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基于混沌理论的水利工程建设项目进度控制研究论文

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基于混沌理论的水利工程建设项目进度控制研究论文

由于水利工程项目所处环境及条件随机性和模糊性的存在，使得水利工程建设中存在着许多不确定因素并对工程建设项目进度产生一定影响。水利工程建设项目工期控制问题一直是学术界探讨的热点，—些研究成果也已应用并取得了一定成效。混沌理论揭示了一个动态开放的耗散系统在不确定、复杂多变的环境中呈现出随机行为背后的非线性动力问题。该理论强调自然界和人类社会中存在着“无序”中的“有序”，这与工程项目的环境是十分符合的。本文在分析水利工程建设项目进度影响因素的基础上，将混沌理论应用到水利工程建设项目进度控制中，探讨水利工程建设项目进度控制的理论方法。

一、影响水利工程建设项目进度的原因分析

水利工程建设项目进度是指工程的建设活动或工作的进行速度。影响水利工程建设项目进度的因素很多，可以归纳为4个方面。

1.业主方

主要包括：①工程开工前的准备不足，不能及时开工，②工程进度款项拨付不及时，导致工程资金难以落实；③对工期提出要求，压缩工期；@在工程建设过程中进行设计变更，影响工程的进展。

2.承包方

承包方是水利工程项目的直接实施者，对于水利工程进度的实施影响最深。主要包括：①承包人的投入不足，设备老化，人员水平不高；②施工组织设计以及工期计划编制不合理，缺乏优化工期的经验；③项目经理缺乏工期控制的意识与经验。

3.监理方

作为水利工程建设方与施工方的纽带，监理的作用不容小视。监理对工程进度的影响主要体现在：监理业务水平不高，对工程建设不能很好地监督，导致工程延期.对已完成的项目不能及时进行验收交接，导致工程的延误。

4.其他

主要包括①政府的指令丨②施工环境的变化；③发生地震、台风等不可抗力。

二、水利工程建设项目进度控制的传统方法

1.通过进度表进行进度控制

进度表是承包人每月按实际完成的工程进度和现金流动情况向监理工程师提交的报表。这种报表由两项资料组成：一是工程现金流动计划图，并附上已付款项曲线；二是工程实施计划条形图，并附上已完成工程条形图。监理工程师根据月进度表，判断工程进展是否与计划进度相符合。若有背离，监理工程师通知承包人采取相应的措施，以确保工程按照计划执行。

2.通过网络计划图进行进度控制

与传统的条形图相比，网络计划图把施工过程中的各有关工作组成了一个有机的整体，能全面而明确地表达出各项工作开展的先后顺序并反映出各项工作之间的相互制约和依赖关系，可通过计算找出决定工程进度的关键环节，提高工程进度管理的效率。

3.通过多层次模糊控制进行进度控制

在施工进度计划的管理过程中存在着许多不确定因素，这些因素具有强烈的模糊性。利用模糊综合评价法可以计算出每道工序的持续时间，并进行有效的调整，从而计算出网络计划的计算工期。与网络计划技术相结合，找出关键路线，计算出关键工序的工期，以调整进度，提高管理水平。

三、混沌理论相关知识

混沌是一种貌似无规则的运动，指在确定性非线性系统能够不需附加任何随机因素亦可出现类似随机的行为（内在随机性）。混沌系统的最大特点就在于系统的演化对初始条件十分敏感’因此从长期意义上来说，系统的未来行为是可预测的。

1.“混沌”概念的演化

“混沌”_词最早出现在中国和希腊神话故事中，是古代思想家关于宇宙起源的重要概念。到了近代，混沌概念随着科学的发展逐渐演化，其最为深刻的演化与进展发生在研究宏观世界的动力学中。由于牛顿理论的巨大影响，20世纪60年代前，人们仍普遍认为，确定性系统的行为是完全确定的，是可以预言的。然而，近30年来的研究成果表明，绝大多数确定性系统都会发生奇怪的、复杂的、随机的行为。随着对这类现象的深入了解，人们与古代的混沌概念相联系，就把确定系统的这类复杂随机行为称为混沌。1975年，李天岩和他的导师Yorke提出了著名的Li-Yorke定理，至此，混沌有了专门的定义。

2.“混沌”的有关理论

混沌理论主要包括非线性动力学理论、耗散结构理论和分形几何理论。非线性动力学建立在系统动力学方程组的基础上，分析了系统的动力学行为，研究混沌的普适性及数理机制。耗散结构指在开放和远距平衡的条件下，在与外界环境交换物质和能量的过程中，通过能量耗散过程和内部的非线性动力学机制来形成和维持宏观时空有序结构。耗散结构揭示了有序结构可能是系统在平衡的条件下产生，也可能是系统在原理平衡的非线性区由耗散结构有序原理产生。分形几何理论认为混沌的空间结构是一种分形结构，其空间维数不是整数，而是分数，即分维。从几何的角度看，就是具有不规则形状，内部具有层次结构和不均匀性。

四、混沌理论对水利工程建设项目进度控制的借鉴

混沌理论中的初值敏感性特性、蝴蝶效应、奇怪吸引子、虫口模型等理论对水利工程建设项目进度控制具有一定的借鉴意义。

1.基于初值敏感性特性的水利工程建设项目进度控制

混沌理论指出：初始条件微小的工程建设与管理2009.14中国水利变化都可能造成结果的巨大差异。水利工程建设项目涉及的方面比较广泛，对于一个特定的工程项目来说，要处理的事情和协调的部门比较多，这就意味着水利工程建设项目需要考虑的初始条件很多且很复杂。要使水利工程建设项目较好地按照进度计划进行，就必须稳定好各初始条件，协调好与各初始条件相关的方方面面。

