大型工程网络计划技术的应用复杂性研究

李四福 诸克军 王德银

摘要：随着现代工程项目日趋复杂，网络计划技术已成为大型工程项目管理必不可少的工具和手段。在分析比较传统计划方法与网络计划技术的基础上，针对网络计划技术应用过程中存在的问题，从三个方面讨论了网络计划的关键技术及其应用复杂性，包括网络图绘制、网络计划优化和工程信息化管理，有利于认清问题本质，抓住问题关键，提高网络计划技术的应用水平。

关键词：大型工程项目；网络计划图；时间一资源优化；工程信息化管理

中图分类号：F204

文献标识码：A

文章编号：1671-0169(2010)05-0090-05

工程网络计划技术产生于20世纪中叶，是一种帮助人们分析工作活动规律，揭示任务内在矛盾的科学方法，在缩短工期、降低成本和提高企业施工管理水平等方面效果显著，已被许多国家公认为当前最为行之有效的管理方法。1965年华罗庚教授将其引入我国，至今已有近50年的历史。我国在理论研究方面，经过引进、跟踪、积累和完善已取得了一些卓有成效的研究成果，在一些国家级的大型项目中得到了较好的应用，产生了良好的社会和经济效益。但在大量的地方建筑企业中的应用状况却并不十分理想，能够切实用于指导施工实际的网络计划为数较少，整体研究开发和实际应用水平仍然较低；特别是应用的片面性现象比较严重，掩盖了网络计划技术的本来面目，丧失了其应有的魅力和作用。

那么，是哪些因素制约了这种先进管理方法的推广应用，如何把这一优秀的计划方法最优化、最快捷、最方便地用于工程施工实践，成为当前亟待解决的关键问题。为此，有必要从网络计划方法的本质人手，探讨其应用的关键技术及其复杂性。笔者针对网络计划技术的应用现状，从技术视角着重分析了网络计划技术应用的三个核心问题：网络图绘制、网络计划优化和工程信息化管理，有利于认清问题本质，抓住问题关键，提高网络计划技术的应用水平。

一、传统横道计划方法与网络计划技术

(一)传统横道计划方法的局限性

一项工作计划不论其性质和规模如何，在执行过程中总会存在一些相互影响的因素，制订计划就是协调这些因素。对于一项简单的工程项目，当工序简单且为数不多时，由于它们之间的关系比较清楚，因此可把计划归纳为几条简要的说明，一般采用的方法是横道计划法(甘特图)。甘特图因具有直观、简单、易绘、易懂等特点，所以长期以来人们习惯于采用它编制施工计划和安排生产任务(如图1所示)。

然而，这种图解并没有详细说明不同工序之间的相互制约关系，不能直接进行定量分析和计算，不便于进度计划的优化和调整，更难以统筹安排众多的工程项目以及年、季、月计划。比如，需要排除某一事故或修改某项工序时，就无法知道这些工序的延误对其他工序和整个工程任务的影响。其次，企业中人员众多和专业不同，当工序增多和问题复杂时，计划制订人员和计划执行人员之间的沟通与交流会变得异常困难。第三，没有表明生产成本对工期或工期对生产成本的影响，即无法事先了解最低费用的工期，也就无法在执行计划时对费用

可见，随着科学技术的进步，工程项目的规模和复杂性持续增加，传统的计划方法由于其自身的局限性，无法满足现代工程的复杂性管理需求，需要有一种新型的编制计划的方法和计划表达方式。

(二)网络计划技术的优越性

网络计划技术的核心是提供了一种描述计划任网络计划技术的出现，彻底克服了传统横道计划方法(甘特图)难以表达工序之间逻辑关系、不能直接进行定量分析和计算、不便于进度计划的优支出进行有效的监督和控制。务中各项活动(工序)相互间逻辑关系的图解模型(网络图)，通过网络图和相应的计算来反映整个项目的全貌(如图2所示)。化与调整等方面的缺陷，成为现代项目进度计划管理的核心技术。

利用网络计划的图解模型和相关计算，可使整个项目及其各组成部分一目了然，使项目主管清楚地知道哪些是项目实施过程中的关键工作，哪些是非关键工作，有利于项目决策者凭此“向关键路线要工期，向非关键路线要资源”；有利于各部门围绕一个明确的目标紧密配合，对偏离计划轨道的行为及时进行整改，克服主观随意性、忙乱、窝工等现象，从而合理而有效地组织施工，达到以最少资源消耗来完成工程建设目标。

