張沈生，周 林，劉春雪

（沈陽建筑大學(xué)， 遼寧 沈陽 110168）

0 引 言

建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段是工程建設(shè)的主要環(huán)節(jié)。先進(jìn)合理的設(shè)計(jì)對(duì)于縮短工期、節(jié)約投資和提高經(jīng)濟(jì)效益，起著關(guān)鍵作用。國(guó)內(nèi)外工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及工程造價(jià)資料分析表明，設(shè)計(jì)階段對(duì)工程造價(jià)的影響程度為 75%～85%，顯然，設(shè)計(jì)階段是控制工程造價(jià)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

然而，影響設(shè)計(jì)階段造價(jià)的因素很多且難以量化分析，如工程設(shè)計(jì)、施工、市場(chǎng)、政策等因素。而且，不同因素的變動(dòng)對(duì)整個(gè)項(xiàng)目的工期、成本和經(jīng)濟(jì)效益等，會(huì)起到不同程度的影響。因此，識(shí)別影響設(shè)計(jì)階段造價(jià)的主要因素并對(duì)其進(jìn)行事前主動(dòng)和重點(diǎn)控制，就顯得尤為重要。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamics,SD)是系統(tǒng)科學(xué)理論與計(jì)算機(jī)仿真緊密結(jié)合、研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為的一門科學(xué)，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的一個(gè)重要分支。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)通過綜合推理與建立模型，然后借助計(jì)算機(jī)模擬與分析，找出所研究問題的關(guān)鍵。因此，本研究從系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)角度，對(duì)眾多影響建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的造價(jià)因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，建立建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型；并且通過計(jì)算機(jī)仿真量化各影響因素，明晰各因素間的結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)關(guān)系，模擬各影響因素對(duì)建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段造價(jià)的影響程度，識(shí)別影響建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的關(guān)鍵因素，從而采取措施盡可能避免偏差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)工程造價(jià)的事前主動(dòng)和重點(diǎn)控制。

1 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的構(gòu)建

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型是研究者根據(jù)需要對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的抽象和歸納。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法中最為關(guān)鍵的一步，其建模過程更是一個(gè)不斷反饋、學(xué)習(xí)、調(diào)查和研究的過程。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模包含以下幾個(gè)步驟：明確問題，確定系統(tǒng)的邊界；確定系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)；建立模型變量間動(dòng)態(tài)關(guān)系；模型的模擬測(cè)試。

由于建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段造價(jià)的影響因素很多且各個(gè)因素之間相互關(guān)聯(lián)與制約，共同構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以適宜采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法進(jìn)行研究。

首先將影響設(shè)計(jì)階段造價(jià)的因素進(jìn)行整理和分析，并根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)邊界確定原理及系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型構(gòu)建規(guī)則，構(gòu)建設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，進(jìn)行系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的建立(如圖 1 所示)。

圖1 建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型

然后，在已構(gòu)建的設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，使用 vensim 中結(jié)構(gòu)分析工具(Causes Tree)，對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行靜態(tài)定性結(jié)構(gòu)分析。本文選取“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”因素為例進(jìn)行(見圖 2)。由投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值 Causes Tree，可以清晰地追蹤查找引起任一特定變量變化的因素(見表 1)。

圖2 投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值Causes Tree

表1 主要影響因素表

根據(jù)已構(gòu)建的設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(圖1)，按照系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理，將該模型進(jìn)一步分割形成 11 個(gè)子模型(見圖 3)。

圖3 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)子模型

2 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的邊界點(diǎn)確立及其數(shù)值處理

2.1 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的邊界點(diǎn)的確立

在確立模型邊界點(diǎn)時(shí)，首先確定要研究的變量并將其進(jìn)行歸類排列。如果發(fā)現(xiàn)新的狀態(tài)變量對(duì)模型有影響，需要將其歸到已經(jīng)分類排列的類別中，并跟蹤影響這個(gè)狀態(tài)變量的自變量。接著，在分類排列后的狀態(tài)變量中確定每一個(gè)相互作用的狀態(tài)變量，并剔除找不到相關(guān)關(guān)系或自變量與因變量之間無函數(shù)關(guān)系的狀態(tài)變量。最終確定系統(tǒng)邊界進(jìn)而找出邊界點(diǎn)。

