發布時間：2021-02-05所屬分類：建筑師職稱論文瀏覽：1次
摘 要： 摘要：大型建筑工程項目多類型資源的有效配置，是現階段項目管理理論與工程管理實踐面臨的關鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時間的工作可操作性特點，以及多資源之間反饋影響的情況下。通過整合掙值法和系統動力學理論，在分析資源可用性和工作可操作性
摘要：大型建筑工程項目多類型資源的有效配置，是現階段項目管理理論與工程管理實踐面臨的關鍵問題，特別是在考慮工藝順序和間歇時間的工作可操作性特點，以及多資源之間反饋影響的情況下。通過整合掙值法和系統動力學理論，在分析資源可用性和工作可操作性之間因果關系的基礎上，本文構建了大型建筑工程項目多資源配置的系統動力學模型。以上海市重大工程投資統計數據作為模型參數依據，模型的仿真結果表明：建筑工程項目不同類型資源其配置重要性與系統影響性存在顯著差異，在制定資源配置策略時應同時考慮項目運作方式的特征與多資源之間的匹配，資源不匹配則容易導致資源配置系統失去穩態或策略失效。這為進一步研究項目管理中多資源配置提供了理論參考和實踐支持。
關鍵詞：資源配置;項目管理;系統動力學
1引言
對工程項目中不同類型的資源進行有效配置一直是施工項目管理的難點之一[1]，因為項目經理不得不面對質量、工期、成本三者之間的平衡。大型建筑工程項目工程結構復雜、資金投入大、建設周期長，即使很小比例的損耗，絕對數也是相當大的，因此，有效的資源配置顯得尤為重要。探索大型建筑工程項目資源配置的研究有助于我國工程建設單位更全面的認識和管理項目資源，促進項目資源的利用效益。
項目管理中有關資源問題的研究大致分為四條主線：最早的是資源負載(ResourceLoading)，通過CPM、PERT等技術分析項目活動的資源需求以及整個項目資源負載的可行性;第二條主線是資源約束條件下的項目調度問題(RCPSP)，從單一應用數學規劃、啟發式算法，到目前結合遺傳算法與禁忌搜索、模糊聚類與差分進化等混合算法，研究資源有限條件下的項目活動安排，使目標函數達到最優[2-6];第三條主線是工期成本權衡問題(Time-costTrade-offProblem)，注重成本增加、減少對工期的影響，或工期固定如何有效降低施工成本，此類問題主要運用馬爾可夫模型[7]、遺傳算法[8]、系統動力學[9]、多目標進化算法[10]等方法;第四條主線即資源的分配或平衡問題(ResourceAllocationorLeveling)，致力于研究如何有效地分配平衡資源，提高資源的利用效率和效果，如多項目人力資源分配[11]、不確定情況下資源分配[12]、資源配置行為分析[13]、科研項目資源分配[14]等。
當前國內外相關研究存在如下兩個方面的問題：一是忽略了對項目自身特性的分析，因為項目類型、結構和運作模式等屬性不同，研究結果會有很大差別[15]。區別于其他類別的項目，建筑工程項目施工過程中，產品或中間產品是固定的，生產者是流動的。當施工模式采用平行施工時，工期大大縮短，但勞動力、物料兩種資源消耗量集中，現金流非常大。采用流水施工，則施工操作、現場管理秩序井然，資源得到充分利用，但工期較長。二是忽略了資源的類型、特性以及相互間的關系。資源定義和分類的不統一妨礙了資源理論的進一步發展和交流[16]。
以建筑安裝工程費為例，包括直接費、間接費、利潤和稅金，其中直接費中的直接工程費由人工費、材料費、施工機械使用費構成。基于這個視角，項目資源可以分為資金、物料、勞動力，其中資金和物料是可耗盡的，勞動力屬于可再生的資源，現金流的多少決定著物料的采購和勞動力的使用。目前現有文獻大多是將三者定義為一組向量放入模型中去優化處理，這樣的約束條件過于理想，與工程實際并不吻合，難以在實踐中加以應用。
建筑工程項目本質上是動態的，并且包括多個反饋過程，而這些反饋所產生的自校正、自增強影響著項目的整體運作[17]。本文運用系統動力學方法，在分析大型建筑工程項目特性的基礎上，圍繞資金、物料、勞動力三種資源構建配置模型，并將掙值法(EarnedValue)的主要參數融入模型，全面、客觀地評估資源配置效果。本文的結構安排如下：第二部分根據大型建筑工程施工特性分析各狀態變量、輔助變量的因果關系;第三部分構建系統動力學模型建立方程;第四部分進行模型仿真和策略分析;最后得出研究結論和今后的研究方向。
2大型建筑工程項目動態反饋機制
2.1模型的基本假定
大型建筑工程項目的資源配置尚無成熟的系統動力學模型，為規范研究，對模型作如下假定：
