基于關鍵鏈技術的泵房安裝計劃優化研究

(中核國電漳州能源有限公司，福建 漳州 363300)

1 應用關鍵鏈技術的意義

傳統計劃編制一般采用關鍵路徑法CPM或計劃評審技術法PERT，實際執行中會出現過度估算工期、風險預估不足、資源制約等一系列問題，考慮到海水泵房安裝已成為項目建設關鍵路徑，面臨工期壓力大、交叉作業多、資源緊張等情況，有必要研究關鍵鏈技術對傳統計劃編制方法進行改進，在合理調配資源和控制風險的前提下，優化項目計劃。

關鍵鏈是20世紀90年代興起的一種項目進度管理新技術，是將項目工期整體最優作為項目進度管理的目標，綜合考慮工序邏輯與資源平衡的雙重約束，同時考慮了計劃執行中人的行為因素，并在進度控制過程中引入緩沖時間以控制項目風險。

從核電工程實踐情況來看，影響計劃執行因素很多，大體可以分為以下幾類：

1)計劃制定問題；計劃邏輯有誤，前置條件不具備導致后期作業無法開展；計劃任務不周全，一些輔助工作沒考慮影響主線作業；資源匹配不合理，造成資源浪費或爭搶資源現象；工作面受限，導致現場窩工、趕工現象；施工流水考慮不足，降低施工效率；計劃不平衡，導致部分工期過緊或過松等。

2)計劃執行問題；前期準備不足，設計圖紙、設備制造、預制材料、工藝評定等準備工作都會影響計劃按期實施；人力動員不足、經驗不足或工種不平衡，導致施工工期加長；計劃執行監控和協調力度不夠，組織管理效率低下；人為因素影響，研究表明，由于人的惰性和習慣性拖拉，無論計劃留出了多少時間裕量，一般都會拖到最后期限才開始趕工，即著名的帕金森定律和學生綜合癥表現。

3)安全質量管控問題：安全質量雖然不在計劃范圍內考慮，但安全質量問題對進度管控的影響不容小視，現場任何的不符合項NCR、質量事件、建造事件等的處理多少都會占用工期，而一旦安全管理問題，還會有停工的風險；另外，設計變更引起現場施工等圖等都是影響計劃執行的重要因素。如果把安全質量問題作為項目風險來考慮，按照墨菲定律，不管風險出現的概率有多小，它總會發生，所以要考慮風險的隨機性并體現在計劃安排中。

核電站海水泵房作為電站的最終冷源，是電站較早建成投入運行的幾個子項之一，通常建造工期在35～40個月，一般隨電站主體工程同步啟動，在冷試前一年左右為核島送冷風提供冷源。但是，近年隨著國家用海政策的收緊，原來可以在用海預審意見取得后就可以啟動施工，現在需要待取得用海確權之后，而用海確權工作需要項目核準后將近一年的審核批準時間，因此，原來作為施工調劑子項的海水泵房建設，變為項目關鍵路徑，工期非常緊張。某核電站就面臨這個現象，由于用海確權工作在主體工程開工(FCD)之后半年多，如果按照常規海水泵房建設工期，則無法保證項目調試的冷源需求，為此，必須科學合理安排泵房施工計劃，將原來較為寬松的工期按照關鍵鏈技術進行優化，同時考慮計劃執行人的因素和施工風險，確保其按計劃完工，不會成為影響核電站建設工期的關鍵因素。本文基于上述原因，應用關鍵鏈技術，開展對海水泵房安裝工作計劃優化研究。

2 關鍵鏈技術基本原理

關鍵鏈技術的基本原理有兩個，一是利用資源約束理論，尋找計劃的關鍵鏈，關鍵鏈作為項目執行過程中最長鏈(其余為非關鍵鏈)，是項目執行的瓶頸因素，降低關鍵鏈的長度就能有效降低項目工期；二是緩沖區的設置，為了消除項目中的不確定性因素影響(規避風險)，保證工期的正常完工和進度管理，在各鏈的末端設置緩沖區，緩沖區分為三類：項目緩沖區PB(Project Buffer)、匯入緩沖區FB(Feed Buffer)和資源緩沖區RB(Resource Buffer)。

