基于Petri網的建筑市場監管工作流模型

徐沛東， 陳鐵軍， 羅 勇， 李新和

(1.鄭州大學 電氣工程學院 河南 鄭州450001；2.河南省住房和城鄉建設廳 河南 鄭州 450001)

基于Petri網的建筑市場監管工作流模型

徐沛東1， 陳鐵軍1， 羅 勇1， 李新和2

(1.鄭州大學 電氣工程學院 河南 鄭州450001；2.河南省住房和城鄉建設廳 河南 鄭州 450001)

由于建筑市場監管工作的復雜性，基于Petri網建模技術，建立了一套應用于建筑市場監管工作流的Petri網模型.首先對建筑市場監管工作過程中的各個業務環節進行Petri網建模，然后把各個業務環節的Petri網模型整合在一起構成一個完整的建筑市場監管工作流Petri網模型.該模型將建筑市場的項目從報建開始到竣工備案的各個業務環節有效地整合在一起.基于該模型，利用C#語言，結合SQL2008數據庫技術，構造了一套建筑市場監管信息系統，并在河南省建筑市場監管中成功推廣應用.

Petri網； 建筑市場； 業務環節； 監管； 工作流

0 引言

隨著信息化技術的發展，實際業務辦理過程的電子化是目前發展的方向，針對建筑市場這個龐大的行業，為實現建筑市場與施工現場、動態監管等方面的聯動管理，從項目報建——施工圖審查——招投標——合同備案——質量安全報監——施工許可證核發——竣工備案，實現對整個項目流程的動態監管，隨時掌握建筑市場的動態信息，以便對不當行為進行快速反應，同時實現對主體企業和從業人員的監督管理，規范企業市場和現場管理行為.目前，利用Petri網對工作流的分析建模研究[1-7]比較多，而針對建筑市場監管業務這類應用性比較強的工作流進行建模的研究工作[8-12]比較少，而且很多是針對其中一個業務環節進行建模，沒有一個完整的建筑市場監管Petri網模型.本文利用Petri網在工作流上的建模優勢對現實中建筑行業業務流程進行建模，可以把建筑行業的業務流程電子信息化，使其變成計算機實現的工作流.建筑項目包括的環節多、參與角色多,政府主管部門希望對各個建筑項目有一個宏觀的了解.因此，最后將所有流程集中在一張Petri網上，可以實現對所有建筑項目的業務流程進行總體監控,使建筑市場監管工作流通暢,且方便利用計算機編程技術對該模型進行編程實現，把模型轉化為實際應用的監管信息系統.該信息系統改變傳統的業務辦理模式，在提高建筑市場監管效率的同時，也方便各個企業與監管部門之間業務辦理，節約了時間，并在空間上實現了各個部門之間業務辦理審批無縫對接.使監管部門更為有效地對建筑市場工作流程進行監督控制，從而得以維持其秩序，促使我國的建筑市場向一個健康有序的方向發展.

1 Petri網及工作流概念

Petri網[13]是一種經過嚴格定義的數學表達式，既有豐富的系統描述手段和系統行為分析技術，又為計算機科學提供堅實的概念基礎.適合于描述異步的、并發的計算機系統模型，其系統行為表現為資源(物質資源和信息資源)的流動.Petri網旨在描述變遷之間的因果關系，并由此構造時序.Petri網可以描述每一個節點擁有自己的獨立時序，只要條件滿足，就可以發生.

經典的Petri網是簡單的過程模型，由兩種節點(庫所和變遷)、有向弧、以

圖1 經典Petri網模型圖Fig.1 Diagram of classical Petri net model

及令牌等元素組成.圖1為經典Petri網模型.圖1中：庫所為圓形節點，變遷為方形節點，有向弧是庫所和變遷之間的有向弧，托肯是庫所中的動態對象，可以從一個庫所移動到另一個庫所.

工作流，是指“業務過程的部分或整體在計算機應用環境下的自動化”.是對工作流程及其各操作步驟之間業務規則的抽象、概括描述.通常情況下，為了便于用戶使用，工作流網構造了一些模塊化組件[13]來實現庫所與變遷過程中的邏輯關系，其中包含4個組件：串行組件、并行組件、條件選擇組件及循環組件，其Petri網模型如圖2所示.

圖2 工作流組件Petri網模型Fig.2 Petri net model of workflow components

通過對以上4個組件的靈活運用組合，可以對各種復雜的實際工作流程進行Petri網建模，把實際的東西模型化，從而利用計算機技術進行實際業務的電子化處理審批.