假定一：從建筑工程費構成的角度，將項目資源分為資金、物料、勞動力三類，由于機械設備的使用相對于三者來說比例較小，在此忽略討論。
假定二：在整個項目的施工過程中，不考慮天氣、場地等不確定因素的影響，模型仿真正常施工運作下的狀況，勞動生產率保持不變。
假定三：基于項目運作的視角，而非承包商或業主方等項目利益相關者的視角。以資金為例，是指該項目實際施工過程中所需要的資金。
2.2因果關系分析
無論采用何種施工模式，決定整個項目施工進度的是資源的可用性和工作的可操作性，兩者相互依賴相互制約。資源有效配置的目的是使整個項目在按時完工和不超支的前提下，盡可能的合理安排資源，確保施工過程的連續性，減少資源的閑置和浪費[18]。資源的可用性是由現金流、庫存物料、當前勞動力三個變量體現出來的，現金流的狀況決定了庫存物料和當前勞動力的多少(俗稱直接材料和直接人工)，它們分別決定了基于物料的施工進度和基于勞動力的施工進度，兩者相互牽制，統稱為基于資源的施工進度[18]。
工作的可操作性是由項目施工過程中的工藝順序和間歇時間所決定的，這兩個因素是建筑工程項目的重要特征之一[19]。工藝順序是指上一道工序未完成不能進入下一道工序，如土方開挖后方可以進行基礎工程，間歇時間則包括工藝、技術間歇和組織間歇，如混凝土的齡期、質量驗收等。項目在工作面允許和資源充足的情況下，即使采用平行施工，工期也會受到二者的制約，因此工作的可操作性決定了可以達到的最快施工進度———基于工序的施工進度[18]。
通過基于資源的施工進度和基于工序的施工進度可計算出工程施工過程中的實際施工進度和實際完成工作量，而兩者又分別對庫存物料和當前勞動力形成了反饋機制。庫存物料消耗的多少取決于實際施工進度的快慢，而實際完成工作量和當前勞動力是負反饋的關系。根據實際完成工作量和累計使用資金可以計算出采用掙值法衡量的SPI進度績效和CPI成本績效，用以評估項目資源配置的整體效果。這樣一個動態的因果關系，增加了大型建筑工程項目資源配置的難度，既要維持施工的連續性，確保工期不被延誤，又必須使資源能得到充分利用，降低工程總造價，其總體因果關系如圖1所示。
3大型建筑工程項目資源配置的模型構建
3.1系統動力學建模
依據以上因果關系分析，從系統的角度，大型建筑工程項目資源配置包含了物料、資金、勞動力、掙值指標四個子系統。物料子系統反映了施工主材的計劃、獲取和使用整個周轉過程，勞動力子系統說明了當前勞動力如何根據工作量和需要的施工進度進行調整。資金的獲取、使用以及現金流對上述兩個變量的控制構成了現金流子系統，最終整個配置效果通過掙值子系統來體現。
相關期刊推薦：《中國管理科學》主要刊登內容：規劃與優化、投資分析與決策、生產與經營管理、供應鏈管理、項目與風險管理、應急管理、知識管理、管理信息系統等方面具有創造性的學術論文，反映我國管理科學的最新研究成果，促進國內外學術交流。
這四個子系統之間在本質上通過資金的流動相互影響、相互制約。基于系統動力學，以現金流(萬元)、庫存物料(噸)、當前勞動力(人/天)、累計使用資金(萬元)、實際完成工作量(平方米)作為狀態變量，設置目標物料覆蓋、基于物料的施工進度、物料使用速率等若干相關的輔助變量和速率變量，可以構成描述大型建筑工程項目資源配置的復雜的動態反饋系統模型，如圖2所示。
3.2方程式設計
建筑工程項目施工過程中，項目經理首先決定的資源政策是目標現金流覆蓋和目標物料覆蓋，目標物料覆蓋是指庫存物料可以維持周轉的天數。由于建筑工藝的進步和新型材料的應用，施工模式大大改進，實際施工運作中，已不需要在現場搭設鋼筋棚進行鋼筋翻樣，并且泵送砼也解決了現場攪拌的庫存問題，所以考慮采購延時和庫存調節時間與實際情況并不吻合[18]。本文將目標物料覆蓋作為常數，以天為單位，目標物料覆蓋與施工進度決定目標物料水平。由于目標物料覆蓋僅僅是一項資源配置策略，能否有效實現取決于現金流支撐，一旦現金流無法保證，物料獲取速率則為0。
目標物料水平，單位：噸=IFTHENELSE(需要的施工進度>實際施工進度，單位任務消耗的物料*需要的施工進度*目標物料覆蓋，單位任務消耗的物料*實際施工進度*目標物料覆蓋)(1)
物料獲取速率，單位：噸/天
=IFTHENELSE(剩余工作量>0，IFTHENELSE((庫存物料<目標物料水平)：AND：(現金流>(目標物料水平-庫存物料)*(實際單位成本/單位任務消耗的物料))，(目標物料水平-庫存物料)，0)，0)(2)
物料使用速率，單位：噸/天
=單位任務消耗的物料*實際施工進度(3)
