水電工程施工進度風險分析方法綜述

彭佳玉

水電工程施工進度風險分析方法綜述

彭佳玉

（三峽大學水利與環境學院，湖北 宜昌 443000）

在水電工程施工過程中，施工進度計劃和風險計算是很重要的分析工作。分析工程項目進度風險的基本思路是量化施工過程中可能存在的風險，建立模型，運用計算機仿真技術進行模擬，刻畫出不同風險因素導致進度偏離目標的程度或對進度計劃順利實現的影響。文章結合水電工程施工過程中可能存在的風險，歸納整理計算進度風險的方法，為更全面地模擬現實情況，提高進度計劃的可控性，保證項目工期和質量提供參考。

水電工程；進度風險；關鍵鏈技術；蒙特卡洛模擬；系統動力學

引言

水利水電工程通過修建大壩水庫，利用河流勢能發電，同時兼有防洪、度汛、航運、旅游、養殖等的綜合作用，是人類科技進步和社會文明的象征，更是重要的基礎設施建設項目，在國民經濟和社會發展中具有舉足輕重的作用[1]。我國擁有4.5萬余條河流（河流數量僅包括流域面積50 km2及以上的河流），目前已建成近10萬座水壩，攔蓄將近9000億m3庫容[2]。在不斷地與水旱災害斗爭的過程中，我國已逐漸發展成為全球大型水利設施最發達的國家。

建設周期長，資源和資金投入量大，受地形地質、水文、氣象條件影響大，施工組織復雜等都是水利水電工程的建設特點，在不可預見性因素繁多的情況下，實際施工進度很難與計劃進度保持一致，很容易導致工程項目工期延誤、項目質量不達標，如何保證完工日期和工程質量，就需要準確地控制施工進度，也就是需要周密的進度計劃，并且盡可能提高計劃的可控性。施工進度計劃的編制是一項關鍵且復雜的工作。其編制要從實際出發，考慮現場條件、施工技術水平、資源分配等有關因素，在合同工期規定的時間內，盡可能做到保證質量、安全、費用等方面的情況下，提高項目竣工率，使項目如期或提前交付使用，以提高建設工程的經濟效益。實際上，施工過程中各項工作之間的持續時間具有不確定性，工作間的邏輯關系也難以確定，極大可能導致施工進度出現偏差，因而，在工期固定或資源有限的情況下，施工進度計劃的準確實施有難度，即具有較大的風險。在項目建設前期，工程人員進行大量地科學分析，多次進行數學模擬，計算出施工進度風險，是決定建設項目能否順利實施的重要因素，對合理控制水電工程施工進度具有重要意義。

對于水電工程施工進度風險的研究前人已做了許多工作，本文在此基礎上對水電工程施工進度計劃的風險研究方法進行綜合整理，吸收國內外工程領域的優秀思想和研究的豐富成果，了解在時代發展中不斷優化創新的風險分析理論、評估方法、應對措施，為更全面地模擬現實情況，提高進度計劃的可控性，保證項目工期和質量提供參考，也為預防施工過程帶來的災害，合理優化其治理方案提供參考。

1　水電工程施工進度風險的定義

水電工程項目的建設具有一定的風險，又因建設周期長、資金投入量大、影響因素多、失事后果嚴重等特點，所以對其進行風險評估具有重大意義，需要工程分析者具備良好扎實的專業知識儲備，以及對工程項目全面透徹地了解，才能做出正確、合理的風險分析，制定適合的項目進度計劃，進而控制項目的完工工期和工程質量，達到盡快實現投資效益的目的。

水電工程施工進度風險是指在規定（計劃）工期內，工程項目實際建設的過程中，該工程進度計劃的實際完工工期超過規定（計劃）完工工期的可能性，即在規定（計劃）工期內，比較實際完工工期和計劃完工工期之間的關系。

其數學計算式可表達為

Pr=P（TC＞TP）

式中：Pr——施工進度風險；TC——實際完工工期；TP——計劃完工工期。

2 水電施工進度風險的影響因素分析

水電工程因其建設周期長、資源投入量大、不確定性因素多、計劃可控性較弱等特點，容易導致實際工期發生變化，造成進度風險。風險識別的首要是進行風險分析，即對水電工程施工過程中的各類影響因素進行排查，運用計算機、模型的分析，對相關因素進行合理估算，獲得風險發生的概率，進而采取有效措施進行風險控制。

