水电工程施工进度风险分析方法综述

彭佳玉

水电工程施工进度风险分析方法综述

彭佳玉

（三峡大学水利与环境学院，湖北 宜昌 443000）

在水电工程施工过程中，施工进度计划和风险计算是很重要的分析工作。分析工程项目进度风险的基本思路是量化施工过程中可能存在的风险，建立模型，运用计算机仿真技术进行模拟，刻画出不同风险因素导致进度偏离目标的程度或对进度计划顺利实现的影响。文章结合水电工程施工过程中可能存在的风险，归纳整理计算进度风险的方法，为更全面地模拟现实情况，提高进度计划的可控性，保证项目工期和质量提供参考。

水电工程；进度风险；关键链技术；蒙特卡洛模拟；系统动力学

引言

水利水电工程通过修建大坝水库，利用河流势能发电，同时兼有防洪、度汛、航运、旅游、养殖等的综合作用，是人类科技进步和社会文明的象征，更是重要的基础设施建设项目，在国民经济和社会发展中具有举足轻重的作用[1]。我国拥有4.5万余条河流（河流数量仅包括流域面积50 km2及以上的河流），目前已建成近10万座水坝，拦蓄将近9000亿m3库容[2]。在不断地与水旱灾害斗争的过程中，我国已逐渐发展成为全球大型水利设施最发达的国家。

建设周期长，资源和资金投入量大，受地形地质、水文、气象条件影响大，施工组织复杂等都是水利水电工程的建设特点，在不可预见性因素繁多的情况下，实际施工进度很难与计划进度保持一致，很容易导致工程项目工期延误、项目质量不达标，如何保证完工日期和工程质量，就需要准确地控制施工进度，也就是需要周密的进度计划，并且尽可能提高计划的可控性。施工进度计划的编制是一项关键且复杂的工作。其编制要从实际出发，考虑现场条件、施工技术水平、资源分配等有关因素，在合同工期规定的时间内，尽可能做到保证质量、安全、费用等方面的情况下，提高项目竣工率，使项目如期或提前交付使用，以提高建设工程的经济效益。实际上，施工过程中各项工作之间的持续时间具有不确定性，工作间的逻辑关系也难以确定，极大可能导致施工进度出现偏差，因而，在工期固定或资源有限的情况下，施工进度计划的准确实施有难度，即具有较大的风险。在项目建设前期，工程人员进行大量地科学分析，多次进行数学模拟，计算出施工进度风险，是决定建设项目能否顺利实施的重要因素，对合理控制水电工程施工进度具有重要意义。

对于水电工程施工进度风险的研究前人已做了许多工作，本文在此基础上对水电工程施工进度计划的风险研究方法进行综合整理，吸收国内外工程领域的优秀思想和研究的丰富成果，了解在时代发展中不断优化创新的风险分析理论、评估方法、应对措施，为更全面地模拟现实情况，提高进度计划的可控性，保证项目工期和质量提供参考，也为预防施工过程带来的灾害，合理优化其治理方案提供参考。

1　水电工程施工进度风险的定义

水电工程项目的建设具有一定的风险，又因建设周期长、资金投入量大、影响因素多、失事后果严重等特点，所以对其进行风险评估具有重大意义，需要工程分析者具备良好扎实的专业知识储备，以及对工程项目全面透彻地了解，才能做出正确、合理的风险分析，制定适合的项目进度计划，进而控制项目的完工工期和工程质量，达到尽快实现投资效益的目的。

水电工程施工进度风险是指在规定（计划）工期内，工程项目实际建设的过程中，该工程进度计划的实际完工工期超过规定（计划）完工工期的可能性，即在规定（计划）工期内，比较实际完工工期和计划完工工期之间的关系。

其数学计算式可表达为

Pr=P（TC＞TP）

式中：Pr——施工进度风险；TC——实际完工工期；TP——计划完工工期。

2 水电施工进度风险的影响因素分析

水电工程因其建设周期长、资源投入量大、不确定性因素多、计划可控性较弱等特点，容易导致实际工期发生变化，造成进度风险。风险识别的首要是进行风险分析，即对水电工程施工过程中的各类影响因素进行排查，运用计算机、模型的分析，对相关因素进行合理估算，获得风险发生的概率，进而采取有效措施进行风险控制。

通过文献检索发现，在水电施工过程中，风险因素可主要分为环境因素（包括自然环境因素、社会环境因素）、资金因素、人为因素（包括业主因素）、材料设备因素、技术因素（包括施工技术因素、勘察设计因素）。

2.1 环境因素

环境因素：水电工程建设过程中，环境风险一般是指自然环境风险和社会环境风险。社会环境风险通常取决于工程项目所处的社会环境，常见的影响因素有移民搬迁、相关的法律法规、金融危机、文化风险（语言障碍）等。自然环境风险指的是施工建设场地的天然状况，包括水文条件、地形地质、动物栖息地、气象气候等。环境因素对建设工程项目的影响伴随着工程建设的整个周期。

