尹燕譜 陶衛(wèi)

(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院，上海 200241)

0 引言

在我國建筑業(yè)施工中，返工是普遍存在的問題。返工是指因工程項(xiàng)目偏離業(yè)主需求、不符合規(guī)范、施工錯(cuò)誤等而導(dǎo)致的糾正工作[1]。盡管返工現(xiàn)象很普遍，但返工原因比較復(fù)雜，且具有多樣性。返工不僅造成項(xiàng)目進(jìn)度延遲和項(xiàng)目成本增加，而且增加了負(fù)面社會影響[2]。對于基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目，直接返工的平均成本達(dá)到5.07%[3]。因此，對返工進(jìn)行有效管理十分必要，確認(rèn)返工原因亦非常重要。

大多數(shù)針對返工原因的研究以調(diào)查報(bào)告、訪談等方式進(jìn)行，未形成一個(gè)系統(tǒng)模型。本文建立了一套施工項(xiàng)目系統(tǒng)動力學(xué)(SD)模型，將模型運(yùn)行282次，對運(yùn)行后導(dǎo)致返工原因的三個(gè)主要因素進(jìn)行多方差分析，并確定模型中影響返工因素的大小及效應(yīng)量，從而幫助項(xiàng)目管理者更好地控制返工原因，減少返工工程量，進(jìn)而有效地控制整個(gè)項(xiàng)目工期及成本。

1 施工項(xiàng)目返工原因研究現(xiàn)狀

不同學(xué)者確定了不同類型的返工原因。Burati等[4]指出了設(shè)計(jì)、施工、制造、運(yùn)輸和可操作性5個(gè)主要原因。Hwang等[5]通過對數(shù)據(jù)庫中建筑項(xiàng)目的調(diào)查，確定了業(yè)主變更和設(shè)計(jì)錯(cuò)誤的原因。Marujo[6]開發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)動力學(xué)通用返工模型，評估產(chǎn)品開發(fā)返工的影響，但并未建立詳細(xì)的反饋和循環(huán)，研究結(jié)果仍需進(jìn)一步完善。Ye等[7]通過對我國建筑從業(yè)人員訪談、問卷和因子分析，確定了項(xiàng)目管理流程不明確、施工技術(shù)質(zhì)量差、施工材料使用不良是最重要的原因。單翠等[8]通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析了返工致因傳遞路徑。然而，以上研究并未建立一個(gè)全面的動態(tài)系統(tǒng)。

基于此，本文建立了施工項(xiàng)目的系統(tǒng)動力學(xué)模型，涉及施工速度、總施工工程量、施工質(zhì)量、返工工程量等，研究了在施工過程中項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例三因素對返工工程量的影響，并運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)模型和多因素方差法對這三個(gè)主要因素進(jìn)行效應(yīng)估計(jì)量分析。

2 研究方法

2.1 系統(tǒng)動力學(xué)方法

系統(tǒng)動力學(xué)最初是研究企業(yè)生產(chǎn)管理和庫存管理之間問題的系統(tǒng)仿真方法[9]。系統(tǒng)動力學(xué)是通過分析社會或經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)內(nèi)部各變量之間的反饋結(jié)構(gòu)關(guān)系來研究系統(tǒng)整體行為[10]。隨著應(yīng)用范圍擴(kuò)大，越來越多SD模型運(yùn)用于航空航天、軍工等大型項(xiàng)目。大型項(xiàng)目的動態(tài)系統(tǒng)比較復(fù)雜，很多動態(tài)變量隨著時(shí)間變化而變化，同時(shí)很多動態(tài)過程是一些非線性關(guān)系，因此SD模型為項(xiàng)目管理提供了動態(tài)研究方法。

本文運(yùn)用Vensim軟件建立了一個(gè)施工項(xiàng)目的動力學(xué)基本模型，涉及熟練勞動力、項(xiàng)目總量、項(xiàng)目工期、施工質(zhì)量、施工總?cè)藬?shù)、施工速度、返工速度、問題發(fā)現(xiàn)等多個(gè)變量。將項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例三個(gè)主要影響因素加入SD模型，運(yùn)用函數(shù)方程模擬模型中變量間的關(guān)系，并建立定量模型，進(jìn)行動態(tài)模擬，記錄返工工程量的變化。

2.2 多因素方差分析法

多因素方差分析法是一種數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[11]，指當(dāng)因變量受到兩個(gè)或兩個(gè)以上變量影響時(shí)，通過假設(shè)檢驗(yàn)判斷多個(gè)因素是否對因變量產(chǎn)生顯著性影響，單個(gè)因素對因變量產(chǎn)生的影響為主效應(yīng)，多個(gè)因素之間的交互作用對因變量產(chǎn)生的影響為交互效應(yīng)[12]。