通過文獻檢索發現，在水電施工過程中，風險因素可主要分為環境因素（包括自然環境因素、社會環境因素）、資金因素、人為因素（包括業主因素）、材料設備因素、技術因素（包括施工技術因素、勘察設計因素）。

2.1 環境因素

環境因素：水電工程建設過程中，環境風險一般是指自然環境風險和社會環境風險。社會環境風險通常取決于工程項目所處的社會環境，常見的影響因素有移民搬遷、相關的法律法規、金融危機、文化風險（語言障礙）等。自然環境風險指的是施工建設場地的天然狀況，包括水文條件、地形地質、動物棲息地、氣象氣候等。環境因素對建設工程項目的影響伴隨著工程建設的整個周期。

2.2 資金因素

資金因素：資金風險是工程項目建設過程中的重要影響因素。水電工程資金投入量大，建設周期長，需要有完善的資金鏈來保證項目的順利開展。在施工過程中，資金落實不到位、未支付工程款、施工成本與計劃相差較大等，都是產生資金風險的導火索，若不及時采取措施，必然會影響水電工程施工的進度。

2.3 人為因素

人為因素：主要體現在業主因素和組織管理因素兩方面。例如，業主使用要求發生變更，致使設計也要進行相應的變更；應提供的施工場地或所提供的場所不滿足工程正常施工需要；審批手續的延誤；計劃安排不周密，組織協調不順利等。即施工全過程有大量的人員參與，人參與全程，也影響著整個工程，因此必須考慮建設過程中的人為因素影響。

2.4 材料、設備因素

材料、設備因素：如材料、設備、機具等缺乏供應；在品種、數量、質量等方面不滿足施工組織設計要求或與實際所需不符，導致施工設備型號選擇有誤；材料使用的不合理等等均會影響工程的施工進度和施工質量。

2.5 技術因素

技術因素：主要包括勘察設計因素和施工技術因素。水電工程在設計勘察階段，若資料收集有疏漏，未能設計準確，作出的施工設計無法落地實施，則必須進行整改，極有可能導致延誤工期；在工程施工階段，施工工藝不滿足要求，施工技術方案不合理，缺乏施工安全性的考慮等，都會影響工程的施工進度。

3　水電工程施工進度風險分析方法

水電工程施工過程中具有諸多不可預見性，產生風險的影響因素復雜繁多，進度計劃的管控較難。在制定工程項目的施工進度計劃時，不僅要考慮資源的分配問題、工序間的搭接與制約關系等，更要及時進行風險分析，對可能出現的風險進行正確的認識以及提前做好應對措施，提高計劃實現的可能性，保證項目的工期。由此，合理的風險評估在工程項目實施階段，是編制準確施工進度計劃、選擇合適風險管理對策的重要依據。在建設工程的進度控制中，采用了較多的風險分析方法，以下將分別簡述網絡計劃技術、關鍵鏈技術、蒙特卡洛模擬、故障樹分析法、系統動力學及其他方法（DEMATEL-ISM 結合法、基于貝葉斯網絡的施工進度完工概率分析方法、模糊綜合評價法、灰色關聯度分析、模糊神經網絡法、層次－熵值分析組合方法）。

3.1　網絡計劃技術

3.1.1關鍵路徑法

關鍵路徑法（Critical Path Method，CPM）是指工作與工作之間的邏輯關系肯定的網絡計劃技術。在項目管理中，常常結合PERT法和CPM法對項目的工期和進度進行估算，先用 CPM 法求出關鍵路徑，再利用 PERT法計算關鍵路徑上的各個工作的期望和方差，進而得出項目在某時段內完成的概率，從而確定施工進度計劃存在的風險[3]。

3.1.2計劃評審技術

計劃評審技術（Program Evaluation and Review Technique，PERT）是一種雙代號非肯定型網絡分析方法，該方法主要處理工作邏輯關系確定、工作時間不確定的網絡計劃，運用“三時法”估計工作的持續時間，根據關鍵線路算得完工概率，進而確定進度風險。經典PERT法的假設條件存在一定的局限性，難以反映復雜多變的工程實際問題。國內外的學者從多方面對傳統PERT法進行改進與完善，得到更多更切合實際的風險計算方法。

