施工管理中网络计划的优化技术的运用

包双福贾帅

摘要：本文利用改变网络计划的逻辑关系和缩短关键工序的持续时间两类方法,对一个初始网络进行时间优化,从而使一个网络计划合理,有效,可行。通过施工组织方案优化过程分析,研究在施工管理中如何运用网络优化技术。

关键词：施工管理；网络计划；方案优化；关键工序；时间优化

Abstract: In this paper, use the two types of network of changed the logical relationship of network planning and shorten the duration of the key processes, an initial network optimization, enabling a network plan is reasonable, effective and feasible. Through the optimization process of construction organization, analyzes how to use research in construction management, network optimization technology.Key words: construction management; network planning; optimization; key processes; time optimization

中图分类号：TU71文献标识码： A 文章编号：2095-2104（2012）04-0020-02

一、前言

随着我国公路工程不断地建设发展，施工技术不断地进步，现代公路施工过程已成为一项十分复杂的生产活动。针对这些十分复杂的施工活动，需要充分利用数学方法、网络计划技术和计算技术理论，结合工程实际情况，将工程项目施工过程的全部作业具体形象化，统筹兼顾，科学地安排施工顺序，编制切实可行的施工进度计划，而传统的施工进度计划表达方式是横道图法。随着科学技术的不断进步，公路工程建设规模日益扩大，要求计划、施工管理的方法也要科学化和现代化，网络计划技术的应用，就是从工程项目的全局出发，按照客观的施工规律和当时当地的具体条件，统筹考虑施工活动中的人力、资金、材料、机械设备和施工方法，对整个工程的施工进度和资源消耗等作出科学而合理的安排，使工程建设在一定的时间和空间内，实现有组织、有计划、有秩序的施工，达到耗工少工期短、精度高功能好、资金省成本低的相对最优效果。因此，施工单位在编制实施性施工组织设计时，应充分考虑使用网络计划技术，以期达到对施工过程最经济、最有效、最合理的科学控制，高质量地完成施工任务，全面提高施工组织管理水平。网络优化技术是一种计划管理的新技术,是现代管理科学的重要组成部分。在施工管理中应用网络优化技术安排工程计划,控制工程进度和费用,使其达到最佳合理目标,具有重要作用。

二、网络计划技术的科学性及其特点

目前，公路建设者已经广泛地利用网络计划技术来进行编制施工进度计划、施工作业计划和施工组织管理，为多快好省地完成施工任务发挥了重要作用。归纳起来说，网络计划技术具有以下的科学性和特点：

2、1通过网络计划进度图能清楚地反映出整个计划中各项工序之间相互制约、相互协调的逻辑关系，从工程全局出发，统筹安排，使生产人员知道自己所负担的工作在全局中所处的地位和作用，有利于他们协作配合，共同保证计划任务按期完成。

2、2 通过网络时间参数计算，能准确地指出对整个计划有影响的关键工序，找出决定工期的关键线路和关键工作以及有机动时间的非关键工作，从而使管理人员胸中有数。综观全局，抓住主要矛盾，合理调配人力、建筑材料、机械设备、资金及其他有关资源，实行重点管理，从而降低成本，缩短工期，确保施工任务计划的落实。

2、3 利用网络计划施工进度图，能进行施工计划的优化比较，从许多可行的施工方案中选择出最优方案。

2、4 网络计划技术既是一种计划方法，又是一种组织和控制施工的工具。由于在网络计划执行过程中，可以通过对时间参数的计算，预先知道各工作提前或推迟完成对整个计划的影数的计算，预先知道各工作提前或推迟完成对整个计划的影响程度，管理人员可以采取技术组织措施对计划进行有效控制与监督。对于在施工中较难控制的因素，如原材料、动力、外购件的供应等，可以在绘制网络计划施工进度图时，预先增加催取和等待时间，并在网络计划执行过程中，根据网络计划图标明的日期，及早采取措施，从而也达到了加强施工管理工作的

目的。

2、5 网络计划技术适用于各类大小工程项目，可以用手工计算，也可以用计算机计算，在对网络时间参数计算时，能够优化资源成本，调整工期，因此提高了施工组织管理效率。由于网络计划技术具有上述的科学性及其特点，在建设工程项目计划进度控制中成为最有效的工具，特别是一些大型工程项目施工进度计划，工程管理人员更应掌握它、应用它，以实现施工进度控制目标。