以某項目為例，該項目包含T1～T6項作業，假定作業T1需要資源R1、工期2個月，記為T1(R1，2),同理，T2(R1，3)、T3(R1，4)、T4(R2，4)、T5(R2，3)、T6(R1，3)。按照傳統關鍵路徑法編制計劃網絡圖如圖1所示，總工期為10個月。

圖1 關鍵路徑法網絡計劃圖Fig.1 Critical path method work net

在考慮資源限制的情況下，作業T2、T3、T6都占用資源R1；T1、T4、T5占用資源R2，占用同樣資源的作業只能順序作業，關鍵鏈工作網絡圖如圖2所示，總工期12個月。

圖2 關鍵鏈技術網絡計劃圖Fig.2 Critical chain technology work net

按照高德拉特博士的關鍵鏈技術理念，每項作業按照50%完成概率設置緊前工期，為保證項目的整體完工工期，在項目關鍵鏈中設置項目緩沖作為安全時間，其中，匯入緩沖FB發生在非關鍵鏈與關鍵鏈連接處，而項目緩沖區PB設置在關鍵鏈的結尾，是整個項目的安全時間。資源緩沖RB主要指相鄰作業之間存在不同的資源類型轉換的情況，資源緩沖不占用工期和資源本身，僅僅作為資源管理和資源轉換的作用，不在關鍵鏈圖中表示。關于各緩沖區時間設置后續進行說明。加入緩沖區并調整工期后的關鍵鏈圖如圖3所示。

圖3 加入緩沖區后的關鍵鏈技術網絡計劃圖Fig.3 Critical chain technology work net added in buffer time

以上采用關鍵鏈技術計算之后，總工期為9.7個月，比初始按照簡單的施工邏輯編排的關鍵路徑計劃工期略短，但計劃編排更加合理，既考慮了施工邏輯和資源需求，也考慮了計劃執行者的人為因素，同時，計劃執行管控過程中，通過對安全工期(即緩沖區)的使用情況，可以很好的控制整體進度執行過程，使得計劃更加科學合理。

3 泵房安裝工期研究

核電站海水泵房安裝工程量主要有：起重吊車系統、循環過濾系統、重要廠用水系統、循環水系統，及相應的輔助系統如循環水處理系統、陰極保護系統、輔助冷卻水系統、電源、氣源、通風、消防等。為簡化研究問題，本文僅考慮影響泵房安裝工期的主要系統。表1為主要系統安裝作業、工期及相關資源需求。

表1 泵房主要安裝作業表

3.1 關鍵路徑法計劃邏輯

按照安裝作業的施工邏輯，在未加載資源的情況下，在P6系統中以關鍵路徑法編制的網絡計劃圖如圖4所示，該網絡計劃中關鍵路徑為：T1—T13—T14—T15—T16—T17—T19，總工期為13.1個月。

圖4 關鍵路徑法泵房安裝網絡計劃圖Fig.4 Critical path method work net of SWP installation

3.2 資源約束調整

通過表1的資源需求分析，有兩類資源，一種是獨占型資源，即該資源由某項作業所獨享，其他作業無法穿插使用，如各種安裝組；另一種屬共享型資源，相關作業零星使用，如果合理安排，對作業工期不產生明顯影響，如吊車。一下資源約束調整時，不考慮共享型資源對計劃的影響。

在考慮資源影響的情況下，使用同一資源的作業必須按照順序作業的方式進行調整。本文采用啟發式算法對計劃進行重新排序，即從關鍵路徑的終端開始向前調整存在資源使用沖突的作業，優先安排有緊前作業的任務。

資源約束調整后，關鍵路徑為T1—T6—T13—T14—T15—T16—T17—T19，總工期為17.1個月，網絡計劃圖如圖5所示。

圖5 資源約束調整后泵房安裝網絡計劃圖Fig.5 Work net of SWP installation adjusted by resource restrains

從上圖可以看出，根據資源約束條件對計劃進行調整后，工期大幅增加，這也說明之前沒有考慮資源需求的計劃不是一個合理可行的計劃，所以在實際執行過程中，往往會發生前期較為松懈，后期加緊趕工，既無法做到良好的資源平衡，也會造成拖期滯后的問題。

3.3 緩沖區設置

按照關鍵鏈技術原理，各項作業按照工期較緊來安排，并在網絡計劃圖中設置匯入緩沖區FB和項目緩沖區PB作為項目的安全時間。前述網絡計劃圖中作業按照90%概率可實現工期考慮，在設置緩沖區時，按照50%概率可實現工期來安排。

