关键路径法在核电站给水泵调试项目中的应用研究

封晔

[摘 要] 项目进度管理是项目管理的重要组成部分，关键路径法是项目进度管理的重要工具。运用关键路径法，项目管理人员需要对工作进行分析、鉴别、分解、梳理、排序，绘制网络结构图，确定关键路径，以保证管理工作重点、有效控制进程。本文将关键路径法应用于核电站给水泵系统调试项目，借助Microsoft Project软件确定关键路径和关键工序，提高管理科学性、优化项目进度、保证资源合理分配，为确保工期奠定基础。

[关键词] 关键路径法（CPM）；给水泵系统调试；项目管理；MSP；网络计划技术

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2016. 21. 035

[中图分类号] F270.7 [文献标识码] A [文章编号] 1673 - 0194（2016）21- 0075- 05

1 项目管理与网络计划技术

项目，是为创造独特的产品或服务而进行的临时性工作。项目管理是把各种知识、技能、手段、技术应用于项目活动，通过对资源进行管理、分配和调度，以高效实现给定目标。

PMBOK（Project Management Body of Knowledge）是美国项目管理学会PMI（Project Management Institute）早在20世纪70年代末率先提出，几经修订，目前在世界范围内通用的项目管理知识体系。依据该体系，可将项目管理分为五个过程和八大管理。其中，五个过程是：启动、计划、实施、控制、收尾。八大领域是：范围管理、时间管理、成本管理、质量管理、人力资源管理、沟通管理、采购管理、风险管理。

时间管理中很重要的一项内容是进程管理。项目进程管理是指在项目实施过程中，对项目各阶段的进展程度和最终完成期限所进行的管理。其目的是保证项目能在满足时间约束条件下实现总体目标。进程管理包括进度的计划与控制。

20世纪50年代末以来，网络计划技术成为广泛使用的项目进程管理方法，主要用于工程项目的计划与控制，有两种基本形式：关键路径法（CPM）和计划评审技术（PERT）。其核心内容包括绘制网络图、识别关键路径和优化项目进程。使用关键路径法，要求项目各工序的工作时间可以准确估计；而计划评审法下，各工序工作时间是一个变量，需要进行统计分析和估计。由于二者的不同，CPM主要应用在整体工期基本能确定的工程项目中，PERT一般应用于工期不易估计的项目开发与研究。

本文研究的是核电站给水泵系统调试项目，该项目是核电站建设过程的必经阶段，具有一定的可复制性；给水泵系统虽是核电站辅助系统的重要组成部分，但根本性的技术革新强度不大。以上两点表明该项目各工序所需时间可以基本确定，适用关键路径法。

2 关键路径法研究综述

1956-1957年间，美国杜邦化学公司的M.R.Walker与兰德通用电子计算机公司的J.E.Kelly为协调公司内部不同部门的工作，共同研究出关键路径法，并试用于杜邦公司一个化学维修工程，使维修停产时间由过去的125小时降至74小时，取得良好的经济效益。1970年美国400家最大的建筑企业中使用CPM的达到80%以上，并广泛应用于工业、运输等其他领域。由于其效果极为显著，很快被欧洲、日本等发达国家争相采用。借助计算机技术和项目管理软件，目前包含CPM在内的网络计划技术被广泛应用于世界各国的工业、国防、建筑、运输和科研等领域。

1965年，我国著名数学家华罗庚教授首先在我国的生产管理中推广和应用这些计划管理方法，将其称为统筹法。1983年中国科学院成立了“优选法、统筹法与经济教学研究会”专门从事网络计划的研究与推广。伴随经济的发展，网络计划技术在我国的工程建设领域也得到迅速的推广和应用，尤其是在大中型工程项目的建设中，对其资源的合理安排、进度计划的编制、优化和控制等应用成效显著。

我国文献对关键路径法的研究比较集中，主要分为两类：一是关键路径法的应用型研究；二是关键路径法的改进。其中应用研究占绝大多数，项目主要集中在电力电气、设备制造、软件开发、医疗等领域，而设备制造业又以车、船、机等大型设备为主。与上文史实相符，关键路径法主要应用于我国重工、服务业的大型项目，学者的讨论也集中于此。另一方面，对关键路径法的优化研究主要分为两类：一类是加入资源约束、浮动时间等影响因素；一类是优化工期评估。王淑云、朱祥松等在考虑综合资源约束与浮动时间的条件下，提出扩展的关键路径法。他们的研究指出传统网络计划技术在制定项目的进度计划时，没有考虑项目的资源约束，所做计划往往过于乐观；但考虑了资源约束的项目进度安排研究，又忽略了工序浮动时间的计算，令计划偏于悲观且缺乏柔性。他们的扩展模型通过以下四步来兼顾二者：①应用传统CPM制定进度计划；②确定工序间的资源联系；③资源约束下的逆向计算；④确定项目的替代性进度计划。CPM认为工期是确定的，虽然PERT利用概率分布估计工期，但仍不够有效。何立华，张连营的研究将改进的模糊取最大运算和模糊减运算应用于最早开始时间和最晚开始时间的确定。改进了关键路径法，新的方法既可用于模糊网络时间参数计算，也可用于模糊资源受限项目调度问题。除了CPM和PERT外，近些年我国学者开始着眼于关键链法（CCM）的研究。