三、网络计划的优化

网络计划的优化是指不断改善网络计划的初始方案，在满足给定网络计划的约束条件下，利用最优化原理，按照某一衡量指标（如时间、成本、资源等）来寻求一个最优的计划方案。网络计划的优化是在一定约束条件下,按既定目标对网络计划进行不断检查、评价、调整和完善的过程。根据网络计划优化条件和目标不同，通常有网络计划的优化有工期优化、费用优化和资源优化3 种。费用优化又叫时间成本优化。资源优化分为资源有限———工期最短的优化及工期固定———资源均衡的优化。由于在网络图的每一工作上,一般都可采用多种不同的工工艺,从而有不同的工作时间和相应的工作成本。如要缩短总工期,就要在关键工作上采用工作时间短的工序;如要降低成本,可在非关键成本上采用低成本施工工艺,只要延长的工时在工作总时差范围内就不会延长总工期。

3、1工期优化

工期优化是压缩计算工期,以达到要求工期目标,或在一定约束条件下使工期最短的过程。在网络计划中，关键线路控制着任务的总工期，因此，工期优化一般通过压缩关键工作的持续时间来达到优化目标。在优化过程中,要注意不能将关键工作压缩成非关键工作。但关键工作可以不经压缩而变成关键工作。当在优化过程中出现多条关键线路时,必须将各条关键线路的持续时间压缩同一数值,否则不能有效地将工期缩短。为了缩短关键线路可以从两方面入手：一是通过改变工作的组织措施的方法，二是通过关键工作持续时间的时间优化方法。

3、1、1时间优化

时间优化, 是在人力, 物力, 财力等资源不受限制的情况下, 使工期尽可能缩短, 保证工程在规定工期内完成或提前完成。对于一项工期紧迫的工程来说, 时间优化尤其重要。时间优化的目的就是缩短工期。由于一个网络计划的工期是由关键线路的长度决定的。因此,时间优化的目标就是缩短关键线路的长度。一般而言, 时间优化的方法分为两大类:

(1) 改变网络计划的逻辑关系。(2) 缩短关键工序的持续时间。根据不同的情况分别采用不同的方法, 而每类方法又根据具体情况运用不同的手段。其具体分类方法如图1所示:

3、1、2、计划的逻辑关系

1、将串联工序改为平行工序。通过把串联工序改为平行工序,可以在同一时间内安排更多的工序同时进行,且每道工序的持续时间保持不变。图2和图3分别表示将串联工序改为平行工序的网络图。由图可见,通过改变网络计划的逻辑关系,网络计划的时间从原来的70ｄ缩短为60ｄ,从而使网络计划得到了优化。

2、将串联工序改为平行交叉工序把串联进行的工序各自细分几段,在同一时间内将各分段进行平行交叉,且各道工序的总持续时间保持不变。图4和图5分别表示将串联工序改为平行交叉工序的网络图。

由图4、图5可见,将串联工序改为平行交叉工序是一种比较合理的时间优化方法,网络时间从原来的75ｄ缩短至40ｄ,从而使网络时间得到了大大的优化。

3、缩短关键工序的持续时间

3.1、网络计划的计算工期不超过规定工期(即Ｔ<Ｄ,Ｔ为计划工期,Ｄ为规定工期)①时间上:网络计划的工期是由关键线路确定的,为了缩短其工期,可采用强硬措施使网络计划中关键工序尽可能的压缩,每压缩一步,就需重新调整网络计划,直至最优。②资源上:可以采用计划内调拨资源给关键工序,也可以采用计划外调拨资源给关键工序。对于计划内调拨资源就是适当地推迟非关键工序的开始时间或延长非关键工序的持续时间,以便调出部分资源支援关键工序。③组织上:通过优化组织关系来缩短工期。对于任意两道工序Ａ和Ｂ,假设将工序Ｂ安排在工序Ａ后进行,即Ａ→Ｂ,那么工期的增加量ΔＴＡＢ就等于工序Ａ的最早结束时间ＥＦＡ与工序Ｂ的最迟开始时间ＬＳＢ之差。即ΔＴＡＢ=ＥＦＡ-ＬＳＢ。若ΔＴＡＢ≤0,则说明工序Ａ安排在工序Ｂ后,工期不增加。若ΔＴＡＢ>0,则说明工序Ａ安排在工序Ｂ后,工期地加了。利用优化组织关系来对任意两道工序进行合理的安排,以期实现工期最短。

