基于混沌理論的水利工程 建設(shè)項目進度控制研究論文
由于水利工程項目所處環(huán)境及條件隨機性和模糊性的存在，使得水利工程建設(shè)中存在著許多不確定因素并對工程建設(shè)項目進度產(chǎn)生一定影響。水利工程建設(shè)項目工期控制問題一直是學(xué)術(shù)界探討的熱點，—些研究成果也已應(yīng)用并取得了一定成效。混沌理論揭示了一個動態(tài)開放的耗散系統(tǒng)在不確定、復(fù)雜多變的環(huán)境中呈現(xiàn)出隨機行為背后的非線性動力問題。該理論強調(diào)自然界和人類社會中存在著“無序”中的“有序”，這與工程項目的環(huán)境是十分符合的。本文在分析水利工程建設(shè)項目進度影響因素的基礎(chǔ)上，將混沌理論應(yīng)用到水利工程建設(shè)項目進度控制中，探討水利工程建設(shè)項目進度控制的理論方法。
一、影響水利工程建設(shè)項目進度的原因分析
水利工程建設(shè)項目進度是指工程的建設(shè)活動或工作的進行速度。影響水利工程建設(shè)項目進度的因素很多，可以歸納為4個方面。
1.業(yè)主方
主要包括：①工程開工前的準備不足，不能及時開工，②工程進度款項撥付不及時，導(dǎo)致工程資金難以落實；③對工期提出要求，壓縮工期；@在工程建設(shè)過程中進行設(shè)計變更，影響工程的進展。
2.承包方
承包方是水利工程項目的直接實施者，對于水利工程進度的實施影響最深。主要包括：①承包人的投入不足，設(shè)備老化，人員水平不高；②施工組織設(shè)計以及工期計劃編制不合理，缺乏優(yōu)化工期的經(jīng)驗；③項目經(jīng)理缺乏工期控制的意識與經(jīng)驗。
3.監(jiān)理方
作為水利工程建設(shè)方與施工方的紐帶，監(jiān)理的作用不容小視。監(jiān)理對工程進度的影響主要體現(xiàn)在：監(jiān)理業(yè)務(wù)水平不高，對工程建設(shè)不能很好地監(jiān)督，導(dǎo)致工程延期.對已完成的項目不能及時進行驗收交接，導(dǎo)致工程的延誤。
4.其他
主要包括①政府的指令丨②施工環(huán)境的變化；③發(fā)生地震、臺風(fēng)等不可抗力。
二、水利工程建設(shè)項目進度控制的傳統(tǒng)方法
1.通過進度表進行進度控制
進度表是承包人每月按實際完成的工程進度和現(xiàn)金流動情況向監(jiān)理工程師提交的報表。這種報表由兩項資料組成：一是工程現(xiàn)金流動計劃圖，并附上已付款項曲線；二是工程實施計劃條形圖，并附上已完成工程條形圖。監(jiān)理工程師根據(jù)月進度表，判斷工程進展是否與計劃進度相符合。若有背離，監(jiān)理工程師通知承包人采取相應(yīng)的措施，以確保工程按照計劃執(zhí)行。
2.通過網(wǎng)絡(luò)計劃圖進行進度控制
與傳統(tǒng)的條形圖相比，網(wǎng)絡(luò)計劃圖把施工過程中的各有關(guān)工作組成了一個有機的整體，能全面而明確地表達出各項工作開展的先后順序并反映出各項工作之間的相互制約和依賴關(guān)系，可通過計算找出決定工程進度的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，提高工程進度管理的效率。
3.通過多層次模糊控制進行進度控制
在施工進度計劃的管理過程中存在著許多不確定因素，這些因素具有強烈的模糊性。利用模糊綜合評價法可以計算出每道工序的持續(xù)時間，并進行有效的調(diào)整，從而計算出網(wǎng)絡(luò)計劃的計算工期。與網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)相結(jié)合，找出關(guān)鍵路線，計算出關(guān)鍵工序的工期，以調(diào)整進度，提高管理水平。
三、混沌理論相關(guān)知識
混沌是一種貌似無規(guī)則的運動，指在確定性非線性系統(tǒng)能夠不需附加任何隨機因素亦可出現(xiàn)類似隨機的行為（內(nèi)在隨機性）。混沌系統(tǒng)的最大特點就在于系統(tǒng)的演化對初始條件十分敏感’因此從長期意義上來說，系統(tǒng)的未來行為是可預(yù)測的。
1.“混沌”概念的演化
