自適應調整系統的測試

作為軟件開發的重要環節，系統測試的意義就在于使軟件投入正常使用前，盡可能及早發現軟件中存在的問題，確保研究成果在工程實際應用中的實用性和有效性。鑒于此，基于大型建設工程項目實施狀態診斷指標自適應調整系統的開發目的，在明確測試內容與測試方法的基礎上，研究人員對所開發的診斷指標自適應調整系統進行了系統測試。

4.1 測試內容

盡管診斷指標自適應調整系統歸屬于現行大型建設工程項目實施狀態診斷系統的一級子系統，但該子系統還包含工程項目查詢、廣義誤差分析等9個二級模塊。因此，若要實現診斷指標自適應調整系統的開發目標，不僅需要測試9個二級模塊的各自性能及運行效果，還需測試診斷指標自適應調整系統的整體性能，以及該系統與大型建設工程項目實施狀態診斷系統的整體聯動性能，即測試內容包含模塊、子系統和系統整體3個層級的測試。

4.2 測試方法

就測試方法而言，目前主要有黑盒測試和白盒測試二種方法[12]。黑盒測試是在測試中只考慮系統的輸入、輸出和需求規范中定義的普通功能，不考慮系統的內部處理，因此，該方法多用于系統整體性能測試。白盒測試也稱結構測試，是對設計功能、系統代碼以及二者之間關系的顯性檢測，因此，該方法多用于局部程序運行效果和模塊功能的檢測。結合診斷指標自適應調整系統需要檢測的內容，本研究在檢測模塊性能及其運行效果時，采用了白盒測試法，以便快速修改和完善每一個功能模塊，確保每個模塊功能及其運行程序的正確性和有效性。在檢測診斷指標自適應調整子系統和系統整體聯動性能時，采用了黑盒測試方法，以便系統、全面、完整的觀測出軟件整體的運行性能與效果。測試的標準是測試對象是否達到系統的預定功能。

圖7 伺服程序修正界面

4.3 測試結果

在測試前，為了便于分析測試結果，為系統地改進和完善提供科學依據，預先將測試過程中可能出現的測試問題（Bug）分為5個等級，即A、B、C、D和E級[13]。當Bug為A級時，錯誤問題最嚴重，可以致使系統崩潰；當Bug為E級時，錯誤最輕，可以忽略不計。測試先后分為3組，共進行了93次測試。測試分組及各組的測試內容與測試次數參見表1所示。

表1 測試分組及各組測試內容與測試次數

從測試結果可以得知，在模塊測試期間，45次測試中出現了3次Bug，其中，D級Bug 一次，E級Bug二次，問題分別是廣義誤差分析模塊的算法程序出現符號錯誤、管理對象查詢模塊中的確定按鈕無效、指標參數模塊的數據存儲未指定存儲路徑。在子系統性能測試期間，38次測試中出現了2次D級Bug，問題分別是判定標準未指定、自適應數據輸出路徑未指定。因此，模塊性能測試的失效率為6.7%，子系統測試的失效率為5.3%。

在完成功能模塊和子系統錯誤的修改工作且確保各功能模塊和子系統能夠穩定運行的基礎上，研究組將診斷指標自適應調整系統作為一級集成模塊，嵌入到大型建設工程項目實施狀態診斷系統中。然后通過連續、間斷二種信息輸入模式的分類測試，診斷系統在10次測試中都能夠隨著輸入信息的變化給出相應的診斷指標，達到了100%的合格率，為該系統在工程實際中的應用奠定了堅實基礎。

5 結論

為有效解決當前大型建設工程項目實施狀態診斷系統在診斷指標調整方面存在的問題，在明確診斷指標自適應調整功能需求和各功能模塊間的數據流程關系基礎上，開發了與大型建設工程項目實施狀態診斷系統相配套的診斷指標自適應調整系統，并通過系統測試，得出以下結論：

（1）基于自適應控制技術的診斷指標自適應調整系統與現行診斷系統具有良好的兼容性和匹配性，能夠滿足當前大型建設工程項目實施狀態診斷系統實現診斷指標自動調整的要求。

（2）在自適應調整系統鏈接和調取大型建設工程項目實施狀態診斷系統有關數據的試驗中，均未出現系統靜默或無反應現象，因此，該系統與現行工程項目實施狀態診斷系統具有良好的兼容性和匹配性。

（3）模塊、子系統和系統整體三個層級累計93次的測試結果證明，所開發的診斷指標自適應調整系統不存在A、B、C級的Bug，D級Bug 三次，E級Bug二次，系統整體運行性能測試合格率為100%，因此，該系統具有很高的可靠性。