當(dāng)a≤ri
當(dāng)b≤ri<1時(shí),表示物理資源緊張,此時(shí)不確定因素發(fā)生時(shí)將會(huì)對(duì)緩沖區(qū)大小產(chǎn)生較大的影響,故αi=0.8ri;
當(dāng)ri=1時(shí),表明物理資源被全部投入了使用,此時(shí)不確定因素發(fā)生會(huì)對(duì)緩沖區(qū)大小產(chǎn)生極大的影響,且必定會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目進(jìn)度延期,故αi=1。
根據(jù)上述分析,可得到物理資源約束系數(shù)αi計(jì)算方法,總結(jié)為式(2)。
(2)
式中:αi越大表明物理資源對(duì)緩沖區(qū)大小影響越大;參數(shù)a,b∈(0,1),其取值根據(jù)項(xiàng)目大小、所處環(huán)境、管理人員偏好及工作團(tuán)隊(duì)的經(jīng)驗(yàn)等因素共同決定,當(dāng)項(xiàng)目采取穩(wěn)定型策略時(shí),參數(shù)a,b的取值偏大。
2 信息資源約束對(duì)緩沖區(qū)大小的影響
項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中需要的另一類資源是信息資源,其主要指項(xiàng)目在執(zhí)行過(guò)程中活動(dòng)間信息流交互作用,這種交互作用可能會(huì)導(dǎo)致項(xiàng)目活動(dòng)的返工。故需增加相應(yīng)大小緩沖區(qū)以吸收信息資源帶的工期不確定性。項(xiàng)目實(shí)施前,僅能獲得活動(dòng)的部分信息,另一部分信息只能通過(guò)項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中信息流傳遞和反饋來(lái)獲得。
2.1 活動(dòng)信息流交互情況
在實(shí)際項(xiàng)目中,活動(dòng)之間存在重疊關(guān)系和不重疊關(guān)系。這兩種情況下信息流交互的方式和對(duì)返工的影響有所不同,但都存在信息輸出和反饋。
(1)不重疊活動(dòng)之間的信息流交互
活動(dòng)i為活動(dòng)j的上游活動(dòng),當(dāng)i和j不重疊時(shí),j將在其完工時(shí)向i提供反饋信息,i在接收反饋信息時(shí)可能發(fā)生返工,返工大小如圖1a所示;當(dāng)i處理完返工工作后,會(huì)向j傳遞一部分信息,j在接收到信息時(shí)可能發(fā)生返工,返工大小如圖1b所示。

圖1 非重疊活動(dòng)間信息流交互
(2)重疊活動(dòng)之間的信息流交互
如圖2所示,當(dāng)活動(dòng)重疊時(shí),信息流交互會(huì)在活動(dòng)執(zhí)行過(guò)程中進(jìn)行,情況更為復(fù)雜。當(dāng)活動(dòng)i執(zhí)行到Ti時(shí),將部分信息傳遞給活動(dòng)j,j在執(zhí)行到Tj時(shí),接收到活動(dòng)i傳遞來(lái)的信息,如圖2陰影1所示;從Ti時(shí)刻起,i將信息持續(xù)傳遞給j,直至i執(zhí)行完畢,j在收到i的信息時(shí),也會(huì)向i反饋信息,如圖2陰影2所示。由此可知,陰影1和陰影2構(gòu)成重疊活動(dòng)的信息流交互總和。由此導(dǎo)致的返工時(shí)間如圖2陰影3所示,陰影3是陰影1和陰影2的函數(shù)。

圖2 重疊活動(dòng)間信息流交互
2.2 基于DSM計(jì)算信息資源約束系數(shù)
傳統(tǒng)的DSM矩陣僅包括返工概率矩陣RP(Rework Probability Matrix)和返工影響程度矩陣RI(Rework Impact Matrix),無(wú)法描述重疊活動(dòng)的信息流情況,yang等[11]在傳統(tǒng)的DSM矩陣基礎(chǔ)上,引入時(shí)間因子,提出了信息輸出時(shí)間因子矩陣IOI(Information Output Time Factor Matrix)和信息接收時(shí)間因子矩IRI(Information Receiving Time Factor Matrix),結(jié)合已有的RP和RI矩陣來(lái)描述信息流交互情況。四個(gè)矩陣信息如圖3所示。