2 建筑市場監管工作流程Petri網建模

2.1 建筑市場監管業務工作流程

一個項目從報建開始，要經過多個單位的相互協調及監管部門的審批，走完全部的業務環節流程后方可竣工備案，才算一個完整的工作流程.項目從報建開始到竣工備案需要進行的業務環節流程如圖3所示.

在實際中，建筑市場這個行業的監管部門，需要對圖3中的每一個業務環節進行有效監管控制，這樣才能起到監管的作用.另外，對于施工圖審查與備案這個很重要的環節，有些項目卻是不需要進行施工圖審查的，因此也就不存在所謂的勘察、設計這些業務環節，直接就進行了施工、監理的招標發包業務環節.通過對以上兩點的分析，把各個業務環節細化，并把實際當中的監管部門的審批作用融入到業務流程中，以突顯出監管部門對項目的整個業務流程的監管作用，依此對圖3流程圖進行細化可繪出整個建筑市場監管業務的詳細業務流程圖，如圖4所示.

圖3 項目業務環節流程圖Fig.3 Flow chart of project business process

圖4 建筑市場監管詳細流程圖Fig.4 The specific flow chart of construction market supervision

在圖4中，建設單位即業主需要對其項目進行登記，完成后，根據該項目是否是土建類等進行施工圖審查.如果不需要進行圖審，就直接進入施工、監理(直接發包)登記這個環節;如果是，下一步就需要進行勘察、設計的中標(直接發包)登記，然后監管部門審批.該環節業務完成后，施工圖審機構開始對該項目進行施工圖審查，然后由監管部門進行圖審備案.依此類推，直至工程項目施工完成，項目開始竣工驗收并進行備案，在五方責任主體驗收合格出具驗收報告后，由監管部門進行備案，備案通過后，即代表一個工程項目結束.

2.2 Petri網建模

在本建筑市場監管業務工作流的設計中，把實際建筑市場監管的每個實際業務環節作為Petri網中的一個個庫所，即每個業務環節可以執行的前提條件和后續條件作為Petri網的庫所節點，利用Petri網的特有元素有向弧來表示建筑市場實際各個業務之間的邏輯聯系及審批流程.庫所中的令牌則用來表示該業務環節的信息狀態.

根據Petri網的基本原理、激發條件以及實際中的業務監管審批流程分塊對圖3所示的建筑市場業務流程圖進行Petri網建模.

1) 項目信息流即主工作流程Petri網建模.

一個項目從報建開始到竣工備案的信息流向Petri網模型如圖5所示.

圖5 項目信息流Petri網模型圖Fig.5 Petri net model diagram for project information flow

P={P1,P2,…，P16}表示該項目信息流Petri網模型中的庫所集，代表建筑市場所有的業務流程環節，庫所P1中的令牌表示該庫所中的業務環節正在執行，即一個項目信息登記活動正在執行.其中，P1代表項目登記環節，P2代表勘察、設計中標(直接發包)登記環節，P3代表施工圖審查與備案業務環節，P4代表施工、監理的中標(直接發包)登記業務環節，P5代表合同備案業務環節，P6代表質量、安全報監業務環節，P7代表申請施工許可證業務環節，P8代表竣工備案業務環節.其中，庫所P9～P14分別表示推動項目信息往下一個環節流動所需要的信息條件庫所；P9表示勘察設計中標(直接發包)結果信息所在庫所，P10表示施工圖審查結果信息所在庫所，P11表示施工、監理中標(直接發包)結果信息庫所，P12表示合同備案信息所在庫所，P13表示質量、安全報監信息所在庫所，P14表示申請施工許可證所需附加信息庫所，P15表示竣工驗收備案所需信息庫所.

T={t1，t2,…，t9}表示該Petri網模型中的變遷集，t1代表項目信息登記完成后如果該項目需要施工圖審查，那么勘察、設計招投標業務環節激活；t2表示如果該項目不需要施工圖審查,那么施工、監理招標業務環節激活;t3表示勘察、設計招投標完成，并錄入招投標結果信息后施工圖審查業務環節激活;t4表示施工圖審查業務完成并錄入施工圖審查結果后施工、監理的招投標業務環節激活;t5表示施工及監理招投標業務完成并錄入招投標結果信息后合同備案業務激活;t6表示合同備案環節業務完成并錄入合同信息后質量安全報監業務環節激活;t7表示質量安全報監完成并錄入質量安全報監信息后申請施工許可證業務環節激活;t8表示錄入施工許可證申請信息且成功取得施工許可證后竣工備案業務環節激活;t9表示竣工驗收備案完成并錄入竣工備案信息后項目信息流進入終止庫所的業務環節激活.

