基于SD的高速公路項(xiàng)目進(jìn)度-質(zhì)量分析

王建華 ，凃云峰 ，明 曌

1.中國(guó)建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施有限公司，北京 100044

2.曲靖中建曲昆高速公路投資開(kāi)發(fā)有限公司，云南 曲靖 655000

3.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070

近年來(lái)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高速公路數(shù)量正在不斷增加，高速公路建設(shè)作為影響社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)快速增長(zhǎng)的一項(xiàng)重點(diǎn)工程，在建筑領(lǐng)域中得到大力發(fā)展[1]。高速公路建設(shè)項(xiàng)目作為系統(tǒng)性綜合工程，包括路基、路面及橋梁等工程，涉及復(fù)雜的建設(shè)規(guī)模，巨大的人力及機(jī)械籌措調(diào)度和投入，具有復(fù)雜性、多樣性、風(fēng)險(xiǎn)性的特點(diǎn)，因而使其管理過(guò)程綜合性較強(qiáng)、難度較高。在當(dāng)前社會(huì)高度重視高速建設(shè)項(xiàng)目的背景下，如何針對(duì)建管過(guò)程中的三大核心控制目標(biāo)，尤其是建設(shè)項(xiàng)目的工期、質(zhì)量控制目標(biāo)，進(jìn)行科學(xué)、合理的規(guī)劃、組織、管理與實(shí)施，是相關(guān)領(lǐng)域重點(diǎn)研究的課題，也是各級(jí)管理部門(mén)最為關(guān)心的問(wèn)題[2]。

目前，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者都對(duì)高速公路建設(shè)項(xiàng)目的目標(biāo)管理進(jìn)行了研究。孫月峰等[3]對(duì)關(guān)鍵鏈技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，從多資源調(diào)度、工序約束和團(tuán)隊(duì)勝任力的角度創(chuàng)新計(jì)算方法，將改進(jìn)關(guān)鍵鏈技術(shù)運(yùn)用到高速公路工程建設(shè)項(xiàng)目進(jìn)度管理中。張超[4]將4D與BIM技術(shù)應(yīng)用于實(shí)際的項(xiàng)目施工管理過(guò)程，開(kāi)發(fā)出了基于BIM的高速公路建設(shè)管理系統(tǒng)，應(yīng)用于對(duì)高速公路項(xiàng)目的施工質(zhì)量和安全監(jiān)控與分析。呂鳳龍[5]采用工程質(zhì)量管理、安全管理、進(jìn)度管理、費(fèi)用管理、合同管理等綜合管理方法，對(duì)大型公路項(xiàng)目建設(shè)的管理模式進(jìn)行了探索。Bayraktar等[6]將各利益相關(guān)者之間的相互關(guān)系以及影響工程項(xiàng)目的關(guān)鍵因素對(duì)項(xiàng)目的動(dòng)態(tài)制約綜合考慮，提出了達(dá)成進(jìn)度、成本、質(zhì)量平衡的一種高速公路建管決策支持系統(tǒng)。以上研究都對(duì)高速公路項(xiàng)目的各目標(biāo)管理進(jìn)行了探討，并實(shí)現(xiàn)了相應(yīng)的目標(biāo)控制，但大多是對(duì)高速公路項(xiàng)目的單個(gè)目標(biāo)進(jìn)行研究，而對(duì)高速公路項(xiàng)目重點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)度與質(zhì)量的關(guān)系及其對(duì)高速公路項(xiàng)目管理影響的研究較少。

高速公路建設(shè)項(xiàng)目中進(jìn)度與質(zhì)量相互制約相互影響，會(huì)對(duì)項(xiàng)目績(jī)效產(chǎn)生很大的影響，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)是一種研究系統(tǒng)信息反饋的方法，能夠從系統(tǒng)視角考慮問(wèn)題，考察系統(tǒng)各組成部分的相互作用。應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)處理復(fù)雜項(xiàng)目管理問(wèn)題早已受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注，黃建文等[7]利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)對(duì)地下洞室開(kāi)挖施工進(jìn)度系統(tǒng)進(jìn)行仿真，提出能加快進(jìn)度的相關(guān)措施。李斌[8]分析出施工項(xiàng)目質(zhì)量的主要影響因素，通過(guò)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)研究施工項(xiàng)目質(zhì)量控制相關(guān)問(wèn)題。但利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法探索高速公路項(xiàng)目進(jìn)度、質(zhì)量之間的影響機(jī)制還有待進(jìn)一步研究。

文章嘗試?yán)孟到y(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，建立進(jìn)度-質(zhì)量的因果關(guān)系圖，分析進(jìn)度和質(zhì)量之間的相互關(guān)系，根據(jù)實(shí)際高速公路項(xiàng)目數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)例分析，重點(diǎn)探究高速公路項(xiàng)目進(jìn)度與質(zhì)量的相互影響，旨在為高速公路項(xiàng)目進(jìn)度與質(zhì)量控制提供一定的參考。