3.2、网络计划的计算工期超过规定工期(即Ｔ≥Ｄ)当网络计划的计算工期超过规定工期时,需要将超出的时间加快到关键工序上,从而保证网络计划在规定工期内实现。1)平均加快关键工序的持续时间平均加快关键工序的持续时间其具体的操作步骤为: ①确定网络的关键线路并计算出网络的计划工期Ｔ。②给定网络计划的规定工期Ｄ,计算出超出的时间Ｔ-Ｄ。③将关键工序组成一个集合,计算集合内每个元素的缩短时间ΔＴｉｊＴｉｊ/Ｔ(Ｔ-Ｄ)。式中Ｔｉｊ为工序的持续时间。④计算关键工序集合中,每个元素调整后的持续时间Ｔ′ｉｊ=Ｔｉｊ-ΔＴｉｊ。⑤重新计算网络计划的实际工期Ｔ′。若Ｔ′<Ｄ,则结束。若Ｔ′>Ｄ,返回步骤1)。下面结合一个具体的公路施工例子进行网络时间优化。网络模型如图6。

在这个网络图中,其关键工序为1～2,2～3,3～4,4～5,5～7,7～9,9～10,10～11,11～12。且计划工期为355ｄ,计划工期超过规定工期,那么将关键工序组成一个集合,对其中的每道工序按平均加快关键工序的持续时间进行压缩,压缩后的时间列表1。将网络图按压缩后的工序时间重新计算,则满足规定工期的要求,优化后的网络图如图7所示:

优化后的网络图的关键线路为1～2～3～4～5～7～9～10～11～12,且计划工期335ｄ,满足规定要求。所以说,利用平均加快关键工序的持续时间进行时间优化是可行的。2)选择加快关键工序持续时间选择加快关键工序持续时间的基本步骤与平均加快关键工序持续时间的大致相同,不同之处是在步骤③中将选择加快的关键工序组成一个集合,从这一集合中挑出所要加快的关键工序进行加快,执行完后,将其排除。仍结合上面的例子,对其进行选择加快关键工序持续时间的优化。选择的关键工序包括1～2,5～7,7～9,9～10,将选择的关键工序进行时间优化后的结果如表2所示.

那么,再重新进行时间计算,其优化后的网络图如图8所示,该网络图的关键线路为1～2～3～4～5～7～9～10～11～12,计划工期为335ｄ,满足规定要求,故用选择加快关键工序的持续时间法进行时间优化的结果是有效的。

4.、结论一个网络计划如果不进行时间优化,仅仅是一个可行计划,而不是一个最优计划。在实际公路工程应用中,利用网络计划进行时间优化,不仅可以缩短时间,还可以节约资源。同时在大多数情况下,一个公路工程项目是受到规定工期限制的,这时就必须对网络计划进行时间优化以便达到规定工期的要求。

3、2 时间－费用优化

费用优化又叫时间成本优化,是寻求最低成本时的最短工期安排,或按要求工期寻求最低成本的计划安排过程。时间优化是在不考虑成本的情况下进行的，事实上，在一般工程项目中，要加快某项工作，通常都需要增加劳动力，或加班加点，或增加设备，而这些都会引起成本的增加，因此，成本与工期有着密切的关系。公路工程项目的总费用包括直接费用和间接费用，其中直接费用指完成工程所需要的劳动力、原材料、机械设备等费用，间接费用则包括管理、公用福利事业费用、利息和一切不便于计入直接费用的其他附加费用。直接费用随着工期的缩短而增加，而间接费用是随着工期的缩短而减少的。因此，对于某一个项目来说，就不能简单地认为缩短工期就会增加费用，或者延长工期就会减少费用，这里存在一个时间与费用优化的问题。所谓时间与费用优化就是求网络计划最小费用的最优工期。解决这一问题的途径，可这样进行：先确定间接费用与工期的关系曲线，再确定直接费用与工期的关系曲线，两曲线叠加即得到总费用与工期的关系曲线，该曲线的最低点即为最小费用，此费用对应的工期即为最优工期。一般情况下，时间与间接费用的关系可视为线性关系，所以主要问题是如何确定时间与直接费用的关系，该关系可由正常工期条件下，每缩短单位时间需增加费用的数量大小，在工期直接费的坐标中找出相应的坐标位置，通过若干次缩短单位时间后，在坐标中就可标出相应次数的坐标位置，用光滑曲线将这些点连成线，即可得到工期与直接费的关系曲线，再将直接费、间接费与工期的关系叠加即得总费用与工期的关系曲线，故必定有一个总费用最少的工期,这便是费用优化所要寻求的目标，从而找出最小费用的最优工期。

