關鍵鏈技術在信息化項目進度管理中的應用研究

摘要：基于關鍵鏈技術在信息化項目中的運用，結合上海寶山外環外區域路口Scats系統升級改造項目，分析該類型項目的總體施工方案，并運用WPS拆分各項工序；利用關鍵路徑技術計算項目總工期，并設置接駁緩沖和項目緩沖；通過緩沖區的計算，分析比較二分法與根方差法的差異性。案例結果表明，關鍵鏈技術在信息化項目中的運用可以大幅縮短工期，加速項目建成落地。

關鍵詞：信息化項目；關鍵鏈技術；緩沖區設置；進度管理；關鍵路徑技術

0"引言

“十四五”以來，企業與政府數字化轉型被提升到新的戰略高度。在此背景下，信息化項目的建設規模與數量迎來高速發展。信息化項目是指利用信息技術對企業、組織或機構的業務流程、管理體系、服務模式等進行改造和升級的項目"[1]。它包括引入新的信息技術設備、軟件系統，優化現有的信息系統，提升信息化水平，提高工作效率和服務質量等方面的工作"[2]。由于其本身的復雜性和受眾多因素影響，在日常的信息化項目建設過程中，計劃工期延期問題不斷發生。關鍵鏈技術在1997年由Goldratt首次提出，其核心思想是通過設置緩沖區來消除各項不確定因素對于工期的影響。因此，在信息化項目實施過程中引入關鍵鏈技術以對整體進度進行把控變得尤為重要"[3-4]。

1"進度管理的常用方法

1.1"關鍵路徑技術

關鍵路徑技術"[5]是一種用于規劃、調度和控制項目進度的管理工具。它通過確定項目中的關鍵路徑來幫助項目經理和團隊成員了解項目的關鍵任務和關鍵時間點，以合理安排資源和時間，確保項目按時完成。關鍵路徑是指在項目網絡圖中，連接項目起點和終點的最長路徑。關鍵路徑上的任務是項目進度的關鍵任務，如果其中任何一個任務延遲，整個項目的進度都會延遲。因此，關鍵路徑技術的目標是找到關鍵路徑上的關鍵任務，并對其進行重點管理和控制。

1.2"甘特圖

甘特圖又稱進度橫道圖、條狀圖"[6-7]。其是一種傳統項目實施過程中最常見的工期進度評估與管理工具，具備可視化效果，可清晰地展示項目的時間計劃與進度安排，主要以水平條形圖的形式顯示項目建設過程中的各個任務、任務的起止時間和任務之間的勾稽關系。其內容主要包括時間軸、任務條、依賴關系、里程碑、進度標記等。甘特圖的應用已非常成熟，其可以幫助項目建設團隊清晰地了解項目的整體進度計劃，識別每一個模塊任務的優先級和關鍵路徑。便于項目組人員溝通和同步項目進展情況，提升項目執行效率。

1.3"關鍵鏈技術

關鍵鏈技術是基于關鍵路徑技術的理論衍生而來的"[8]，旨在解決傳統項目管理中存在的資源浪費和進度延誤的問題。其是通過在關鍵路徑上插入三種不同的緩沖區即項目緩沖、匯入緩沖、資源緩沖，以應對建設過程中的不可預見問題，從而避免項目整體進度的延誤。關鍵鏈技術更看重資源的約束和優化，需要對項目的資源約束和任務依賴進行準確地分析和評估，以保證方法的有效性與可行性。

2"項目概述

上海寶山外環外區域路口Scats系統升級改造項目（以下簡稱“Scats系統項目”）位于上海市寶山區。該項目針對43個寶山區域內的國產信號機交叉路口進行集中化Scats系統升級改造。主要建設內容包括更換交通信號燈、路口管線敷設、信號機安裝、數據采集設備安裝、配套軟硬件系統部署等。通過該工程的實施，可實現區域內交通信號系統的協調控制，提高道路通行能力。其作為建設智能交通系統的基礎和重要組成部分，是進一步實現寶山區交通智能化，提高交通管理水平，提升區域綜合形象的重要手段。