3.1.3圖示評審技術

圖示評審技術（Graphical Evaluation and Review Technique，GERT）是處理邏輯關系不確定、持續時間不肯定的網絡計劃技術，通常運用計算機仿真技術來模擬項目的實際情況。作為分析對象的工作并非全都要實現，僅需符合邏輯關系即可，例如，某些工作可能不進行，某些工作可能只有部分進行，某些工作可能進行多次，某些工作可能存在回路等[4]。

3.2　關鍵鏈技術

1997年，Golratt提出了基于約束理論的關鍵鏈項目管理方法。關鍵鏈進度管理方法（Critical chain project management，CCPM）是基于約束理論的一種工程項目管理新方法[5]，該方法充分考慮了工作與工作之間的邏輯關系，資源沖突和人的行為因素等約束條件。基于“三時法”估算，利用最短路徑法的對偶思想給出關鍵路徑及期望工期最簡單的矩陣表達式，采用以資源優先分配即從末尾往前進行分配調整的原則，通過啟發式算法進一步確定關鍵鏈；結合定量和定性分析，從項目內部和外部兩個方面，考慮多種不確定性因素對緩沖區設置的影響，使得設置的緩沖區更具有合理性，從而盡可能全面地吸收項目的不確定性，確保項目按時完工[6]。

黃建文等[5]考慮施工過程中的施工難度、風險偏好度以及工序復雜程度這三個影響因素，對關鍵鏈技術中緩沖區的設置方法進行改進，在執行改進關鍵鏈進度計劃的基礎上，選取進度偏差率作為監控指標構建了建設工程進度風險動態預警控制模型。根據實例分析表明，在保證較高完工概率的前提下采用改進關鍵鏈技術能有效縮短工程項目計劃總工期，利用進度風險動態預警控制模型對進度執行情況進行實時監控，可以為項目決策者高效準確地提供進度管理決策信息[4]。采用事前事后控制相結合的手段能有效控制不確定性影響因素對工程進度的影響。

3.3　蒙特卡洛模擬

蒙特卡洛法（Monte Carlo Method，MC）以大量影響水電工程施工進度計劃的因素為樣本，通過隨機抽樣，建立相關模型，并對各種影響因素發生的概率模型進行試驗，通過大量計算機仿真模擬，計算項目的完工概率，合理安排進度，最后將試驗結果應用于解決現實施工中的問題。MC法的限制條件少，方法簡單靈活，易于實現和改進，只要模擬次數足夠多就可得到比較精確的數字特征。同時，MC法的局限在于沒有準確的答案，給出的是參數的區間估計。

3.4　故障樹分析法

故障樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）是通過繪制倒立樹狀邏輯因果關系圖，評估復雜系統的可靠性、安全性與預測風險的一種系統安全分析方法，包括定性分析和定量分析。FAT法的關鍵在于分析頂上事件發生的可能性，通過定性分析，考慮影響進度風險影響因素，逐級找出導致頂上事件發生的基本事件，從而確定優化順序；通過定量分析，根據各基本事件的結構重要度，計算出頂上事件的發生概率，量化風險，進而提出各種風險控制方案。

3.5　系統動力學

系統動力學（System Dynamics，DS）是一種從系統的內部結構來尋找問題發生根源的預測和仿真方法。以基于系統動力學分析高拱壩施工為例。首先，通過系統分析，得出施工工藝、工作間的邏輯關系。其次，在施工系統分析基礎上，逐層分解施工進度風險，明確因素間的本質聯系，找出主要風險影響因素，并進行量化分析，從而得到施工進度風險指標體系。之后，基于系統動力學構建施工進度風險演化模型，步驟包括模型假設、進度風險演化因果關系分析、進度風險演化模型構建、模型檢驗。

陳萌等[7]以高拱壩混凝土施工為例，識別進度風險因素，定性分析風險因素間的因果演化關系，采用系統動力學構建高拱壩施工進度風險演化模型，并針對具體工程對進度風險演化路徑和不同演化路徑下的施工進度進行仿真模擬，得出結論，風險因素間的動態演化作用對高拱壩施工進度具有較大影響，不同的風險演化路徑對施工進度影響也不同，為施工管理者提供了決策依據。

