大型机场项目群进度的界面网络优化

贾广社， 牟 强， 盛 楠

(同济大学 经济与管理学院， 上海 200092)

根据发改委统计，截至2016年7月底，由发改委推出的2016年重大工程包已累计完成投资6.38万亿[1]，大型工程项目投资占总固定资产投资比例已达到20%以上，对区域经济社会的发展具有重大影响[2].受行政审批制度的限制，我国大部分大型工程都由政府主导，它们的建设质量和进度仍然是业主最关心的主要矛盾，有时进度控制甚至是政治任务[3].工期延误和成本超支仍然是大型工程项目管理的普遍性问题[4]，而利益相关者之间的界面沟通不足是重要原因[5-6].

1967年,界面管理(IM)首次应用到航天航空项目，后来逐步拓展到了信息系统和制造类项目[7],但应用到土木工程领域却不足10年.2007年,IM首次在一个海上平台工程项目(offshore project)中使用[8].相比于一般项目，大型复杂项目具有利益相关者众多，物质流和信息流复杂交错等特点[3]，IM在其中的应用仍然存在诸多不足[9-10].

大型工程项目的IM理论研究可以分为两类：第一类是关于大型工程界面的基本理论要素，包括定义与类型[11].界面的分类标准不同，界面类型也不同，如有的分为实体界面、合同界面和组织界面[12]，有的则分为过程界面、专业界面和施工活动界面等[6]，但是这些理论要素在实践应用的效果却没有得到证实.第二类是关于大型工程合同界面[13]及合同层面组织界面[14]的研究.由于大型工程多数采用总承包方式或总承包管理方式[15]，所以合同界面的大部分问题都交由总承包单位进行解决.因而站在业主的角度，界面管理重点在业主的内部部门及外部利益相关者之间的界面.在IM的实践研究上，张悦颖等[16]在世博会项目群的界面管理经验基础上，提炼出实体、组织、合同和进度4个方面的界面管理基本方法，但在进度控制界面管理分析部分，只是借鉴了项目总控的进度控制体系，并未深入地探讨界面对工期的影响.潘家祥[17]讨论了化工企业大型工程项目的界面协调管理，这是在既定组织分工确定的基础上寻求最佳的协调方法，没有讨论业主在项目前期应当如何进行界面优化，按照什么原则进行职责分工更有利于进度管理.同时，Shokri等[18]证实了大型复杂项目中实施界面管理可以更显著地降低成本超支和进度延后的风险，但是也未涉及如何进行工期界面优化的问题.

本文作者深度参与了上海机场浦东三期扩建工程(简称三期扩建工程)的进度总控，在对进度总控成果及总控人员的访谈整理中识别出重点单体项目，并建立界面网络分析模型，通过总进度纲要的工期对比分析展示界面优化模型的有效性.

1 项目编码与界面划分原则

1.1 三期扩建工程的项目分解结构(PBS)与组织分解结构(OBS)

三期扩建工程是上海建设国际航空枢纽战略的重大项目，目的是解决浦东机场硬件设施保障能力与业务需求日益突出的矛盾.三期扩建工程计划总投资约221亿元，计划总工期约4年，卫星厅总建筑面积62.2万m2，建成后浦东国际机场可承担8 000万人次的年旅客吞吐量.

图1为整个三期扩建工程的项目分解结构(PBS)及其编码.本文在分析进度界面时，主要考虑的是第3层级各单体项目之间的界面.三期扩建工程的组织分解结构及其编码如图2所示.其中前面3个部门主要负责信息流过程的处理，后面5个部门主要负责具体的物质流过程的处理.在项目总控中需要用信息流指导和控制物质流[5]，而只有施工过程中才有伴随物质流的过程.本文分析进度界面时主要考虑工程的物理界面，即4个工程部及信息设备部所负责项目任务过程之间发生的界面.因此，本文对三期扩建工程的界面划分，主要考虑各工程部门(卫星厅工程部(D05)、飞行区工程部(D06)、浦东配套工程部(D07)、捷运项目部(D08))之间的项目实施界面.

根据4个工程部门(D05, D06, D07 和 D08)的部门职责，可以确定其在职责范围内应当负责的单体工程项目.经过与项目总控咨询人员的初步访谈，确定其中界面较多且对总进度影响大的重点单体项目为卫星厅工程(P101)、捷运车站工程(P201)、捷运区间工程(P202)、捷运车辆维修基地工程(P203)、卫星厅港湾站坪工程(P301)、 S1和S2下穿通道工程(P304)、综合管廊工程(P407)、南进场路工程(P413).

