基于四元耦合技术的北京大兴国际机场工程进度总控实践.pdf

建筑经济CONSTRUCTION ECONOMY第 44 卷第 S1 期2023 年 7 月Vol.44 No.S1Jul.2023摘要：针对北京大兴国际机场进度动态管控面临的难题，结合系统论、控制论、组织论、信息论，采用四元耦合技术即目标耦合、任务耦合、组织耦合、信息耦合来解决这些问题，并结合大兴机场工程实践展示了四元耦合技术的应用。关键词：目标耦合；任务耦合；组织耦合；信息耦合；进度总控中图分类号：TU723文献标识码：A文章编号：1002-851X（2023）S1-0167-06DOI：10.14181/ki.1002-851x.2023S1167Progress Control Practice of Beijing Daxing International Airport Project Based on Four-Element Coupling TechnologyDING Kanran1，LI Lei2（1.Beijing New Airport Construction Headquarter，Beijing 102601，China；2.School of Economics and Management，Tongji University，Shanghai 200092，China）Abstract：Aiming at the difficulties of dynamic schedule control of Beijing Daxing International Airport，combining system theory，cybernetics theory，organization theory and information theory，this paper adopts the four-element coupling technology of target coupling，task coupling，organization coupling and information coupling to solve these problems.Combined with the engineering practice of Daxing Airport，the application of four-element coupling technology is demonstrated.Keywords：target coupling；task coupling；organization coupling；information coupling；overall schedule control1引言北京大兴国际机场（以下简称“大兴机场”）是融合了航空、铁路、城市轨道交通的综合交通枢纽，具有工程规模巨大、多投资主体、投资数额庞大，工程技术含量和数字化要求高，工程建设程序复杂、工期紧张，工程组织复杂、协调工作量大，风险预测、评估与控制的必要性高等特征。这也导致了大兴机场综合交通枢纽工程进度管控与一般项目有很大不同，难度更大。2018年上半年，民航局提出“2019年6月30日竣工、2019年9月30日开航”（以下简称“630”和“930”）的总目标时，按照当时的项目进展情况实现这个目标几乎不可能。建设管理者在进度管控中面临着以下难题：1）如何科学地实现工程和组织系统之间的统筹平衡，使得工程界面、组织界面与任务界面之间的问题得到良好处理，制定兼具科学性和实践性的多层级、多区域、多主体的进度计划体系。2）如何采用科学高效的进度跟踪方法实现进度的有效跟踪与控制，减少工程和外部环境的复杂性和不确定性对进度带来的负面影响。3）在大兴机场治理层级控制系统内部耦合机制的基础上，如何实现进度管控组织与现有组织的深度耦合，实现组织间的高效协同联动。4）面对传统的线下信息管理及管控模式低效率，如何借助现代化信息技术实现大兴机场工程的信息综合管理和线上闭环控制。解决以上难题是对大兴机场进作者简介：丁衎然，硕士，主要研究方向：工程管理、混凝土结构。李蕾，硕士研究生，主要研究方向：工程管理。基于四元耦合技术的北京大兴国际机场工程进度总控实践丁衎然1，李蕾2（1.北京新机场建设指挥部，北京 102601；2.同济大学经济与管理学院，上海 200092）建 筑 经 济2023年168行动态管控的关键所在。