該項目的建成對寶山區的道路交通治理成效明顯，主要體現在以下4個方面：

（1）道路通行秩序明顯好轉。通過實施可變車道工程，友誼支路潮汐式交通擁堵難題得到有效緩解；通過實施客貨分道工程，蕰川公路、滬太公路部分路段通行秩序明顯改善。

（2）道路通行效率顯著提高。通過實施高峰禁貨措施，相關路段通行效率顯著提高，特別是吳淞大橋等道路高峰期小時通行量提高20%以上；通過路口排堵保暢工程性改造，以及淞寶城區信號燈系統Scats改造，交通智能誘導系統合理引導分流車輛，有效提高了路網通行能力。

（3）道路交通事故數顯著下降。據統計，實施寶山智能交通一期項目建設的路段道路交通事故數同比下降約30%。

（4）道路交通環境有效改善。實施寶山智能交通一期項目建設的路段交通違法事件明顯減少，特別是通過實施隔離護欄工程，牡丹江路等12條道路及軌道交通1、3、7號線的22座站點周邊車輛亂停放和“黑車”違停候客現象得到有效遏制。

3"系統建設施工方案

3.1"項目施工的總體工序

Scats系統項目施工工序拆解圖如圖1所示。

3.2"信號控制系統項目施工流程

參照WBS工作分解結構，將Scats系統項目按照一個整體的層次進行拆分，最終將該項目拆分為17個作業項，任務工序如下：硬件平臺搭建→工業計算機部署→網絡設備安裝與聯調→機房空調系統部署→機房UPS系統安裝→綜合環境監測系統聯調→市政道路物探→外場施工前期準備→設備到貨安裝與涂裝→單機試運行調整→路口管道敷設與基礎開挖→特征軟件編輯→通訊與供電線纜敷設→現場開機路口信號燈開通→燈組狀態與通訊實測→后臺軟件部署與配置寫入→內外場聯調控制方案下發。

Scats系統項目的外場施工一般包含施工準備、設備就位安裝、設備最后涂裝、設備的單機試運行、設備的調試、現場開機。施工準備是保證工程施工順利進行的前提，主要包括技術準備、物質準備、組織準備及作業條件準備等。設備就位后，只有充分的完成前期的施工準備，項目整體的進度才會更好地可控。

4"施工難點及項目進度目標影響因素

整個項目的工期約為180d，整體工期雖較為充裕，但由于該項目位于寶山區主城區內，日常交通通行壓力大，現場各項不確定影響因素較多。項目部為了確保項目整體可以如期交付，在項目實施前期必須對于各項影響項目進度的不確定因素進行充分羅列與分析，以評估各項因素可能對于項目工期產生的影響，全力確保項目最終按期交付。經過項目整體分析發現，影響工期的因素主要為以下5個方面"[9]。

4.1"現場溝槽開挖變更

由于道路信號燈開挖基礎及信號系統排線，需對現狀道路進行開挖修復。該項目的各路段均為已建路段，在已建路段上施工困難較多，包括交通主干道不能因施工而阻斷交通，其他路口基本都有公交線路，施工不能影響正常的交通秩序；車輛和行人多，存在較大的安全隱患；地下供電、供水、供氣、信息等管道繁多，排摸準備工作負責、施工要求高"[10]。以上困難容易導致現場施工情況復雜多變，開挖點位和方向變更的情況經常發生，影響既定工期的進展。因此，需要提前介入，對現場進行充分調研，制定詳細的開挖施工計劃，為可能發生的變更預留充足的彈性空間。

4.2"信號機設備供貨延期

Scats信號機設備為國外進口產品，需要提前通過代理商進行下單，訂單確認后會進行一系列采購流程，包括合同簽訂、安排物流、訂單跟蹤、產品報關、國內倉庫發貨等，每一個流程上的問題均會影響最終設備到貨的實際時間，進而對整體項目的交付工期造成影響。因此，項目部一般采取對接信譽好、實力強、產品優質的供應商進行集中采購，并由物資設備部統一對本工程所需的設備采購進行全流程監督。