图1 三期扩建工程的项目分解结构(PBS)及编码Fig.1 Project breakdown structure(PBS) and coding of the Phase III expansion project

图2 上海机场建设指挥部组织分解结构(OBS)及编码Fig.2 Organization structure and coding of Shanghai Airport Construction Headquarters

1.2 重点单体项目的分解与编码

工作分解结构(work breakdown structure，WBS)是为完成项目目标而进行的一种项目范围的层级分解，类似于项目分解结构(PBS)，但同时又不同于PBS.为了更好地说明大型项目在这两个层面上的界面问题，WBS-Matrix被引入到研究中.结合中国大中型建设工程实施的特点，可以把大中型民用建设工程项目全生命周期分为8个过程：项目前期策划、项目融资、设计、招标发包、材料发包、材料设备采购、施工、市政配套和开业准备等[3].在过程分解的基础上对任务进行分解，接着对过程、任务进行编码，再与项目实施单位或内部负责部门之间建立联系，使得单体项目的目标通过任务分解落实到各个实施单位或部门.于是建立以大型工程总目标分解落实为目标的编码集成结构，如表1所示.

表1 大型工程的项目编码集成结构Tab.1 Integration code structure of MCP

按照编码集成结构，以第1对重点单体项目(卫星厅工程P101和捷运车站工程P201)的施工过程为例，进行项目集成分解与编码，如表2所示.比如编码P101C300000000(D05)表示卫星厅工程(P101)的基础施工过程(C300000000)，且该施工过程属于卫星厅工程部(D05)负责.各任务承担部门在此基础上根据要求进行活动分解，该集成编码模型就可以成为界面管理识别与界面控制的基础.同理，也可对另外两对重点单体项目进行统一分解和编码.

表2 重点单体项目的任务分解与编码Tab.2 Task decomposition and coding ofinterface projects

1.3 界面划分原则与内容

三期扩建工程的界面划分，主要是划分各工程部门(D05,D06,D07和D08)之间的实施界面.通过对进度总控成果及总控人员的初步访谈，总结出三期扩建工程的实施界面划分原则，包括4个方面的内容：借鉴历史、进度衔接、工作均衡、对接运营.

(1)借鉴历史.在三期扩建工程各部门职责划分时，借鉴了虹桥交通枢纽建设的历史经验.比如能源中心的设备调试与卫星厅的闭水时间是紧密关联的，同时能源调试时间与冬夏季节相关，因此将能源中心划归卫星厅工程部管理，可以减少土建与设备安装调试之间的界面.

(2)进度衔接.在三期扩建工程的总进度纲要编制过程中，首先通过系统及其环境分析法、关键线路类比法等方法对总进度目标进行论证.在总进度目标前提下，按照单体工程的土建施工过程与专业设备的制作到货、安装调试过程等协调安排关键性节点，使得总进度纲要在整体上进度衔接.

(3)工作均衡.在保证总进度目标和施工界面的前提下，科学合理地安排各总控工序的资源使用情况，可在整个工期内降低资源需求的使用强度.在三期扩建工程进度安排中，特别编制了《专业设备采购招标计划专项计划》，为设备安装过程的连续均衡性提供保证.

(4)对接运营.为保证在使用过程中实现高品质、高效率的运营，需要提前做好各项运营准备工作，进行运营准备工作的集成管理.结合机场项目建设运营的特点，在总进度计划中编制了《三期扩建工程运营准备计划》，包括人员配置与培训、航站区运行指挥中心(TOC)运行管理职责分工、驻场单位搬迁方案、航站楼经营协议，专业设备系统调试方案等内容.运营准备计划应与建设总进度计划一起，构成一个相互匹配、协调一致的计划体系.

2 界面点网络的系统分析

2.1 界面点的识别

在界面划分原则指导下，通过界面项目在任务过程层面上的两两碰撞，得到项目的任务过程界面点(interface points，IPs)[22].表3为卫星厅工程(P101)与捷运车站工程(P201)的任务过程界面碰撞矩阵，其中IPAB(i)表示P101与P201之间不同部门的界面点.从组织界面来看，同属一个部门管理的任务过程界面，其界面协调难度较为容易.反之，则界面协调难度较大.

2.2 界面点的优化

根据上述界面碰撞矩阵结果可知，6个界面单体项目之间，一共有114个界面点IPs.图3是根据界面碰撞矩阵结果，绘制的指挥部各部门之间的组织界面网络，其中圆圈代表各个部门，线条粗细代表两个部门之间的界面点数量.显然，界面网络图中的外围边界线条最粗，说明工程部门之间存在的界面关系最多.因此，为减少实施界面使得进度更好衔接，下面对按工程部门职责范围划分的项目实施分工进行调整优化，从而更有利于整体项目目标的协调推进.