工作结构分解技术（WBS）、计划评估和评审技术（PERT）、关键路径法（CPM）等传统进度管理方法仍然是目前国际工程界普遍采用的进度管理方法，然而现有理论研究和实践经验仅能满足面向单一外界条件约束、单一投资主体和单一工程系统的进度管理问题，远不能满足当下综合交通枢纽工程进度管控的客观要求。为此，民航局、北京新机场建设指挥部联合同济大学对大兴机场进行总进度综合管控，基于大兴机场综合交通枢纽这一超巨型复杂系统工程的内生特征、组织模式、管理过程及制度与经济环境，结合复杂性理论、控制理论、信息理论和系统理论，形成了进度管控的总控机制（如图1所示）。总控技术应用“系统之系统”思维，综合系统论、控制论、组织论、信息论，实现了目标耦合、任务耦合、组织耦合和信息耦合，也即四元耦合技术，使大型航空交通枢纽工程进度管控难题得到破解，大兴机场得到顺利投运。因此本文将详细阐述四元耦合技术，并结合大兴机场进度动态总控的实践进一步揭示技术的应用，为进度动态总控的技术发展提供新的视角（如图2所示）。2四元耦合技术四元耦合技术中，目标耦合实现了进度目标的制定与统筹；任务耦合厘清了任务间的逻辑关系，对过程实施跟踪与控制；组织耦合融合了我国情境下重大工程治理的优越性与项目总控的高效性，为进度管控提供组织基础和保障；信息耦合作为进度管控的信息底座，发挥信息流引导物质流的作用，为目标、任务和组织耦合提供信息支持。2.1目标耦合进度管控团队创新性地研发了面向建设运营一体化的进度结构化分层迭代技术，科学制定与统筹多进度目标，实现进度计划体系的目标耦合。关键技术思路图如图3所示。采用基于案例库的结构化编制技术，形成现有机场的初步进度计划目标体系。采用基于时空资源配置的进度多层次分解技术，自上而下逐步分解形成总进度纲要、总进度计划、项目进度计划和项目实施计划等多层次嵌套的进度计划体系，并将各层次计划目标纳入同一管理体系，满足整体统筹、逐级分解的要求，实现了自上而下逐级嵌套的计划目标体系和自下而上的执行计划自动汇总功能。采用基于界面、资源等多要素的总进度计划迭代优化技术，基于工程、专业、组织界面及各种人、机、料、法、环等多要素资源约束，采用复杂约束环境下的关键路径遗传算法和设计结构矩阵，实现总进度计划目标的迭代优化。图1基于多重理论的总控机制图2四元耦合技术方案图图3北京大兴国际机场进度结构化分层迭代计划技术第 44 卷第 S1 期169丁衎然，等基于四元耦合技术的北京大兴国际机场工程进度总控实践2.2任务耦合为实现综合交通枢纽任务的全面统筹，做好任务的及时跟踪与控制，进度管控团队进一步优化了基于SMCI的五环总控模型和进度5M动态控制技术，为工程系统的动态控制提供了科学方法和工具，实现了进度管控的任务耦合，关键技术思路如图4所示。整体技术以进度总控五环为指导框架，优化形成了5M技术体系，致力于解决不同的管控任务难题。5M动态控制技术主要内容如下：（1）多源数据报告和集成技术。采用线上与线下相结合的信息采集技术实现工程系统、组织系统实况进度信息采集与报告，依托管理信息平台实现多源信息的过滤、集成、分享与应用。（2）多界面进度协调技术。形成贯穿始终的综合工作计划，在同一时间轴上汇总了工程前期立项和批报计划、工程实施计划、工程验收及移交计划、工程运营筹备计划，实现了不同计划之间的无缝衔接。（3）关键节点和路径分析技术。通过时间网络图反映工作的名称和时间参数、识别关键路径；通过梳理关键路径上的关键节点间关系实现对时间网络图的补充与完善，进而实现关键路径的动态演化。（4）多维度全周期风险评估与管理技术。从管理、技术和社会等多维视角系统地分析工程潜在风险因素，构建风险识别模型，识别从工程前期准备到竣工验收移交、运营筹备全生命周期的进度风险，通过风险模拟和推演实现风险评价与预警，并制定相应科学高效的应对措施。在工程实施过程中，建立进度风险监控体系，及时追踪项目实况信息，做好进度风险控制工作。（5）大型交通枢纽工程成熟度模型技术。项目团队引入项目管理成熟度理论，构建大型航空交通枢纽工程进度管控成熟度模型，对进度管控的成熟度进行周期性测度，并提出增强管控水平的建议，保证进度管控能力的持续上升，更好地服务进度管控。2.3组织耦合在大兴机场治理层级控制系统的构建过程中，基于我国工程及社会管理方式的巨大优势，进度管控团队在二阶控制论及活力系统VSM模型基础上构建“指挥部+总控”组织模式，即由指挥部统筹、协调与控制工程项目的建设工作，以强有力的政治领导保证工程项目的稳步推进；由总控单位收集、处理与集成工程进度信息，对项目建设的物质流进行指导控制并支持指挥部的协调控制工作。