2.2 资金因素

资金因素：资金风险是工程项目建设过程中的重要影响因素。水电工程资金投入量大，建设周期长，需要有完善的资金链来保证项目的顺利开展。在施工过程中，资金落实不到位、未支付工程款、施工成本与计划相差较大等，都是产生资金风险的导火索，若不及时采取措施，必然会影响水电工程施工的进度。

2.3 人为因素

人为因素：主要体现在业主因素和组织管理因素两方面。例如，业主使用要求发生变更，致使设计也要进行相应的变更；应提供的施工场地或所提供的场所不满足工程正常施工需要；审批手续的延误；计划安排不周密，组织协调不顺利等。即施工全过程有大量的人员参与，人参与全程，也影响着整个工程，因此必须考虑建设过程中的人为因素影响。

2.4 材料、设备因素

材料、设备因素：如材料、设备、机具等缺乏供应；在品种、数量、质量等方面不满足施工组织设计要求或与实际所需不符，导致施工设备型号选择有误；材料使用的不合理等等均会影响工程的施工进度和施工质量。

2.5 技术因素

技术因素：主要包括勘察设计因素和施工技术因素。水电工程在设计勘察阶段，若资料收集有疏漏，未能设计准确，作出的施工设计无法落地实施，则必须进行整改，极有可能导致延误工期；在工程施工阶段，施工工艺不满足要求，施工技术方案不合理，缺乏施工安全性的考虑等，都会影响工程的施工进度。

3　水电工程施工进度风险分析方法

水电工程施工过程中具有诸多不可预见性，产生风险的影响因素复杂繁多，进度计划的管控较难。在制定工程项目的施工进度计划时，不仅要考虑资源的分配问题、工序间的搭接与制约关系等，更要及时进行风险分析，对可能出现的风险进行正确的认识以及提前做好应对措施，提高计划实现的可能性，保证项目的工期。由此，合理的风险评估在工程项目实施阶段，是编制准确施工进度计划、选择合适风险管理对策的重要依据。在建设工程的进度控制中，采用了较多的风险分析方法，以下将分别简述网络计划技术、关键链技术、蒙特卡洛模拟、故障树分析法、系统动力学及其他方法（DEMATEL-ISM 结合法、基于贝叶斯网络的施工进度完工概率分析方法、模糊综合评价法、灰色关联度分析、模糊神经网络法、层次－熵值分析组合方法）。

3.1　网络计划技术

3.1.1关键路径法

关键路径法（Critical Path Method，CPM）是指工作与工作之间的逻辑关系肯定的网络计划技术。在项目管理中，常常结合PERT法和CPM法对项目的工期和进度进行估算，先用 CPM 法求出关键路径，再利用 PERT法计算关键路径上的各个工作的期望和方差，进而得出项目在某时段内完成的概率，从而确定施工进度计划存在的风险[3]。

3.1.2计划评审技术

计划评审技术（Program Evaluation and Review Technique，PERT）是一种双代号非肯定型网络分析方法，该方法主要处理工作逻辑关系确定、工作时间不确定的网络计划，运用“三时法”估计工作的持续时间，根据关键线路算得完工概率，进而确定进度风险。经典PERT法的假设条件存在一定的局限性，难以反映复杂多变的工程实际问题。国内外的学者从多方面对传统PERT法进行改进与完善，得到更多更切合实际的风险计算方法。

3.1.3图示评审技术

图示评审技术（Graphical Evaluation and Review Technique，GERT）是处理逻辑关系不确定、持续时间不肯定的网络计划技术，通常运用计算机仿真技术来模拟项目的实际情况。作为分析对象的工作并非全都要实现，仅需符合逻辑关系即可，例如，某些工作可能不进行，某些工作可能只有部分进行，某些工作可能进行多次，某些工作可能存在回路等[4]。

3.2　关键链技术

1997年，Golratt提出了基于约束理论的关键链项目管理方法。关键链进度管理方法（Critical chain project management，CCPM）是基于约束理论的一种工程项目管理新方法[5]，该方法充分考虑了工作与工作之间的逻辑关系，资源冲突和人的行为因素等约束条件。基于“三时法”估算，利用最短路径法的对偶思想给出关键路径及期望工期最简单的矩阵表达式，采用以资源优先分配即从末尾往前进行分配调整的原则，通过启发式算法进一步确定关键链；结合定量和定性分析，从项目内部和外部两个方面，考虑多种不确定性因素对缓冲区设置的影响，使得设置的缓冲区更具有合理性，从而尽可能全面地吸收项目的不确定性，确保项目按时完工[6]。

