基于混沌理論的水利工程 建設項目進(jìn)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，使得水利工程建設中存在著(zhù)許多不確定因素并對工程建設項目進(jìn)度產(chǎn)生一定影響。水利工程建設項目工期控制問(wèn)題一直是學(xué)術(shù)界探討的熱點(diǎn)，—些研究成果也已應用并取得了一定成效�；煦缋碚摻沂玖艘粋�(gè)動(dòng)態(tài)開(kāi)放的耗散系統在不確定、復雜多變的環(huán)境中呈現出隨機行為背后的非線(xiàn)性動(dòng)力問(wèn)題。該理論強調自然界和人類(lèi)社會(huì )中存在著(zhù)“無(wú)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項目進(jìn)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(jìn)度控制中，探討水利工程建設項目進(jìn)度控制的理論方法。
一、影響水利工程建設項目進(jìn)度的原因分析
水利工程建設項目進(jìn)度是指工程的建設活動(dòng)或工作的進(jìn)行速度。影響水利工程建設項目進(jìn)度的因素很多，可以歸納為4個(gè)方面。
1.業(yè)主方
主要包括：①工程開(kāi)工前的準備不足，不能及時(shí)開(kāi)工，②工程進(jìn)度款項撥付不及時(shí)，導致工程資金難以落實(shí)；③對工期提出要求，壓縮工期；@在工程建設過(guò)程中進(jìn)行設計變更，影響工程的進(jìn)展。
2.承包方
承包方是水利工程項目的直接實(shí)施者，對于水利工程進(jìn)度的實(shí)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(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(jìn)度的影響主要體現在：監理業(yè)務(wù)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(shí)進(jìn)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(huán)境的變化；③發(fā)生地震、臺風(fēng)等不可抗力。
二、水利工程建設項目進(jìn)度控制的傳統方法
1.通過(guò)進(jìn)度表進(jìn)行進(jìn)度控制
進(jìn)度表是承包人每月按實(shí)際完成的工程進(jìn)度和現金流動(dòng)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(dòng)計劃圖，并附上已付款項曲線(xiàn)；二是工程實(shí)施計劃條形圖，并附上已完成工程條形圖。監理工程師根據月進(jìn)度表，判斷工程進(jìn)展是否與計劃進(jìn)度相符合。若有背離，監理工程師通知承包人采取相應的措施，以確保工程按照計劃執行。
2.通過(guò)網(wǎng)絡(luò )計劃圖進(jìn)行進(jìn)度控制
與傳統的條形圖相比，網(wǎng)絡(luò )計劃圖把施工過(guò)程中的各有關(guān)工作組成了一個(gè)有機的整體，能全面而明確地表達出各項工作開(kāi)展的先后順序并反映出各項工作之間的相互制約和依賴(lài)關(guān)系，可通過(guò)計算找出決定工程進(jìn)度的關(guān)鍵環(huán)節，提高工程進(jìn)度管理的效率。
3.通過(guò)多層次模糊控制進(jìn)行進(jìn)度控制
在施工進(jìn)度計劃的管理過(guò)程中存在著(zhù)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(jià)法可以計算出每道工序的持續時(shí)間，并進(jìn)行有效的調整，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)相結合，找出關(guān)鍵路線(xiàn)，計算出關(guān)鍵工序的工期，以調整進(jìn)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(wú)規則的運動(dòng)，指在確定性非線(xiàn)性系統能夠不需附加任何隨機因素亦可出現類(lèi)似隨機的行為（內在隨機性）�；煦缦到y的最大特點(diǎn)就在于系統的演化對初始條件十分敏感’因此從長(cháng)期意義上來(lái)說(shuō)，系統的未來(lái)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(huà)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(zhù)科學(xué)的發(fā)展逐漸演化，其最為深刻的演化與進(jìn)展發(fā)生在研究宏觀(guān)世界的動(dòng)力學(xué)中。由于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(lái)的研究成果表明，絕大多數確定性系統都會(huì )發(fā)生奇怪的、復雜的、隨機的行為。隨著(zhù)對這類(lèi)現象的深入了解，人們與古代的混沌概念相聯(lián)系，就把確定系統的這類(lèi)復雜隨機行為稱(chēng)為混沌。1975年，李天巖和他的導師Yorke提出了著(zhù)名的Li-Yorke定理，至此，混沌有了專(zhuān)門(mén)的定義。
2.“混沌”的有關(guān)理論
混沌理論主要包括非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)理論、耗散結構理論和分形幾何理論。非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)建立在系統動(dòng)力學(xué)方程組的基礎上，分析了系統的動(dòng)力學(xué)行為，研究混沌的普適性及數理機制。耗散結構指在開(kāi)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(guò)程中，通過(guò)能量耗散過(guò)程和內部的非線(xiàn)性動(dòng)力學(xué)機制來(lái)形成和維持宏觀(guān)時(shí)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(chǎn)生，也可能是系統在原理平衡的非線(xiàn)性區由耗散結構有序原理產(chǎn)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(jìn)度控制的借鑒
混沌理論中的初值敏感性特性、蝴蝶效應、奇怪吸引子、蟲(chóng)口模型等理論對水利工程建設項目進(jìn)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項目進(jìn)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，對于一個(gè)特定的工程項目來(lái)說(shuō)，要處理的事情和協(xié)調的部門(mén)比較多，這就意味著(zhù)水利工程建設項目需要考慮的初始條件很多且很復雜。要使水利工程建設項目較好地按照進(jìn)度計劃進(jìn)行，就必須穩定好各初始條件，協(xié)調好與各初始條件相關(guān)的方方面面。
