基于干擾事件的資源受限工程進度仿真優(yōu)化研究

楊耀紅

摘要：線性水利工程一般時空跨度大，施工干擾因素多。一方面施工干擾因素會造成工程施工進度拖延，同時，空間跨度大也為承包人及時調(diào)整施工作業(yè)提供了可能，所以存在受干擾事件影響的資源受限工程進度仿真優(yōu)化問題。論文首先分析了解決這一問題的基本思路，然后構(gòu)建了基于干擾事件的資源受限工程進度仿真優(yōu)化模型，最后工程實例的計算分析驗證了模型的有效性。該分析思路和仿真優(yōu)化模型可為預測干擾事件對工程進度的影響和處理工程進度延誤索賠提供參考。

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.

關(guān)鍵詞：工程進度；資源約束；仿真優(yōu)化；干擾事件

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

中圖分類號：TU722 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）10-0074-04

0 引言

線性水利工程，如引（調(diào)）水、河道工程等，一般具有時空跨度大、施工線路長的特點。由于施工線路空間跨度大，一方面容易受到各種因素的干擾，如當?shù)鼐用竦母蓴_，和鐵路、公路、河道、管廊等線路的交叉多，并受到多個行業(yè)管理部門的約束等，另一方面，施工空間的寬松意味著在進度計劃作業(yè)邏輯關(guān)系中，包含大量的非技術(shù)邏輯關(guān)系，也為承包人在受到干擾事件影響后調(diào)整施工作業(yè)邏輯關(guān)系及時優(yōu)化進度安排提供了可能。

對于這類工程，一方面在編制進度計劃時，要預測各種干擾事件的發(fā)生及其影響，就需要在現(xiàn)有資源的約束下，在進度計劃中逐步加載干擾事件并進行優(yōu)化調(diào)整。關(guān)于資源受限工程進度優(yōu)化問題，無論在優(yōu)化模型的構(gòu)建或是模型的求解方法上，已有較多的研究成果，而這些成果多在資源受限類型、作業(yè)邏輯關(guān)系、作業(yè)實施模式、確定性問題或非確定性問題（隨機或模糊等）等方面考慮建立模型[1，2]；在求解方法上，除了常規(guī)的動態(tài)規(guī)劃等運籌學方法，還有分支定界算法、禁忌搜索算法、遺傳算法、蟻群算法、粒子群算法等[3，4]。但這些研究中較少考慮干擾事件影響下進度優(yōu)化問題。

另一方面，在工程完工后處理工程進度延誤索賠時，也需要分析干擾事件及其影響。分析工期延誤的主要方法有四種，即計劃和實際比較法（As-Planned vs. As-Built）、計劃進度添加影響方法（Impacted As-Planned）、實際進度影響剔除法（Collapsed As-Built）、時間影響分析法（Time Impact Analysis）[5，6，7]，以及近來提出的其他一些分析方法[8，9，10]，這些方法都需要有序的合同管理和事件的及時處理為基礎。但在工程實際中經(jīng)常出現(xiàn)這樣的情況：當出現(xiàn)工程干擾事件后，合同雙方并沒有及時分析確定合同責任、及時分析事件影響大小、及時確定應對干擾事件的措施（包括延長工期、調(diào)整施工方案、采取趕工措施等），直到工程完工后結(jié)算前，才協(xié)商處理工期延誤問題，確定工期延誤的時間責任和費用責任。此時，承包人就需要分析哪些干擾事件是發(fā)包人責任，而且這些干擾事件發(fā)生后，承包人應該履行自己的合同義務，采取必要措施來減少干擾事件的損失，即按照干擾事件的發(fā)生順序，在當時已到場資源的約束下，及時調(diào)整施工方案，充分利用在場資源，減小工期延誤損失。

綜合以上兩個方面問題，其實質(zhì)就是基于干擾事件的資源受限施工進度的仿真優(yōu)化問題，本文基于合同進度計劃，同時考慮資源約束和干擾事件，從承包人角度進行進度的仿真優(yōu)化分析。

1 基本思路

首先要基于工程合同進度計劃，即基本的施工工藝、施工強度等要依據(jù)合同約定的施工方案確定，同時，所謂的資源約束，就是按照批復資源計劃已經(jīng)到場的施工資源。然后考慮干擾事件時，要確定干擾事件影響到的施工作業(yè)范圍和時間，在干擾事件影響下，造成按照合同進度計劃安排的施工作業(yè)全部或部分不能實施的情況下，調(diào)整施工安排，利用在場施工資源去實施當時具備實施條件的其他作業(yè)，就是把由于非技術(shù)邏輯安排在后期實施的作業(yè)提前實施。按照干擾事件發(fā)生的時間先后順序，逐個加載干擾事件的影響，并進行多個循環(huán)的仿真優(yōu)化，直到全部干擾事件加載完畢，推導出承包方在多個干擾事件影響下的合理工期。

1.1 基本假定

①資源可用量按照資源計劃確定；②資源可靈活調(diào)動，且忽略資源在空間調(diào)動的時間消耗；③不考慮資源調(diào)動次數(shù)限制；④不增減合同計劃施工作業(yè)類型；⑤調(diào)整后的施工作業(yè)扔按照合同進度計劃對應的施工強度實施。

1.2 符號和邏輯

①根據(jù)合同進度計劃提取施工作業(yè)內(nèi)容，包括：作業(yè)名稱、各作業(yè)起止時間、作業(yè)空間樁號范圍、邏輯關(guān)系、資源可用量，并對資源進行編號j=1，2，3…