2) 各個業務環節Petri網建模.

在實際中，一個項目從報建到竣工備案，各個業務環節會有多個子業務流程組成，而且各個環節執行后還會有監管部門的審批業務，下面是根據建筑市場業務流程圖中的細節進行分析，利用Petri網的擴展規則對中標(直接發包)登記、施工圖審查與備案、合同備案、施工許可證申請、竣工備案分別建立Petri網模型，如圖6所示.

圖6a模型中的庫所P2、P3分別表示勘察中標(直接發包)登記、設計中標(直接發包)登記環節，P4、

圖6 建筑市場業務子模塊Petri網模型圖Fig.6 Petri net model diagram for construction market supervision submodules

P5庫所中的托肯分別表示這兩種類型的中標(直接發包)信息，它們與庫所P2、P3中從前面獲得的托肯一起作為觸發變遷t2、t3的條件，P6、P7分別表示監管部門對勘察、設計中標(直接發包)登記的信息審批環節；變遷t4、t7則對應表示審批不通過，信息反饋給庫所P5進行修改，等待再次觸發變遷t2；變遷t5、t6則對應表示審批通過激活下一個環節業務.

圖6b中，施工圖審查與備案是分兩步進行的，先進行勘察審查，即庫所P1所代表的環節，然后進行勘察審查結果備案，備案通過后再進行設計施工圖審查即P5所代表的業務環節，然后再進行P6所代表的施工圖審查結果備案環節.P7表示設計中標(直接發包)業務審批通過后的信息所在庫所，P2和P4分別表示勘察審查信息庫所和設計施工圖審查信息庫所，庫所中的托肯表示施工圖審查機構對項目的施工圖審查結果信息，其與P1庫所中的托肯一起作為觸發變遷t1,即勘察審查結果備案環節(庫所P3)被允許的條件，t1表示施工圖審查機構錄入或修改項目的施工圖審查信息，當監管部門審批合格后備案通過即觸發變遷t3,使下一個設計施工圖審查業務環節被允許，如果監管部門審批不合格，不予備案，則觸發變遷t2，把信息反饋回庫所P2，即重新進行項目的勘察審查結果信息錄入，變遷t6表示設計施工圖審查結果備案未通過，信息反饋給庫所P4過程激活；變遷t5表示施工圖審查結果備案通過，該業務的下一個環節激活.

圖6c中，庫所P2中的托肯代表合同備案信息，當合同信息錄入完畢時觸發變遷t1，即提交給監管部門進行備案.備案未通過則觸發變遷t3回到P2進行合同的修改，備案通過觸發變遷t2.

圖6d為一個并行路由的Petri網模型,P2和P3分別代表質量監督和安全監督業務環節，P4、P5分別代表修改或錄入質量安全監督信息，P6、P7則代表對應的業務審批環節，該環節的Petri網模型和圖6a的中標(直接發包)Petri網模型完全一樣，具體分析這里不再贅述.

圖6e的模型中，庫所P4中的托肯表示申請施工許可證所需附加信息，變遷t1、t4、t7分別表示申請施工許可證的三級審核，分別為施工許可經辦人、部門負責人、審核負責人，三級審核必須依次全部通過才允許對該項目發放施工許可證，有其中任何一級不通過則直接反饋給庫所P4,t2、t3、t6則表示對應環節的審核不通過的變遷.

圖6f的竣工備案Petri模型與施工許可申請環節的Petri網模型類似，只是該模型為兩級審核，P4為竣工驗收所需附加信息庫所，t1、t4分別表示一級審核通過后二級審核激活、二級審核通過后信息流進入終止庫所激活.

3) 建筑市場監管工作流Petri網總圖.

將圖6中的各個子模塊的Petri網模型與圖4的項目信息流Petri網模型結合在一起，可得整個建筑市場監管信息工作流Petri網模型，如圖7所示.

圖7 建筑市場監管工作流Petri網模型Fig.7 Petri net model of construction market supervision workflow

圖7中，當一個項目開始報建，即進入Petri網的庫所集，項目信息位于輸入庫所P1時，該庫所擁有一個令牌，變遷t1和t2其中有一個將被允許，如果該項目不需要施工圖審查，則觸發變遷t1，進入P16、P17代表的施工、監理中標(直接發包)登記環節；如果需要施工圖審查，則觸發變遷t2.變遷t2發生，進入P2、P3代表的勘察、設計中標(直接發包)登記環節.上述兩種變遷不管哪個發生，輸入庫所P1的令牌都將被消耗，同時在對應的輸出庫所P2、P3或者P16、P17兩個庫所中各產生一個令牌，作為下一個變遷觸發的條件，依此類推，直到項目信息流動到竣工備案庫所P43，代表一個項目的完成.