计划评审技术(Program Evaluation and Re-view Technique，PERT)和关键路线法(CriticalPath Method，CPM)是两种著名的网络计划方法。1957年，CPM方法使杜邦公司的维修停产的时间由过去的125小时降到74小时，一年就节约了100万美元；1958年，杜邦公司利用CPM建造一所价值1000万美元的化学工厂，确定的工期要比其他方法确定的工期缩短两个月而不另外增加费用。1958年，美国海军部使用PERT法，使制造北极星导弹的时间缩短了三年，节约了大量资金。20世纪60年代有42万人参加，耗资400亿美元的美国阿波罗载人登月计划，就是利用PERT进行计划、组织与管理的。正是网络计划技术在美国大型工程建设中的卓越成效，使之在较短时间内得到广泛的传播和应用。加拿大、英国、法国、原西德、日本和原苏联等国相继采用网络计划技术，应用于研究发展计划、军事演习、生产管理、建筑施工管理等，甚至用于戏剧演出、广告宣传等方面。

目前许多国家(包括我国在内)已明文规定，凡承包有关工程的单位，编制工程施工进度计划应采用网络计划技术。1992年国家技术监督局和国家建设部先后颁布了《网络计划技术》

(GB/T13400，192～GB/T13400，392)三个现行标准和《工程网络计划技术规程》(JGJ/T12199)行业标准，使我国工程网络计划技术在计划的编制与控制管理的实际应用中有了一个可遵循的技术标准，保证了计划的科学性，对提高工程项目的管理水平发挥了重大作用。

二、网络计划技术的复杂性分析

网络计划技术在解决大型复杂工程的计划问题方面，与传统计划方法相比无疑具有明显的技术优势，但如何将这种技术优势在企业工程施工实践中有效地发挥出来，限于我国许多企业的现有技术条件和管理基础，网络计划技术的应用依然面临诸多的挑战。从技术角度来讲，网络图绘制、网络计划优化与工程信息化管理则是检验其应用水平的重要标志，也一直是国内外学者长期以来研究的课题。

(一)网络图绘制问题

网络计划技术应用的基础是网络图，运用网络计划技术的关键也在于能否正确地绘制网络图以及绘图的工作效率。网络图的种类虽然较多，但从网络图形的表达方式来说，主要分为单代号网络图和双代号网络图。国外主要采用单代号网络图，而国内普遍采用的是双代号网络图。网络图绘制的复杂性主要表现在以下三个方面：

1.网络图形的不确定性及图形结构的随意性。

在网络图的绘制过程中，除了要遵循网络图的绘制规则外，在何处增设虚工序以完整表达工序的先后逻辑关系也是构造网络图时需要解决的问题。当工程规模较大、工序关系复杂时，由于网络图形的不确定性，如果直接用试探的办法画网络图，将会相当困难。由于图形结构的随意性，如果网络图形的布点、连线考虑不周，很可能绘出来的就是一个蜘蛛网式的网络图，后续调整和修改将异常困难，有的甚至无法使用。

2.网络时间参数计算的繁琐性。时间参数的计算是网络计划调整和优化的前提，计算时间参数的目的一是要确定关键线路，二是要确定非关键线路上的机动时间(或称浮动时间、富裕时间)。由于需要计算的参数较多，涉及的时间参数包括最早开始时间、最迟开始时间、最晚结束时间、最早结束时间、总时差和自由时差等，加上计算过程比较繁琐，人工计算容易出错，而且哪一步出错，都需要重新计算。

3.网络图需要频繁调整以适应外部环境的变化。随着工程进度的推进，资源、费用的变化，在工程实施过程中计划变更时常发生，使得原已绘制好的网络图需要频繁调整。在没有计算机或计算机支撑力度不够的应用环境下，限于人工的计算能力和绘图速度，网络图绘制的工作效率是制约网络计划技术应用的主要障碍之一。

由于现有国内外软件在实现网络图自动绘制方面还存在诸多缺陷，加上网络图人工绘制过程的复杂性，就不难发现许多工程项目的网络计划应用，有的仅仅是迫于招标文件的要求所致，从头到尾就只有一张网络计划图的原因。