圖3 DSM矩陣
(1)信息輸出時(shí)間因子矩陣IOI
如圖3a所示,非對(duì)角元素IOI(i,j)表示活動(dòng)j向活動(dòng)i發(fā)送(或反饋)消息時(shí),活動(dòng)j的完成狀況。IOI(i,j)值在[0,1]之間,當(dāng)IOI(i,j)=1時(shí),表明活動(dòng)j完工后向活動(dòng)i發(fā)送消息,如IOI(A,C)=0.7,表明C向A反饋信息時(shí),C已完成0.7。
(2)信息接收時(shí)間因子矩陣IRI
如圖3b所示,非對(duì)角元素IRI(i,j)表示活動(dòng)i接收活動(dòng)j發(fā)送(或反饋)的消息時(shí),活動(dòng)i的工作完成狀況。IRI(i,j)值在[0,1]之間,當(dāng)IRI(i,j)=0時(shí),表明活動(dòng)i開(kāi)工前就開(kāi)始接收活動(dòng)j發(fā)送消息,如IRI(C,B)=0.5,表明C接收來(lái)自B的信息時(shí),C已完工0.5。
(3)返工概率矩陣RP
如圖3c所示,非對(duì)角線元素RP(i,j)表示活動(dòng)i接收活動(dòng)j發(fā)送(或反饋)的信息時(shí),活動(dòng)i的返工概率。RP(i,j)值在[0,1]之間,如RP(B,A)=0.5,表明B接收來(lái)自A的信息時(shí),B可能發(fā)生概率為0.5。
(4)返工程度矩陣RI
如圖3d所示,非對(duì)角線元素RI(i,j)表示活動(dòng)i接收活動(dòng)j發(fā)送(或反饋)的信息時(shí),活動(dòng)i的返工程度。RI(i,j)值在[0,1]之間,如RI(B,D)=0.2,表明B接收來(lái)自D的信息時(shí),B的返工強(qiáng)度。
基于上述理論,可以計(jì)算出圖1的返工安全時(shí)間(陰影部分),計(jì)算方法如式(3)所示。
RTi=DiRP(i,j)RI(i,j)
(3)
圖2中陰影1和陰影2的計(jì)算公式如式(4)(5)所示。
A1=IRI(i,j)Di
(4)
A2=(1-IOI(i,j))Dj
(5)
圖2中陰影3的返工時(shí)間是陰影1和陰影2的函數(shù),計(jì)算方法如式(6)所示。
RTi=[IRI(i,j)Di+(1-IOI(i,j))Dj]·RP(i,j)RI(i,j)
(6)
式中:RTi為活動(dòng)i的返工時(shí)間。