②干擾事件的參數(shù)有起止時間和起止樁號。由干擾事件影響范圍起止樁號可以把工程拆分成若干段（i=1，2，3…），每個施工段又包含若干作業(yè)iij，任何一段內(nèi)作業(yè)屬性一致，可作為一個小單元，也就是說整個工程按照施工段作業(yè)指派資源；由干擾事件起止時間可確定干擾事件范圍內(nèi)施工段最早開始時間，即干擾事件的結(jié)束時間為該事件影響施工段范圍可作業(yè)的最早時間，如圖1所示。

③根據(jù)開工日期、干擾事件、作業(yè)邏輯關(guān)系可確定所有分段內(nèi)作業(yè)的最早開始時間，每個作業(yè)最早開始時間，即max（開工日期、干擾事件結(jié)束時間、緊前作業(yè)限制）。

④根據(jù)合同進度計劃對應的施工強度，結(jié)合時間與空間約束，合理調(diào)整各段施工順序，得到優(yōu)化工期，即承包方調(diào)整施工方案能做到的基于干擾事件的仿真優(yōu)化工期。如圖2所示。

實際情況往往比較復雜多變，要建立適用模型，就要在上述思路的基礎上細化作業(yè)，比如：每個施工段內(nèi)可能有多個作業(yè)，多個作業(yè)之間需考慮前后次序問題；工程同一標段分為多區(qū)施工時，還要考慮不同區(qū)之間的跨區(qū)資源調(diào)配問題等。

2 進度優(yōu)化方法

利用上述分析思路，從資源受限的角度考慮施工方案的調(diào)整，以期達到資源的最優(yōu)利用。首先要給定資源初始狀態(tài)，從計劃開工日期開始計算，把每一次有任何資源變動（比如：資源受到干擾需調(diào)動、有資源閑置起止、有資源投入使用、有資源結(jié)束使用）時的時間點為節(jié)點，以時間為基線逐步后推，直至所有施工段作業(yè)完畢為止。動態(tài)仿真優(yōu)化模型如下：

3 實例分析

以南水北調(diào)中線總干渠某標段為例進行計算分析。該標段工程總長12.8km，計劃分三個工區(qū)進行施工：施工一區(qū)：樁號212+180-216+712，施工二區(qū)：樁號216+712-220+538，施工三區(qū)：樁號220+538-224+966。合同進度計劃基本信息如圖3、表1、表2所示。一、二施工區(qū)2010年6月20號開始施工，三區(qū)2010年9月1號開始施工，其中開挖、填筑作業(yè)三個工區(qū)并行，襯砌機設備一臺，三個工區(qū)協(xié)調(diào)使用。計劃所有渠道施工結(jié)束時間為2012年10月30日。

渠道分段，初始分段與合同計劃分區(qū)同步并編號ixy（x表示原計劃分區(qū)編號，y表示事件分割編號），隨著仿真時間的遞推，在有干擾事件發(fā)生節(jié)點上根據(jù)干擾事件在渠道空間影響范圍，在原分段x基礎上增加分段y，若有事件影響范圍空間搭接，則搭接部分計入最晚結(jié)束事件范圍，相應較早結(jié)束事件的影響范圍剔除搭接部分，然后以干擾事件發(fā)生節(jié)點為狀態(tài)節(jié)點，依次計算。

經(jīng)過仿真優(yōu)化計算，最后得到優(yōu)化工期即為承包方在在場資源量和干擾事件影響下的合理完工日期，即2013年9月16日，比計劃結(jié)束時間2012年10月30日多出了時段2012年10月31日至2013年9月16日。

基于影響事件，施工方在合理調(diào)整施工方案充分利用資源的情況，通過本方法可以清楚計算得到資源利用和調(diào)動情況，包括資源閑置時長、資源調(diào)動方案、各資源利用時長等。最后，繪制資源利用曲線，比較實例中合同進度計劃和優(yōu)化進度的資源利用情況。分析優(yōu)化后資源利用情況可知，施工前期所有資源強度和批復計劃基本相同，后期施工中由于事件干擾，挖填和襯砌資源分別于2011年9月24日和2012年6月14日開始受到干擾事件影響導致資源閑置，期間承包方協(xié)調(diào)解決干擾事件和盡快準備其他渠段以使渠道滿足施工條件，一旦有渠段滿足施工條件，承包方即可調(diào)動資源以能達到的最大強度恢復施工。由資源強度曲線可知，如圖4所示，挖填和襯砌資源分別于2013年5月29日和2013年6月30日又一次遇到干擾事件，此時渠道施工大體已完工，僅剩兩段橋梁占壓面尚未移交，此占壓面資源容量有限，因此在此時大量資源即可退場，只留下剩余未施工段能容納的資源等待施工。2013年9月5日所有挖填資源可退場，2013年9月16日所有襯砌資源亦可退場。

4 結(jié)論與展望

本文討論了干擾事件影響下資源受限工程進度計劃仿真優(yōu)化問題的解決思路，并構(gòu)建了基于干擾事件的資源受限工程進度動態(tài)仿真優(yōu)化模型，用于南水北調(diào)中線工程某標段做實例分析，也取得了合理結(jié)果，表明了該解決思路和仿真優(yōu)化模型的可行性和有效性。該方法可用于在編制工程進度計劃時預測各種干擾事件的影響，也可為在工程完工后協(xié)商處理工程進度延誤索賠提供參考。同時，需要注意的是該模型中沒有考慮資源空間調(diào)動的時間損耗和降效問題，也沒有考慮柔性資源的情況下（或采取趕工措施時）工期的敏感性問題，施工區(qū)段分解沒有自動識別的問題，這是需要進一步研究的問題。

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