基于关键链的公路项目施工进度柔性管理

陈 赟， 郭彦丽

(长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410014)

项目管理的目标是在有限的资源标注条件下，保证项目时间、质量和成本达到最优化。在市场经济条件下，项目的时间目标处在尤为突出的地位。1997年，高德拉特博士首先提出了约束理论以及在项目管理中的应用方法——关键链(Critical Chain，CC)，并将其定义为：“决定项目最早完工时间的有序活动所组成的链路”。把关键链网络化并用于项目进度规划决策的技术，随之，关键链便被广泛的应用，并得到了高度认可。Intel在爱尔兰兴建一家昂贵的工厂，项目未到一半，工程进度和所余拨款就已经出现危机，运用关键链管理后，项目不仅如期完成，且没有超支。福特汽车电子部也在多个国家广泛运用关键链项目管理。本文拟在以前项目进度管理的基础上，将关键链技术应用于公路项目施工进度管理。

一、公路项目施工进度管理内涵及柔性管理的优势

(一)关键链及柔性管理理论的内涵

关键链植根于约束理论(TOC)。TOC思想在项目管理中的应用就是关键链项目管理CCPM(Critical Chain Project Management)，认为一个项目的成功关键在于项目中的关键链条的强度(也就是瓶颈)。瓶颈资源的利用率越高，项目进度就越快。关键链管理考虑了时间和资源的双重约束，认为在一个项目中不能忽视资源的制约，特别是一些关键的资源[1,2]。

柔性管理是伴随着社会的进步、人类文明的发展而产生的。柔性管理的基本含义是：以对人的管理为核心，重视感情和技术投资，塑造管理文化，采用灵活多样的管理方法与手段，建立富有弹性、机动灵活的组织系统，以适应复杂多变的外界环境；不断在原有技术的基础上进行赶紧，并应用到管理中，以追求在一种动态和谐中灵敏地实现全方位优质的管理目标。柔性管理的特征主要表现在其内在的驱动性、影响的持久性以及激励的高效性。柔性管理的最大特点主要在于不是依靠外在的权利影响力(如上级的发号施令)，而是依靠人性解放、权力平等、民主管理，依赖于员工内在的心理过程，从内心深处来激发每个员工的内在潜力、主动性和创造精神。

笔者将关键链技术和柔性管理理论相结合，应用于公路项目施工进度管理，打破以往那种常见的计划式管理，代之以机动灵活的策略路线。

(二)公路项目施工特点

公路项目由于采用较高的线性标准与完善的交通安全与服务设施，从行车条件和技术为行车提供更为可靠的保证。公路项目施工具有如下特征：①投资大。在公路项目建设过程中需要消耗大量的人工、材料，机械设备，占用大面积的土地，需要投入大量的资金。②建设周期长。公路项目施工包括路基、路面、桥梁、隧道、交通设施等，生产周期长。③协作性高。公路项目建设生产类型多，施工环节多，生产程序复杂。每项工程都需要建设、设计、施工、监理等单位密切配合，需要材料、动力、运输等各部门通力协作[3]。④流动性大。公路项目建设点多面广，工程分布极为分散，其构造物在建造过程中和建成后都无法移动，因而要科学地解决这种空间上的布置和时间上的安排两者之间的矛盾。⑤受外界因素影响大。公路项目的建设是社会性的，受自然因素和沿线部分居民的情绪影响很大，某种程度上会对工期和工程质量产生影响。

(三)基于关键链的公路项目施工进度柔性管理的优势

通过对关键链技术和柔性管理理论的研究，以及对公路项目施工特点进行分析，笔者认为，公路项目施工进度柔性管理，就是指在限定的工期内，遵循“以人文本”的管理原则，如通过合理调节工作时间、改革调度计划等措施，拟定出合理且经济的进度计划，在执行该计划的过程中，经常检查实际进度是否按计划要求进行，若出现偏差，便及时找出原因，在保证员工积极性的前提下，采取必要的补救措施或调整、修改原计划，直至竣工。

公路项目施工进度柔性管理的特征主要体现在管理的人性化和灵活性。公路项目施工进度柔性管理是“以人为本”的企业管理在施工进度中的运用，主张尊重人、爱护人、理解人、关心人，这样充分考虑了施工过程中对团队协作性的高要求；同时，公路项目施工进度柔性管理除了以往管理中固定化、模式化、一律化的静态硬性控制措施，改用一种灵活的动态柔性管理机制，强调管理方式上的快捷多变。这种快捷灵活性主要体现在三个方面：第一、系统的快捷应变能力，着重于施工进度管理信息的及时收集整理与作出相关决策和迅速执行；第二、组织的快捷应变能力，着重于对施工过程中自然因素和沿线部分居民的情绪而采取的快速应变拉动能力；第三、个人的快捷应变能力，针对于施工流动性大的特点，员工在自我学习、自我发展、自我管理中要有对工作变换迅速适应的综合素质。