作為項目資源之一的資金的使用，主要是物料的消耗和勞動力的工資所決定的，后兩者決定了基于資源的施工進度。資源安排過于充足，會造成資金的時間價值和機會成本的損失、勞動力的閑置(工作面不允許)以及物料損耗的加大，最終導致實際成本超出預算。如果資源不能持續平衡供應，則會出現資源瓶頸，最終導致工期延誤。由此可見，當基于資源的施工進度一旦大于基于工序的施工進度，就會發生資源的冗余和浪費。關于施工進度的主要方程如下：
基于物料的施工進度，單位：平方米/天
=庫存物料/單位任務消耗的物料(4)
基于勞動力的施工進度，單位：平方米/天
=當前勞動力*平均生產率
基于資源的施工進度，單位：平方米/天
=MIN(基于勞動力的施工進度，基于物料的施工進度)(6)
實際施工進度，單位：平方米/天
=IFTHENELSE(實際完成工作量<=計劃工作量，MIN(基于工序的施工進度，基于資源的施工進度)，0)(7)
現有的一些文獻在對勞動力進行分析時，往往考慮加班因素[20]，其實目前我國大型的建筑工程項目絕大多數采用施工總承包模式，分項、分部工程如鋼筋工程、模板工程等基本是專業分包和勞務分包，一旦工作量確定，并不考慮加班的工時及費用。所以本文根據實際情況，基于剩余工作量、施工進度差等輔助變量來確定勞動力的調整速度，主要方程如下：
勞動力調整速率，單位：人/天
=IFTHENELSE(剩余工作量>=0，IFTHENELSE(施工進度差>0，IFTHENELSE(現金流>(當前勞動力*單位勞動力成本)，施工進度差/平均生產率/勞動力調節時間，0)，施工進度差/平均生產率/勞動力調節時間)，0)(8)
資金是項目有效實施的前提，同時具有時間價值[20]。過于充足的資金覆蓋會帶來利息等機會成本損失，但如果現金流不足，則會造成庫存短缺或拖欠工人工資，導致項目面臨資源瓶頸，無法繼續施工。所以目標現金流水平必須權衡兩者之間的關系，在保證計劃工期的基礎上，盡量減小物料和資金的閑置和浪費，其方程如下：
目標現金流水平，單位：萬元
=IFTHENELSE(實際施工進度>需要的施工進度，目標現金流覆蓋*計劃單位成本*實際施工進度，目標現金流覆蓋*計劃單位成本*需要的施工進度)(9)
資金獲取速率，單位：萬元/天
=目標現金流水平/資金獲取延遲(10)
資金使用速率，單位：萬元
=當前勞動力*單位勞動力成本+物料使用速率*單位物料成本(11)
掙值法可以有效的對項目進度、成本進行監控，從整體上反映和評價項目進展情況[21]，SPI(Sched-ulePerformanceIndex)指標用來評價進度績效，CPI(CostPerformanceIndex)指標用來評價項目的成本績效，本文將實際完成工作量和累計使用資金作為狀態變量，由此確定實際單位成本和實際成本AC，進而基于掙值EV計算出SPI和CPI，用以整體評估擬定的資源政策在正常施工條件下的效果，其主要方程如下：
EV掙值，單位：萬元=實際完成工作量*計劃單位成本(12)
SPI進度績效
=EV/(計劃總造價*(TIME/計劃工期))(1)
CPI成本績效=EV/實際成本(14)
3.3參數設置
本文依據《建設工程(上海地區)建材與造價資訊》、《上海市建筑和裝飾工程預算定額2000》以及上海2013建筑市場價格信息等設定模型的參數，如表1所示。
不同類別的建筑工程項目的標的物不盡相同，為便于仿真實驗，根據上海市2011年所完成重大工程投資統計數據，設定待仿真項目的規模和計劃等參數：計劃工作量(即總建筑面積)為8萬平方米左右，計劃總造價5億元，施工組織設計估算其基于工序的施工進度(即可以達到的最快施工進度)為200平方米/天，計劃工期約2年。
針對大型建筑工程項目施工準備期的資源配置策略問題，應用Vensim軟件對模型進行仿真，評估各種策略的效果，設置各狀態變量初始值為0，仿真周期和步長分別為720天和1天。
4模型的檢驗與仿真分析
4.1模型的有效性檢驗
模型的量綱一致性通過Vensim軟件的檢驗，下面檢驗模型行為。仿真實驗結果顯示，在兩年的工期內，工程項目得到了很好的實施，按計劃完成了總工作量8萬平方米，成本與進度績效指標理想，見圖3、圖4。基于資源的施工進度、實際施工進度以及需要的施工進度三個輔助變量在160天以后逐步趨于一致，系統達到穩定狀態，以116平方米/天左右的施工速度完成整個項目。檢驗結果表明本文所建模型穩健且與研究對象吻合。——論文作者：仲勇1，陳智高1，周鐘2
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