在構(gòu)建的影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型基礎(chǔ)上，綜合 11 個(gè)子模型，并根據(jù)邊界及邊界點(diǎn)確立方法，找出僅受外界環(huán)境影響的因素，并將其確定為邊界點(diǎn)。本模型找出的邊界點(diǎn)有：政企指標(biāo)、編制人員因素、工程量、方案創(chuàng)新、招投標(biāo)、方案優(yōu)化、施工技術(shù)、施工工藝、占地面積、功能分區(qū)、運(yùn)輸方式選擇、平面形狀、流通空間、建筑面積、建筑結(jié)構(gòu)、設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、建設(shè)規(guī)模、產(chǎn)品方案、限額設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、變更、政策因素。

2.2 邊界點(diǎn)數(shù)值處理

邊界點(diǎn)確立后，需要對(duì)邊界點(diǎn)數(shù)值進(jìn)行處理。本研究采用向?qū)＜野l(fā)放問卷，由專家打分方式獲取數(shù)據(jù)。專家打分的分值介于 0～1 之間；分?jǐn)?shù)越接近 1 表示發(fā)生的概率越大且影響程度越深?；谄仍?，本文選 5 位專家進(jìn)行打分。專家打分?jǐn)?shù)值和邊界點(diǎn)數(shù)值處理結(jié)果，分別見表 2 和表 3。

表2 專家打分?jǐn)?shù)值表

表3 邊界點(diǎn)數(shù)值處理表

3 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的子系統(tǒng)方程式建立

根據(jù)系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)原理構(gòu)建的設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素模型，通過結(jié)構(gòu)分析工具(Causes Tree)從結(jié)構(gòu)上靜態(tài)定性地分析了各因素間的相互影響關(guān)系。然而單純的結(jié)構(gòu)上的定性分析并不能準(zhǔn)確地識(shí)別出主要關(guān)鍵因素，因此必須通過建立模型的系統(tǒng)方程式，將定性分析轉(zhuǎn)化為定量分析，來識(shí)別主要關(guān)鍵因素。系統(tǒng)方程式中主要包括線性函數(shù)和表函數(shù)兩種函數(shù)關(guān)系。確定系統(tǒng)方程式的前提是要確定因素間函數(shù)關(guān)系的數(shù)值。下面分別確定線性函數(shù)關(guān)系與表函數(shù)關(guān)系的因素?cái)?shù)值。

3.1 線性函數(shù)關(guān)系因素?cái)?shù)值確定

選取 11 個(gè)子模型中的 1 個(gè)子模型，進(jìn)行函數(shù)模型的因素?cái)?shù)值確定。本文以“總平面設(shè)計(jì)”子模型為例說明。由總平面設(shè)計(jì)子模型可以得到它的下級(jí)樹為占地面積、功能分區(qū)、運(yùn)輸方式選擇 3 個(gè)元素。該 3 個(gè)元素均為邊界點(diǎn)且已經(jīng)賦值。首先采用G1法和熵值法分別確定其主觀權(quán)重與客觀權(quán)重，然后利用綜合賦權(quán)法確定總平面設(shè)計(jì)模型的因素?cái)?shù)值。

3.1.1 主觀權(quán)重的確立

主觀權(quán)重的確定同樣采用向?qū)＜野l(fā)放問卷，在“總平面設(shè)計(jì)”子模型中，令占地面積、功能分區(qū)、運(yùn)輸方式選擇分別為x1、x2、x3，其中ωi為第i種元素的權(quán)重。專家按照以下步驟確定各元素相對(duì)應(yīng)的權(quán)重，并根據(jù)表 4 確定rk賦值。

(1)在x1、x2、x3三個(gè)因素中，選出對(duì)項(xiàng)目影響最大的一個(gè)指標(biāo)為x1*；

(2)在剩余的兩個(gè)因素中，選擇對(duì)項(xiàng)目影響最大的一個(gè)指標(biāo)x2*

(3)最后剩余的指標(biāo)是x3*

(4)確定x1*權(quán)重ω1*與x2*權(quán)重ω2*之間重要程度r2；

(5)確定x2*權(quán)重ω2*與x3*權(quán)重ω3*之間重要程度r3。

表4 賦值參考表

根據(jù)發(fā)放的調(diào)查問卷，整理后得出這 3 個(gè)元素之間具有如下關(guān)系：

x1＞x2＞x3→x1*＞x2*＞x3*且r2=ω1*/ω2*=1.2，r3=ω2*/ω3*=1.2

ω2*=0.275ω3*=1.2×0.275=0.33

ω1*=1.2ω2*=1.2×0.33=0.396

故評(píng)價(jià)指標(biāo)x1、x2、x3的權(quán)重系數(shù)分別為：

ω1=ω2*=0.33，ω2=ω1*=0.396，ω3=ω3*=0.275，

3.1.2 客觀權(quán)重的確立

采用熵值法確定客觀權(quán)重，按照以下步驟進(jìn)行：

(1)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)被評(píng)價(jià)對(duì)象的特種比重pij。