基于关键链的公路项目施工进度柔性管理的优势体现在以下几个方面：

1.施工安全时间的合理利用。

关键链管理方法以50%可能完成时间作为工作的估计执行时间，通过关键链和缓冲区这两个概念和手段，从全局出发考虑和处理整个公路项目的不确定性问题。使用关键链技术，使其中每道工序的时间被缩短了，那些被节省下来的施工安全时间作为缓冲时间进行管理，以监控缓冲时间的消耗量来控制工程的进度。有利于减少工期的延期。

2.考虑到资源的约束。

针对公路项目施工中资源冲突问题，关键链柔性管理方法采用关键链代替关键路径。关键链是在综合考虑工作间逻辑关系和资源约束情况下计算出来的制约整个项目工期的一个工作序列，可以看作是考虑了资源约束的最长活动链。关键链技术的施工进度管理方法，不仅考虑公路项目中各任务的逻辑关系，也充分考虑项目中现实存在的资源约束，编制的项目计划能够在动态环境下的顺利执行。

3.引入缓冲机制。

针对公路项目施工过程中某些工作的拖期现象，关键链柔性管理的处理方法是尽量不重新调度。因为计划编制时就考虑到项目执行过程中出现不确定因素的可能性，通过资源缓冲器来消除不确定因素对公路项目调度计划的影响。从而保证资源及时到位，确保工序按时开始，并最终保证项目的如期完成。

二、公路项目施工进度延迟的影响因素分析

(一)工期估计过长

任务工期的分布是个随机变量，它是一个非对称的概率分布(如图1)。我们可以看出，项目的保证率越高，工期就越长。在进行进度安排时，工序负责人为了确保自己拟定的计划能按期完成，一般采用低风险的估计，将安全因子包括在每个任务工期的估计上，从而大大延长了整个项目工期。

图1 项目管理中的时间分布图

(二)任务提前完成节省的时间没有被有效利用

在项目实施中，实际上会有一些任务是提前完成的。但往往并没有因为这些任务提早完成而受益。即使一道任务提前完成了，通常由于资源的因素下一道任务也很难开始。在大多数情况下对提前完工没有奖励。如果按照计时合同，提早完成意味着收入的减少。对个人来说，如果提早完成任务，他们就承担更多的工作。这种机制使得项目人员不愿意提早完成，而拖延时间则很容易发生[4]。

(三)公路施工资源安排弊端

在项目实施阶段由于前松后紧或是别的原因，会造成多公路项目并行或是同一施工项目使用同一资源。为了保证工期，各分项目负责人均将自己负责的工序看成最重要的，时间是最紧迫的，但是由于资源的优先顺序不清楚，资源竞争极为激烈。为了向各部门或上司交差，不得不轮流进行各项工作，结果使得每项工作都延期。

(四)公路施工项目多任务分配问题

多重任务分配在当今项目管理中是非常普遍的情况，尤其是多项目环境条件下。一个部门涉及到许多任务，为了照顾到公路施工过程中每一个环节，这时每一个施工环节由过去的10天变成20天[5]。如图2所示。

图2 多任务的影响

三、基于关键链的公路项目施工进度柔性管理模型的构建

在实践中，通过一些信息反馈，可以进行有效的监测、控制和调整进度计划，以保证项目按预定的目标实现。关键链法采取的措施如下：

1.削减安全因子。

为使项目按时完成，工期的估计是非常重要的，关键链法主张在概率统计的基础上使用下面的方法：

(1)确定实现概率为80%的工期(F)

(2)确定实现概率为50%的工期(L=F/2)

首先以F工期的一半初步确定初始L，并以此工期征求任务负责人的意见，反复进行，直到确定一个合适的L值，以“经努力才能达到”作为L值的度。

2.资源分配应注意以下情况。

确定任务的优先级，根据优先级消除项目内资源竞争[6]。基于所确定的估计工期，排定网络图，并对各任务分配资源，如图3。

图3 资源冲突示意图

上述资源分配图中，D资源存在竞争。为了解除资源竞争，必须确定工序的优先级，假设在关键路径上的工序优先，则将两个任务并行执行如图4，即可消除资源D的竞争。

3.多项目同期作业的处理。

因为现实中，同一资源普遍不只承担一个公路项目，可能要同时承担多个项目，各项目间存在资源竞争时，即使采用上述的资源竞争的消除办法时，也会存在相当多的问题。即在各个任务之间的工作差别很大或相关性较少的情况下，较高频率的角色转换不仅易出错，更会降低工作效率。因此在多个任务间进行作业时，交替作业的频率应尽量少，不可避免时，应设定资源缓冲器(SB)[7]。资源缓冲器实质是进入下一个任务的适应期，资源缓冲器的大小因人因情况而定。具体如图5所示。在项目A优先的情况下设置资源缓冲区后情况如图6所示。