圖7的流程圖為建筑市場監管模型的一個整體工作流程演示，為一個宏觀架構，表示建筑市場監管系統中一個項目從報建到竣工備案所經過的各個業務流程及監管部門的監督監管方式，直觀地體現了建筑市場監管工作流程的復雜性及多部門參與性.整個建筑市場監管工作流程變得可視化，更易觀察理解，體現了各個子系統的重要性，借助于該模型的優勢，使一個實際監管業務變成一個可以利用計算機實現的系統，為計算機編程實現建筑市場監管信息系統推廣應用打下了堅實的基礎.

3 工作流模型的計算機軟件實現

通過對建筑市場監管業務流程進行Petri網建模分析，可以很清楚地從模型中了解到各個業務環節直接的順序關系及限制條件，為計算機編程實現對各個業務環節信息流控制監管提供了很好的幫助，縮短了編程周期，讓電腦辦公代替紙質辦公成為可能.

在模型的計算機系統編程開發實現過程中，為了使用方便，該系統利用B/S(瀏覽器/服務器)模式來實現.該模式將系統功能實現的核心部分集中到了服務器上，簡化了系統的開發、維護和使用，而且系統設計上把企業與監管部門分開，分別開發用戶端系統與企業端系統，為企業及監管部門使用提供方便.

在系統開發過程中運用C#編程語言，以 Visual Studio 2010為開發工具結合Sql2008數據庫技術在 C#.net框架環境下編寫系統軟件.利用該建筑市場Petri網模型對建筑市場業務工作流程進行計算機編程實現，根據建筑市場實際情況，把系統用戶角色分為兩類，一類為用戶端，為各種類型企業登錄端，一類為監管端，為監管部門登錄端.系統又對監管信息進行提煉，分出4大類，即企業信息、工程信息、人員信息、信用信息，作為公共查詢平臺對外開放查詢.根據Petri網建立的模型編程實現的建筑市場監管信息系統總體結構如圖8所示.

圖8 建筑市場監管系統總體結構圖Fig.8 The structure diagram of construction market supervision system

4 結語

基于Petri網的建筑市場監管業務工作流設計模型,利用計算機編寫的河南省建筑市場監管暨一體化工作平臺已于2015年5月正式開發完成并啟用.實際的推廣應用表明，該系統極大地方便了企業辦理相關手續、監管部門審批等工作，為建筑市場的信用評價體系完善起到了至關重要的作用，對規范建筑市場這個龐大而且復雜的行業具有很大的幫助，促使我國的建筑市場步入可持續發展的綠色道路.

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(責任編輯：王浩毅)

Workflow Design of Construction Market Supervision Based on Petri Net

XU Peidong1，CHEN Tiejun1，LUO Yong1，LI Xinhe2

(1.SchoolofElectricalEngineering,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450001,China;2.HenanProvinceDepartmentofHousingandUrbanRuralConstruction,Zhengzhou45001,China)

Based on the modeling techniques of Petri net, a model applied to the workflow for supervising the construction market was established. Firstly, every business link in the process of the construction market was modeled by Petri net. Then, all the separate Petri net models were integrated to constitute the general Petri net model of the workflow for supervising the building market. Thus the complete worflow starting from the construction permission to the acceptance of the projects was integrated effectively. Based on the model and database technology of SQL2008, a information system for supervising construction market was developed by C #. The system was successfully applied in supervising construction market of Henan province.

Petri net; construction market; business links; supervision; workflow

2015-11-22

教育部高等學校博士學科專項科研項目(20114101110005).

徐沛東(1990—)，男，河南周口人，碩士研究生，主要從事智能控制理論與應用研究，E-mail:530091889@qq.com；通訊作者：陳鐵軍(1954—)，男，河南信陽人，教授，博士，主要從事復雜工業過程控制技術及控制系統研究，E-mail: tchen@zzu.edu.cn．

徐沛東，陳鐵軍，羅勇，等．基于Petri網的建筑市場監管工作流模型[J]．鄭州大學學報(理學版)，2016，48(2)：58-64.

TP391

A

1671-6841(2016)02-0058-07

10.13705/j.issn.1671-6841.2015282