1.2 相关研究现状与进展

1.2.1 工程项目进度动态控制研究

进度控制是一个不断进行的动态控制，也是一个全过程是计划、实施、检查、比较分析、确定调整措施、再计划的循环过程。其目标就是确保工程项目的既定目标工期的实现，或者在保证工程质量和不因此而增加工程实际费用的条件下，适当缩短工程工期。网络计划技术是现代管理科学总结出的一种比较有效的施工管理方法。它的总体思路是以缩短工期、提高效率、节省劳力、降低成本消耗为最终目标，通过较为形象的时间关系图（网络图）来表示预定计划任务的进度安排及其各个环节之间的相互关系，并在此基础上进行系统分析，计算时间参数，找出关键线路，然后利用时差进一步改进实施方案，以求得工期、资源、成本等的优化。自关键线路法（Critical Path Method,CPM）和计划评审技术（Project Evaluation and Review Technique,PERT）产生以来，为适应各种情况的需要，网络计划的形式有了很大发展，到目前为止已出现了4种类型（按结构是否肯定和活动时间是否肯定来划分）几十种方法，如：20世纪60年代首先在美国出现的搭接网络技术 （Precedence Diagram或Precedence Network，PD或PN）；同期出现的决策网络技术（Decision CPM），将决策点和决策变量引入网络中；图示评审技术（Graphical Evaluation and Review Technique，GERT）不仅计入网络时间参数的随机分布，同时还考虑网络逻辑的随机因素；GERT和排队论（Queuing Theory）相结合，产生了循环操作网络技术（Cyclic Operation Network）；风险评审技术（Venture Evaluation and Review Technique，VERT）起源于20世纪70年代，它能对发展项目的随机性活动同时进行时间、费用和性能的综合定量分析，并对可能发生的风险给出概率估计，为方案的评估、决策和计划、控制提供依据。

近年来，国内外许多知名学者对进度控制做了更进一步的研究。徐哲等研究了基于网络计划活动的时间、费用是随机分布，且活动持续时间上费用分配非均匀分布的工期固定-单资源均衡优化问题。胡长明等提出了综合进展率的进度控制参数，并以实际综合进展率为原始数据，建立灰色GM(1,1)模型(Grey Models,GM)进行进度预测。吴伟军等引入混沌理论中的相关知识，提出了工程建设项目进度控制的方法。王大伟等运用关键链项目管理(CCPM)法的基本思想，在资源约束条件下对水利工程项目的进度控制进行了研究。张平针对堆石坝施工过程的随机性和经验性强的特点，提出了填筑单元划分优化及机械分配规则，建立了基于填筑单元划分的填筑层施工工期与机械利用率联合优化模型。刘庆娟等结合项目施工的特点和实际情况，构建了施工单位进度控制评价模型，用改进的层次分析法确定各指标的权重，结合模糊综合评判法，对评价指标进行综合评判。陈曼英等采用故障树分析方法，根据建设-移交(Build-Transfer，BT)项目的特点，对影响项目进度的原因进行逐层分解，建立了BT项目进度风险分析的故障树模型。刘奎建针对地下洞室群施工进度控制的特点，提出了基于实时仿真的地下洞室群施工方案评价与进度预测方法以及地下洞室群施工进度的偏差影响分析方法和动态调整与控制方法；钟登华院士等提出了基于实时监控的高堆石坝施工进度影响因素实时分析方法，建立了多元线性回归模型分析各影响因素与施工进度的相关性，为堆石坝施工进度的实时控制提供了分析手段和科学的决策依据。马洪琪在建立高混凝土坝施工进度实时控制数学模型基础上，提出了施工进度实时预警与动态调整方法。Lee H S和Ryu H G等人应用了进度偏差计算方法，Wilde E应用了进度管理方法(如S曲线法)，均从整体上把握了工程进度与费用支出情况。Danny J J考虑施工过程的不确定性，从工程进度风险角度来研究进度控制的方法。