3.6　其他方法

3.6.1 DEMATEL-ISM 結合法

黃建文等[8]針對高拱壩混凝土初期澆筑階段施工進度風險因素復雜且不確定性強的問題，提出了基于決策試驗與評價實驗室（DEMATEL）和解釋結構模型（ISM）相結合的施工進度風險分析方法，該法可以有效識別施工進度風險關鍵因素和關鍵作用路徑，為高拱壩混凝土初期澆筑段施工進度風險分析提供了新的解決思路。

3.6.2 基于貝葉斯網絡的施工進度完工概率分析方法

黃建文等[9]結合貝葉斯網絡與進度計劃網絡，構建貝葉斯進度網絡，并且考慮貝葉斯網絡在節點取值和概率計算方面的優越性，并結合工程項目的不確定性及復雜性特點，建立該模型。陳瑞等[10]基于模糊貝葉斯網絡的工程項目進度完工概率分析，先根據專家的模糊語言描述及積分值法確定根節點的概率和各父節點的條件概率，然后將其運用到貝葉斯網絡推理計算網絡計劃完工概率[9]。

3.6.3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是以模糊數學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些不易描述的因素定量化，進行綜合評價的一種方法[10]。其基本思想是利用模糊線性變換和隸屬函數作為橋梁，將不確定的、模糊的非量化因素加以量化，進而運用傳統數學方法對事物及其相關因素做出合理的綜合評價[11]。該方法廣泛應用于經濟管理、氣象預報以及施工風險分析等眾多領域。

3.6.4 灰色關聯度分析

李浩平等[12]以灰色關聯度為標準確定影響中小型水庫大壩安全的主要因子，構建合理的中小型水庫大壩安全評價指標體系，為大壩安全評價的指標優化提供了新的思路與研究方向，具有較高的理論與實用價值[13]。

3.6.5 模糊神經網絡法

劉帥等[14]基于模糊綜合評價和BP神經網絡建立了水電工程施工安全隱患評價模型，構建了一個具有多層次和多指標特性的水電工程施工安全隱患診斷指標體系，提出了重大、較大、一般、較小以及輕微的5個等級劃分。

3.6.6 層次－熵值分析組合方法

呂剛[15]應用層次－熵值分析組合方法，對水利工程施工進度風險模糊因子動態識別，以遼寧某水利工程為實例，研究影響施工精度各風險因素的組合權重，并對主要風險因子進行了動態識別，針對風險影響因子提出相應的解決措施，為水利工程施工提供風險防御及進度控制的分析依據。

4　結束語

隨著風險管理理論和實踐研究不斷地取得較大進展，尤其是計算機技術的不斷發展以及對模型研究的不斷深入，工程施工進度風險的研究方法也在不斷地優化創新，本文較為全面地整理了水電工程的進度風險評估方法，包括網絡計劃技術、關鍵鏈技術、蒙特卡洛模擬、故障樹分析法、系統動力學和其他方法（DEMATEL-ISM 結合法、基于貝葉斯網絡的施工進度完工概率分析方法、模糊綜合評價法、灰色關聯度分析、模糊神經網絡法、層次－熵值分析組合方法），這些方法不僅是科學的分析方法，同時也是科學的動態控制方法，可為施工管理者在工程項目的規劃、工程進度計劃的制定、進度完成情況的監測等方面提供可靠的參考依據。未來更多的實際工程中將采用更多層出不窮的新方法，我國水電工程項目的進度風險分析方法無疑將更加豐富。

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Review on Risk Analysis Methods for Construction Schedule of Hydropower Projects

In the process of hydropower project construction, construction schedule and risk calculation are very important analysis work. The basic idea of analyzing the project schedule risk is to quantify the possible risks in the construction process, establish a model, use computer simulation technology to simulate, and describe the degree of schedule deviation caused by different risk factors or the impact on the smooth realization of the schedule. Combined with the possible risks in the construction process of hydropower projects, this paper summarizes and sorts out the methods of calculating the schedule risk, so as to provide reference for more comprehensively simulating the actual situation, improving the controllability of the schedule and ensuring the construction period and quality of the project.

hydropower projects; schedule risk; critical chain technology; Monte Carlo simulation; system dynamics

TV5

A

1008-1151(2022)06-0034-04

2022-03-06

彭佳玉（2001－），女，三峽大學水利與環境學院學生，研究方向為工程管理風險評估與決策。