關于緩沖區大小主要有兩種確定方法：1/2法和根方差法。其中1/2法是將關鍵鏈上每項作業的90%概率完成時間t*與50%概率完成時間t之差總和，在關鍵鏈最后設置項目緩沖區PB，PB取值為該總和的1/2，如式(2)。在非關鍵鏈到關鍵鏈的匯入點上設置匯入緩沖區FB，FB是該非關鍵鏈每項作業的90%概率完成時間t*與50%概率完成時間t之差總和的1/2，如式(3)。

σi=t*(i)-t(i)

(1)

(2)

(3)

根方差的原理與1/2法基本相似，不同的是緩沖區的大小設置是將消除的安全時間σi的方差作為緩沖區大小。項目緩沖區PB的大小為關鍵鏈上每項作業所消除的安全時間σi總和的方差，匯入緩沖區FB大小同理，如式(4)、(5)所示。

(4)

(5)

根方差法與1/2法相比，誤差會相對較小，可以避免緩沖區設置過小導致工期估計過短。故本文采用根方差法設置緩沖區。

按照50%實現概率工期進行計劃編排后，因T3—T2—T5—T16工期長于T6—T13—T14—T15—T16工期，故關鍵鏈調整為T1—T3—T2—T5—T16—T17—T19。雖然從作業邏輯上無法體現安裝工序，但是這體現了最合理的資源平衡。設置緩沖區之后的網絡計劃圖如圖6所示。

圖6 設置緩沖區后泵房安裝網絡計劃圖Fig.6 Work net of SWP installation added in buffer time

上述網絡計劃中，五條非關鍵鏈上設置5個匯入緩沖區FB，關鍵鏈末端設置項目緩沖區PB(注意，由于匯入緩沖區要加入非關鍵鏈工期計算，有可能會變為關鍵鏈，這樣，原關鍵鏈就要作為非關鍵鏈也需要設置匯入緩沖區)，總工期為12.6個月。另外，在資源轉換的時候，應該設置資源緩沖區RB，但是RB既不占用資源也不占用時間，只是作為項目管理過程的重要控制點，提醒計劃執行者盡早做好資源準備，掌控好資源轉換對進度影響的風險，一般在計劃橫道圖中標識，不在本網絡計劃圖中體現。

按照關鍵鏈技術優化后，計劃總工期較關鍵路徑法編制計劃要短，同時還考慮實際的資源沖突，更為重要的是消弭了計劃執行中人為因素的影響，設置了項目執行過程中的風險時間，計劃更加實際可行，在通過下文的進度管控措施，使得項目實際工期往往會提前于計劃工期。

4 進度管控

本文結合實踐經驗，在項目管理體系下利用關鍵鏈技術的緩沖區概念，提出進度管控的優化方式：

4.1 風險預警管控

風險預警管控是一種基于經驗反饋基礎上的問題預判，需要全面梳理整理該項目在同類工程中層出現的問題和處理措施，提前展開有針對性的分析和準備，預防相似問題重復發生，確保能夠按計劃順利完成施工作業。本項目計劃編制時，梳理了5類26個風險項，如設備成套供貨風險，發貨缺少安裝零部件如地腳螺栓等，這類問題應將發貨清單提前交安裝單位核實后才能發貨；施工組織不合理風險，專業配合不力產生窩工現象，這類問題要細化工作計劃并加強接口控制；成品保護風險，由于成品保護不力需要修復引起工期滯后，這類問題應在項目啟動前制定預案，尤其是重點區域、重要設備的成品保護；設備或材料質量風險，到貨設備/材料性能不滿足設計要求，返廠維修耽誤工期，這類問題主要是加強出廠驗收控制，尤其是“三新”類設備/材料，過程質量控制非常必要；配套系統滯后風險，循泵等試車前水、電等條件應具備，子項投入時相關消防通風等輔助系統也應完好，經驗表明，影響泵房調試的大部分原因都是電氣系統或配套管溝投用，所以計劃的平衡配置和對輔助線路的進度控制也是至關重要的。