1.2.2 工程项目进度风险分析研究

当前，我国已经把增加投资作为拉动经济增长的重要手段，一系列重大项目已经或将陆续启动，如南水北调工程、西气东输工程以及已经完成的三峡工程等特大型工程。蓬勃发展的工程项目建设，需要有与之相适应的项目风险管理水平，特别是施工进度风险的控制，而国内外由于风险事件导致项目遭受巨额损失的例子比比皆是。到目前为止，由于技术水平低、风险投资控制不力、信息沟通不畅等种种不重视项目风险管理的行为导致我国很多工程项目处于效率低、效益差的尴尬局面，其中很大一部分项目实施过程和结果超出原来的预期，如项目投资超支、工程延期等。在经济全球化的背景下，国际化的竞争日趋激烈，随着我国经济进一步融入世界经济，我国也将有更多的机会享受平等权利，参与国际市场的竞争。加强项目风险管理方面的研究，在吸收西方国家先进管理经验的基础上，提出适合我国国情的风险管理方法和技术，无疑有着重要实际意义。

工程项目投资建设的过程，实际上是一个充满不确定性因素、风险丛生的过程。特别是对于一些大型工程项目，若投资决策失误或风险预防控制不力将带来灾难性的损失。无论是业主、承包商还是金融机构都应该在实践活动中加强对风险的认识。在学术界，项目风险管理已得到了相应的发展，有关风险识别和风险控制的方法相继涌现，对风险加以识别、评价与控制，已经成为项目管理的重要组成部分。许多西方经济学家卓有成效的研究工作，进一步推动了风险管理的研究，而风险识别、风险评估、风险控制和风险决策已成为国内外政府机构、企业界和学术界关注的焦点和研究热点。

随着工程项目风险管理研究的蓬勃发展，项目进度风险分析作为建设项目风险管理最重要的内容之一，也受到广泛关注，国内外很多学者专家都对此进行过深入研究，提出了很多风险分析方法和模型。目前用于项目进度风险分析的方法主要有计划评审技术、故障树分析、概率分析法、模糊网络计划、随机网络计划技术、蒙特卡罗法和贝叶斯理论分析技术等。但是这些方法本身都存在一定的局限性，而且由于一些模型技术的使用过于复杂、需要较深的数学知识、数据量大且难采集等原因，在工程实践中，被应用到实践层面的科学技术较少。据Akintol等人的研究表明，实际工程的施工进度风险管理主要还是依赖于工程技术人员的直觉、判断和经验。

1.2.3 工程项目进度优化研究

工程项目进度计划编制完成之后，项目管理者需要考虑如下问题：该计划是否符合建设工期的要求?资源供应是否能满足进度计划的要求?在编制进度计划时很难全面解决上述问题，因此，需要对进度计划进行优化，在满足各个约束条件的前提下，按照选定的目标，不断改进网络进度计划，寻求更优的方案。工程项目进度优化包含的主要内容有工期优化、资源优化和多目标优化。工期优化主要是在一定的范围内通过增加资源以缩短工期，即工期-费用优化问题；资源优化主要包括“资源有限-工期最短”“工期固定-资源均衡”两类优化；多目标优化主要是结合工程项目的工期、成本、质量3大目标及资源、效率等问题开展多目标均衡与优化研究。

随着经济和社会的发展，在经过了过去几十年的研究以后，工程进度优化问题的解决已经有了很大的进展，在很多方面都得到了丰富的成果。工程进度优化问题中最早得到研究的一类问题是确定型的工程进度优化问题。Kelley第一个给出了工程费用和子项目执行时间之间的函数关系，从而建立了工程进度优化问题的数学基础。随后，Kelley给出了一种方法来解决一类最小化工程总费用的确定型工程进度优化问题。自此以后，许多学者都对“工期-费用”优化问题进行了研究，并采用各种不同的优化方法解决了这类工程进度优化问题。Amr Metwally El-kholy在建立工期-费用优化模型时，考虑了资金时间价值，并采用遗传算法对该模型进行求解，取得了令人较为满意的优化效果。李爱民和杨凡、何正文分别从业主和承包商的角度，在考虑资金时间价值的基础上，对工期-费用优化问题进行深入的分析研究。

