基於混沌理論的水利工程 建設項目進度控制研究論文

由於水利工程項目所處環境及條件隨機性和模糊性的存在，使得水利工程建設中存在着許多不確定因素並對工程建設項目進度產生一定影響。水利工程建設項目工期控制問題一直是學術界探討的熱點，—些研究成果也已應用並取得了一定成效。混沌理論揭示了一個動態開放的耗散系統在不確定、複雜多變的環境中呈現出隨機行為背後的非線性動力問題。該理論強調自然界和人類社會中存在着“無序”中的“有序”，這與工程項目的環境是十分符合的。本文在分析水利工程建設項目進度影響因素的基礎上，將混沌理論應用到水利工程建設項目進度控制中，探討水利工程建設項目進度控制的理論方法。

一、影響水利工程建設項目進度的原因分析

水利工程建設項目進度是指工程的建設活動或工作的進行速度。影響水利工程建設項目進度的因素很多，可以歸納為4個方面。

1.業主方

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；@在工程建設過程中進行設計變更，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，對於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，設備老化，人員水平不高；②施工組織設計以及工期計劃編制不合理，缺乏優化工期的經驗；③項目經理缺乏工期控制的意識與經驗。

3.監理方

作為水利工程建設方與施工方的紐帶，監理的作用不容小視。監理對工程進度的影響主要體現在：監理業務水平不高，對工程建設不能很好地監督，導致工程延期.對已完成的項目不能及時進行驗收交接，導致工程的延誤。

4.其他

主要包括①政府的指令丨②施工環境的變化；③發生地震、颱風等不可抗力。

二、水利工程建設項目進度控制的傳統方法

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金流動情況向監理工程師提交的報表。這種報表由兩項資料組成：一是工程現金流動計劃圖，並附上已付款項曲線；二是工程實施計劃條形圖，並附上已完成工程條形圖。監理工程師根據月進度表，判斷工程進展是否與計劃進度相符合。若有背離，監理工程師通知承包人採取相應的措施，以確保工程按照計劃執行。

2.通過網絡計劃圖進行進度控制

與傳統的條形圖相比，網絡計劃圖把施工過程中的各有關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後順序並反映出各項工作之間的相互制約和依賴關係，可通過計算找出決定工程進度的關鍵環節，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着許多不確定因素，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時間，並進行有效的調整，從而計算出網絡計劃的計算工期。與網絡計劃技術相結合，找出關鍵路線，計算出關鍵工序的工期，以調整進度，提高管理水平。

三、混沌理論相關知識

混沌是一種貌似無規則的運動，指在確定性非線性系統能夠不需附加任何隨機因素亦可出現類似隨機的行為（內在隨機性）。混沌系統的最大特點就在於系統的演化對初始條件十分敏感’因此從長期意義上來説，系統的未來行為是可預測的。

1.“混沌”概念的演化

“混沌”_詞最早出現在中國和希臘神話故事中，是古代思想家關於宇宙起源的重要概念。到了近代，混沌概念隨着科學的發展逐漸演化，其最為深刻的演化與進展發生在研究宏觀世界的動力學中。由於牛頓理論的巨大影響，20世紀60年代前，人們仍普遍認為，確定性系統的行為是完全確定的，是可以預言的。然而，近30年來的研究成果表明，絕大多數確定性系統都會發生奇怪的、複雜的、隨機的行為。隨着對這類現象的深入瞭解，人們與古代的混沌概念相聯繫，就把確定系統的這類複雜隨機行為稱為混沌。1975年，李天巖和他的導師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”的有關理論

混沌理論主要包括非線性動力學理論、耗散結構理論和分形幾何理論。非線性動力學建立在系統動力學方程組的基礎上，分析了系統的動力學行為，研究混沌的普適性及數理機制。耗散結構指在開放和遠距平衡的條件下，在與外界環境交換物質和能量的過程中，通過能量耗散過程和內部的非線性動力學機制來形成和維持宏觀時空有序結構。耗散結構揭示了有序結構可能是系統在平衡的條件下產生，也可能是系統在原理平衡的非線性區由耗散結構有序原理產生。分形幾何理論認為混沌的空間結構是一種分形結構，其空間維數不是整數，而是分數，即分維。從幾何的角度看，就是具有不規則形狀，內部具有層次結構和不均勻性。

四、混沌理論對水利工程建設項目進度控制的借鑑

混沌理論中的初值敏感性特性、蝴蝶效應、奇怪吸引子、蟲口模型等理論對水利工程建設項目進度控制具有一定的借鑑意義。

1.基於初值敏感性特性的水利工程建設項目進度控制

混沌理論指出：初始條件微小的工程建設與管理2009.14中國水利變化都可能造成結果的巨大差異。水利工程建設項目涉及的方面比較廣泛，對於一個特定的工程項目來説，要處理的事情和協調的部門比較多，這就意味着水利工程建設項目需要考慮的初始條件很多且很複雜。要使水利工程建設項目較好地按照進度計劃進行，就必須穩定好各初始條件，協調好與各初始條件相關的方方面面。