(2)計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值ej。

其中，k＞0，ej＞0；若xij對(duì)已給定的j全部相等，那么pij=1/n，ej=klnn。

(3)計(jì)算指標(biāo)xj的差異性系數(shù)gi。

gi=1-ej

(4)確定權(quán)數(shù)Wj。

將專家打分的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，如表 5 所示。

表 5 因素?cái)?shù)值表

計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i位專家的特征比重pij，然后計(jì)算ej，gj，ωj。重復(fù)上述熵值法確定指標(biāo)權(quán)數(shù)的步驟，得到客觀權(quán)重計(jì)算結(jié)果，如表 6 所示。

表 6 客觀權(quán)重計(jì)算表

3.1.3 采用綜合賦權(quán)法計(jì)算最終權(quán)重

基于G1法確定的主觀權(quán)重主要體現(xiàn)了評(píng)價(jià)者(決策者)的主觀色彩，基于熵值法確定的客觀權(quán)重主要體現(xiàn)了客觀方面，兩種方法各有優(yōu)點(diǎn)。而綜合賦權(quán)法是兩種方法的綜合，是一種既體現(xiàn)主觀同時(shí)也體現(xiàn)客觀的權(quán)重確定方法。

設(shè)pj、qj分別為G1法確定主觀權(quán)重和熵值法確定的客觀權(quán)重，則：ωj=k1pj+k2qj，j=1，2，…，m;式中k1、k2為待定常數(shù)(k1＞0，k2＞0，且k1+k2=1)，顯然確定k1、k2是關(guān)鍵，此時(shí)評(píng)價(jià)對(duì)象的綜合評(píng)價(jià)值為：

確定k1、k2，使：

取值最大。

在滿足k12+k12k1＞0，k2＞0，應(yīng)用 Lagrange 條件極值原理，可得：

將求得的k1、k2代入公式ωj=k1pj+k2qj并將其標(biāo)準(zhǔn)化后得：ω1=0.332，ω2=0.365，ω3=0.304

3.2 表函數(shù)關(guān)系因素?cái)?shù)值確定

在子模型中，各因素邊界點(diǎn)不僅存在線性函數(shù)關(guān)系，同時(shí)也存在表函數(shù)關(guān)系。例如：“概預(yù)算費(fèi)用”與“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”、“概預(yù)算費(fèi)用”與“造價(jià)控制效果”之間的關(guān)系。下面以“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”與“概預(yù)算費(fèi)用”模型為例，來確定因素的表函數(shù)關(guān)系數(shù)值。

通過分析“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”與“概預(yù)算費(fèi)用”之間的關(guān)系，隨著“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”精確程度的提高，“概預(yù)算費(fèi)用”的準(zhǔn)確性也隨之不斷提高。因這種關(guān)系很難用線性函數(shù)準(zhǔn)確的表示，所以可根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律建立相應(yīng)的表函數(shù)關(guān)系，結(jié)果見表 7。

表7 概預(yù)算費(fèi)用表函數(shù)

3.3 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的子系統(tǒng)方程式的確定

在剩余的其他子模型中，重復(fù) 3.1 中函數(shù)因素?cái)?shù)值確定過程，分別確定各因素的函數(shù)關(guān)系數(shù)值。所有因素函數(shù)關(guān)系因素?cái)?shù)值確定后，將所得結(jié)果進(jìn)一步整理，最終建立如下設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的子系統(tǒng)方程式。

(1)總平面設(shè)計(jì)=0.332×占地面積+0.365×功能分區(qū)+0.304×運(yùn)輸方式選擇

(2)施工因素=0.305×施工方案+0.415×施工技術(shù)+0.415×施工工藝

(3)施工方案=0.305×招投標(biāo)+0.415×方案優(yōu)化+0.415×方案創(chuàng)新

(4)建筑設(shè)計(jì)=0.215×平面形狀+0.171×流通空間+0.23×建筑面積+0.271×建筑結(jié)構(gòu)

(5)方法準(zhǔn)確性=0.333×工程量+0.364×政企指標(biāo)+0.304×編制人員因素

(6)工藝設(shè)計(jì)=0.33×設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)+0.366×建設(shè)規(guī)模+0.305×產(chǎn)品方案