表3 卫星厅工程(P101)与捷运车站工程(P201)的任务过程界面碰撞Tab.3 Interface collision between satellite building (P101) and MRT station (201)

图3 组织界面网络Fig.3 Sample of stakeholders interface network (SIN)

由于捷运车站工程(P201)整体都属于卫星厅工程的下部结构，且大多界面都是由不同实施主体(捷运项目组(D08)与卫星厅工程部(D05))产生，因此将捷运车站工程(P201)的土建部分，由捷运项目组(D08)划归卫星厅工程部(D05)管理.同理，将能源中心(P102)由浦东配套工程部(D08)划归卫星厅工程部(D06)管理，将捷运区间工程(P202)的土建部分，由捷运项目组(D08)划归飞行区工程部(D06)管理.值得注意的是，当将综合管廊工程(P407)由浦东配套工程部(D07)划归飞行区工程部(D06)管理时，虽然P407与卫星厅港湾机坪(P301)的界面减少了，但同时会产生新单体项目的任务过程界面，即P407与南进场路(P413)的界面.按照与P101和P102相同的界面碰撞矩阵方法，可以得到将南进场路(P413)划归飞行区工程部(D06)前后，界面点从33个减少为31个(物质流界面节点从5个减少为4个).因此将综合管廊工程(P407)进行部门界面分工调整后，界面点的个数只减少了2个，不能说明界面部门调整的必要性.下面将从P407调整前后的关键界面点与工期变化，对比说明通过部门界面优化的必要性.

2.3 关键界面点的对比分析

组织界面网络图(SIN)只能反映出组织之间的静态信息关系[18]，因此下面利用界面点网络(interface point network,IPN)反映出组织间界面动态信息关系.在IPN中，节点代表界面点，线条代表界面点之间的依赖关系.为了绘制界面网络图，首先需要明确各个界面点之间的依赖关系，这个可以利用界面互赖矩阵(IP independency matrix)实现.以下将P301与P407的界面点表示为IPEF(i)，将P407与P413的界面点表示为IPFG(i).

通过项目总控咨询人员团队和工程基础资料中对界面点关系的描述，可总结出综合管廊工程(P407)与卫星厅港湾机坪(P301)的物理过程界面互赖矩阵，如表4所示.据此，可绘制出对应的界面点网络，如图4所示.同理，可以得到将综合管廊工程(P407)进行分工调整后，综合管廊工程(P407)与南进场路(P413)的界面互赖矩阵和界面点网络，如表5和图5所示.

表4 P301与P407的物质流界面互赖矩阵Tab.4 IP interdependency matrix between P301and P407

下面利用界面点网络(IPN)的两个指数[18]，找出两对界面单体项目的关键界面点.

(1)界面节点的影响因素指数(I)表示界面节点的直接后继节点数量，与相关界面项目的总界面点数量 (含后继节点与前置节点)的比值.换言之，某节点的I越高，说明该节点影响的后继节点数量越多，影响越大.

表5 P407与P413的物质流界面互赖矩阵Tab.5 IP interdependency matrix between P407and P413

图4 P301和P407的物理过程界面点网络Fig.4 The IPN between P301 and P407

图5 P407和P413的物理过程界面点网络Fig.5 IPN between P407 and P413

(1)

(2)界面节点的风险因素指数(R)表示界面节点的直接前置节点数量，与相关界面项目的总界面点数量 (含后继节点与前置节点)的比值.换言之，某节点的R越高，说明该节点受到其前置界面节点的影响越大.

(2)

根据P301和P407界面互赖矩阵和界面点网络，可以计算出该界面网络中所有界面点的I与R指数及其排序，如表6所示.由表6可知，关键界面节点为IPEF(2)、IPEF(3)和IPEF(5)，为最高影响因素指数的界面节点；IPEF(2)为最高风险因素指数的界面节点.同理，可以识别出P407与P413的关键界面点，如表7所示.

表6 P301与P407界面点指数Tab.6 Key IPs between P301 and P407

表7 P407与P413界面点指数Tab.7 Key IPs between P407 and P413

对比表6和表7界面网络的界面点指数，可知P301和P407的平均I指数，比P407与P413的高，同样R指数也有所降低.即是说，将项目P407进行部门界面分工调整，整个三期扩建工程IPN的关键界面点的影响和被影响指数都有所降低.

3 总进度纲要的工期对比分析

本节以总进度纲要[3]为计划基础，在识别出单体项目间关键界面点的基础上，建立总进度纲要计划的界面点嵌入模型.将该模型应用到三期扩建工程界面项目中，对比嵌入关键界面点前后工程的工期变化，从而说明进度界面优化模型的有效性.

3.1 嵌入界面点的总进度纲要模型

在制定大型工程的每个界面项目的单项总进度纲要计划基础上，对各个单项纲要计划之间的界面进行分析，得到单体项目间的界面节点.然后，将各个界面点嵌入到相关的单项纲要计划中，再整合所有的单项纲要计划，形成考虑界面点的总进度纲要计划.根据此思路，可以建立大型工程项目群嵌入界面点的总进度纲要模型，如图6所示.

