海洋工程項目施工資源計劃優化方法研究

宋青武，高本金，馬紅旗，王圣強，李記忠，王凱華

海洋石油工程股份有限公司，天津 300451

在工程項目建設過程中，資源作為工程實施的基本要素和必不可少的前提條件，其費用占工程總費用的80%以上[1]。工程項目所使用的資源種類繁多、需求量巨大，包括勞動力、原材料和設備、施工機具、技術、資金、臨時設施、周轉性材料和必要的后勤供應等。資源投入數量的多少直接決定了項目的工期和成本，資源的質量和水平直接決定了工程質量和安全系數，因此必須將資源管理納入到項目管理的重點，作為項目計劃編制、進度控制、成本控制以及制定項目實施方案、質量安全保證的基礎和依據。在工程項目實施過程中，應持續對資源投入進行優化，以確保項目按既定目標實施。

1 海洋工程施工資源管理

項目資源管理是在保證滿足工程質量、工期等合同要求的前提下，通過計劃、組織、控制和協調等活動對項目實施過程中所使用的資源進行統籌安排，以實現預定的工期和成本目標，并盡可能降低成本的一種科學的管理活動。通過技術方案優化、經濟核算、合理調配以及科學組織施工管理等措施實現資源管理目標。

1.1 資源類型

由于海洋工程的特殊性，其施工資源除一般類型資源外，往往還包括建造場地資源、船舶資源等。海洋工程設施包括導管架、組塊、生活樓等，往往是在陸地專門場地建造完成后，由駁船運輸至海上進行安裝作業。不同的建造場地其場地面積、承載力、滑道數量、場地設施（如吊機等）能力以及所處的環境條件均不相同。海洋工程涉及的船舶資源按照其功能劃分一般包括起重船、駁船、鋪管船、DSV、配合拖輪等，且不同功能船舶其性能有很大差異，如起重船有3 000 t級、4 000 t級、7 500 t級，目前世界最大起重船可以達到12 000 t級。不同類型的項目、項目的不同階段所需要的資源差別很大，應根據具體項目的特點和類型，綜合考慮資源對各方面影響，選擇適合的資源。

以1 500 t級海洋平臺組塊海上吊裝為例，可選擇的浮吊資源較多，但不同的浮吊資源其起重能力、抗風性能、航行速度、成本等差異較大，如果只考慮成本選擇起重能力較差的浮吊，則會增加海上因天氣因素待機的可能性，同時起吊過程能否順利完成也存在較大的風險，對于施工質量和安全的保證性較差；如果選擇起重能力很強的浮吊，施工進度、質量和安全均能得到保障，但成本會相應增加。因此，對于資源的選擇要綜合考慮進度、成本、質量、安全四個方面的影響，以選擇適合的資源類型和數量。

1.2 資源計劃動態管理

對于工程項目來說，資源的需求和管理可以是單個項目的，也可以是多個項目或項目群之間的資源協調和平衡。

對于單個項目的資源需求計劃相對簡單，只需要項目管理團隊站在本項目的角度進行資源規劃即可，但由于工程項目生產過程的不確定性，使得資源在各個階段的需求和供應不均衡，資源的供應受外界影響大，需要動態地對資源計劃進行優化與控制。

對于多項目或項目群的資源管理，則需要施工企業對口的資源管理部門根據各個工程項目對資源的需求情況（如人力、施工機具等），在各項目之間對已有的和潛在的資源進行周密計劃，有效流動，合理調配，充分調動資源的流動性，使資源使用率最大化。如某海洋工程建造場地，可能數個項目同期施工，如何在這些項目之間實現資源平衡是資源管理部門的重點工作。對于某起重船的使用，如果其緊前項目（海上安裝計劃）由于天氣原因導致延遲，則相應的后續項目海上安裝工作也要推遲，或改用其他浮吊資源，這種調整需要專門的部門進行協調與平衡。

1.3 資源與四大控制的關系

資源的管理與控制對于工程項目能否按時甚至提前完工、成本的節約與否、安全和質量管理十分關鍵。資源不足則項目工期無法保證，資源的質量、技術標準直接決定工程質量，資源投入的多少直接決定項目成本。對于某項作業來說，在滿足工作面的前提下，投入的資源越多，所需工期越短，但過量的資源投入又會造成資源的浪費和成本的增加，同時投入大量的施工人力也會對現場安全管理帶來壓力并需要配備更多的安全管理人員和設備，增加安全管理成本且不利于施工安全管控。同樣，資源投入的質量往往也是項目質量保證的關鍵因素，如技術嫻熟的焊工焊接質量和焊接一次合格率明顯優于技術一般的焊工，各項作業、各個工序質量合格率的積累將直接影響整個項目的質量。