本文運(yùn)用SPSS軟件對產(chǎn)生返工的三個(gè)主要因素進(jìn)行分析，返工工程量為因變量，三個(gè)主要因素為變量，將系統(tǒng)模型運(yùn)行282次，對所產(chǎn)生的282組數(shù)據(jù)進(jìn)行多因素方差分析，進(jìn)而進(jìn)行主體間效應(yīng)檢驗(yàn)分析，比較每個(gè)因素的顯著性水平，根據(jù)顯著性水平值對三個(gè)影響因素進(jìn)行分析。通過檢查95%置信區(qū)間以確定特定組之間的顯著差異性[13]。

3 施工返工的系統(tǒng)動力學(xué)模型

3.1 項(xiàng)目管理流程明確對施工速度影響模型

項(xiàng)目管理流程明確對施工速度的影響，直接決定了后續(xù)待甲方驗(yàn)收的工程量，進(jìn)而影響返工工程量。熟練勞動力及項(xiàng)目管理流程明確對施工速度的影響模型如圖1所示。Kim等[14]研究了熟練勞動力短缺的原因和影響，指出熟練勞動力短缺對項(xiàng)目進(jìn)度影響最大。此部分模型中引入了熟練勞動力的流入流出模型及對施工速度的影響。正常人均施工速率是由熟練工人總施工速率和新工人總施工速率決定的，勞累對施工速率也會產(chǎn)生影響。同時(shí)，此部分模型中還引入了施工階段人數(shù)的限制，剩余工程量影響了施工人數(shù)，剩余工程量是總工程量減去已完成工作量，同時(shí)考慮到最大施工速度取決于剩余工程量，而最大施工速度又限制了模型中的施工速度，因此構(gòu)建了工程量及工期對施工速度影響模型，如圖2所示。

圖1 熟練勞動力及項(xiàng)目管理流程明確對施工速度的影響模型

圖2 工程量及工期對施工速度的影響模型

3.2 積極主動返工和合格材料使用比例對返工的影響模型

在施工過程中，甲方有驗(yàn)收通過的質(zhì)量要求，因此施工質(zhì)量會對甲方驗(yàn)收通過速度產(chǎn)生影響，從而影響甲方驗(yàn)收通過的工程量。然而，甲方驗(yàn)收通過的工程量中也會存在一些隱患問題，因此待返工工程量由兩部分組成：第一部分是在待甲方驗(yàn)收工程量中發(fā)現(xiàn)問題所產(chǎn)生的返工工程量；第二部分是甲方通過驗(yàn)收的工程量中出現(xiàn)的一些隱含問題所產(chǎn)生的返工工程量。待返工工程量會引起返工速度變化，積極返工因素也會對返工速度產(chǎn)生影響，所以返工總工程量是對返工速度進(jìn)行積分的結(jié)果，具體的積極主動返工及施工質(zhì)量對返工工程量的影響模型如圖3所示。同時(shí)，施工質(zhì)量受新工人正常施工質(zhì)量、熟練工人正常施工質(zhì)量和合格材料使用比例的影響。合格材料使用比例越高，施工質(zhì)量會越好，相應(yīng)的待返工工程量也會越少。合格材料使用比例對施工質(zhì)量的影響模型如圖4所示。

圖3 積極主動返工及施工質(zhì)量對返工工程量的影響模型

圖4 合格材料使用比例對施工質(zhì)量的影響模型

3.3 模型的因素類型和方程

在此施工過程中，完整的返工影響因素系統(tǒng)動力學(xué)模型由4個(gè)部分組成，分別是熟練勞動力及項(xiàng)目管理流程明確對施工速度的影響模型、工程量及工期對施工速度的影響模型、積極主動返工及施工質(zhì)量對返工工程量的影響模型、合格材料使用比例對施工質(zhì)量的影響模型。在此系統(tǒng)動力學(xué)模型中，變量可分為水平變量、輔助變量、流量和常量4種類型。

水平變量表示某些物理量的累積水平，由速率變量的積分表達(dá)；輔助變量是中間變量，用來傳遞水平變量和速率變量之間的輸入和輸出；流量是使水平變量增加或減少的速率變量；常量是模型中給定的固定的值。主要模型因素及方程表達(dá)式見表1。式中，Time Step為計(jì)算積分的時(shí)間步長。

表1 主要模型因素及方程表達(dá)式

3.4 模型的仿真運(yùn)行與分析

本模型考慮了在施工項(xiàng)目中的一些條件，如勞動力流入流出、每周工作時(shí)間、疲勞對施工質(zhì)量的影響、疲勞對施工速率的影響，運(yùn)用系統(tǒng)動力學(xué)模型模擬了項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例對返工工程量的影響。在此模型中，項(xiàng)目總工程量設(shè)為10 000m2的建筑項(xiàng)目，項(xiàng)目的初始工期為30周，初始熟練勞動力人數(shù)為70人，施工培訓(xùn)周期為4周，時(shí)間單位為1周，每周最長工作時(shí)間為1.5周，每周正常工作時(shí)間為1周，熟練工人正常施工質(zhì)量為0.88，新工人正常工作質(zhì)量為0.75，主要模型因素模擬值見表2。為了研究項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例對返工工程量的影響，三個(gè)影響因素需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，通過調(diào)整每個(gè)因素在0～1的比例，分析返工工程量的變化大小。