水利工程項目的建設主體主要有建設方（業主施工方、諮詢方（設計、監理等）和政府主管部門。在水利工程建設的初始階段，應做好各方面的協調工作。由於各方涉及的利益主體及方向不同，在協調中應儘量制定一個各方利益都能達到最優的目標。目前，國際上通用的DAB/DRB(爭端協調小組）的方法，值得推廣。

2.基於“蝴蝶效應”的水利工程建設項目進度控制

關於“蝴蝶效應”，形象地説就是“得克薩斯州一隻蝴蝶翅膀的扇動，在一個星期以後會影響到海地的一場暴風雨的方向”。這種效應要説明的問題是，事物之間的關聯敏感到了令人不可思議的地步，微小的不可預測性不會總是微小的。在適當的條件下，最小的不確定性可以發展到令整個系統的前景完全不可預測。

水利工程建設項目管理系統內部充滿了非線性的關係，工人之間、工人與管理人員之間、各施工工序之間等都存在着複雜的相互關係。這些非線性關係的存在使工程建設進度的可影響性較強。因此，在水利工程建設中，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，項目的管理層應該充分認識到工程建設項目的非線性特性以及“蝴蝶效應”的作用機制，在建設項目的實施過程中，注重同一層面以及不同層面之間的交流，增加對系統有利的反饋，同時減弱對系統不利的反饋，通過溝通交流來達到對“蝴蝶效應”趨利避害的效果。

3.基於“奇怪吸引子”理論的水利工程建設項目進度控制

混沌理論指出：混沌只不過是運動現象表面呈現出來的無序狀態，在混沌運動的背後，其實隱藏着確定的秩序。這種現象的出現是因為“奇怪吸引子”的作用機理。

水利工程建設項目進度控制並不是一個純粹的隨機過程，在水利工程建設過程中，工期控制具有其自身的目的性，即計劃工期。實現工期目標的關鍵在人，工人與管理人員的和諧統一是最佳的理想狀態。計劃工期的實現程度關係每個人的切身利益，這可以成為工程項目管理中的一個“奇怪吸引子”。在水利工程建設項目諸多因素的`驅動下，雖然水利工程的建設並不能夠精確地按照計劃工期所制定的目標來完成，但其總是在這—目標可以控制的範圍內進行的。項目的管理者應充分認識到“人”這一因素，在項目部形成和諧的氛圍，適當採取激勵措施，以達到工程進度的目標要求。

4.基於蟲口模型的水利工程建設項目進度控制

蟲口模型是早期混沌理論探索在生態領域的最突出成果。關於蟲口模型可作如下描述：

1976年美國數學生態學家MayR在美國《自然》雜誌上發表的題為《具有極複雜的動力學的簡單數學模型》的文章中指出，在生態學中一些非常簡單的確定性的數學模型卻能產生看似隨機的行為，可用方程表述為：X;+i=UXi(1-Xi)(1)式中，x,為第i年的蟲子數，xM為第i+1年的蟲子數，xM受到兩種情況制約，一是因繁殖而導致的自然增長，它與Xi有關；二是由於生存空間和食物的有限性，導致了競爭和相互殘殺，使得蟲子數相應減少，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p在一定範圍變化時，其具有極為複雜的動力學行為。

在水利工程實踐中，由於工序間共同因素的影響或人為的控制，各工序之間存在着高度的相依性，而這種相互依賴性將直接影響着工程的進度。莫俊文、尹賠林在《工程項目的工時相依性度量及調查分析》一文中介紹，通過問卷調查，採用工時變化協調度、並行工時協調度、序列工時協調度和負相依度等指標，對工程建設項目的工時數據進行了統計分析，結果表明項目的並行工序、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，本文引入工序優度（人）這一概念。其與工時成反向變化關係，工時越長，工序優度就越小，反之，工序優度就越大。本文認為，工序優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致的競爭。參照Lo-gistic差分方程，針對工序優度，建立如下數學模型：AM=yAi(1-Ai)(2)式中，A;為第i個工序的工序優度，Am為第i+1個工序的工序優度，y為影響係數。

運用該模型進行水利工程項目進度控制時，重點是對影響係數Y的分析。結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、結語

由於事物之間的相互作用，使得相互聯繫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。非線性關係的普遍存在，使得現實世界中混沌現象普遍存在着。水利工程建設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，這對於項目的建設方、施工方等都是很不利的。本文運用混沌理論的相關知識，對水利工程建設項目進度控制問題提出了相關的建議。但本文所提出的相關結論多為定性分析，如何將混沌理論的相關數學模型應用到水利工程建設項目進度控制中，尚待進一步研究。