1.4 資源管理的復雜性

在使用計算機軟件編制資源計劃時，往往采用將資源投入總量在工程活動持續時間上平均分配的模型，沒有考慮在實際工程施工過程中資源投入的不均衡性，根據理想化的模型得到的資源投入直方圖不能反映實際的資源需求情況，資源計劃僅僅是停留在紙面，難以真正應用到實際項目中。而資源投入的不均衡恰恰是資源管理的重點和難點，由于其存在不確定性，往往難以用某一種資源分配模型真實反映。

建設項目的資源管理是一系列系統的、復雜的、動態的活動[2]。在項目實施過程中，隨著項目進展，需要根據項目實際情況及前期投入的資源進行數據分析，包括資源效率和效果，動態調整資源安排。

2 工期-資源優化方法

資源費用往往在工程項目造價中占比很大，資源的合理組合、供應和使用對于工程項目的經濟效益、進度控制等各個方面都有很大的影響。在工程施工過程中資源的投入種類、數量、使用方案、投入時間等有許多種選擇，應選擇最優組合，在確保工期、質量、安全的前提下實現效益最大化。

資源的優化平衡一般僅針對項目優先級高的幾項關鍵資源，如影響項目完工時間、費用或對安全質量有重要影響的資源等，其占比較高。工程項目資源優化包括：“工期固定-資源平衡和資源有限-工期最短”兩種模式，即高峰期資源投入量與總資源投入量。“工期固定-資源平衡”是在保證原定工期的前提下，通過合理安排，使資源的分布、使用大致均衡連續，不大起大落?！百Y源有限-工期最短”是在某種資源有限供應的前提下，通過合理分配資源，確保項目按計劃完工并盡可能縮短工期。

2.1 工期固定-資源平衡

在工期不變的前提下，通過利用非關鍵工作的浮時，調整工作的開始和結束時間，使資源分配在工期范圍內盡可能均衡。這種資源優化的方法運用了香蕉曲線（見圖1）原理，在最早進度曲線和最晚進度曲線之間對資源計劃進行優化，計劃完成日期不變。通過對高峰期人力、設備投入情況進行分析，在滿足關鍵路徑資源投入的前提下，可以對某些非關鍵作業投入數量進行調整，通過資源平衡，使得資源投入計劃更貼近實際[3]。

經濟全球化的背景下，發展綠色金融是順應國際金融市場發展趨勢、推動世界各國經濟可持續發展的重要要求。綠色金融最突出的特點就是，它更強調人類社會的生存環境利益，它將對環境保護和對資源的有效利用程度作為計量其活動成效的標準之一，通過自身活動引導各經濟主體注重自然生態平衡。它講求金融活動與環境保護、生態平衡的協調發展，最終實現經濟社會的可持續發展。

圖1 香蕉曲線

對于大型工程項目來說，由于作業項數以千計，資源平衡往往使用軟件自動完成，如使用Primavera P6完成計劃編制后，通過設置某項資源最大單位時間用量，即可使用資源平衡功能對計劃中所使用的該資源進行自動調整（見圖2）。Primavera P6在海洋工程項目計劃編制中應用廣泛，可以實現多項目、多層次的動態計劃管理，并且將費用、資源管理融入其中[4]。

圖2 Primavera P6資源平衡

2.2 資源有限-工期最短

在某項資源單位時間供應有限制的情況下，尋求項目的最短工期，涉及的主要方法為關鍵路徑法。首先，確定WBS和作業劃分，根據作業持續時間估算、邏輯關系，繪制項目進度網絡圖，然后計算關鍵路徑，在確定關鍵路徑后再考慮資源的可用性，制訂出資源約束型進度計劃。

關鍵工作優先滿足，按其資源需求量大小按從大到小的順序分配資源，這樣可以最快速度縮短關鍵作業的工期，繼而縮短關鍵路徑和項目總工期；對于非關鍵工作，按各個作業總浮時由小到大順序安排資源。通過資源調配后，項目的關鍵路徑將發生變化，需要重新計算關鍵路徑，并按照上述原則再次進行資源調配，直至資源達到限制要求，此時資源優化完成，項目工期得到最大程度的壓縮。該方法必須反復計算網絡時間參數，重復量大且繁瑣[5]。