表2 主要模型因素模擬值

通過對模型的仿真，觀察返工工程量的變化情況。本文使用Vensim軟件進(jìn)行仿真，對項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例三個(gè)主要影響因素對返工工程量的影響進(jìn)行控制變量分析，如圖5～圖7所示。

圖5 項(xiàng)目管理流程明確對返工工程量的影響

圖6 積極主動返工對返工工程量的影響

圖7 合格材料使用比例對返工工程量的影響

雖然模型仿真的結(jié)果顯示了返工工程量的變化，但其中假設(shè)了兩個(gè)因素?zé)o影響，觀察單個(gè)因素的變化對返工工程量的影響。通過分析結(jié)果圖可知，當(dāng)三個(gè)因素中只有一個(gè)因素發(fā)生變化時(shí)，合格材料使用比例的變化對返工工程量的影響最大。當(dāng)合格材料使用比例從0.1提高到0.9時(shí)，返工工程量減少了約75%。但此方法并未考慮三個(gè)因素同時(shí)變化時(shí)對返工工程量的影響，因此分析系統(tǒng)動力學(xué)模型中單一因素變化的影響是不足的，還需模擬運(yùn)行三個(gè)因素同時(shí)變化時(shí)對返工工程量的影響，并利用多因素方差法對運(yùn)行的數(shù)據(jù)和結(jié)果進(jìn)行分析。

4 多因素方差法對模型中的返工數(shù)據(jù)分析

根據(jù)建立的系統(tǒng)動力學(xué)模型，分析三個(gè)影響因素同時(shí)變化對返工工程量的影響。對三個(gè)影響因素在0～1區(qū)間進(jìn)行不同比例的組合，將模型運(yùn)行282次，得到282組數(shù)據(jù)，自變量為三個(gè)影響因素，因變量為返工工程量，將282組數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入SPSS軟件，進(jìn)行一般線性模型分析，主體間效應(yīng)檢驗(yàn)表見表3。在表3中，返工工程量為因變量，表中的A、B、C分別對應(yīng)項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例，設(shè)A、B、C為固定因子，置信區(qū)間為95%。

表3 主體間效應(yīng)檢驗(yàn)表

通過SPSS分析數(shù)據(jù)表明，A(項(xiàng)目管理流程明確)、B(積極主動返工)、C(合格材料使用比例)的顯著性水平均小于0.05，說明拒絕原假設(shè)正確的概率小于0.05，即原假設(shè)成立，因此A、B、C三個(gè)因素對返工工程量具有顯著性影響，同時(shí)，C的顯著水平為0.000 2，低于A和B的顯著性水平(0.003)，并且C的偏Eta方為0.999，大于A和B的偏Eta方(0.994)，說明C在返工完成工程量中的效用大于A和B。因此，項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工的顯著性影響效果小于合格材料使用比例。此外，研究中還發(fā)現(xiàn)B和C、A和B之間存在交互作用，但本次研究旨在分析三個(gè)影響因素中的最大影響程度，因此未進(jìn)行簡單效應(yīng)分析。

5 結(jié)語

本研究建立了一個(gè)完整的系統(tǒng)動力學(xué)模型和方法研究施工返工致因，在先前研究的基礎(chǔ)上確定了三個(gè)主要返工影響因素，即項(xiàng)目管理流程明確、積極主動返工、合格材料使用比例，通過系統(tǒng)動力學(xué)模型分析三個(gè)因素對返工工程量的影響，同時(shí)結(jié)合多因素方差分析法，對運(yùn)行模型中的數(shù)據(jù)進(jìn)行研究分析，比較了三個(gè)影響因素的顯著性及效應(yīng)量，得出相較于項(xiàng)目管理流程明確和積極主動返工，合格材料使用比例對返工影響更加顯著的結(jié)論。此研究可以使管理人員更好地控制返工，進(jìn)而減少返工工程量；同時(shí)，本研究提供了一套基本的施工返工系統(tǒng)動力學(xué)模型，為管理人員及后續(xù)研究人員研究返工的其他影響因素提供了方法和思路。在本研究中，由于所開發(fā)的系統(tǒng)動力學(xué)模型基于簡單值和模擬值，本研究的結(jié)果和模型需要通過不同的實(shí)際施工情況和實(shí)際項(xiàng)目數(shù)據(jù)來驗(yàn)證。