(7)
2.3 信息資源修正系數(shù)
研究表明,活動(dòng)重疊時(shí)間越長(zhǎng),活動(dòng)發(fā)生延期風(fēng)險(xiǎn)的可能性越大;信息流交互的活動(dòng)距離越遠(yuǎn),活動(dòng)發(fā)生延期風(fēng)險(xiǎn)的可能性越大[13]。據(jù)此,本文提出活動(dòng)重疊率與活動(dòng)距離之比對(duì)信息資源約束系數(shù)進(jìn)行修正。
(1)活動(dòng)重疊率
活動(dòng)i和活動(dòng)j是重疊活動(dòng),活動(dòng)的重疊時(shí)間OT(i,j)按式(8)計(jì)算。
OT(i,j)=min{(1-IOI(j,i))Di,(1-IRI(j,i))Dj}
(8)
定義活動(dòng)重疊率OR(Overlap Ratio),計(jì)算方法如式(9)所示。
OR(i,j)=OT(i,j)/min(Di,Dj)
(9)
當(dāng)活動(dòng)i與j不重疊時(shí)(IOI(i,j)=1,IRI(i,j)=0),活動(dòng)重疊率OR(i,j)=0。
(2)活動(dòng)距離比
信息流交互的活動(dòng)間距離越遠(yuǎn),活動(dòng)發(fā)生延期的可能性越高。據(jù)此,以活動(dòng)間的距離與對(duì)應(yīng)鏈路上總距離(活動(dòng)總數(shù))的比值為活動(dòng)間距比DR(Distance Ratio),計(jì)算方法如式(10)所示。
DR(i,j)=|i-j|/n
(10)
式中:n為對(duì)應(yīng)鏈路上活動(dòng)總數(shù)。
基于上述分析,結(jié)合式(8)~(10),可得信息資源修正系數(shù)RC(Resource Correction),如式(11)所示。
(11)
2.4 修正的信息資源約束系數(shù)
基于上述分析,可得到修正的信息資源約束系數(shù)βi計(jì)算方法如式(12)所示。
(12)
式中:βi越大,信息資源因素對(duì)緩沖區(qū)大小影響越大。
3 緩沖區(qū)大小計(jì)算方法
為計(jì)算物理資源因素和信息資源因素對(duì)緩沖區(qū)大小的綜合影響,結(jié)合前文的分析,定義綜合資源約束系數(shù)CR(Comprehensive Resource Tension),計(jì)算方法如式(13)所示。
CRi=(1+αi)(1+βi)
(13)
CRi越大,綜合資源約束對(duì)緩沖區(qū)大小影響程度越高。
進(jìn)而,可計(jì)算出關(guān)鍵鏈上項(xiàng)目緩沖區(qū)大小PB,計(jì)算方法如式(14)所示。
(14)
式中:CC為關(guān)鍵鏈上活動(dòng)集合;Vari為活動(dòng)i工期的方差。
以同樣方法,可計(jì)算出非關(guān)鍵鏈上輸入緩沖區(qū)大小,計(jì)算方法如式(15)所示。
(15)
式中:FBk為第k條非關(guān)鍵鏈上輸入緩沖大??;NCCk為第k條非關(guān)鍵鏈上活動(dòng)集合。
由于輸入緩沖FBk能有效吸收第k條非關(guān)鍵鏈上活動(dòng)的不確定性工期風(fēng)險(xiǎn),消除非關(guān)鍵鏈上活動(dòng)延遲對(duì)項(xiàng)目總工期的影響。因此,可由式(16)計(jì)算出項(xiàng)目計(jì)劃的總工期T。
(16)
相比傳統(tǒng)的緩沖區(qū)大小計(jì)算方法,文中方法不僅優(yōu)化了物理資源約束系數(shù)的度量方法,同時(shí)還考慮了信息流交互對(duì)緩沖區(qū)大小造成的影響,更符合項(xiàng)目實(shí)際情況?;诖酥贫ǖ捻?xiàng)目基準(zhǔn)調(diào)度計(jì)劃工期更短,整體完工率也更高,具有一定的科學(xué)適用性。
4 算例分析
4.1 算例介紹
本節(jié)選取一段有19個(gè)活動(dòng)的隧道施工項(xiàng)目(為方便計(jì)算,已對(duì)案例做過(guò)無(wú)量綱化處理),以驗(yàn)證前文提出的緩沖區(qū)大小計(jì)算方法的有效性。項(xiàng)目具體信息如表1所示。

表1 項(xiàng)目各活動(dòng)信息
4.2 緩沖區(qū)大小計(jì)算
步驟一,可運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法、文件評(píng)審法和德?tīng)柗品ǖ确椒?,得到?xiàng)目關(guān)鍵鏈上活動(dòng)的信息流交互情況,具體情況如圖4示。

圖4 活動(dòng)信息流交互


表2 資源風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)系數(shù)計(jì)算結(jié)果

圖5 項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)圖

圖6 活動(dòng)重疊率和活動(dòng)距離比計(jì)算結(jié)果
4.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
Fallah等[15]研究表明,項(xiàng)目活動(dòng)隨機(jī)工期服從X~ln(μ,σ)的對(duì)數(shù)正態(tài)分布,其中μ為項(xiàng)目活動(dòng)的工期,σ取值見(jiàn)表3。由于本項(xiàng)目經(jīng)評(píng)估處于中低風(fēng)險(xiǎn),故本文σ取值在(0.1,0.3)隨機(jī)產(chǎn)生。為體現(xiàn)文中方法在更高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下的優(yōu)越性,特增設(shè)一對(duì)比組,對(duì)比組σ取值在(0.1,0.5)隨機(jī)產(chǎn)生。

表3 σ取值
采用Matlab軟件進(jìn)行仿真,仿真結(jié)果運(yùn)行500次。然后將文中方法計(jì)算得出的項(xiàng)目緩沖區(qū)PB大小與C&PM和RSEM比較;將文中方法的項(xiàng)目實(shí)際持續(xù)時(shí)間,緩沖消耗比例和按時(shí)完工率與RSEM進(jìn)行比較。結(jié)果見(jiàn)表4和圖7,8。對(duì)比組仿真結(jié)果見(jiàn)表5。

表4 仿真模擬結(jié)果σ∈(0.1,0.3)

表5 對(duì)比組仿真模擬結(jié)果σ∈(0.1,0.5)