“混沌”_詞最早出現(xiàn)在中國和希臘神話故事中，是古代思想家關(guān)于宇宙起源的重要概念。到了近代，混沌概念隨著科學(xué)的發(fā)展逐漸演化，其最為深刻的演化與進展發(fā)生在研究宏觀世界的動力學(xué)中。由于牛頓理論的巨大影響，20世紀60年代前，人們?nèi)云毡檎J為，確定性系統(tǒng)的行為是完全確定的，是可以預(yù)言的。然而，近30年來的研究成果表明，絕大多數(shù)確定性系統(tǒng)都會發(fā)生奇怪的、復(fù)雜的、隨機的行為。隨著對這類現(xiàn)象的深入了解，人們與古代的混沌概念相聯(lián)系，就把確定系統(tǒng)的這類復(fù)雜隨機行為稱為混沌。1975年，李天巖和他的導(dǎo)師Yorke提出了著名的Li-Yorke定理，至此，混沌有了專門的定義。
2.“混沌”的有關(guān)理論
混沌理論主要包括非線性動力學(xué)理論、耗散結(jié)構(gòu)理論和分形幾何理論。非線性動力學(xué)建立在系統(tǒng)動力學(xué)方程組的基礎(chǔ)上，分析了系統(tǒng)的動力學(xué)行為，研究混沌的普適性及數(shù)理機制。耗散結(jié)構(gòu)指在開放和遠距平衡的條件下，在與外界環(huán)境交換物質(zhì)和能量的過程中，通過能量耗散過程和內(nèi)部的非線性動力學(xué)機制來形成和維持宏觀時空有序結(jié)構(gòu)。耗散結(jié)構(gòu)揭示了有序結(jié)構(gòu)可能是系統(tǒng)在平衡的條件下產(chǎn)生，也可能是系統(tǒng)在原理平衡的非線性區(qū)由耗散結(jié)構(gòu)有序原理產(chǎn)生。分形幾何理論認為混沌的空間結(jié)構(gòu)是一種分形結(jié)構(gòu)，其空間維數(shù)不是整數(shù)，而是分數(shù)，即分維。從幾何的角度看，就是具有不規(guī)則形狀，內(nèi)部具有層次結(jié)構(gòu)和不均勻性。
四、混沌理論對水利工程建設(shè)項目進度控制的借鑒
混沌理論中的初值敏感性特性、蝴蝶效應(yīng)、奇怪吸引子、蟲口模型等理論對水利工程建設(shè)項目進度控制具有一定的借鑒意義。
1.基于初值敏感性特性的水利工程建設(shè)項目進度控制
混沌理論指出：初始條件微小的工程建設(shè)與管理2009.14中國水利變化都可能造成結(jié)果的巨大差異。水利工程建設(shè)項目涉及的方面比較廣泛，對于一個特定的工程項目來說，要處理的事情和協(xié)調(diào)的部門比較多，這就意味著水利工程建設(shè)項目需要考慮的初始條件很多且很復(fù)雜。要使水利工程建設(shè)項目較好地按照進度計劃進行，就必須穩(wěn)定好各初始條件，協(xié)調(diào)好與各初始條件相關(guān)的方方面面。
水利工程項目的建設(shè)主體主要有建設(shè)方（業(yè)主施工方、咨詢方（設(shè)計、監(jiān)理等）和政府主管部門。在水利工程建設(shè)的初始階段，應(yīng)做好各方面的協(xié)調(diào)工作。由于各方涉及的利益主體及方向不同，在協(xié)調(diào)中應(yīng)盡量制定一個各方利益都能達到最優(yōu)的目標(biāo)。目前，國際上通用的DAB/DRB(爭端協(xié)調(diào)小組）的方法，值得推廣。
2.基于“蝴蝶效應(yīng)”的水利工程建設(shè)項目進度控制
關(guān)于“蝴蝶效應(yīng)”，形象地說就是“得克薩斯州一只蝴蝶翅膀的扇動，在一個星期以后會影響到海地的一場暴風(fēng)雨的方向”。這種效應(yīng)要說明的問題是，事物之間的關(guān)聯(lián)敏感到了令人不可思議的地步，微小的不可預(yù)測性不會總是微小的。在適當(dāng)?shù)臈l件下，最小的不確定性可以發(fā)展到令整個系統(tǒng)的前景完全不可預(yù)測。
水利工程建設(shè)項目管理系統(tǒng)內(nèi)部充滿了非線性的關(guān)系，工人之間、工人與管理人員之間、各施工工序之間等都存在著復(fù)雜的相互關(guān)系。這些非線性關(guān)系的存在使工程建設(shè)進度的可影響性較強。因此，在水利工程建設(shè)中，水利工程的完成情況可能會因為微小的激勵而得到較好的回報，也可能會因為較小的失誤而導(dǎo)致工程進度的拖延或者是費用的增加。因此，項目的管理層應(yīng)該充分認識到工程建設(shè)項目的非線性特性以及“蝴蝶效應(yīng)”的作用機制，在建設(shè)項目的實施過程中，注重同一層面以及不同層面之間的交流，增加對系統(tǒng)有利的反饋，同時減弱對系統(tǒng)不利的反饋，通過溝通交流來達到對“蝴蝶效應(yīng)”趨利避害的效果。
3.基于“奇怪吸引子”理論的水利工程建設(shè)項目進度控制
