并行设计和施工中进度缓冲的设置方法研究（周文峰,阳霞）

摘要: 并行设计和施工方法比传统方法具有更大的不确定性和复杂性，主要原因之一在于错误和变更导致的反复过程，常用的吸收其影响的方法是采用进度缓冲。传统的进度缓冲根据活动持续时间的一定百分比将其设置于活动结束处，不能有效保护进度绩效。基于已有文献，探讨了缓冲位置和大小的设置，认为应将缓冲设置于活动开始，其大小应根据活动信息演化、敏感性、稳定性、可靠性以及重叠程度确定。

关 键 词: 进度缓冲;活动信息演化;敏感性;稳定性;可靠性;重叠程度

中图分类号: TV51 文献标识码: A

1 问题的提出

并行设计和施工方法由于具有缩短项目完成时间的潜力而受到广泛关注，但是，该方法具有比传统方法更大的不确定性和复杂性，主要原因之一在于错误和变更引起的反复过程［1］ 。并行设计和施工中，错误和变更不仅会影响本活动，还会通过活动间的相关关系对其它活动产生连锁反应。此外，由于后续活动常在没有得到前活动的完全信息的情况下开始，导致对错误和变更的控制要在信息不完全的情况下进行，这也会对其他关联活动产生影响，可能导致次优或错误的决策。解决并行设计和施工中未预期的错误和变更影响的方法之一是设置进度缓冲，进度缓冲通过吸收波动和问题容纳了不确定性和变化［2］ 。但是传统的进度缓冲设置方法存在一些不足，不能对进度绩效产生有效的保护。已有一些研究者开始关注传统缓冲方法中存在的问题，文献［3］认为一个进度缓冲应设置于不可预知的过程后面，缓冲的大小应基于不确定性程度。文献［4］根据缓冲的功能角色介绍了3种缓冲类型，建议在非关键链与关键链活动汇合处设置一个“输入缓冲”以避免非关键链的延迟对关键链活动的影响，在关键链的最后设置“项目缓冲”以吸收关键链的延迟，并设置“资源缓冲”作为资源供应的信号。文献［5］提出了可靠缓冲的概念，用缓冲来吸收变更导致的延迟。文献［6］在文献［5］的基础上，提出了可靠稳定缓冲，可靠稳定缓冲不仅处理变更导致的延迟，还考虑了错误对项目完成时间的影响。本文基于文献［5，6］，对其进行了扩展，认为在并行设计和施工方法中，缓冲应设置在活动的开始，其大小应根据活动信息演化、敏感性、稳定性、可靠性以及重叠程度确定。

2 传统进度缓冲存在的问题

项目进度计划的编制一般不专门讨论如何设置缓冲，原因之一是认为缓冲不直接带来价值，这个观点体现在JIT文献中，JIT强调执行的顺畅，认为缓冲保留了剩余能力而不增加价值。而供应管理的研究则强调了剩余能力在降低风险方面的显著作用，认为当不确定性不可避免时，设置缓冲是必要的。如果能有效利用缓冲，可以显著降低并行设计和施工中的不确定性。虽然缓冲对于降低项目不确定性有巨大的潜力，但过去没有得到有效的利用。传统进度缓冲的设置存在的主要问题有:

（1）在项目管理的每个层次都增加了安全时间。为保证项目完成时间，在进度计划制定过程中，每个层次都增加了安全时间。在较低层次的进度安排中，一般在最可能活动持续时间上增加缓冲，如在初步设计进度安排时，设计师可能设置了缓冲以便在设计工作拖延时仍能按时完成工作。当制定较高层次的进度安排时，又会对每个活动增加缓冲以避免该活动的延误对后续活动造成影响，如项目经理在制定整体进度计划时，为了避免每个活动对后续活动的影响，在活动后又增加了缓冲，使得即使某项活动出现延误，也能保证后续活动按时开始。

（2）缓冲常被作为活动持续时间的一部分。在传统的缓冲设置方法中，一般将其置于活动持续时间的最后。由于没有清楚地将缓冲从活动持续时间中划分出来，缓冲往往被视为活动持续时间的一部分。一方面，当延误出现时，往往通过加速或其它方式赶进度，而不是预测之后制定预控措施来防止延误发生;另一方面，当人们意识到他们有更多的时间来完成工作时，他们的工作效率将会降低，并常常将任务推迟到最后1min，这种现象也可用“Parkinson法则”或“学生综合症”来解释。结果，缓冲不能起到保护进度绩效的作用，只是产生了一个有弹性的活动持续时间。