对于资源优化问题，郑惠莉提出了一种解决工期最短时资源均衡问题的网络计划算法：利用逐步生成的思想，用当前计划的目标函数值和各资源需求峰值来限制生成过程中产生的可行部分计划的峰值，从而不断求得资源使用均衡性更好的网络计划。季节等对“工期固定，资源均衡”问题提出了逐步调优法，通过计算非关键工序平衡性指标的变化量作为工序能否移动的依据，并制定了优先推迟规则。邓雪松指出：在工期限制下进行网络计划资源均衡优化时，以方差最小作为优化目标，按从右至左方向进行，利用非关键路径上各项工作的自由时差或总时差，按同一结束节点的非关键工作的移动次序选择的多种算法，分别进行优化，再从中选出方差最小者作为最优方案。姚玉玲、贺晋荣在最小方差法中引入“非关键工序组”的概念，通过对单一工序调整过程的分析，论证了将初始总时差相同的非关键工序视为一个整体进行同步调整的可行性，提出了相应的判别公式、调整原则和方法，提高了资源优化的速度。蒋根谋基于仅有施工工艺逻辑关系的CPM初始计划，提出了一种新的多资源约束下施工计划优化计算方法——枚举式分枝切割法(Enumerative Branch and Cut,EBAC法)。冯勇、侍克斌针对多种资源进入施工网络时的最佳时间不同，研究了模糊综合相似优选法应用于施工网络中多资源均衡问题，首先按单一资源均衡优化方法对多资源逐个优化，再利用模糊综合相似选择法寻求满意解。姚玉玲对网络计划资源均衡优化中缩方差法的工序调整计算公式进行了修正，减小了优化过程的工作量。

关于多目标优化问题，我国也取得了不少成果。吴帅、任世科在研究工期-费用-质量和工期-费用-资源均衡优化问题时，考虑了资金时间价值，以净现值为目标更加合理。随着计算机技术的提高，一些学者开始运用智能算法来求解项目进度优化问题。陈永强、罗岳斌、张静文、马军杰等人分别采用遗传算法、蚁群算法、粒子群算法以及混合智能算法对进度优化问题进行求解，从而验证了运用智能算法对进度优化问题进行求解的有效性和优越性。张伟波和张勇提出基于多目标优化的施工机械设备优化配置方法，建立了多目标优化的数学模型，使用线形加权和法进行求解。毕玉峰等利用遗传算法对工程进度优化中的资源均衡优化问题进行了探讨，给出了利用遗传算法对整个问题的求解设计思路。王首绪建立了遗传算法的数学模型，研究了遗传算子和求解的边界条件，将资源的消耗数量进行数字化，从而获得多种资源数字的合成分布。钟登华对削峰填谷模型、最小方差模型和改进的遗传算法模型进行对比分析，然后将3种模型应用到某大型水电站地下洞室群施工系统资源优化中，通过实例说明，遗传算法模型相对最优。牛东晓和乞建勋对工程网络资源平衡的遗传算法的缺陷进行了分析，提出了聚类分析优化遗传算法，实现了自适应连续优化搜索。田军从遗传算法基本原理出发，设计出带有修复算子的约束优化问题求解方法，用于网络计划资源优化。

此外,还有多位专家学者研究包括质量、成本、效率等的多目标综合优化。张丽霞、侍克斌研究了施工网络进度计划多目标优化模型，用多目标决策理论来解决各优化目标之间的矛盾性。范良宜结合实例，探讨了建筑工程施工网络计划资源有限、工期最短的直接优化方法，并推导出资源有限的动态优化方法和资源、工期、费用的综合优化方法。李学忠、王国栋、郑尚龙等提出了一种基于由质量、成本、效率、均衡性生产4个目标综合形成的目标函数的道路施工机械资源优化配置方法。胡利超提出了施工网络计划中多种资源均衡优化，同类资源中总体与局部同时均衡优化，以及两种情况共存的均衡优化的方法。

1.2.4 BIM技术及其应用研究

BIM技术在近十几年逐渐成为建筑行业研究的热点，国外在BIM技术的应用和研究方面起步较早，在应用BIM技术进行进度管理的研究领域也十分活跃。1996年，美国斯坦福大学的Martin Fischer及其研究中心CIFE（Center for Integrated Facility Engineering）首先提出了4D理论，并推出了CIFE 4D-CAD系统。1998年，CIFE发布了4D应用系统4D-Annotator，在该系统中，实现4D技术与决策支持系统的有机结合，借助4D显示功能，管理者能够直观地发现施工现场潜在的问题，大大提高了对施工状况的感知能力。2003年，CIFE又开发了新的4D产品模型PM4D（Product Model and Forth Dimension），该系统可以快速地生成建筑物的成本预算、施工进度、环境报告以及建筑全生命周期成本分析等信息，还可以通过虚拟现实技术实现产品模型的3D可视化以及4D施工过程模拟。此后，有关4D理论及4D-CAD应用的研究成果大量涌现，商品化软件也逐渐面市，国外一些施工单位在招投标和施工管理中，开始使用4D-CAD技术。目前，CIFE正致力于将4D信息模型概念应用于整个A/E/C （Architecture/Engineering/Construction） 领域中，发展基于网络的分布式管理工具，构建一个全数字交互工作室（Interactive Room），使施工的各参与方能够实时的开展协同工作。国内在这方面开展研究的主要代表有以清华大学张建平教授为首的课题研究组，他们从1991年就开始建筑施工计划3D可视化和动态管理方面的研究，于1995年开发了GCPSU（Graphics for Construction Planning and Site Utilization）系统。