混沌理論指出：混沌只不過是運動現(xiàn)象表面呈現(xiàn)出來的無序狀態(tài)，在混沌運動的背后，其實隱藏著確定的秩序。這種現(xiàn)象的出現(xiàn)是因為“奇怪吸引子”的作用機理。
水利工程建設(shè)項目進度控制并不是一個純粹的隨機過程，在水利工程建設(shè)過程中，工期控制具有其自身的目的性，即計劃工期。實現(xiàn)工期目標(biāo)的關(guān)鍵在人，工人與管理人員的和諧統(tǒng)一是最佳的理想狀態(tài)。計劃工期的實現(xiàn)程度關(guān)系每個人的切身利益，這可以成為工程項目管理中的一個“奇怪吸引子”。在水利工程建設(shè)項目諸多因素的`驅(qū)動下，雖然水利工程的建設(shè)并不能夠精確地按照計劃工期所制定的目標(biāo)來完成，但其總是在這—目標(biāo)可以控制的范圍內(nèi)進行的。項目的管理者應(yīng)充分認識到“人”這一因素，在項目部形成和諧的氛圍，適當(dāng)采取激勵措施，以達到工程進度的目標(biāo)要求。
4.基于蟲口模型的水利工程建設(shè)項目進度控制
蟲口模型是早期混沌理論探索在生態(tài)領(lǐng)域的最突出成果。關(guān)于蟲口模型可作如下描述：
1976年美國數(shù)學(xué)生態(tài)學(xué)家MayR在美國《自然》雜志上發(fā)表的題為《具有極復(fù)雜的動力學(xué)的簡單數(shù)學(xué)模型》的文章中指出，在生態(tài)學(xué)中一些非常簡單的確定性的數(shù)學(xué)模型卻能產(chǎn)生看似隨機的行為，可用方程表述為：X;+i=UXi(1-Xi)(1)式中，x,為第i年的蟲子數(shù)，xM為第i+1年的蟲子數(shù)，xM受到兩種情況制約，一是因繁殖而導(dǎo)致的自然增長，它與Xi有關(guān)；二是由于生存空間和食物的有限性，導(dǎo)致了競爭和相互殘殺，使得蟲子數(shù)相應(yīng)減少，這與Xj2成正比，為綜合影響因素。
這個方程就是著名的Logistic模型，也就是蟲口模型，它又被稱為Lo?gistic差分方程。該模型中，參數(shù)p在一定范圍變化時，其具有極為復(fù)雜的動力學(xué)行為。
在水利工程實踐中，由于工序間共同因素的影響或人為的控制，各工序之間存在著高度的相依性，而這種相互依賴性將直接影響著工程的進度。莫俊文、尹賠林在《工程項目的工時相依性度量及調(diào)查分析》一文中介紹，通過問卷調(diào)查，采用工時變化協(xié)調(diào)度、并行工時協(xié)調(diào)度、序列工時協(xié)調(diào)度和負相依度等指標(biāo)，對工程建設(shè)項目的工時數(shù)據(jù)進行了統(tǒng)計分析，結(jié)果表明項目的并行工序、序列工序之間存在較強的工時相依性，受共同因素影響的多個工序間、關(guān)鍵工序間的相依性尤為普遍。
為了能夠較好地運用蟲口模型，本文引入工序優(yōu)度（人）這一概念。其與工時成反向變化關(guān)系，工時越長，工序優(yōu)度就越小，反之，工序優(yōu)度就越大。本文認為，工序優(yōu)度受到兩個方面因素影響：一是上一級工序的完成情況，二是資源和人力的有限性所導(dǎo)致的競爭。參照Lo-gistic差分方程，針對工序優(yōu)度，建立如下數(shù)學(xué)模型：AM=yAi(1-Ai)(2)式中，A;為第i個工序的工序優(yōu)度，Am為第i+1個工序的工序優(yōu)度，y為影響系數(shù)。
運用該模型進行水利工程項目進度控制時，重點是對影響系數(shù)Y的分析。結(jié)合水利工程實際情況，分析其在一維方向上的拓撲變化，能夠很好地控制工期。
五、結(jié)語
由于事物之間的相互作用，使得相互聯(lián)系的事物不是受單方面的影
響，而是相互影響、相互制約和相互依存的。非線性關(guān)系的普遍存在，使得現(xiàn)實世界中混沌現(xiàn)象普遍存在著。水利工程建設(shè)項目進度受到許多因素影響，不能完全按照事先制定的工期計劃進行，這對于項目的建設(shè)方、施工方等都是很不利的。本文運用混沌理論的相關(guān)知識，對水利工程建設(shè)項目進度控制問題提出了相關(guān)的建議。但本文所提出的相關(guān)結(jié)論多為定性分析，如何將混沌理論的相關(guān)數(shù)學(xué)模型應(yīng)用到水利工程建設(shè)項目進度控制中，尚待進一步研究。
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