1 進(jìn)度-質(zhì)量系統(tǒng)分析

1.1 高速公路項(xiàng)目特點(diǎn)

高速公路項(xiàng)目具有造價(jià)高、投資大、線路長(zhǎng)、參建方多、質(zhì)量要求高、施工周期長(zhǎng)、工序交叉復(fù)雜、區(qū)域網(wǎng)密集、施工環(huán)境復(fù)雜，外部協(xié)調(diào)繁冗、信息量大等特點(diǎn)，在施工過(guò)程中各種因素的影響會(huì)導(dǎo)致工程進(jìn)度慢、施工周期較長(zhǎng)等現(xiàn)象，工期和質(zhì)量作為高速公路建設(shè)中重點(diǎn)關(guān)注的兩大因素，如何處理好二者的關(guān)系尤為重要。

1.2 系統(tǒng)分析

在建立高速公路進(jìn)度-質(zhì)量系統(tǒng)時(shí)，基于高速公路的項(xiàng)目特點(diǎn)和必要簡(jiǎn)約的原則劃分系統(tǒng)邊界，主要包括內(nèi)生因素和外生因素。內(nèi)生變量是SD模型中的重要變量，隨著仿真的推進(jìn)而不斷發(fā)生變化，如施工效率、工期壓力、返工率等；外生變量一般與項(xiàng)目的基本特征有關(guān)，根據(jù)外部環(huán)境賦值，數(shù)值固定不變，不受系統(tǒng)內(nèi)部作用的影響，例如計(jì)劃工期、自然環(huán)境、施工技術(shù)水平等，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)邊界圖

2 進(jìn)度-質(zhì)量SD模型

2.1 模型假設(shè)

高速公路項(xiàng)目涉及的影響因素眾多，基于此研究的目的提出以下假設(shè)：

假設(shè)1：為了簡(jiǎn)化模型，不考慮成本、資源等外部因素，只針對(duì)進(jìn)度、質(zhì)量?jī)梢蛩氐年P(guān)系建立模型，假設(shè)施工過(guò)程中內(nèi)外部環(huán)境穩(wěn)定。

假設(shè)2：根據(jù)實(shí)際高速公路項(xiàng)目工程特征及施工重難點(diǎn)分析，確定影響質(zhì)量的主要外生因素。

2.2 因果關(guān)系圖

因果回路圖是依據(jù)研究目的和基本假設(shè)，在系統(tǒng)邊界內(nèi)，對(duì)系統(tǒng)的變量進(jìn)行因果關(guān)系分析，構(gòu)成因果反饋回路。因果關(guān)系圖可以描述系統(tǒng)內(nèi)各部分之間的內(nèi)在聯(lián)系，基于進(jìn)度與質(zhì)量的控制反饋機(jī)制，依據(jù)高速公路工程的實(shí)際情況，分析建立進(jìn)度與質(zhì)量之間的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，采用Vensim軟件繪制因果回路圖，形成高速公路工程項(xiàng)目進(jìn)度-質(zhì)量控制因果關(guān)系如圖2所示。

圖2 進(jìn)度-質(zhì)量因果回路圖

2.3 流圖構(gòu)建

為了能精確描述進(jìn)度-質(zhì)量模型運(yùn)行機(jī)制，在分析相關(guān)文獻(xiàn)研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際高速公路項(xiàng)目特點(diǎn)，建立系統(tǒng)流程圖如圖3所示。

圖3 進(jìn)度-質(zhì)量存量流量圖

確立該模型的各類變量性質(zhì)，并建立相應(yīng)的函數(shù)方程，主要變量的函數(shù)變量方程如表1所示。初始變量賦值由實(shí)際工程施工數(shù)據(jù)所得，相應(yīng)的因素權(quán)重由從事相關(guān)領(lǐng)域的專家進(jìn)行打分匯總確定。

表1 部分主要變量函數(shù)表達(dá)式

2.4 模型檢驗(yàn)

（1）直觀檢驗(yàn)。直觀檢驗(yàn)包括分析模型中的變量是否具有準(zhǔn)確的定義，它們之間通過(guò)公式建立的邏輯關(guān)系是否合理，以及量綱是否一致。對(duì)各變量的名稱、相互關(guān)系以及賦值的合理有效性，結(jié)合專家意見(jiàn)，進(jìn)行了反復(fù)的斟酌和校正，以確保所構(gòu)建的進(jìn)度-風(fēng)險(xiǎn)SD模型的有效性。

（2）運(yùn)行檢驗(yàn)。利用Vensim軟件中的“check model”和“units check”功能對(duì)模型和單位分別進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示模型運(yùn)行正常。此外，需要對(duì)模型的積分誤差進(jìn)行檢查。選取Time Step=0.25、Time Step=0.5、Time Step=1 這3個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)分別對(duì)模型進(jìn)行仿真模擬分析，選取已完工程量這一狀態(tài)變量，當(dāng)所選取的仿真步長(zhǎng)從0.25增至0.5，再增至1后，結(jié)果如圖4所示，已完工程量幾乎沒(méi)有發(fā)現(xiàn)變化，說(shuō)明該模型的積分誤差可以忽略不計(jì)。