水利工程項目的建設主體主要有建設方（業(yè)主施工方、咨詢(xún)方（設計、監理等）和政府主管部門(mén)。在水利工程建設的初始階段，應做好各方面的協(xié)調工作。由于各方涉及的利益主體及方向不同，在協(xié)調中應盡量制定一個(gè)各方利益都能達到最優(yōu)的目標。目前，國際上通用的DAB/DRB(爭端協(xié)調小組）的方法，值得推廣。
2.基于“蝴蝶效應”的水利工程建設項目進(jìn)度控制
關(guān)于“蝴蝶效應”，形象地說(shuō)就是“得克薩斯州一只蝴蝶翅膀的扇動(dòng)，在一個(gè)星期以后會(huì )影響到海地的一場(chǎng)暴風(fēng)雨的方向”。這種效應要說(shuō)明的問(wèn)題是，事物之間的關(guān)聯(lián)敏感到了令人不可思議的地步，微小的不可預測性不會(huì )總是微小的。在適當的條件下，最小的不確定性可以發(fā)展到令整個(gè)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(mǎn)了非線(xiàn)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(zhù)復雜的相互關(guān)系。這些非線(xiàn)性關(guān)系的存在使工程建設進(jìn)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(huì )因為微小的激勵而得到較好的回報，也可能會(huì )因為較小的失誤而導致工程進(jìn)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(xiàn)性特性以及“蝴蝶效應”的作用機制，在建設項目的實(shí)施過(guò)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(shí)減弱對系統不利的反饋，通過(guò)溝通交流來(lái)達到對“蝴蝶效應”趨利避害的效果。
3.基于“奇怪吸引子”理論的水利工程建設項目進(jìn)度控制
混沌理論指出：混沌只不過(guò)是運動(dòng)現象表面呈現出來(lái)的無(wú)序狀態(tài)，在混沌運動(dòng)的背后，其實(shí)隱藏著(zhù)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(jìn)度控制并不是一個(gè)純粹的隨機過(guò)程，在水利工程建設過(guò)程中，工期控制具有其自身的目的性，即計劃工期。實(shí)現工期目標的關(guān)鍵在人，工人與管理人員的和諧統一是最佳的理想狀態(tài)。計劃工期的實(shí)現程度關(guān)系每個(gè)人的切身利益，這可以成為工程項目管理中的一個(gè)“奇怪吸引子”。在水利工程建設項目諸多因素的`驅動(dòng)下，雖然水利工程的建設并不能夠精確地按照計劃工期所制定的目標來(lái)完成，但其總是在這—目標可以控制的范圍內進(jìn)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，適當采取激勵措施，以達到工程進(jìn)度的目標要求。
4.基于蟲(chóng)口模型的水利工程建設項目進(jìn)度控制
蟲(chóng)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(chóng)口模型可作如下描述：
1976年美國數學(xué)生態(tài)學(xué)家MayR在美國《自然》雜志上發(fā)表的題為《具有極復雜的動(dòng)力學(xué)的簡(jiǎn)單數學(xué)模型》的文章中指出，在生態(tài)學(xué)中一些非常簡(jiǎn)單的確定性的數學(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(chóng)子數，xM為第i+1年的蟲(chóng)子數，xM受到兩種情況制約，一是因繁殖而導致的自然增長(cháng)，它與Xi有關(guān)；二是由于生存空間和食物的有限性，導致了競爭和相互殘殺，使得蟲(chóng)子數相應減少，這與Xj2成正比，為綜合影響因素。
這個(gè)方程就是著(zhù)名的Logistic模型，也就是蟲(chóng)口模型，它又被稱(chēng)為L(cháng)o?gistic差分方程。該模型中，參數p在一定范圍變化時(shí)，其具有極為復雜的動(dòng)力學(xué)行為。
在水利工程實(shí)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(zhù)高度的相依性，而這種相互依賴(lài)性將直接影響著(zhù)工程的進(jìn)度。莫俊文、尹賠林在《工程項目的工時(shí)相依性度量及調查分析》一文中介紹，通過(guò)問(wèn)卷調查，采用工時(shí)變化協(xié)調度、并行工時(shí)協(xié)調度、序列工時(shí)協(xié)調度和負相依度等指標，對工程建設項目的工時(shí)數據進(jìn)行了統計分析，結果表明項目的并行工序、序列工序之間存在較強的工時(shí)相依性，受共同因素影響的多個(gè)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(chóng)口模型，本文引入工序優(yōu)度（人）這一概念。其與工時(shí)成反向變化關(guān)系，工時(shí)越長(cháng)，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(gè)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(yōu)度，建立如下數學(xué)模型：AM=yAi(1-Ai)(2)式中，A;為第i個(gè)工序的工序優(yōu)度，Am為第i+1個(gè)工序的工序優(yōu)度，y為影響系數。
運用該模型進(jìn)行水利工程項目進(jìn)度控制時(shí)，重點(diǎn)是對影響系數Y的分析。結合水利工程實(shí)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(yǔ)
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(xiàn)性關(guān)系的普遍存在，使得現實(shí)世界中混沌現象普遍存在著(zhù)。水利工程建設項目進(jìn)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(jìn)行，這對于項目的建設方、施工方等都是很不利的。本文運用混沌理論的相關(guān)知識，對水利工程建設項目進(jìn)度控制問(wèn)題提出了相關(guān)的建議。但本文所提出的相關(guān)結論多為定性分析，如何將混沌理論的相關(guān)數學(xué)模型應用到水利工程建設項目進(jìn)度控制中，尚待進(jìn)一步研究。
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