3 关键路径法的理论及实施步骤

3.1 关键路径法

应用关键路径法的前提是创建项目网络图，可使用两种格式作图：点代表工序（AON）和弧代表工序（AOA）。创建项目网络图后，需要确定网络中每个工序的开始和结束时间，前进法用于确定最早开始和结束时间，后退法用于确定最晚开始和结束时间。CPM最核心的目标是找出关键路径，它是穿越网络的最长路径。关键路径上的工序称为关键工序，是不能被延误的工序，否则将会影响整个项目工期。关键工序是最早开始时间等于最晚开始时间（亦即最早结束时间等于最晚结束时间）的工序。关键工序组成的路径为关键路径，一个项目一定存在关键路径，但不一定只有一条关键路径。非关键工序是最早开始时间小于最晚开始时间（亦即最早结束时间小于最晚结束时间）的工序，该类工序不要求必须在最早开始时间动工，可以适当延迟，只要在最晚结束时间前完工即可。

3.2 应用关键路径法的主要步骤

首先是定义各项工作任务，即进行工作任务分解及描述。这是工作顺序的确定的前提。接着编制工作清单，包括：列示工作任务并确定编号；确定各项工作时间；确定各项任务的父工序，即工作任务间的逻辑关系。其次是根据工作清单和工作关系绘制网络图。这是一项复杂且容易出错的工作，特别是遇到工序多、关系复杂的大型项目时，更是如此。最后也是最重要的环节是确定关键路径。在确定项目开始时间和整体工期的条件下，计算每项工序的最早开始和结束时间、最晚开始和结束时间，以及间隙。然后可通过以下标准之一确定关键路径：①在一条路径中，每个工作的间隙都是零，这条路径就是关键路径；②在一条路径中，每个工作的时间之和等于工程工期，这条就是关键路径。

值得一提的是，计算机技术使得实施关键路径法变得相当容易。管理及研究人员只需完成前两步工作，其余的便可交由软件处理。市场上常用的项目管理软件有Microsoft Project（MSP）、WinQSB、Redmine、JIRA等等，这些专门的项目管理软件存在版权限制。如遇小型企业或偶尔的项目管理需求时，Excel也可实施关键路径法寻找关键工序和关键路径。

4 关键路径法在核电站给水泵系统调试项目的应用

4.1 项目简介

该项目全称为某核电站化学容积控制系统给水泵系统调试。某核电站是我国在建的核电站之一。化学容积控制系统（简称化容系统）是核电站主系统的重要辅助系统，主要功能为调节主系统的水质和水量，其中包括减压、净化、除气、加药、给水泵、充水6个子系统。本文所讨论的给水泵系统是连接上游子系统和电站主系统的桥梁，主要用于将上游子系统中已净化和除气的工作用水重新注入主系统。

给水泵系统的主要组成部分有：泵进、出口管线；容积控制箱（简称容控箱）；取水池；泵辅助系统；电机；电机辅助系统。在给水泵系统调试期间，还需要安装调试用临时设施，包括清水泵、临时管线。该项目在核电站建设过程中发生，以给水泵系统安装竣工、移交调试部门为起点，是检验建设结果、进行运营准备的组成部分。要求经调试成功后，给水泵系统可正常使用，以供后续进行化容系统的整体调试。该项目开始时间为20XX年11月10日，工期32天，调试期间取消周末，调试结束后工作人员轮休或补记加班。

4.2 工作任务分解及描述

某核电站化容系统给水泵子系统的调试项目包括15项工作任务，分别是：①安装调试用临时设施；②冲洗泵入口管线；③吹扫并冲洗容控箱；④吹扫并冲洗取水池；⑤容控箱液位试验，用于保证容控箱液位能维持正常水平；⑥取水池加压；⑦冲洗出口管线；⑧安装出口流量孔板、小流量止回阀，用于管路流量控制、防止回流；⑨检查泵辅助系统，包括机封水系统外观检查、检查轴承异响及卡涩等；⑩辅助系统试验，即通水通油检查辅助系统各部件工作正常；■电机辅助系统试验，即检查冷却水系统和油系统是否工作正常；■电机试验，即电机空载试验；■给水泵与电机连轴；■给水泵子系统整体试验；■拆除临时设施。