(7)工程設(shè)計(jì)因素=0.264×總平面設(shè)計(jì)+0.248×建筑設(shè)計(jì)+0.255×工藝設(shè)計(jì)+0.252×限額設(shè)計(jì)

(8)市場(chǎng)因素=0.205×材料+0.261×設(shè)備

(9)投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值=0.25×方法準(zhǔn)確性+0.202×施工因素+0.231×工程設(shè)計(jì)因素+0.282×市場(chǎng)因素+0.172×變更+0.179×政策因素

(10)概預(yù)算費(fèi)用——造價(jià)控制效果(表函數(shù)關(guān)系)

(0，0)(0.2，0.25)(0.4，0.50)(0.6，0.75)(0.8，0.9)

(11)投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值——概預(yù)算費(fèi)用(表函數(shù)關(guān)系)

(0.81，0.25)(0.6，0.35)(0.4，0.55)(0.2，0.85)(0，1)

4 設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素的vensim模擬與分析

在模型與之對(duì)應(yīng)的方程式建立完成后，運(yùn)用 vensim 軟件進(jìn)行模型的計(jì)算。首先系統(tǒng)會(huì)對(duì)模型自動(dòng)檢查。若模型有錯(cuò)誤便無法進(jìn)行仿真運(yùn)行，軟件會(huì)提示模型的錯(cuò)誤及其產(chǎn)生的原因；若模型沒有錯(cuò)誤，則表明系統(tǒng)邊界的確立、模型的因果關(guān)系以及系統(tǒng)方程式均符合邏輯，并給出結(jié)果。在構(gòu)建的設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型中，因影響“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”的因素較多，所以本文選取“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”為例，對(duì)其影響因素進(jìn)行模擬與分析。其仿真計(jì)算結(jié)果如圖 4 所示。

圖4 投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值影響因素仿真圖

根據(jù)圖 4，在不考慮時(shí)間因素的影響下，通過分析“投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值”及其下級(jí)樹的“方法準(zhǔn)確性、施工因素、工程設(shè)計(jì)因素、市場(chǎng)因素、變更和政策因素”的變化圖，準(zhǔn)確地描述了不同因素對(duì)投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值的影響程度。其中數(shù)值越大表示影響程度越深。根據(jù)此仿真圖可以看出，不同因素對(duì)投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值的影響程度是不同的。經(jīng)比較分析后，得出投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值的最主要影響因素為“方法準(zhǔn)確性”。

對(duì)其他因素采用相同的模擬與分析過程，便可識(shí)別出基于此模型的影響設(shè)計(jì)階段的主要造價(jià)因素，具體如表 8 所示。

表8 工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段的主要造價(jià)影響因素

5 結(jié) 論

基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的思想，本文構(gòu)建了建設(shè)項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段造價(jià)影響因素模型。通過確定模型的邊界點(diǎn)、邊界點(diǎn)數(shù)值及子系統(tǒng)方程式，運(yùn)用 vensim 軟件進(jìn)行模擬與分析，分析了影響設(shè)計(jì)階段造價(jià)的各個(gè)因素，從而凸顯出該方法具有其他方法所不具有的優(yōu)點(diǎn)。如：可以靜態(tài)定性地分析各個(gè)因素的結(jié)構(gòu)關(guān)系、動(dòng)態(tài)定量地分析各個(gè)因素之間的內(nèi)部關(guān)系，以及可以分析一般方法所不能分析的非線性關(guān)系問題。本文基于此模型，最終識(shí)別出的設(shè)計(jì)階段造價(jià)主要影響因素為：工程量、施工方案、限額設(shè)計(jì)、材料、方案優(yōu)化、運(yùn)輸方式選擇、平面設(shè)計(jì)、產(chǎn)品方案、方法準(zhǔn)確性、投資估算與概預(yù)算費(fèi)用差值和概預(yù)算費(fèi)用。根據(jù)這一結(jié)論，企業(yè)可充分重視這些影響因素，事前根據(jù)不同因素的特性制定相應(yīng)的措施，創(chuàng)造適宜的條件，采用科學(xué)的方法，對(duì)這些主要影響因素加以重點(diǎn)控制，最終實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益的提高。需要說明的是，評(píng)分專家的數(shù)量越多，得到的數(shù)據(jù)就越充分；結(jié)果的準(zhǔn)確程度就越高。

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