第1章
绪论

1.1　研究背景

建设工程项目管理决策支持的研究近年来受到项目管理协同化、信息化、智能化以及装配式建筑工业化等发展趋势的影响，工厂化生产、装配式建筑、集成项目交付模式（IPD）、全过程咨询等新的产业变革正在推行，重大工程将继续成为创新的主战场。同时，重大工程项目管理应尽可能向其他行业领域学习，充分利用信息技术革命和产业变革成果，探索“互联网＋”融合“智能＋”，丰富重大工程管理的现代化手段（乐云等，2019）。在此行业和理论发展的背景下，笔者运用数字化和智能化的科学方法和技术手段，建立和提出可适用于快速建造模式的施工运输和资源配置的模型和方法。

1.1.1　行业背景

我国住房城乡建设部发布《2011—2015年建筑业信息化发展纲要》，提出施工类企业信息化建设目标是“优化企业和项目管理流程，提升企业和项目管理信息系统的集成应用水平，建设协同工作平台，研究实施企业资源计划（ERP）系统，支撑企业的集约化管理和持续发展”。《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》提出，施工类企业信息化的主要任务是“推进企业管理信息系统建设，完善并集成项目管理、人力资源管理、财务资金管理、劳务管理、物资材料管理等信息系统，实现企业管理与主营业务的信息化。有条件的企业应推进企业管理信息系统中项目业务管理和财务管理的深度集成，实现业务财务管理一体化。推动基于移动通信、互联网的施工阶段多参与方协同工作系统的应用，实现企业与项目其他参与方的信息沟通和数据共享。注重推进企业知识管理信息系统、商业智能和决策支持系统的应用，有条件的企业应探索大数据技术的集成应用，支撑智慧企业建设”。可见，住房和城乡建设部在“十二五”期间对施工企业信息化发展的要求主要是优化管理流程和资源计划；在“十三五”期间则进一步要求施工阶段多参与方加强信息沟通和协同工作，应用智能化和决策支持技术做好建设工程项目管理。

此外，《2016—2020年建筑业信息化发展纲要》在建筑产业现代化方面提出，“加强信息技术在装配式建筑中的应用，推进基于BIM的建筑工程设计、生产、运输、装配及全生命期管理，促进工业化建造。建立基于BIM、物联网等技术的云服务平台，实现产业链各参与方之间在各阶段、各环节的协同工作”。沪建建材（2016）601号文提出：“2016年起，除下述范围以外，符合条件的新建民用、工业建筑应全部按装配式建筑要求实施，建筑单体预制率不应低于40%或单体装配率不低于60%。”其中，装配式建筑包括装配式混凝土建筑、装配式钢结构建筑、装配式木结构建筑及各类装配式组合结构建筑等，具有施工快、成本低、建筑质量好及现场污染少等优点，在建筑行业获得越来越广泛的应用。装配式建筑需要将工厂生产的预制部品部件在工地进行现场装配，对建筑设计、生产、运输和施工各环节的信息化协同要求更高。可见，装配式建筑相比传统的非装配式建筑，其对施工运输管理信息化、图形化和计算机辅助决策的需求也更迫切，更适用于公共应急情况的快速建造场景。

住房和城乡建设部与国家发展改革委等13部门联合印发《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》（建市〔2020〕60号），提出“加快推动新一代信息技术与建筑工业化技术协同发展，在建造全过程加大建筑信息模型（BIM）、互联网、物联网、大数据、云计算、移动通信、人工智能、区块链等新技术的集成与创新应用”。在政府指导和建设行业需求的大背景下，建设工程施工运输管理的信息化正在向多阶段决策支持的智能化和多参与方数据共享协同化的方向发展。同时，随着装配式建筑的大力推广和应用，对建设工程施工运输管理的信息化和智能化需求也越来越大。