（3）活动会合点的绩效往往较低。由于先后关系的存在，可能在几项活动的会合点产生瓶颈，导致提前的时间被浪费，而延迟的时间被累积起来。如，假设有3项活动A、B、C，活动A、B可以同时进行，为活动C的紧前活动。每项活动持续时间为10d，设定缓冲时间为5d。如果活动A按时完成，而活动B正好将缓冲用完，则活动C还是要等到活动B完成后才能开始，而一旦活动B延迟，如延迟5d，则会使活动C的开始时间拖延5d，因此在活动会合点的绩效往往是较低的。

（4）缓冲大小的确定没有考虑活动特征。传统缓冲方法下，缓冲的大小一般是根据个人经验确定的，常以活动持续时间的一定百分比为依据来设置。这种方法没有考虑每个活动的特性，当设置的缓冲过小时，不足以防止不确定性，而设置的缓冲过大时，又会出现浪费，因此需要根据活动的特征来确定每项活动缓冲的大小。

3 新的缓冲设置方法

3.1 缓冲位置的确定

缓冲位置的确定是缓冲设置中的一个关键问题，受到了许多研究者的关注，文献［3］将缓冲设置在活动持续时间的最后，文献［4］将输入缓冲设置于非关键链与关键链汇合的地方，并在项目结束处设置了项目缓冲，文献［5，6］将缓冲设置于活动开始。本文采用了文献［5，6］的方法，即将每项活动的缓冲设置于活动开始处，这样做基于两个目的:①通过在活动开始前对前活动的检查，找出前活动的隐藏错误和潜在变更，及时采取控制措施，以免前活动的错误或变更影响到本活动;②在活动开始前就准备好需要的资源，保证活动开始后有足够的资源投入，不会出现资源冲突，并且不占用活动持续时间。

但是，仅仅在活动开始处设置一个缓冲可能不能最有效地防止并行设计和施工中错误和变更导致的反复。如图1，活动A和活动B并行工作，活动A的错误和变更可能产生于P部分，也可能产生于Q部分，设置于活动B前的单独的一个缓冲能够较有效地处理P部分产生的错误和变更，但是由于活动A、B在Q部分显著重叠，即使设置的缓冲达到最大，对于Q部分产生的错误和变更可能也难以有效处理。可以通过设置双重缓冲来处理这种情况，即除了活动B开始处的缓冲外，在两项活动重叠处再设置一个缓冲，活动开始处的缓冲用来处理P部分的不确定，重叠处的缓冲则用来处理Q部分产生的不确定以及第一个缓冲没有完全处理的P部分的不确定。因此，如果活动间的联系是结束-开始，则可以用单缓冲处理，但在并行设计和施工中，往往产生活动间的重叠，这时需要采用双重缓冲。

3.2 缓冲大小的确定

缓冲大小的确定应遵循两个基本原则:①缓冲规模应足够大，能够吸收变更和错误的影响;②缓冲规模不能过大，以免产生不必要的闲置时间，造成浪费。本文基于文献［5，6］对其进行了扩展，认为在并行设计和施工方法中，缓冲大小应根据活动信息演化、敏感性、稳定性、可靠性以及重叠程度确定。

（1）活动信息演化。结束—开始的先后关系中，只有当上游活动完成后，上游的信息对于下游活动才是可用的，但在并行设计和施工中，由于重叠的存在，下游活动需要使用上游活动的初步信息。这里用“演化”表示上游产生的信息从初步形式到最终值的提炼过程。快的演化表明上游信息的提炼需要的时间较短，很快就能到达它的最终值，而慢的演化则表明上游信息的提炼需要较长的时间。

在初步阶段，上游信息Xi 的精确值是未知的，但知道它的区间为［ ai ，bi ］，在上游活动的开始，假设初始区间为［ am ，bm ］，随着上游活动的进行，信息逐渐提炼，向最终值逼近。论文用“演化程度（ε）”来衡量活动信息演化的程度，由于初步信息的区间宽度越小，参数越靠近它的最终值，获得的信息越精确，为简单起见，将演化程度定义为区间宽度的一个线性函数，即，在时刻ti ，有演化程度εi =1-bi -aibm -am ，其中εs =0（活动开始），εf =1（活动结束）。活动信息演化对缓冲大小的确定有重要的作用。上游的演化越快，下游获得的信息越完整，需要的缓冲越小;反之，上游的演化越慢，下游获得的信息越不完整，上游的变更或错误对下游的影响越大，则需要的缓冲越大。