3 工程實例

某海洋工程項目，為了使已有老平臺DPP能滿足鉆機升級改造的要求，新建1座4腿導管架輔助平臺SDPP，通過一座長30 m雙層棧橋與DPP平臺相連，鉆機模塊建造完工后在陸地分塊吊裝至組塊上層甲板，整體裝船運輸及海上安裝，整體質量約2 500 t。組塊甲板共計兩層，其結構示意如圖3所示。

圖3 組塊結構示意

針對組塊總裝工作，根據組塊結構預制和總裝的一般步驟，相關的作業劃分、邏輯關系、預估工期以及結構人力投入如表1所示?？紤]到本實例僅對組塊施工結構人力進行優化，對計劃模型進行了簡化，未考慮其他專業工作的計劃和資源，如甲板片噴涂、管線安裝等。

表1 組塊結構總裝作業項劃分

根據施工工序和邏輯關系，建立雙代號時標網絡計劃，如圖4所示。

根據時標網絡計劃可直觀得到該組塊結構總裝計劃關鍵路徑為C→F→H→I→J，期望工期為16周，組塊結構總裝人力投入直方圖如圖5所示，計劃總計投入5 950人工日，平均每周人力資源使用量為372人，高峰期人力投入為90人/天。從圖中可以看出該計劃人力分布極其不均衡，前9周人力投入過高，后7周人力投入偏低。

資源均衡是在編制網絡計劃之后進行的，在保持完工時間不變的前提下，對資源分布進行優化，通過非關鍵路徑上的非關鍵作業，在時差范圍內按工序的邏輯關系逆序進行調整。資源優化步驟和原則如下：

圖4 組塊結構總裝時標網絡計劃

圖5 資源優化前組塊結構總裝人力投入直方圖

（1）根據各項作業的最早開始時間編制時標網絡計劃，并計算每個周期內的資源用量。

（2）從網絡計劃的終點節點開始，按作業完成節點編號值從大到小的順序依次進行調整。當某一節點同時作為多項作業的完成節點時，應先調整開始時間較晚的作業。某項作業能夠右移（即推遲）須同時滿足兩個條件：工作具有足夠的機動時間即總浮時，右移不會影響總體工期；該作業下一周期所對應的資源用量與該作業的資源用量之和不超過該作業開始時間所對應的資源用量。

（3）當所有作業均按上述順序自右向左調整之后，為使資源更加均衡，可再按上述步驟自右向左進行若干次調整，直至所有作業不能右移為止。

在總時差范圍內對該組塊總裝計劃非關鍵作業逐周調整時間安排，得到優化后組塊結構總裝時標網絡計劃和人力直方圖，如圖6和圖7所示。從圖中可以看出，經過優化后的各周人力投入已明顯趨于均衡，高峰期人力投入為75人/天。

圖6 資源優化后組塊結構總裝時標網絡計劃

圖7 資源優化后組塊結構總裝人力直方圖

4 結束語

如何在有限的資源投入下盡可能縮短工期或盡可能降低高峰期資源投入是資源管理的重點。如果某項資源的需求量超過了資源的可供應量，且該資源屬于關鍵資源，那么就應當采取相應的措施以減少資源的需求，如通過技術方案優化、投入高效率資源替代等。本文通過工程實例實踐介紹了海洋工程資源優化的方法，對項目資源管理工作具有一定的借鑒意義。

在海洋工程項目計劃編制過程中，應提前規劃項目實施周期所需資源投入計劃，如人力投入直方圖、機械臺班投入直方圖、船舶使用橫道圖等，作為計劃體系文件的重要組成部分。對于資源評估應適當考慮一定的余量，以應對項目實際實施過程中可能出現的各種不確定因素影響，如工程項目施工經常會受到天氣因素的制約，造成資源待機，在這種情況下，應及時分析對關鍵路徑的影響，對關鍵作業增加備用資源以避免影響項目完工節點。

海洋工程由于其建造場地的特殊性，往往多個項目同時在同一場地建造施工，因此在后續資源管理方法研究中，應著重考慮多項目并行情況下的資源管理方法，引入相應的資源管理軟件，高質高效進行資源管理工作。