黄建文等[5]考虑施工过程中的施工难度、风险偏好度以及工序复杂程度这三个影响因素，对关键链技术中缓冲区的设置方法进行改进，在执行改进关键链进度计划的基础上，选取进度偏差率作为监控指标构建了建设工程进度风险动态预警控制模型。根据实例分析表明，在保证较高完工概率的前提下采用改进关键链技术能有效缩短工程项目计划总工期，利用进度风险动态预警控制模型对进度执行情况进行实时监控，可以为项目决策者高效准确地提供进度管理决策信息[4]。采用事前事后控制相结合的手段能有效控制不确定性影响因素对工程进度的影响。

3.3　蒙特卡洛模拟

蒙特卡洛法（Monte Carlo Method，MC）以大量影响水电工程施工进度计划的因素为样本，通过随机抽样，建立相关模型，并对各种影响因素发生的概率模型进行试验，通过大量计算机仿真模拟，计算项目的完工概率，合理安排进度，最后将试验结果应用于解决现实施工中的问题。MC法的限制条件少，方法简单灵活，易于实现和改进，只要模拟次数足够多就可得到比较精确的数字特征。同时，MC法的局限在于没有准确的答案，给出的是参数的区间估计。

3.4　故障树分析法

故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）是通过绘制倒立树状逻辑因果关系图，评估复杂系统的可靠性、安全性与预测风险的一种系统安全分析方法，包括定性分析和定量分析。FAT法的关键在于分析顶上事件发生的可能性，通过定性分析，考虑影响进度风险影响因素，逐级找出导致顶上事件发生的基本事件，从而确定优化顺序；通过定量分析，根据各基本事件的结构重要度，计算出顶上事件的发生概率，量化风险，进而提出各种风险控制方案。

3.5　系统动力学

系统动力学（System Dynamics，DS）是一种从系统的内部结构来寻找问题发生根源的预测和仿真方法。以基于系统动力学分析高拱坝施工为例。首先，通过系统分析，得出施工工艺、工作间的逻辑关系。其次，在施工系统分析基础上，逐层分解施工进度风险，明确因素间的本质联系，找出主要风险影响因素，并进行量化分析，从而得到施工进度风险指标体系。之后，基于系统动力学构建施工进度风险演化模型，步骤包括模型假设、进度风险演化因果关系分析、进度风险演化模型构建、模型检验。

陈萌等[7]以高拱坝混凝土施工为例，识别进度风险因素，定性分析风险因素间的因果演化关系，采用系统动力学构建高拱坝施工进度风险演化模型，并针对具体工程对进度风险演化路径和不同演化路径下的施工进度进行仿真模拟，得出结论，风险因素间的动态演化作用对高拱坝施工进度具有较大影响，不同的风险演化路径对施工进度影响也不同，为施工管理者提供了决策依据。

3.6　其他方法

3.6.1 DEMATEL-ISM 结合法

黄建文等[8]针对高拱坝混凝土初期浇筑阶段施工进度风险因素复杂且不确定性强的问题，提出了基于决策试验与评价实验室（DEMATEL）和解释结构模型（ISM）相结合的施工进度风险分析方法，该法可以有效识别施工进度风险关键因素和关键作用路径，为高拱坝混凝土初期浇筑段施工进度风险分析提供了新的解决思路。

3.6.2 基于贝叶斯网络的施工进度完工概率分析方法

黄建文等[9]结合贝叶斯网络与进度计划网络，构建贝叶斯进度网络，并且考虑贝叶斯网络在节点取值和概率计算方面的优越性，并结合工程项目的不确定性及复杂性特点，建立该模型。陈瑞等[10]基于模糊贝叶斯网络的工程项目进度完工概率分析，先根据专家的模糊语言描述及积分值法确定根节点的概率和各父节点的条件概率，然后将其运用到贝叶斯网络推理计算网络计划完工概率[9]。

3.6.3 模糊综合评价法

模糊综合评价法是以模糊数学为基础，应用模糊关系合成的原理，将一些不易描述的因素定量化，进行综合评价的一种方法[10]。其基本思想是利用模糊线性变换和隶属函数作为桥梁，将不确定的、模糊的非量化因素加以量化，进而运用传统数学方法对事物及其相关因素做出合理的综合评价[11]。该方法广泛应用于经济管理、气象预报以及施工风险分析等众多领域。

3.6.4 灰色关联度分析

李浩平等[12]以灰色关联度为标准确定影响中小型水库大坝安全的主要因子，构建合理的中小型水库大坝安全评价指标体系，为大坝安全评价的指标优化提供了新的思路与研究方向，具有较高的理论与实用价值[13]。

3.6.5 模糊神经网络法

刘帅等[14]基于模糊综合评价和BP神经网络建立了水电工程施工安全隐患评价模型，构建了一个具有多层次和多指标特性的水电工程施工安全隐患诊断指标体系，提出了重大、较大、一般、较小以及轻微的5个等级划分。