4.3 编制工作清单

根据工作任务制定工作清单，给各工序编号；根据历史数据法和专家判断法，列明完成各工序所需时间；进行作业分析，依据工序间的逻辑关系，列出各工序的父工序，得到表1。

4.4 利用Microsoft Project确定关键路径

传统的关键路径法需要绘制网络图、计算网络图时间参数、找出关键工序和关键路径。但现实工作中的大部分企业在进行项目管理时，都使用专业的分析软件。本文应用Microsoft Project软件寻找关键路径。

4.4.1 设置专用日历

给水泵子系统的调试工作，要求一周7天、每天8小时的不间断工作。而MSP中的标准日历是按每周5天工作日来进行排程，所以在录入工作任务参数前，需要设置新的工作日历。

打开Microsoft Project软件，会自动出现新建项目的录入界面，单击“工具”—“更改工作时间”。在弹出对话框中，单击右上角“新建日历”。输入日历名称—“给水泵子系统调试”，并在下面单选框中点选“复制”—“标准”，点击“确认”，如图1。

在对话框下半部分，选择“例外日期”，选择开始时间—“20XX年11月10日”，完成时间—“20XX年12月11日”。双击“开始时间”或“完成时间”，对话框里“设置以下例外日期的工作时间”选中“工作时间”，“重复发生方式”选中“每天”，单击“确认”。如图2。

完成新工作日历的设置后，名为“给水泵子系统调试”的日历被定义为20XX年11月10日至20XX年12月11日每日8小时工作。

4.4.2 录入工作任务

在新建项目的初始界面，双击需要录入信息的空格，会自动弹出“任务信息”对话框。在“常规”选项下录入“任务名称”、“工期”“开始时间”，系统会自动根据日历计算出“完成时间”，单击“确认”。如图3。

在“前置任务”选项下，选择前置“任务名称”，单击“确认”。注意，还需在“高级”选项下，将“日历”选择为“给水泵子系统调试”。

4.4.3 绘制甘特图，确定关键路径

将15项工作任务全部录入软件后，可通过甘特图确认关键路径。可单击“视图”—“甘特图”，要求显示甘特图，如图4。也可通过“格式”—“甘特图向导”，设定自身符合要求的甘特图。

最终，确认出6项关键工序及由其组成的关键路径：安装临时设施—检查泵辅助系统—泵辅助系统试验—给水泵与电机连轴—整体试验—拆除临时设施，工期为32天。

4.5 绘制网络结构图

借助MSP软件，我们还可以了解项目的网络结构图。单击“视图”—“网络图”，即可看到该项目的网络结构图。但通常为方便分析，会另用Excel按一定格式将其绘制如图5。

4.6 关键路径结果分析

给水泵系统调试的主体工作分为三大模块：泵辅助系统的检查与试验、电机及其辅助系统的检查试验、管线的检查，这三大模块也是表1中序号B-M工作任务的综合。各模块工作并行展开，而泵辅助系统相关工作是其中最重要最核心的内容，也在上述分析中被确认为关键工序。

关键路径的确认，表明调试项目中不可延误临时设施的安装、泵辅助系统的检查及试验等6项工作任务，否则将拖延整个项目。在人力等资源分配上，也要优先保证关键工序。临时调试设施安装完成后，项目三大模块工作并行开展，可首先将半数或更多的人力分配于泵辅助系统的检查、试验，其余人员完成电机、管线系统工作。由于这两项工作用时较少，人员可在完成任务后补充到泵辅助系统中，最后共同完成整体试验和临时设施拆除。

关键路径的结束时间可以提前，但需注意这样做是否会令非关键路径变为关键路径。例如，将检查泵辅助系统（I）—泵辅助系统试验（J）—给水泵与电机连轴（M）的整体完成时间提前2天，则会导致冲洗入口管线（B）—吹扫、冲洗容控箱（C）—容控箱液位试验（E）—冲洗出口管线（G）—安装孔板、止回阀（H）转变成另一条关键路径的组成部分。

5 结 语

项目进度管理是项目管理的重要组成部分，关键路径法是项目进度管理的重要工具。实际项目管理工作，管理或研究人员应用CPM建立网络图，需要对项目进行分析、鉴别、梳理、排序，这使得项目管理人员详细了解整个计划，近而能有效控制实际工作。Microsoft Project软件不仅能帮助管理者绘制项目网络图、寻找关键路径，还能显示资源分配情况，并在实际出现变动时自动调整计划，是项目管理的常用工具。

核电站给水泵子系统调试项目自身的特性，令其工作任务时间基本确定，具备使用关键路径法的前提条件。Microsoft Project软件的普及，使关键路径法具备实际工作的可操作性。

将关键路径法应用于核电站给水泵子系统的调试项目，借助Microsoft Project软件确定关键路径和关键工序，提高了管理的科学性，确保了资源分配的合理性。按计划严格控制各工作任务进度并按时保质完成，就能确保调试项目如期结束，后续化容系统整体调试工作才能顺利开展。

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