费用优化可按下述步骤进行:

(1) 算出工程总直接费;

(2) 算出各项工作直接费费用增加率;

(3) 找出网络计划中的关键线路并求出计算工期;

(4) 算出计划工期为t 的网络计划的总费用;

(5) 在确定了压缩方案以后必须检查被压缩的工作的直接费率或组合直接费率是否等于、小于或大于间接费率,如等于间接费率,则为优化方案;如小于间接费率,则需继续压缩;如大于间接费率,则在此前一次的小于间接费率的方案即为优化案。

3、3 资源优化

资源优化是通过改变工作的开始时间,使资源按时间的分布符合优化目标。具体的方案有2 种:资源有限———工期最短的优化和工期固定———资源均衡的优化。

3、3、1 时间固定、资源均衡的优化。这里所说的资源是指为完成任务所需的劳动力、材料、机械设备和资金等的总称。在大多数的情况下，在一定时间内所能提供的各种资源有一定限额。一项好的工程计划安排，一定要合理的使用现有的资源，如果进度安排不恰当，就会在计划的某些阶段出现对资源需求的低谷，这种高峰与低谷的存在，势必使劳动管理复杂，管理费用增加，给施工企业带来不必要的经济损失。因此，就需要根据工期与资源情况进行优化调整，在保证规定工期和资源供应之间寻求相互协调和相互适应的途径。通常时间与资源的优化有两种不同的情况：一是在工期规定的情况下，力求资源消耗均衡，即规定工期的资源均衡问题；另一个是在资源供应有限制的条件下，寻求计划的最短工期，即资源有限、工期最短的问题。

3、3、2 资源强度有限，时间最短的优化。当一项工程计划通过资源均衡之后，如果所需要的资源很充足，就可以下达实施了，但是，当资源供应有限时，计划在执行过程中就可能出现资源供不应求的现象，这就需要合理安排资源。为此，可采用有限资源分配的方法，即备用库法来处理。备用库法分配有限资源的基本原理是：设可供分配的资源储存在备用库里，任务开始后，从库中取出资源，按工作优先安排的规则，给即将开始的工作分配资源，并考虑到尽可能的最优组合，分配不到资源的工作就推迟开始，随着时间推移和工作的结束，资源陆续返回到备用库中，当库中的资源达到能满足即将开始的一项或数项工作的资源需要时，再从备用库中取出资源，按这些工作优先安排的规则进行分配，这样循环反复，一直到所有工作都分配到资源为止。资源分配的优先安排规则为：

1、 优先安排机动时间小的工作。

2、 当数项工作的机动时间相同时，优先安排持续时间最短和资源强度小的工作。

四、结束语

网络计划的优化技术能够明确地反映出计划各项工作的先后次序和相互关系;能够在工作繁多、错综复杂的计划中指明关键线路和关键工作,确保按时竣工,避免盲目抢工;能够预测某些工作提前或推迟对整个计划的影响程度,便于采取措施;能够科学地从多种方案中选择经济效果最优的方案,合理调配人力的设备,达到降低成本的目地;能够在计划执行中根据变化了的情况迅速进行调整;能够利用电子计算机进行准确快速的计算。总之,在施工管理中应用网络技术,有利于统筹全局,抓住关键,预见潜力,降低成本,有效地发挥计划、组织、指挥、控制、协调和管理职能。

参考文献：

1程国平.实用网络计划技术.华中理工大学出版社,1991

2邬晓光.路桥施工组织与概预算.西北大学出版社,1995

3公路施工企业管理.北京:人民交通出版社,1996

4季节.公路施工组织随机网络方法研究.:西安公路交通大学,1998

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。