圖4 不同仿真步長(zhǎng)的模擬結(jié)果

3 模型仿真與分析

3.1 工程概況

某X高速公路Y標(biāo)段工程計(jì)劃工期為36個(gè)月，屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，具有夏無(wú)酷暑、冬無(wú)嚴(yán)寒，年溫差小，日溫差大，雨熱同季，干濕季節(jié)分明的氣候特點(diǎn)，項(xiàng)目區(qū)內(nèi)氣候條件較好，全年均可進(jìn)行施工。標(biāo)段內(nèi)無(wú)不良地質(zhì)，周邊環(huán)境鄉(xiāng)鎮(zhèn)較多，交通道路大多為縣道和鄉(xiāng)道，道路寬度較窄，性能較差。該項(xiàng)目施工線路長(zhǎng)，地形復(fù)雜，結(jié)構(gòu)分散，為施工過(guò)程帶來(lái)一定的難度。

3.2 模型仿真與分析

在未壓縮工期的情況下進(jìn)行施工模擬，結(jié)果如圖5所示，顯示施工過(guò)程共產(chǎn)生了29m的返工工程量，造成項(xiàng)目實(shí)際完成時(shí)間大于36個(gè)月，主要原因來(lái)自施工過(guò)程中技術(shù)難度加大，工期延誤，給項(xiàng)目帶來(lái)進(jìn)度壓力，當(dāng)采取趕工措施時(shí)，會(huì)增加工作人員的疲勞強(qiáng)度，造成返工工程量的進(jìn)一步增加。所顯示結(jié)果與實(shí)際工程情況相符，可見(jiàn)返工工程量是造成工期拖延的主要因素。

圖5 施工方案模擬圖

該項(xiàng)目在施工過(guò)程中提出工程變更，要求提前2個(gè)月完工，在現(xiàn)有情況下進(jìn)行施工模擬，考慮在第10周和第20周時(shí)變更工期，結(jié)果如圖6所示，由于資源的充分供應(yīng)，根據(jù)曲線1和曲線2對(duì)比顯示，第10周調(diào)整時(shí)比第20周調(diào)整時(shí)工程質(zhì)量情況較好，根據(jù)曲線3和曲線4分析顯示，第10周調(diào)整時(shí)的返工工程量會(huì)少于第20周的返工工程量。根據(jù)結(jié)果分析（如圖7所示），在項(xiàng)目前期縮短工期并不會(huì)大幅增加工作人員的疲勞強(qiáng)度，反而是在后期縮短工期會(huì)顯著增加進(jìn)度壓力和工作人員的疲勞強(qiáng)度，降低工作人員的實(shí)際施工效率。在實(shí)際施工過(guò)程中，若前期縮短工期，增加進(jìn)度壓力，小幅增加疲勞強(qiáng)度，會(huì)在后期采取加大投入等手段來(lái)加快進(jìn)度，而這些措施會(huì)有效改善施工質(zhì)量水平，減少返工量。

圖6 工期變更模擬圖

圖7 疲勞強(qiáng)度與實(shí)際施工效率結(jié)果圖

4 結(jié)論

（1）根據(jù)進(jìn)度-質(zhì)量SD模型的模擬，在高速公路項(xiàng)目中，質(zhì)量與工期具有很強(qiáng)的相關(guān)性，為了促進(jìn)施工活動(dòng)的順利進(jìn)行，保證工期目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，要實(shí)時(shí)掌握高速公路項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)的各類動(dòng)態(tài)情況，進(jìn)一步制訂具有針對(duì)性的施工質(zhì)量監(jiān)管方案，對(duì)高速公路不同階段施工質(zhì)量嚴(yán)加把控，從而有效提升施工效率。

（2）通過(guò)對(duì)模型中各變量進(jìn)行研究，可知進(jìn)度壓力是影響項(xiàng)目進(jìn)展重要因素，對(duì)工作人員的疲勞程度也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)影響，在建設(shè)工程項(xiàng)目目標(biāo)控制過(guò)程中，管理者應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況來(lái)管控項(xiàng)目過(guò)程中工作人員的疲勞程度與進(jìn)度中存在的壓力，重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)疲勞程度的管理。

（3）通過(guò)對(duì)進(jìn)度-質(zhì)量SD模型進(jìn)行研究，施工的進(jìn)度對(duì)高速公路工程管理質(zhì)量控制影響較大，科學(xué)合理的施工計(jì)劃可以有效提高項(xiàng)目的質(zhì)量水平，實(shí)現(xiàn)工期管理與質(zhì)量管控的動(dòng)態(tài)平衡。