4.3"項目部管理人員調整

項目部成員一般由項目經理、技術負責人、系統工程師、專職安全員、質量員、合同管理員等組成，項目部人員的穩定往往對工程項目按時按質完成起到決定性因素。Scats系統項目因施工范圍大，建設周期長，項目部管理人員存在調整的情況。因某些關鍵崗位技術人員的調整，該部分子系統施工進度可能滯后。為避免此類問題產生，項目部需要在現有團隊人員的前提下，圍繞關鍵崗位準備必要的冗余人員，在發生人員調整時及時補位，確保核心節點工期不延后"[11]。

4.4"業主需求變更

業主需求變更是工程建設項目中普遍存在的情況。在項目實施階段，現場環境變化、設計圖樣不合理、業主管理團隊內部調整等因素均會導致業主需求變更"[12]。因此，當變更發生時，必要的溝通與后續過程中各項聯系單與簽證單的及時辦理尤為重要。

4.5"系統開通同上級單位的協調

根據以往保山地區的施工經驗，該項目改造的信號系統外場建設包括外場設備的安裝調試，與道路沿線通信管線、綠化、市政、公路、交警等部門存在協調面，尤其是路面的及時修復需要與市政署、公路屬等單位協調；建設采用就近接入既有交通設施供電系統或市電的配電箱方式引出供電，與原供配電設施也存在協調面；該項目Scats區控到上海市交警總隊的通信還需與上海交警總隊路設處和科技處進行協調，過程中的每一個環節均會對最終系統的開通上線時間產生影響。因此該項目對項目經理與總承包單位的對外溝通協調能力有著更高的要求。

5"采用關鍵鏈技術持續改進項目工期

5.1"關鍵鏈工序的常規操作方法

識別受資源約束的任務序列，關鍵鏈任務的羅列是關鍵鏈技術中的重要步驟，是影響整個項目進度的瓶頸。采用關鍵鏈技術可以優化工序的排程，加快項目進度"[13]。關鍵鏈技術的執行步驟如下：

（1）識別受資源約束的任務序列。

（2）指定任務網絡，顯示任務之間的依賴關系和時間估算。

（3）考慮資源約束，根據資源限制，從任務網絡圖中找出無法并行執行的任務。

（4）識別最長路徑，找出整個項目網絡中的最長路徑，即關鍵路徑。

（5）考慮資源的優先級，將更關鍵的資源引導至關鍵鏈任務。

（6）進行仿真和分析，使用仿真工具或項目管理軟件，在不同資源限制和排程情況下分析項目進度。

（7）在項目實施過程中，關注任務的實際情況，隨時動態調整關鍵鏈任務

5.2"項目任務時間的估計

利用關鍵路徑技術識別Scats系統項目的關鍵路線"[14]：硬件平臺搭建→工業計算機部署→網絡設備安裝與聯調→外場施工前期準備→設備到貨涂裝→單機試運行→溝槽與基礎開挖→特征軟件編輯→通信與供電線纜敷設→現場信號機開機→后臺軟件部署與配置方案寫入→內外場聯調即控制方案下發。期望工期及方差見表1。

利用傳統的關鍵路徑技術測算，該案例采取悲觀時間來計算關鍵路徑上的各項工期，最終本項目總工期為204d。三時估計法是在進度計劃中確定工作持續時間的一種方法，常用于PERT網絡分析法中關鍵路線中所有任務的時間計算"[15]。三時估計法是把施工時間分別估算為確定活動完成的三種可能時間，即最樂觀時間、正常時間、最悲觀時間，在得到這三種估計時間后，通過概率法得到平均值和均方差。該案例中，以關鍵路徑的任務時間的期望之和為項目完成時間的期望值，總工期為關鍵路徑上的工序期望總和，為153.67d。