与此同时，许多软件公司也陆续推出了基于BIM的解决方案软件。Autodesk公司发布了Revit、DWFComposer、Civi13D三维设计软件；Bechtel公司深入研究了施工进度模拟的应用，扩展了三维MTM系统，实现了建设项目进度计划编制、进度模拟分析等功能；Autodesk、Bentley、Graphisoft 3大公司基本占领了BIM设计应用软件领域。为了实现各软件之间数据信息的整合和应用，对于IFC标准的研究也随着展开。基于IFC标准的BIM模型能够在建设项目的全寿命周期得到应用，设计师完成3D模型的建立，施工管理人员可以将编制的进度计划与3D模型关联，建立基于BIM的4D模型。Tauscher和Mikulakova提出了基于IFC标准来创建施工进度计划的方法，使项目管理者可以依靠模型中的信息完成进度计划的制订，并以此实现4D施工模拟。

在施工过程中的实时信息获取方面，很多学者结合RFID、Laser Scanning等技术为自动化的数据收集提供解决方案。Chin等人利用RFID技术对采用钢结构的建设项目进行进度数据的收集，并将进度状况可视化地展示出来。Elbeltagi和Dawood提出BIM和GIS相结合的方法，使用4D模型和谷歌地图实现项目进展的可视化，并以此来进行进度偏差的分析。Omari和Moselhi综合运用条形码技术、RFID、Laser Scanning等技术实现对施工过程中的数据自动化采集。随着信息技术和移动互联网的快速发展，人们可以利用先进的互联网、云技术等方法来收集实时数据，更新信息模型。Davies和Harty对一个医院项目进行实例研究，提出了“Site BIM”的概念。现场管理者可以使用平板电脑、智能手机等设备及时更新模型中的信息。Matthews提出利用云技术建立云BIM模型，以此来及时传递动态的进度信息。

为了提供给承包商可视化程度更高的实时进度信息，Tserng提出在互联网上建立BIM协同管理系统，在系统平台中实时分享已完成工程的进度信息，追踪进度计划的实施。为了更有效地进行进度控制，成本、资源等与进度有关的因素需要被考虑，实现进度-成本联合控制成为必须研究的课题。Feng等人基于CAD平台建立多维的信息模型，通过遗传算法选取优化方案，编制合理的进度-成本计划来指导项目管理工作。Azimi等人建立了基于RFID技术的自动化采集的进度监控系统，并通过挣值分析方法对项目进度-成本绩效进行分析，应用于钢结构的建设项目中。

在BIM技术的研究应用方面，国内正处于探索阶段，其应用还没有得到大规模系统化的推广。不过由于国家的鼓励和支持，近几年，国内对于BIM技术在施工管理过程中的应用已经成为热点。总结起来，国内研究中有关该问题的成果主要集中在4D施工模拟的实现、基于IFC标准的信息模型建立以及对进度管理模型的整体应用框架方面的研究等。在4D施工模拟的实现方面，张建平所在的清华大学研究组从1991年开始，研究将CAD技术与4D模型理论应用在建筑施工管理领域。其开发的4D项目管理系统可以将进度计划与建筑物的3D模型相链接，并集成相关的资源信息，实现整个施工过程的可视化模拟。在对国内基于BIM进行的项目进度计划和控制的现状加以研究的基础上，何晨琛提出基于BIM的进度控制平台构架以及实施流程。通过数据接口模块连接三维数据模型与四维进度信息，以实现进度计划的编制、动态检查优化、三维可视化以及进度报表的生成。袁振民建立了基于BIM与网络计划技术的施工进度-成本架构体系和优化模型，充分发挥现代信息技术与传统经典方法理论的优势，进一步提高了工程建设的信息化水平。