（2）敏感性。敏感性是一个反映关联程度的扩大变量，是指活动对上游活动信息的依赖性。在重叠过程中，上游活动与下游活动分享以区间表示的初步上游信息，而实际上，下游开发活动需要一个确定的信息X值作为依据。假定时刻i-1 到ti ，上游信息变化值为Δx（ti-1 ，ti ），活动敏感性为di ，则有di =Φ（Δx（ti-1 ，ti ）），Φ（?）为敏感函数，一般情况下，Φ（?）是非减的。敏感性是确定缓冲大小的一个重要参数，敏感性越高，上游信息变化对下游活动的影响越大，需要的缓冲越大;反之，敏感性越低，上游信息变化对下游活动的影响越小，需要的缓冲也越小。

（3）稳定性。稳定性表示给定工作范围不发生变更的程度，反映了活动对抗变更的能力。项目的进行依赖于给定的初始工作范围，变更的发生会导致工作范围的变化。项目开始前，给定的工作范围为S，变更导致的工作范围变化为ΔS，则稳定性函数可以表示为si =φ（ΔS），一般情况下，φ（?）是非减的。稳定性越高，产生变更的可能性越低，需要的缓冲越小;反之，稳定性越低，产生变更的可能性越高，需要的缓冲越大。

（4）可靠性。可靠性表示任务被正确执行的程度，反映了活动对抗错误的能力。活动中的错误越多，导致的反复越多，对进度的影响越大。用ri 表示可靠性，则有ri =φ（mi ，qi ），φ（?）为可靠性函数，mi 为操作水平，反映了操作导致的错误，qi 为质量管理完全度，反映了通过质量管理发现错误的程度。可靠性越高，产生错误的可能性越低，需要的缓冲越小;反之，可靠性越低，产生错误的可能性越高，需要的缓冲越大。

（5）重叠程度。并行设计和施工中，重叠程度是影响缓冲大小的一个重要因素，由于重叠的存在，下游活动开始前无法获得上游活动的完全信息，只能根据初步信息来进行，一旦上游信息发生变化，就可能影响下游活动。重叠程度的确定应根据活动间关系、活动信息演化、敏感性、稳定性和可靠性确定。用ei 表示活动i与上游活动i-1的重叠程度，则可以将活动的重叠程度表示为ei =g（αi ，εi ，di ，si ，ri ），其中αi 表示活动间关系，可能有3种关系存在，即独立、依赖和相互依赖。

在并行设计和施工中，缓冲的大小可以根据以上5个因素确定，将缓冲大小表示为bi ，则有bi =F（εi ，di ，si ，ri ，ei ），因此，一旦确定了活动信息演化、敏感性、稳定性、可靠性以及重叠程度，就可以估计出缓冲大小。

4 结论

并行设计和施工方法具有比传统方法更大的不确定性和复杂性，主要原因之一在于错误和变更导致的反复过程。解决并行设计和施工中未预期的错误和变更影响的方法之一是设置进度缓冲。基于传统缓冲方法存在的问题，本文探讨了缓冲位置和大小的设置，认为缓冲应设置在活动的开始，其大小应根据活动信息演化、敏感性、稳定性、可靠性以及重叠程度确定。为更有效的解决错误和变更导致的反复，本文提出可在两项活动重叠处设置双重缓冲。此外，在并行设计和施工方法中，如果前活动的延迟小于缓冲，则缓冲可以吸收该延迟，但是如果前活动的延迟大于缓冲，缓冲会被全部消耗，使得延迟的前活动影响后活动的进度绩效。因此，可以采用动态缓冲方法，通过动态更新缓冲的大小和位置最小化这一影响，后续文章将对这个问题进行研究。

参考文献:

［1］ Lee S.，Pe⒒a-Mora F.，and Park M.Quality and change management model for large scale concurrent design and construction projects.Constr.Eng.Manage.2005，131（8）:890～902.

［2］ Sakamoto M.，Horman M.，and Randolph T.A study of the relationship between buffers and performance in construction.International Group of Lean Construction10th Annual Conf，2002.

［3］ Ballard G.，and Howell G.Proc.，1995ARCOM Conf.，Association of Researchers in Construction Management，Sheffield，England.1995.

［4］ Goldratt E.Critical chain.North River Press.Great Barrington，Mass，1997.

［5］ Moonseo Park and Feniosky Pena-Mora.Reliability buffering for concurrent projects.Journal of construction engineering and management.2004，130（5）:626～637.

［6］ SangHyun Lee，Feniosky Pena-Mora and Moonseo Park.Reliability and stability buffering approach:focusing on the issues of errors and changes in concurrent design and construction projects.Journal of construction engi-neering and management.2006，132（5）.

作者简介: 周文峰，男，攀枝花学院土木工程学院副院长，讲师，硕士。