5.3"緩沖區計算

關鍵鏈緩沖區的設置可以幫助信息化項目管理人員更好地控制項目進度。常用的緩沖區分別為項目緩沖區、接駁緩沖區、資源緩沖區。按照項目執行順序，項目緩沖區一般放置在關鍵路徑末端，避免關鍵路徑延期"[16]；接駁緩沖區一般放置在關鍵路徑和非關鍵路徑結合點，避免非關鍵路徑延期；資源緩沖區一般設置在資源即將被使用的工序活動之前，用于預警的作用。

常用的兩種緩沖區計算方法分別為固定比例法，又稱二分法，以及根方差法。由于二分法是憑借主觀意識將安全時間的一半作為緩沖量，雖然該方法使用簡便，但缺乏對各項工序之間差異化的考慮。二分法公式如下"[17]

ΔB=12∑ni=1（te-tm）

式中，ΔB表示緩沖時間；tm為活動平均完成時間；te為活動預計完成時間；n代表路徑上的活動數量。

根方差法體現了中心極限定理的思想，將安全時間的一半作為工序持續時間的標準差，將關鍵鏈路、非關鍵鏈路標準差的兩倍作為緩沖量。根方差法計算公式如下

ΔB=2∑ni=1Δti2"2=∑ni=1（Δti）"2

式中，ΔB表示緩沖時間；Δti表示第i項活動的安全時間；n表示路徑上的活動數"[18]。

5.4"計劃工期優化后比較

由于關鍵路徑為（1、2、3、8、9、10、11、12、13、14、16、17），分別需要設置兩個接駁緩沖區，即FB1和FB2，最后再設置一個項目緩沖區，即PB。

采用二分法計算可得：FB1=3d，設置于機房UPS系統安裝之后；FB2=8d，設置于燈組狀態與通信實測之后；最后PB=26d，位于關鍵鏈的末尾，設置于內外場聯調控制方案下發之后。

采用根方差法計算可得：FB1=5d，設置于機房UPS系統安裝之后；FB2=10d，設置于燈組狀態與通訊實測之后；最后PB=18d，位于關鍵鏈的末尾，設置于內外場聯調控制方案下發之后。

通過兩種方法的比較可知，二分法缺乏足夠的理論依據，設置的緩沖區往往與實際需求差距較大；而根方差法的主觀盲目性更小，計算出的緩沖區不會過大或過小，因此本次緩沖區的數值采用根方差法計算后得出的數據。

Scats系統項目的關鍵鏈總工期計算方式為：關鍵鏈上的各個工序的50%可能完成時間+項目輸入的接駁緩沖區（FB）時間+項目末尾的項目緩沖區（PB）時間。該項目最終的關鍵鏈總工期為143d。采用傳統的關鍵路徑技術計算，即按照最悲觀工期進行計算，可得最終的預測工期為204d。采用PERT網絡分析法計算，可得最終的預算工期為153.67d。三者相比，采用關鍵鏈技術計算的總工期比關鍵路徑技術縮短了29.9%，比PERT網絡分析技術縮短了6.9%。

6"結語

Scats系統對于上海市及全國的信號燈交叉口的效果顯著，發展速度與建設規模逐年上升。目前，市場方向已逐步從最初的如何建完改造好，逐步轉變為如何應用好、落地好。關鍵鏈技術通過三種緩沖區的設置，可以有效地降低該系統計劃工期的延誤風險，提升信息化項目整體施工進度的完成率，即使在項目實施期間遇到最壞的情況，導致緩沖區被耗盡，依然可以確保項目工期如約交付，為城市智慧交通管理水平的發展提供了參考。

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收稿日期：2023-11-21

作者簡介：

黃崇偉（1983—），男，博士，副教授，研究方向：道路與機場工程、市政工程、智能交通工程。

胡凱倫（通信作者）（1993—），男，工程師，研究方向：信息化項目建設管理。