3.6.6 层次－熵值分析组合方法

吕刚[15]应用层次－熵值分析组合方法，对水利工程施工进度风险模糊因子动态识别，以辽宁某水利工程为实例，研究影响施工精度各风险因素的组合权重，并对主要风险因子进行了动态识别，针对风险影响因子提出相应的解决措施，为水利工程施工提供风险防御及进度控制的分析依据。

4　结束语

随着风险管理理论和实践研究不断地取得较大进展，尤其是计算机技术的不断发展以及对模型研究的不断深入，工程施工进度风险的研究方法也在不断地优化创新，本文较为全面地整理了水电工程的进度风险评估方法，包括网络计划技术、关键链技术、蒙特卡洛模拟、故障树分析法、系统动力学和其他方法（DEMATEL-ISM 结合法、基于贝叶斯网络的施工进度完工概率分析方法、模糊综合评价法、灰色关联度分析、模糊神经网络法、层次－熵值分析组合方法），这些方法不仅是科学的分析方法，同时也是科学的动态控制方法，可为施工管理者在工程项目的规划、工程进度计划的制定、进度完成情况的监测等方面提供可靠的参考依据。未来更多的实际工程中将采用更多层出不穷的新方法，我国水电工程项目的进度风险分析方法无疑将更加丰富。

[1]樊启祥，陆佑楣，李果，等. 金沙江下游大型水电工程智能建造管理创新与实践[J]. 管理世界，2021，37(11): 206-226，13.

[2]艾蓝星. 10万座大坝的延生[J]. 科教导刊，2021(15): 170-177.

[3]王翔. 蒙特卡洛仿真在TD-SCDMA数据网管项目进度管理中的应用[D]. 上海: 上海交通大学，2008.

[4]王洪杰. 基于Petri网的通信工程项目工期计划与控制研究[D]. 青岛: 中国海洋大学，2009.

[5]黄建文，杨青青，黄琴，等. 基于多因素影响下缓冲区设置的进度风险预警[J]. 土木工程与管理学报，2017，34(1): 33-37，43.

[6]彭军龙，刘泽鹏. 基于关键链法的工程施工进度优化[J].长沙理工大学学报(自然科学版)，2020，17(4): 62-69.

[7]陈萌，黄建文，谭传世，等. 基于系统动力学的高拱坝混凝土施工进度风险演化模型[J]. 水电能源科学，2021，39(2):59-63，68.

[8]黄建文，熊鑫，陈瑞，等. 基于DEMATEL-ISM的高拱坝混凝土初期浇筑阶段施工进度风险分析[J]. 水力发电，2020，46(2): 61-65，108.

[9]黄建文，石春，张婷，等. 基于贝叶斯网络的工程项目进度完工概率分析[J]. 数学的实践与认识，2017，47(6): 87-93.

[10] 陈瑞，黄建文. 基于模糊贝叶斯网络的工程项目进度完工概率分析[J]. 水电能源科学，2018，36(6): 167-170.

[11] 李高扬. 工程项目风险模糊综合评价研究[J]. 人民长江，2012，43(7): 98-101，107.

[12] 李浩平，卞雪，唐傲翔，等. 基于实例灰色关联分析的中小型水库大坝安全评价指标体系研究[J]. 科技创新与应用，2016(1): 156-157.

[13] 柳顺，杜树新. 基于数据包络分析的模糊综合评价方法[J]. 模糊系统与数学，2010，24(2): 93-98.

[14] 刘帅，盛金保，王昭升，等. 基于模糊神经网络的水电施工安全隐患评价[J]. 水利水运工程学报，2020(1): 105-111.

[15] 吕刚. 层次-熵值分析组合方法在水利工程施工进度风险模糊因子动态识别中的应用[J]. 水利技术监督，2019(2): 181-184.

Review on Risk Analysis Methods for Construction Schedule of Hydropower Projects

In the process of hydropower project construction, construction schedule and risk calculation are very important analysis work. The basic idea of analyzing the project schedule risk is to quantify the possible risks in the construction process, establish a model, use computer simulation technology to simulate, and describe the degree of schedule deviation caused by different risk factors or the impact on the smooth realization of the schedule. Combined with the possible risks in the construction process of hydropower projects, this paper summarizes and sorts out the methods of calculating the schedule risk, so as to provide reference for more comprehensively simulating the actual situation, improving the controllability of the schedule and ensuring the construction period and quality of the project.

hydropower projects; schedule risk; critical chain technology; Monte Carlo simulation; system dynamics

TV5

A

1008-1151(2022)06-0034-04

2022-03-06

彭佳玉（2001－），女，三峡大学水利与环境学院学生，研究方向为工程管理风险评估与决策。