1.1.2　管理现状

建设工程施工场内运输一般分为垂直运输和水平运输。而施工运输管理的关键在于针对施工运输中的矛盾，提出相应的解决方法。施工运输管理可大致划分为针对小型运输设备的日常运输管理和针对大型运输设备的集中运输管理。另外，施工运输管理作为施工管理的子集，它们之间存在相互依赖和制约的关系。因此，施工运输管理面临的主要问题可分为以下两类：以水平运输为主的日常运输管理问题和以垂直运输为主的集中运输管理问题。

1）施工场内的水平运输管理问题

施工过程场地管理是指针对某个分部分项工程的施工工艺，在该工艺流程的施工过程中，进行合理的场地配置，其中包括对操作人员的工作场地安排、临时建筑材料堆放位置的选择、有效的建筑材料运输路线规划和处理场地冲突问题等。

施工场内水平运输与一般的道路交通运输相比，没有太多人流和代步交通工具的干扰，但其运输物料较为复杂，包括大量土石方工程的挖填运输、预制构件的安装运输、砂石骨料与混凝土的浇筑运输等。而这些运输任务与施工工艺、施工进度有着密切的关系。

水平运输管理的核心是确保施工运输计划与施工进度计划间的有效数据交互和沟通交流。在理论层面，施工运输计划的输入数据来源于施工进度计划，而施工进度计划受到施工运输计划的约束，两者的数据具有迭代交互的特点。然而，在实际工程的施工组织设计中，施工运输面临的问题主要是场地运输布局的设计问题。现阶段，施工进度的管理方式仍然是根据传统任务分解后的工艺约束制订进度计划，并由管理人员结合自身经验指导现场施工运输管理的传统模式。这样的进度计划往往只是为了计划而计划，对现场施工运输管理的指导作用不大。因为水平运输任务受施工工艺约束，如果运输物料未能按照施工工艺的顺序到达作业面，势必会影响施工进度，甚至可能形成安全隐患。若运输物料过早到达施工工作面，则会减少作业空间，影响施工；若物料到达太迟，则会延误工期，发生窝工现象。可见，实际工程中普遍存在缺乏思考施工进度计划与施工运输计划两者数据迭代交互特点的问题。

2）施工场内的垂直运输管理问题

在建设工程项目施工中，有大量建筑材料、构件和设备需要垂直运输到施工作业面。凡具有垂直（竖向）提升（或降落）的物料、设备和人员功能的设施（设备）均可用于垂直运输作业。此类设备大致可分为五类：塔式起重机、施工电梯、物料提升架、混凝土泵和其他小型起重机。其中，可见固态物、大型构件及人员垂直运输的主要设备为塔吊和电梯。

在实践中，施工单位根据经验计算出相应运输任务荷载所需施工电梯或塔吊的数量。但由于实际施工过程的不确定性，会出现预估施工电梯或塔吊被闲置或配备不足，造成成本浪费和进度控制困难等情况。其主要原因有二：一是传统模式下施工电梯或塔吊的调度计算方法太过粗略，而施工电梯或塔吊的运输能力受到进度计划、待运货物量、货物到场时间等动态因素的影响，使得调度管理的计划赶不上变化；二是传统的施工项目管理中对项目动态信息的掌握程度低，很难精确地计算出各阶段、各任务的运输需求量，使得电梯或塔吊调度计算不能完全依靠计算机，只能凭借经验粗略估算。

现阶段，国内垂直运输任务的组织管理主要采用定期集中会议的形式，进行各方信息交流并制订运输计划。在满足运输设备使用强度及各个项目和阶段施工进度计划安排的前提下，选定合理的时间跨度，组织需要使用设备的单位或团队负责人，提出各自对运输设备工作区域和使用时间的要求。会议负责人再根据项目整体计划和各方协调结果，提前制订出各方在某一时间段内的运输设备使用计划。这种传统的组织管理模式在实践中是可行的、有效的。但是，这种组织管理模式的执行效果却是不太稳定的，往往更依赖于管理者的专业技术、管理水平、实际操作经验等个人能力。相对而言，成熟的信息化和智能化建设工程管理方法更加稳定，易于传递和迭代，不因建设项目的竣工而终止。

