基于干扰事件的资源受限工程进度仿真优化研究

杨耀红

摘要：线性水利工程一般时空跨度大，施工干扰因素多。一方面施工干扰因素会造成工程施工进度拖延，同时，空间跨度大也为承包人及时调整施工作业提供了可能，所以存在受干扰事件影响的资源受限工程进度仿真优化问题。论文首先分析了解决这一问题的基本思路，然后构建了基于干扰事件的资源受限工程进度仿真优化模型，最后工程实例的计算分析验证了模型的有效性。该分析思路和仿真优化模型可为预测干扰事件对工程进度的影响和处理工程进度延误索赔提供参考。

Abstract： There are big space-time span and many disruption factors for linear hydraulic engineering. On the one hand， the disruption events will cause the project construction schedule delay， on the other hand， it provide the possibility for the contractor to adjust the construction work in a timely manner because of big space-time span， so there is simulation optimization problem for resources-constrained engineering schedule Including disruption events. This paper first analyzes the basic train of thought to solve the problem and then built the simulation optimization model for resource-constrained project scheduling， finally the analysis of engineering examples verify the validity of the model. The analysis methods and simulation optimization model could be used to provide the reference for predicting impact of disruption events on engineering progress and handling engineering schedule delay claim.

关键词：工程进度；资源约束；仿真优化；干扰事件

Key words： engineering schedule；resources-constrained；simulation optimization；disruption event

中图分类号：TU722 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）10-0074-04

0 引言

线性水利工程，如引（调）水、河道工程等，一般具有时空跨度大、施工线路长的特点。由于施工线路空间跨度大，一方面容易受到各种因素的干扰，如当地居民的干扰，和铁路、公路、河道、管廊等线路的交叉多，并受到多个行业管理部门的约束等，另一方面，施工空间的宽松意味着在进度计划作业逻辑关系中，包含大量的非技术逻辑关系，也为承包人在受到干扰事件影响后调整施工作业逻辑关系及时优化进度安排提供了可能。

对于这类工程，一方面在编制进度计划时，要预测各种干扰事件的发生及其影响，就需要在现有资源的约束下，在进度计划中逐步加载干扰事件并进行优化调整。关于资源受限工程进度优化问题，无论在优化模型的构建或是模型的求解方法上，已有较多的研究成果，而这些成果多在资源受限类型、作业逻辑关系、作业实施模式、确定性问题或非确定性问题（随机或模糊等）等方面考虑建立模型[1，2]；在求解方法上，除了常规的动态规划等运筹学方法，还有分支定界算法、禁忌搜索算法、遗传算法、蚁群算法、粒子群算法等[3，4]。但这些研究中较少考虑干扰事件影响下进度优化问题。

另一方面，在工程完工后處理工程进度延误索赔时，也需要分析干扰事件及其影响。分析工期延误的主要方法有四种，即计划和实际比较法（As-Planned vs. As-Built）、计划进度添加影响方法（Impacted As-Planned）、实际进度影响剔除法（Collapsed As-Built）、时间影响分析法（Time Impact Analysis）[5，6，7]，以及近来提出的其他一些分析方法[8，9，10]，这些方法都需要有序的合同管理和事件的及时处理为基础。但在工程实际中经常出现这样的情况：当出现工程干扰事件后，合同双方并没有及时分析确定合同责任、及时分析事件影响大小、及时确定应对干扰事件的措施（包括延长工期、调整施工方案、采取赶工措施等），直到工程完工后结算前，才协商处理工期延误问题，确定工期延误的时间责任和费用责任。此时，承包人就需要分析哪些干扰事件是发包人责任，而且这些干扰事件发生后，承包人应该履行自己的合同义务，采取必要措施来减少干扰事件的损失，即按照干扰事件的发生顺序，在当时已到场资源的约束下，及时调整施工方案，充分利用在场资源，减小工期延误损失。

综合以上两个方面问题，其实质就是基于干扰事件的资源受限施工进度的仿真优化问题，本文基于合同进度计划，同时考虑资源约束和干扰事件，从承包人角度进行进度的仿真优化分析。

1 基本思路

首先要基于工程合同进度计划，即基本的施工工艺、施工强度等要依据合同约定的施工方案确定，同时，所谓的资源约束，就是按照批复资源计划已经到场的施工资源。然后考虑干扰事件时，要确定干扰事件影响到的施工作业范围和时间，在干扰事件影响下，造成按照合同进度计划安排的施工作业全部或部分不能实施的情况下，调整施工安排，利用在场施工资源去实施当时具备实施条件的其他作业，就是把由于非技术逻辑安排在后期实施的作业提前实施。按照干扰事件发生的时间先后顺序，逐个加载干扰事件的影响，并进行多个循环的仿真优化，直到全部干扰事件加载完毕，推导出承包方在多个干扰事件影响下的合理工期。

1.1 基本假定

①资源可用量按照资源计划确定；②资源可灵活调动，且忽略资源在空间调动的时间消耗；③不考虑资源调动次数限制；④不增减合同计划施工作业类型；⑤调整后的施工作业扔按照合同进度计划对应的施工强度实施。