3.2 工期对比分析

由于关键界面点的嵌入，整个大型工程的可能关键线路(controlling path)将会发生变化，因此工期也会发生变化.

如图7所示，大型工程A的两个子项目a和b，由于关键界面点(IPC)的嵌入，可能关键线路由2条变为了4条，大型工程A的总工期也由max(a1→a2,b1→b2)变化为max(a1→a2,b1→b2,a1→c→b2,b1→c→a2).

图6 总进度纲要计划的界面点嵌入模型Fig.6 IP embedding model for overallschedule outline

图7 考虑界面点的大型项目总控线路模型

Fig.7CricticalpathmodelformegarojectAwithoutconsideringIPs

类似于上面的示例中关键界面点对大型项目A的总工期的影响，可作出两对界面单体项目(P301与P407、P407与P413)的总控线路.图8所示为P301与P407的总控线路(p1→p2与p3→p4)，以及两个子项目之间的3个关键界面点.由于界面点是有方向的矢量，于是两个项目组合起来有9条可能的总控线路：

(1)p1→a1→a2→a3→p2

(2)p3→b1→b2→b3→p4

(3)p3→b1→IPEF(2)→a1→a2→a3→p2

(4)p1→a1→a2→IPEF(3)→b2→b3→p4

(5)p3→b1→b2→b3→IPEF(5) →a3→p2

(6)p3→b1→IPEF(2)→a1→a2→IPEF(3) →b2→b3→p4

(7)p1→a1→a2→IPEF(3)→b2→b3→IPEF(5) →a3→p2

(8)p3→b1→IPEF(2)→a1→a2→IPEF(3)→b2→b3→IPEF(5)→a3→p2

(9)p1→a1→IPEF(2)→b1→b2→IPEF(3)→a2→a3→IPEF(5)→b3→p4

图8 P301与P407的总控线路Fig.8 Critical path of P301 and P407 considering key IPs

其中最长的总控线路为包含了3个关键界面节点的最长线路，即第9条线路:p1→a1→IPEF(2)→b1→b2→IPEF(3)→a2→a3→IPEF(5)→b3→p4，根据三期扩建工程总进度纲要的基础数据(表8)，可以计算出此线路的工期约为39个月.

表8不考虑关键界面点的总进度纲要的基础数据(以P101示例)

Tab.8BasicdataofoverallscheduleoutlinewithoutkeyIPs(sampleofP101)

结构开始日期(年-月)完成日期(年-月)主楼桩基2015-122016-03围护结构2016-042016-05土方工程2016-052016-07主楼基础2016-082016-09地下结构2016-102016-11

同理，按照同样的思路，根据嵌入关键界面点的总进度纲要的基础数据，可作出P407与P413的总进度纲要和总控线路，同时可计算出其对应的工期约为26个月，具体如图9所示.

图9 P407与P413的总控线路Fig.9 Critical path of P407 and P413 considering key IPs

于是，当考虑界面点优化调整时，三期扩建工程界面项目的总控线路从p1→a1→IPEF(2)→b1→b2→IPEF(3)→a2→a3→IPEF(5)→b3→p4，变为p5→b4→IPFG(2)→a1→a2→IPFG(3)→b5→b6→IPFG(4)→a3→p2.根据总进度纲要的基础数据，可得到P301与P407的计划开工和竣工时间分别为2015年12月和2019年2月，而P407与P413的计划开工和竣工时间分别为2016年9月和2018年10月，即是说P301与P407的计划开工时间比P407与P413早9个月.因此，通过界面点优化调整，三期扩建工程界面项目的总工期可以从40个月减少至35个月.

综上所述，将P407划归飞行区工程部，将两个工程部门间的界面点内化为一个部门的工作，虽然同时会增加P407与P413的界面点，但整个大型工程的总工期得到了优化.

4 结语

本文首先对大型工程的复杂界面可能增大进度延后风险的问题进行了介绍，提出采用界面点网络来优化进度界面.然后，以浦东机场三期扩建工程为例，总结出界面划分原则与内容.在实施界面划分原则的基础上，对重点单体项目进行分解与编码，利用界面点网络算法识别关键界面点.最后，将关键界面点嵌入总进度纲要，对比分析界面调整前后的项目总工期的变化，从而证明进度界面优化模型的有效性.对于类似大型工程项目群的进度总控具有实践指导意义.

由于大型工程项目的设备类型复杂，且安装调试的界面差异较大，本文在进行进度界面优化中没有考虑设备系统分类供货实施的界面，也没有考虑外部利益相关者之间的进度界面问题，这些是下一步研究的重点，需要更广泛地访谈调研，从而形成更为完整的大型工程项目群的总进度界面优化模型，对项目管理人员也更具实用性.

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