3）现阶段施工管理的新技术

计算机技术在我国施工管理中主要用于施工进度模拟、施工组织模拟、数字化建造、物料跟踪、交叉施工配合及数字化验交等方面，并且建立了以派工单管理为核心的施工进度管理体系，初步实现了基于三维模型的精细化协同管理。该模式以传统的施工总体计划为载体，采用BIM技术进行月计划、周计划、派工单管理；通过将施工总体计划按照轴网区间进行分解和编制，实现其与BIM模型的关联。在此基础上，创建符合实际施工进度的周计划，并依托“派工单”，实现对施工计划、施工进度、施工人员、设备材料、质量控制、档案资料生成进行全面有效的精细化管理。派工单式的精细化管控可以为施工运输数字化管理提供数据支持。

1.1.3　研究现状

在经济发展水平不断提升和社会需求不断增加的情况下，我国大型工程项目的数量日益增多，项目规模日趋庞大，项目的复杂性也日渐凸显。而项目目标难以实现，项目决策难以推进，与项目的复杂性密切相关（何清华，2011）。由此可见，理解项目的复杂性并积极制订对策对项目管理非常重要。那么，何种特征的项目可以界定为复杂性项目呢？项目复杂性主要是由项目的不确定性、组织间的相互依赖性、技术复杂性等属性构成的，是复杂项目管理中最为复杂的概念之一（Remingto et al.，2009）。现阶段，降低项目复杂性的研究趋势是通过分层细化管理，借助相应的计算机技术，合理优化整个项目管理的所有层面，以此提升大型复杂项目的管理效率。

1）复杂系统的理论研究现状

一般而言，复杂系统首先是指系统性能的复杂性，即系统输出变化的复杂性。此外，复杂性也指系统结构的复杂性、组成系统实体的复杂性及实体之间作用与关系的复杂性。系统性能复杂性是复杂性的标志，而结构、实体的复杂性则是复杂性的成因。

复杂系统的涵盖范围较广，如蚁群、生态、胚胎、神经网络、人体免疫系统、计算机网络和全球经济系统等。在以上所有系统中，众多独立的要素在许多方面相互作用。这些无穷无尽的相互作用使每个复杂系统作为一个整体具备了自组织特征。约翰·霍兰德（John Holland）把这类复杂系统称为复杂适应系统（陶倩等，2008）。

复杂适应系统理论被认为是“21世纪的新科学”，属于“第三代系统思想”，其所提出的系统理念不仅完全颠覆和替代了传统的研究范式，而且也有别于早期的系统思想。而所谓适应，就是个体与环境之间主动的、反复的交互作用（谭跃进等，2001）。

2）运输系统工程理论的研究现状

运输系统工程理论以系统工程理论为基础，通过描述系统元素的特征及功能，反映元素之间及元素与外部环境之间的相互作用而产生的影响，可根据不同的运输系统目标和约束条件提出相应的适用方法。运输系统工程理论以微积分、数值分析、概率统计、优化技术、图形和网络理论等数学理论为基础，也涉及交通流量理论和排队论等其他理论。从设计角度看来，该理论可应用于城市规划、运输经济、空间系统分析和控制工程等领域；从实施管理的角度看来，该理论可应用于交通工程、运输基础设施工程和车辆工程等领域。

运输系统工程以一定的假设条件和有限的函数关系建立供应模型（运输服务和性能）、需求模型（交通需求和系统使用者需求）和供应需求交互模型。整个过程由重审运输系统目的、划分运输系统的边界条件、分析运输系统的结构和系统内外的相互影响、建立运输系统目标预测和优化控制的模型、获得运输系统综合评价和辅助决策的方法等环节构成。

在过去的30年中，运输系统工程学受到人工智能、计算智能、网络科学、数据挖掘等计算机科学与技术发展的影响，融合交通仿真、系统动力学、决策支持系统、从定性到定量的综合集成研究、人工系统等方法，具有显著的交叉学科特征（Wang，2010）。

综上所述，从研究问题的复杂性到研究方法的综合性，运输系统工程的研究可根据个体与环境的交互，聚焦核心研究问题，融合学科交叉特征，探索适用的模型和方法。