图4 冲突解决图

图5 多项目资源竞争

图6 多项目资源缓冲区的设置

4.识别关键路径，设定缓冲器。

关键链项目管理方法不主张在各工序工期中加入安全时间，各个工序的工期是在尽可能努力的条件下完成工期所需要的时间，因此各个工序在工期内完成与延期完成的概率均为50%。

(1)设置项目缓冲区PB。关键链技术的计算方法是先求得项目的关键链工序。再把每一工序缩减一半，缓冲区的大小等于缩减后的工序时间和的一半。

(2)设置供应缓冲区FB。在实际的项目中，大部分影响关键路线的问题并不发生在CC(Critical Chain关键链)上，而是发生在供应路线上。解决办法是在供应路线和CC交汇处引入一个供应缓冲区(FB)。

5.进度控制。

缓冲区设置的目的是通过缓冲区变化来对项目进行动态控制。我们引入安全标志N来实现这个控制，用红黄绿三色代表由高到底的风险程度。

N=(M/PB)/(CCT1/CCT2)

式中：M=实际工作时间之和-工序估计时间之和；CCT1表示目前完成工序的估计时间和；CCT2表示总的关键链上的工序估计时间和。设B1表示原来缓冲区的大小，B2表示现在缓冲区的大小，那么可以进行以下控制。

(1)当M

(2)当M>O，B2=B1-M，缓冲区减少。但是进度风险不仅与缓冲区的变化有关，而且还与所完成的工作量有关，因此还要考虑N的三种情况：

①当N<1时，为绿色;

②当N=1时，为黄色。

③当N>1时，为红色，就需要调整工序或改进工作方法。

图7 缓冲区管理方法

四、实例分析

(一)实例简介

新嘉二级公路是湖南省永州市新田县至郴州市嘉禾县的高等级公路，公路全程47.9 km。为了便于分析，本文选用了该工程的第四合同段进行实例应用。本合同段起迄里程为K26+000～K28+000，全长2.0 km。主要工程项目有路基土石方、桥梁工程、涵洞工程、交叉工程。资源约束人数为100人。

本标段的施工进度及人员总体安排如表1所示。

(二)关键链柔性管理在本实例的应用

根据以上数据，可以得到该工程的施工进度网络图如下：

表1 进度计划表

图8 施工进度网络图

(1)计算T1和T2。其中T1是在无资源约束下的关键路径的时间。关键路径为A→B→C→K→L，T1=30+20+229+30+30=339d。T2是在资源约束下关键链工序所用的时间，用启发式算法得到T2=30+20+225+150+30+30=485d，得到关键链的为：A→B→D→E→K→L，α=Tl/T2=339/485≈0.7。如图9所示。

(2)把关键链上的工序时间削减，计算改进后的关键链为：A→B→C→E→K→L，如图10所示。

图9 计算了关键链的工序图

图10 调整关键链后的工序图

表2 ηi和ΔTi一览表

则：PB=0.8×0+0.7×0+0.5×0+0.4×4+0.6×4+0.7×4≈7d。

FB设置原则要反映非关键链上工序的进度状况，它的大小应受关键链与之并行的工序总时间的限制。即：

FB≤CCT-NCCT

其中，CCT是关键链上工序的时间；NCCT是与之并行的非关键链上工序的时间和。这里，FB≤229-225=4d比较合理。如图11所示。

图11 设置了FB,PB的工序图

(4)在关键链上建立RB，由于关键链的RB的时间不能是无限大的，在一个工期限制。我们在这里的约束为：

(5)进行进度控制。在本工程中，工序C完成时进度发生变化时间比计划延长4天，则：M=4，PB=7；CCT1=30+20+229=279d，CCT2=30+20+229+4+7=290d

M>0，计算N=(4/7)/(279/290)≈0.594，N<1，缓冲区为绿色，不用调整进度计划。

五、结语

本文在系统分析传统的项目进度管理方法缺陷的基础上，使用关键链技术来进行公路项目施工进度柔性管理。以弥补传统进度管理方法的不足，提高公路项目进度计划的有效性和稳定性。在实例分析中解决了关键链在公路项目施工进度管理中的具体问题。

[参考文献]

[1]Larry P Leach.Critical Chain Project Management Improve Project Performance [J].Project Management Journal.1999:34-56.

[2]李宁,吴之明.网络计划技术的新发展——项目关键链管理(CCPM)[J].公路.2002,10:85-86.

[3]方守恩.高速公路[M].北京：人民交通出版社,2002.

[4]赵道致,廖华,刘一骝.关键链:一种新型的项目进度计划方法[J].天津理工大学学报.2005,21(2):8-12.

[5]龙颖.基于约束理论的关键链在项目进度管理中的应用研究[D].湖南大学.2006.

[6]SE Elmaghraby, WS Herroelen, R Leus.Note on the paper‘Resource-constrained project management using enhanced theory of constraint’s by Wei et al’.International Journal of Project Management.2003, 21:301-305.

[7]马国丰,屠梅曾,史占中.基于TOC的项目管理技术模型[J].系统工程理论方法应用.2005,14(1):84-87.