并聚焦于正式化的行政治理机制、合同治理机制及非正式化的关系治理机制，设计“指挥部+总控”控制模式下的纵向行政、横向合同和嵌入式关系多元融合的协同治理机制，通过正式化的行政治理机制、合同治理机制，分别借助行政手段与合同手段制定垂直层级参与主体间共同遵循的政治契约、多个平等参与主体间的谈判机制，规范项目各参与方的行为；通过非正式的关系机制，借助信任、合作、网络等关系手段创造和谐的合作氛围并建立良好的合作纽带，实现各参与方的自我履约。在此基础上，机场进度管控实现了组织耦合，关键技术思路如图5所示。2.4信息耦合计划信息的规范、标准与否，状态信息的及时、准确与否，统计信息的全面、集成与否以及控制信息的共享、科学与否是实现进度管控的核心问题。为此，项目团队研发出多维组织信息协同的进度动态闭环控制系统实现信息耦合，关键技术思路如图6所示。多维组织信息协同的进度闭环控制系统通过采用面向工程全过程的多维组织信息集成的协同技术平台，规范统一进度信息结构和表达方式，实现进度计划信息的集成表达，进行信息收集、传递、存储、处理的自动化管理，并利用移动终端等工具，实现线上线下横向协调和纵向联动的进度闭环控制，增强了进度总控的系统性和有效性；通过BIM技术、IOT技术和AI技术，实现了基于模型的可视化协同和精细化管理；通过复杂约束环境下的实时进度信息、可量化的进度监控系统和自动化进度风险测算工具，探索使用进度风险的自动化初步识别技术，提高了风险预警精度和进度动态管控实施效率。3实施过程3.1大兴机场进度总控目标耦合机制（1）大兴机场系统分解大兴机场工程主要由机场主体工程、空管工程、外围市政工程、其他交通运输工程组成的超大项目群。大图4基于SMCI循环的五环总控模型和进度5M动态控制技术建 筑 经 济2023年170兴机场组织是涵盖多种永久性组织和临时性组织并存的多层级组织，可分为政府层、项目法人层和项目实施层。大兴机场系统分解如图7所示。（2）大兴机场进度系统设计大兴机场建设与运营进度计划系统需要涵盖所有工程范围内的建设与运营工作内容，并服务于三个层级的所有组织。因此北京大兴国际机场建设与运营筹备进度计划系统主要分为民航建设与运营领导小组层级的北京大兴国际机场工程建设与运营筹备总进度综合管控计划（简称“综合管控计划”），大兴机场建设指挥部和管理中心层级的北京大兴国际机场工程建设与运营筹备总进度计划（简称“总进度计划”）和实施层级的北京大兴国际机场工程建设与运营筹备专项进度计划（简称“专项进度计划”），分别对应图8中的第二、三、四层级 计划。不同层级的计划范围不同。综合管控计划、总进度计划和专项进度计划的范围对比如表1所示。图5“指挥部+总控”控制模式下三元协同治理机制图6基于多维组织信息协同的进度闭环控制系统图7大兴机场系统分解图第 44 卷第 S1 期1713.2大兴机场进度总控任务耦合机制（1）大兴机场任务系统组成大兴机场建设工作系统主要包括设计管理工作、采购管理工作、施工管理工作、竣工验收工作、移交管理工作和陪伴运行工作。大兴机场运营筹备工作系统主要包括总体筹备工作、过程管理工作、专项保障工作和协同准备工。各类工作并非独立的，不同工作之间具有紧密的逻辑关系，从而对工作开展产生约束。大兴机场任务系统组成如图9所示。（2）大兴机场动态管控任务实施技术方案进度计划编制并不意味着进度管控工作的成功，整个管理过程项目管理团队需要对工程进度实时进行监督，获取项目实时信息，并与进度计划进行对比，采取纠偏措施并提出下月进度计划，依据进度总控五环模型将进度管控的具体内容概括如下：1）进度计划执行情况数据收集：包括指挥部工程例会纪要、管理中心工作例会纪要，建设与运营筹备工作的各部门和实施主体反馈每月进度执行情况表，必要时进行检查和核实。2）对比计划进度与实际进度，并进行统计，归纳整理当月收集到的执行情况，并与当月计划进行对比，总结偏差情况。将月度计划与总进度计划进行对比，对各部门和单位的计划偏差情况进行分析，提示有关责任部门和单位；分析偏差对总进度计划的影响，提示有关领导、责任部门及单位；分析各部门和单位的下月计划，警示不符合总进度计划的月度计划。