水利工程项目的建设主体主要有建设方（业主施工方、咨询方（设计、监理等）和政府主管部门。在水利工程建设的初始阶段，应做好各方面的协调工作。由于各方涉及的利益主体及方向不同，在协调中应尽量制定一个各方利益都能达到最优的目标。目前，国际上通用的DAB/DRB(争端协调小组）的方法，值得推广。

2.基于“蝴蝶效应”的水利工程建设项目进度控制

关于“蝴蝶效应”，形象地说就是“得克萨斯州一只蝴蝶翅膀的扇动，在一个星期以后会影响到海地的一场暴风雨的方向”。这种效应要说明的问题是，事物之间的关联敏感到了令人不可思议的地步，微小的不可预测性不会总是微小的。在适当的条件下，最小的不确定性可以发展到令整个系统的前景完全不可预测。

水利工程建设项目管理系统内部充满了非线性的关系，工人之间、工人与管理人员之间、各施工工序之间等都存在着复杂的相互关系。这些非线性关系的存在使工程建设进度的可影响性较强。因此，在水利工程建设中，水利工程的完成情况可能会因为微小的激励而得到较好的回报，也可能会因为较小的失误而导致工程进度的拖延或者是费用的增加。因此，项目的管理层应该充分认识到工程建设项目的非线性特性以及“蝴蝶效应”的作用机制，在建设项目的实施过程中，注重同一层面以及不同层面之间的交流，增加对系统有利的反馈，同时减弱对系统不利的反馈，通过沟通交流来达到对“蝴蝶效应”趋利避害的效果。

3.基于“奇怪吸引子”理论的水利工程建设项目进度控制

混沌理论指出：混沌只不过是运动现象表面呈现出来的无序状态，在混沌运动的背后，其实隐藏着确定的秩序。这种现象的出现是因为“奇怪吸引子”的作用机理。

水利工程建设项目进度控制并不是一个纯粹的随机过程，在水利工程建设过程中，工期控制具有其自身的目的性，即计划工期。实现工期目标的关键在人，工人与管理人员的和谐统一是最佳的理想状态。计划工期的实现程度关系每个人的切身利益，这可以成为工程项目管理中的一个“奇怪吸引子”。在水利工程建设项目诸多因素的`驱动下，虽然水利工程的建设并不能够精确地按照计划工期所制定的目标来完成，但其总是在这—目标可以控制的范围内进行的。项目的管理者应充分认识到“人”这一因素，在项目部形成和谐的氛围，适当采取激励措施，以达到工程进度的目标要求。

4.基于虫口模型的水利工程建设项目进度控制

虫口模型是早期混沌理论探索在生态领域的最突出成果。关于虫口模型可作如下描述：

1976年美国数学生态学家MayR在美国《自然》杂志上发表的题为《具有极复杂的动力学的简单数学模型》的文章中指出，在生态学中一些非常简单的确定性的数学模型却能产生看似随机的行为，可用方程表述为：X;+i=UXi(1-Xi)(1)式中，x,为第i年的虫子数，xM为第i+1年的虫子数，xM受到两种情况制约，一是因繁殖而导致的自然增长，它与Xi有关；二是由于生存空间和食物的有限性，导致了竞争和相互残杀，使得虫子数相应减少，这与Xj2成正比，为综合影响因素。

这个方程就是著名的Logistic模型，也就是虫口模型，它又被称为Lo?gistic差分方程。该模型中，参数p在一定范围变化时，其具有极为复杂的动力学行为。

在水利工程实践中，由于工序间共同因素的影响或人为的控制，各工序之间存在着高度的相依性，而这种相互依赖性将直接影响着工程的进度。莫俊文、尹赔林在《工程项目的工时相依性度量及调查分析》一文中介绍，通过问卷调查，采用工时变化协调度、并行工时协调度、序列工时协调度和负相依度等指标，对工程建设项目的工时数据进行了统计分析，结果表明项目的并行工序、序列工序之间存在较强的工时相依性，受共同因素影响的多个工序间、关键工序间的相依性尤为普遍。

为了能够较好地运用虫口模型，本文引入工序优度（人）这一概念。其与工时成反向变化关系，工时越长，工序优度就越小，反之，工序优度就越大。本文认为，工序优度受到两个方面因素影响：一是上一级工序的完成情况，二是资源和人力的有限性所导致的竞争。参照Lo-gistic差分方程，针对工序优度，建立如下数学模型：AM=yAi(1-Ai)(2)式中，A;为第i个工序的工序优度，Am为第i+1个工序的工序优度，y为影响系数。

运用该模型进行水利工程项目进度控制时，重点是对影响系数Y的分析。结合水利工程实际情况，分析其在一维方向上的拓扑变化，能够很好地控制工期。

五、结语

由于事物之间的相互作用，使得相互联系的事物不是受单方面的影

响，而是相互影响、相互制约和相互依存的。非线性关系的普遍存在，使得现实世界中混沌现象普遍存在着。水利工程建设项目进度受到许多因素影响，不能完全按照事先制定的工期计划进行，这对于项目的建设方、施工方等都是很不利的。本文运用混沌理论的相关知识，对水利工程建设项目进度控制问题提出了相关的建议。但本文所提出的相关结论多为定性分析，如何将混沌理论的相关数学模型应用到水利工程建设项目进度控制中，尚待进一步研究。

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