1.2 符号和逻辑

①根据合同进度计划提取施工作业内容，包括：作业名称、各作业起止时间、作业空间桩号范围、逻辑关系、资源可用量，并对资源进行编号j=1，2，3…

②干扰事件的参数有起止时间和起止桩号。由干扰事件影响范围起止桩号可以把工程拆分成若干段（i=1，2，3…），每个施工段又包含若干作业iij，任何一段内作业属性一致，可作为一个小单元，也就是说整个工程按照施工段作业指派资源；由干扰事件起止时间可确定干扰事件范围内施工段最早开始时间，即干扰事件的结束时间为该事件影响施工段范围可作业的最早时间，如图1所示。

③根据开工日期、干扰事件、作业逻辑关系可确定所有分段内作业的最早开始时间，每个作业最早开始时间，即max（开工日期、干扰事件结束时间、紧前作业限制）。

④根据合同进度计划对应的施工强度，结合时间与空间约束，合理调整各段施工顺序，得到优化工期，即承包方调整施工方案能做到的基于干扰事件的仿真优化工期。如图2所示。

实际情况往往比较复杂多变，要建立适用模型，就要在上述思路的基础上细化作业，比如：每个施工段内可能有多个作业，多个作业之间需考虑前后次序问题；工程同一标段分为多区施工时，还要考虑不同区之间的跨区资源调配问题等。

2 进度优化方法

利用上述分析思路，从资源受限的角度考虑施工方案的调整，以期达到资源的最优利用。首先要给定资源初始状态，从计划开工日期开始计算，把每一次有任何资源变动（比如：资源受到干扰需调动、有资源闲置起止、有资源投入使用、有资源结束使用）时的时间点为节点，以时间为基线逐步后推，直至所有施工段作业完毕为止。动态仿真优化模型如下：

3 实例分析

以南水北调中线总干渠某标段为例进行计算分析。该标段工程总长12.8km，计划分三个工区进行施工：施工一区：桩号212+180-216+712，施工二区：桩号216+712-220+538，施工三区：桩号220+538-224+966。合同进度计划基本信息如图3、表1、表2所示。一、二施工区2010年6月20号开始施工，三区2010年9月1号开始施工，其中开挖、填筑作业三个工区并行，衬砌机设备一台，三个工区协调使用。计划所有渠道施工结束时间为2012年10月30日。

渠道分段，初始分段与合同计划分区同步并编号ixy（x表示原计划分区编号，y表示事件分割编号），随着仿真时间的递推，在有干扰事件发生节点上根据干扰事件在渠道空间影响范围，在原分段x基础上增加分段y，若有事件影响范围空间搭接，则搭接部分计入最晚结束事件范围，相应较早结束事件的影响范围剔除搭接部分，然后以干扰事件发生节点为状态节点，依次计算。

经过仿真优化计算，最后得到优化工期即为承包方在在场资源量和干扰事件影响下的合理完工日期，即2013年9月16日，比计划结束时间2012年10月30日多出了时段2012年10月31日至2013年9月16日。

基于影响事件，施工方在合理调整施工方案充分利用资源的情况，通过本方法可以清楚计算得到资源利用和调动情况，包括资源闲置时长、资源调动方案、各资源利用时长等。最后，绘制资源利用曲线，比较实例中合同进度计划和优化进度的资源利用情况。分析優化后资源利用情况可知，施工前期所有资源强度和批复计划基本相同，后期施工中由于事件干扰，挖填和衬砌资源分别于2011年9月24日和2012年6月14日开始受到干扰事件影响导致资源闲置，期间承包方协调解决干扰事件和尽快准备其他渠段以使渠道满足施工条件，一旦有渠段满足施工条件，承包方即可调动资源以能达到的最大强度恢复施工。由资源强度曲线可知，如图4所示，挖填和衬砌资源分别于2013年5月29日和2013年6月30日又一次遇到干扰事件，此时渠道施工大体已完工，仅剩两段桥梁占压面尚未移交，此占压面资源容量有限，因此在此时大量资源即可退场，只留下剩余未施工段能容纳的资源等待施工。2013年9月5日所有挖填资源可退场，2013年9月16日所有衬砌资源亦可退场。

4 结论与展望

本文讨论了干扰事件影响下资源受限工程进度计划仿真优化问题的解决思路，并构建了基于干扰事件的资源受限工程进度动态仿真优化模型，用于南水北调中线工程某标段做实例分析，也取得了合理结果，表明了该解决思路和仿真优化模型的可行性和有效性。该方法可用于在编制工程进度计划时预测各种干扰事件的影响，也可为在工程完工后协商处理工程进度延误索赔提供参考。同时，需要注意的是该模型中没有考虑资源空间调动的时间损耗和降效问题，也没有考虑柔性资源的情况下（或采取赶工措施时）工期的敏感性问题，施工区段分解没有自动识别的问题，这是需要进一步研究的问题。

參考文献：

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