4.2 事前清單管理

事前清單管理是對計劃執行邊界的一個確認過程，統計證明，一個執行良好的項目，其準備工作時間往往要長于實際實施的時間。在準備階段，應整理好項目所需的詳細邊界條件清單，如設備到貨、可用施工圖紙、預制材料、場地、吊車、專用工具、施工組織方案、工藝評定方案、安全質量預案、人員資質證明等等，并根據準備時長確定該清單完成時間，在項目計劃開始實施前對事前清單的準備工作進行嚴格控制。

4.3 執行過程控制

執行控制過程重點抓好三個方面事項，一是共享資源的協調，如本項目中行車使用，多施工隊交叉使用，合理調配能夠使整體進度平衡進行，因此，有必要制定詳細的行車使用計劃，有專人協調使用；二是加強對勞動力投入、人員效率及工種配比的監控，確保按照施工組織方案要求配置人力資源；三是強化施工過程中的安全質量管控，強有力的過程控制并輔以智能管控工具，減少出現“黑天鵝”概率。

4.4 緩沖區管理

緩沖區管理是關鍵鏈技術的一大特點，是一種安全墊概念，隨著項目進展不斷突破安全墊而提升協調管理層級。結合項目管理的三個層級(執行層、協調曾、管理層)，將緩沖區管理也分為三個風險區間，并在每個區間初期設置預警點，在項目實施過程中，按照設定的時間間隔觀察緩沖區消耗情況，針對不同區間采取相應的措施進行風險控制。

圖7 基于緩沖區的進度管控層次圖Fig.7 Progress management and control structure based on buffer time

安全區：將緩沖區的第一個1/3時間設為安全區。當項目要消耗緩沖區的時候，向執行者發出預警，要求執行者采取有效措施，將相關作業對應緩沖區的消耗控制在安全區之內，并定期向協調層匯報項目執行情況，此時，協調層應開始加強對項目執行效率和問題的關注。

警惕區：將緩沖區的第二個1/3時間設置為警惕區，當安全區即將突破，向項目協調層發出預警，要求協調層梳理項目執行問題，會同相關專業和技術人員研究調整施工工藝、制定糾偏措施并督促執行，定期向管理層匯報項目執行情況，管理層也應加強對項目關注。

危險區：將緩沖區最后1/3時間設置為危險區，當緩沖工期即將進入危險區時，向管理層發出預警，說明項目實施碰到了重大問題，需要管理層出面協調增加資源投入，確保項目能夠按期完成。

當整個緩沖區即將消耗殆盡，如果是匯入緩沖區，此時計劃工程師應研究該非關鍵鏈的延誤是否影響關鍵鏈，并根據影響情況調整網絡計劃和項目緩沖區；如果是項目緩沖區，說明項目采取何種措施都難以按期完成，只有根據實際情況，對計劃進行調整，并詳細總結項目問題，是計劃制定太緊、執行過程不力、資源投入不夠還是項目風險認識不足，認真做好經驗反饋。

4.5 計劃再平衡

如果經過上述管控過程，計劃執行仍產生較大偏差，一般是產生了較大的設計變更或是某些偶發事件導致項目實施間斷。這種情況下，原有計劃已經不再適用，需要從整體工程角度進行計劃再平衡，要考慮本項目延誤對整體工程工期的影響，如果沒有浮時，還要保證總工期要求，則要增加資源投入，后續挽回工期損失，應做好投入與產出的平衡分析。

5 總結

關鍵鏈技術在一經提出后得到廣泛的認可，近年來在理論研究上不斷發展，也在國內外項目管理過程中得到有效應用，從各種相關文獻反映出，應用關鍵鏈技術對進度管控能夠起到確實有效的作用，實際工期往往提前于計劃工期。

但關鍵鏈技術當前還存在一定的局限性，如關鍵鏈技術需要掌握大量的經驗數據，了解不同概率下各項作業工期，實際上這些工期都是人為評估，因此對計劃科學性有一定影響；另外，其強調資源的唯一性，但實際工程中，往往對于唯一性資源已有預估，而大部分資源可以在工程實施中平衡調配，對計劃執行影響較大；還有，緩沖區設置雖然考慮了風險應對時間，但只是基于施工風險，可能還有一些更為重大的風險如設備質量問題等沒有考慮。

因此，關鍵鏈技術的應用，應在項目管理體系框架下，發揮項目管理各要素的作用，結合工程實際經驗，并在實踐基礎上進行完善。對于核電工程而言，在一些接口分工復雜、專業交叉多、影響總工期的專項計劃中應用關鍵鏈技術更為有效。