(二)网络计划优化问题

未经优化的网络计划只是为工程的进度安排提供了一个基础模型，只是根据各项工作既定施工方案及预估的持续时间正确反映逻辑关系的一个初始方案，它可能还存在着潜在的、尚未解决的矛盾和缺点。譬如在时间上可能超过决策者规定的时间期限，在资源上出现供需不均衡的矛盾等。因此，编制好的初始网络计划在付诸实施之前都要经过优化。然而，网络计划优化同样是网络计划技术应用中最核心和最复杂的问题之一，主要表现在以下三个方面：

1.优化指标之间的制约性。工程项目是一个多目标的复杂系统，追求一种短工期、低成本、高质量的理想目标显然是不现实的。网络计划多目标优化的矛盾性、不可公度性，以及决策者的偏好性和工程追求目标的不同性，如何做到合理兼顾、保证重点就显得非常关键。譬如工期的压缩往往会引起成本的提高和质量的下降，这种情况主要考虑工期目标，而兼顾成本和质量。一个质量目标要求很高的项目，在工期与成本上很难达到最优，此时应主要考虑质量目标，而兼顾工期与成本。对于投资额受限制的项目，应在考虑投资目标实现的前提下，优化质量与工期。

2.优化方法的多样性。根据优化目标的不同(工期、费用、资源)，目前存在着各种优化理论和方法。典型的有0-1规划、整数规划法、分枝定界法、动态规划法等数学规划算法。这些方法大都集中于应用运筹学原理建立数学模型，提出计算方法。这对于小型网络是适用的，但当网络计划中工作数目很多，且具有较多的决策节点时，约束方程和约束变量就会骤增，给问题的求解带来较大的困难。为解决传统方法的缺陷，一些学者将模糊理论引入决策网络计划中，有的还运用了模拟退火、遗传算法、粒子群算法、蚁群算法等人工智能算法，为解决网络计划的综合优化开辟了新的途径。

3.模型构建与求解的复杂性。随着各种方法的提出，计算的结果越来越精确了，可靠性也较高，但是从理论上和数值计算的观点看，方法的复杂性却大大增加了。由于复杂的数学模型，繁琐的求解过程，巨大的计算工作量，对工程管理者的数学和计算能力都提出了较高的要求。

正因为如此，在现实工程管理实践中，很少企业利用网络计划技术进行工期优化、费用控制和资源合理配置等工作。

(三)工程信息化管理问题

工程项目信息化管理，是适应近年来工程项目日趋扩大，技术日趋复杂，对工程质量、工期、费用的控制日益严格的客观需要，然而，由于种种原因，工程项目信息化管理仍亟待提高。

1.数据管理基础。目前许多企业还延续着传统的手工管理模式，对于庞大的工程数据，缺少统一组织的数据管理。数据管理基础薄弱，导致数据的不一致性，数据质量难以有效控制，数据共享和关联程度不够。

2.应用范围。目前工程信息化管理主要集中在项目施工的前期，如招投标、施工组织设计。而在施工过程中的进度、质量、成本控制方面的应用较少，项目施工管理仍然主要靠管理人员的经验和处理能力。

3.快速反应能力。当计划实施过程中因环境干扰或者内部意外变动时，由于缺乏有效的分析手段，导致计划实施过程中相关部门之间沟通、协调和决策困难，组织管理措施上的快速反应能力下降，从而影响工程计划进度。

4.软件系统功能。由于国内外企业的管理模式不同，信息化程度不同，使用习惯不同，国外软件“水土不服”，国内软件“功能不全、自动化程度不高”的现象依然存在。

三、结语

网络计划技术通过对网络的分析，找出关键工序、非关键工序和最短的计划工期，然后根据需要进行必要的调整和优化，以求人、财、物等资源在需要和可能之间不断加以协调和均衡，成为大型工程进度计划管理的有效方法。在工程施工实践中要有效地发挥这种技术优势，就必须清楚地认识到它的应用复杂性以及各种不确定性因素的影响，为推广应用网络计划技术创造良好的应用环境。

通过上述分析可以看出，网络计划技术的应用需要一种紧贴实际的信息系统来支撑。也就是说，只有实现了从施工任务书到网络计划的制定及优化、再到网络图的自动绘制等全过程的计算机化，网络计划技术的优越性才能有效地发挥。中国地质大学(武汉)与平顶山天安煤业股份公司采用产学研多单位联合开发模式，研究完成的煤矿重点工程一体化的网络计划集成应用系统，集工程数据管理、网络图智能绘图、时间一资源优化、工程信息查询与进度控制等功能于一体，在解决制约网络计划技术应用的关键技术方面做了有益的尝试并取得良好的应用效果，限于篇幅，另文再表。

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