圖7 緩沖區(qū)大小和緩沖消耗比例對(duì)比
分析表4和圖7數(shù)據(jù)可知,文中方法確定的緩沖區(qū)尺寸小于C&PM,但大于RSEM。同時(shí),文中方法得到的項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間小于RSEM項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間。究其原因,主要有幾點(diǎn):(1)C&PM將活動(dòng)工期的一半作為項(xiàng)目緩沖,未考慮活動(dòng)的數(shù)量,這將導(dǎo)致緩沖區(qū)大小隨活動(dòng)的數(shù)量呈線性增加,從而產(chǎn)生過(guò)度保護(hù)。其次,RSEM假設(shè)活動(dòng)的工期服從中心極限定理,彼此相互獨(dú)立,而事實(shí)上項(xiàng)目活動(dòng)的工期并不獨(dú)立。最后,文中方法將活動(dòng)工期的方差作為活動(dòng)的安全時(shí)間,并根據(jù)項(xiàng)目活動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)的不同對(duì)項(xiàng)目緩沖區(qū)大小進(jìn)行調(diào)整。項(xiàng)目緩沖區(qū)大小隨風(fēng)險(xiǎn)變化而變化,更符合項(xiàng)目實(shí)際情況。
分析表4和圖8中數(shù)據(jù)可知,文中方法和RSEM得到的項(xiàng)目平均持續(xù)時(shí)間分別為138.05和146.21,即文中方法所得的平均持續(xù)時(shí)間與RSEM法所得的平均持續(xù)時(shí)間相比縮短了5.6%。此外,文中方法的項(xiàng)目按時(shí)完工率為95.8%,遠(yuǎn)大于RSEM的87%。從分析結(jié)果可以得出,文中方法不僅能縮短項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間(項(xiàng)目工期),還極大地提高了項(xiàng)目按時(shí)完工率。

圖8 項(xiàng)目實(shí)際持續(xù)時(shí)間對(duì)比
分析表4,5中數(shù)據(jù)可知 ,當(dāng)項(xiàng)目處于中低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)(σ∈(0.1,0.3)),文中方法相較于RSEM縮短了5.6%的平均持續(xù)時(shí)間和提高8.8%的按時(shí)完工率;而當(dāng)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)增加時(shí)(σ∈(0.1,0.5)),文中方法相較于RSEM縮短了6.5%的平均持續(xù)時(shí)間和提高13%的按時(shí)完工率,并且能保證按時(shí)完工率在94%以上。從分析結(jié)果可以得出,文中方法在較高風(fēng)險(xiǎn),項(xiàng)目管理效果提升更為突出。
分析圖9中數(shù)據(jù)可知,文中方法的項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間頻率分布主要集中在125~160之間,占總仿真次數(shù)的90.7%。另外,項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間的累計(jì)頻率曲線在該區(qū)間內(nèi)極其陡峭,表明仿真模擬得到的項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間更為穩(wěn)定和集中,說(shuō)明文中方法設(shè)置的緩沖能有效吸收項(xiàng)目的不確定性,提高項(xiàng)目的按時(shí)完工率。

圖9 項(xiàng)目持續(xù)時(shí)間頻率分布直方圖和累計(jì)頻率
5 結(jié) 語(yǔ)
隨著現(xiàn)代項(xiàng)目規(guī)模越來(lái)越大,結(jié)構(gòu)越來(lái)越復(fù)雜以及市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的白炙化,項(xiàng)目資源(物理資源和信息資源)對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度起著決定性影響。針對(duì)這一現(xiàn)狀,本文從綜合資源約束角度提出一種緩沖區(qū)大小計(jì)算方法。該方法引入分段模糊函數(shù)來(lái)量化物理資源對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的影響;在信息資源方面,采用DSM矩陣描述信息流交互情況,據(jù)此計(jì)算信息資源約束系數(shù),并對(duì)其進(jìn)行修正。最后,綜合物理資源約束和修正的信息資源約束提出一種基于綜合資源約束的緩沖區(qū)大小計(jì)算方法。該方法克服了剪切粘貼法和根方差法的不足,能夠有效降低資源沖突對(duì)項(xiàng)目進(jìn)度的影響,更符合項(xiàng)目實(shí)際。通過(guò)實(shí)例仿真結(jié)果表明,基于文中方法設(shè)置的項(xiàng)目基準(zhǔn)調(diào)度計(jì)劃能夠有效縮短項(xiàng)目工期和提高項(xiàng)目整體完工率;并且這一提升效果在較高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中更為突出。