丁衎然，等基于四元耦合技术的北京大兴国际机场工程进度总控实践表1综合管控计划、总进度计划和专项进度计划的范围对比综合管控计划总进度计划专项进度计划时间范围2018年6月至开航2018年7月至开航2019年3月至开航组织范围与本项目相关的所有组织北京新机场建设指挥部、管理中心及首都机场集团下属专业公司与本项目相关的所有组织，尤其是存在工作界面交叉的组织工程范围机场、空管、航油及航空公司基地等机场直接相关工程及外围配套工程和其他相关工程机场工程，主要包括飞行区工程、航站区工程、货运区工程及工作/公共区工程与机场竣工验收和开航相关的所有工程工作范围前期报批、工程建设、验收及移交准备、运营准备及接受等不同性质的工作机场主体工程建设工作及正式投入运营前各项准备工作的统筹安排设备纵向投运计划、交叉施工进度计划、特殊专项计划、投运方案图8大兴机场建设与运筹进度计划层级图图9大兴机场任务系统图建 筑 经 济2023年1723）根据总进度计划，提出下月进度计划，对各部门和各实施主体的重点工作进行提示；总结当月进度管控情况，形成月度报告。4）协助指挥部建立信息化管控系统，在系统功能设计、数据输入和输出等方面提供支持。5）每月进行总进度管控情况的讲评，主要针对工程剩余建设总进度计划和运营筹备总进度计划的执行进行工程进度重点分析及建议3.3大兴机场进度总控组织耦合机制大兴机场进度控制系统涉及多种永久性组织和临时性组织。在机场工程项目全生命周期组织系统中，组织构成错综复杂且多样，组织间相互作用、相互影响关系复杂。在大兴机场治理层级控制系统的构建过程中，充分融合了我国工程及社会管理方式的巨大优势，形成不同层面组织耦合机制。组织耦合机制框架如表2所示。3.4大兴机场进度总控信息耦合机制在大兴机场进度管控的实施过程中，项目团队联合开发了北京大兴国际机场综合管控计划系统和进度管控计划系统，前者面向民航北京新机场建设与运营筹备领导小组（简称“民航组”），后者面向北京新机场建设指挥部和管理中心。进度管控计划系统将管控计划中的工作项按照时间关系排列，并在此基础上建立补充联系，如信息审核机制、进度问题跟踪、重难点分析，对可量化作业项自动计算工程实际进度，减少人工计算工作量。系统允许将报告和图片以附件形式上传，对工程实际进展进行补充说明。系统分为网络版和移动版两个版本，用户上传、审核、修改工程信息可以不受时间、地点的限制按照系统中表单信息的处理流程，这些处理流程主要包括：分包与总包间的信息流程、总包与工程部间的信息流程、工程部与进度管控课题组间的信息流程、领导层对工程信息的反馈处理。管控平台根据系统中总进度计划的工作条目，自动向各单位下发进度问题跟踪表。4总结进度管控团队应用系统论、控制论、组织论、信息论，采用目标耦合、任务耦合、组织耦合和信息耦合技术，解决大兴机场进度管控难题，形成了详实的管控技术资料，圆满地实现了“630”和“930”目标。四元耦合技术弥补了解决当前综合交通枢纽工程进度管控理论研究不足，突破了传统进度管理思想，为以后的大型航空交通枢纽进度管控提供一定的借鉴。参考文献1 张宏钧，徐启雄，丁衎然，等.北京大兴国际机场工程建设与运营筹备总进度综合管控探索与实践J.建筑经济，2020（5）：46-53.2 孙继德，王广斌，贾广社，等.大型航空交通枢纽建设与运筹进度管控理论与实践M.北京：中国建筑工业出版社，2020.3 王广斌，刘心怡，贾广社，等.大型机场工程进度总控方法及应用以北京大兴国际机场为例J.项目管理技术，2020（4）：72-77.4 孙继德，郑冕，张宏钧，等.大型民用机场工程进度控制的信息流程分析基于北京大兴国际机场案例J.工程经济，2020（6）：21-26.表2大兴机场治理层级控制系统内部组织耦合机制控制层面耦合中心耦合方式耦合组织国家层面发改委北京新机场建设领导小组北京市政府、河北省政府、民航局、自然资源部（即原国土资源部）等省部级层面民航局“3+1”协调工作机制、“一对一”工作 机制民航北京新机场建设与运营筹备领导小组、北京市协调推进新机场工作办公室、河北省新机场领导小组办公室、北京新机场建设指挥部行业层面民航局民航北京新机场建设与运营筹备领导小组民航局机关各部门及局属相关单位民航工程行业验收和机场使用许可审查委员会民航管理部门、民航地区管理局企业层面首都机场集团投运总指挥部机场建设指挥部（管理中心）、中航油、东航南航、中联航、华北空管局、北京海关、北京边防检查总站等大兴机场工作委员会机场建设指挥部、机场管理中心、专业公司等指挥部、管理中心层面北京新机场建设指挥部、机场管理中心指挥长联席会议、机场管理中心与专业公司建设及运营筹备工作沟通会机场建设指挥部、东航指挥部、南航指挥部、空管指挥部、航油指挥部、海关、边检、水、电、燃气、轨道、公路等；机场管理中心与集团各专业公司