設(shè)計施工聯(lián)合體博弈合作
——以設(shè)計變更條件下大型建設(shè)項目為例

柳麗娟，　蘇義坤，　周曉冬

(東北林業(yè)大學　土木工程學院， 黑龍江　哈爾濱　150040)

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設(shè)計施工聯(lián)合體博弈合作
——以設(shè)計變更條件下大型建設(shè)項目為例

柳麗娟，蘇義坤，周曉冬

(東北林業(yè)大學土木工程學院， 黑龍江哈爾濱150040)

摘要：建設(shè)項目的大型化和復雜化使得設(shè)計單位和施工單位聯(lián)合的項目實施模式越來越多。但實踐表明，聯(lián)合體各參與單位合作過程中常因利益問題出現(xiàn)單方違約情況。系統(tǒng)歸納了設(shè)計變更的來源，引入超額收益、超額收益分配系數(shù)、違約額外收益、違約成本等影響因素，構(gòu)造了不同設(shè)計變更來源下的設(shè)計施工聯(lián)合體博弈模型，分析各參與單位的合作博弈策略選擇，提出在合理的收益分配下，合作的凈收益大于違約的凈收益，設(shè)計施工聯(lián)合體將選擇合作策略；在不合理的收益分配下，合作的凈收益小于違約的凈收益，設(shè)計施工聯(lián)合體中會出現(xiàn)違約情況。最后給出策略建議并進行實證分析，為設(shè)計施工聯(lián)合體維持長久合作關(guān)系提供有益參考。

關(guān)鍵詞：設(shè)計變更；設(shè)計施工聯(lián)合體；博弈論

隨著工程項目日趨復雜化、大型化，項目的實施對人力、物力、技術(shù)等有更高的要求：一是單一企業(yè)在資源配置上難以支撐項目開展；二是項目建設(shè)周期長且存在不確定性風險。單一企業(yè)很少具備較強的風險承受能力，在組織實施中困難多，而設(shè)計施工聯(lián)合體模式更能適應(yīng)大型復雜項目組織實施的需要，成為企業(yè)在項目實施中的現(xiàn)實選擇。聯(lián)合體各參與單位之間是一種既合作又競爭的關(guān)系，合作與競爭是人類經(jīng)濟行為的重要組成部分，是推動社會經(jīng)濟發(fā)展的動力，聯(lián)合體各參與單位在組織項目實施中存在利益博弈問題。各參與單位間利益平衡得好，能保證項目順利實施；利益平衡得不好，將使參與單位參與意愿降低，甚至退出聯(lián)合體，導致項目無法順利實施。

鑒于設(shè)計變更條件下設(shè)計施工聯(lián)合體各參與單位的合作競爭利益關(guān)系對大型建設(shè)項目的順利實施有重要地位，為此國內(nèi)外學者相繼研究聯(lián)合體成員的選擇，聯(lián)合體的治理結(jié)構(gòu)，并有針對性地分析聯(lián)合體參與單位的利益博弈問題。Park等[1]運用社會網(wǎng)絡(luò)分析(SNA)來研究聯(lián)合體成員選擇和合作的形成；Ho等[2]基于聯(lián)合體成員對成本和資源理性選擇情況下，從文化差異、信任、采購自主權(quán)及學習動機角度研究了聯(lián)合體的治理結(jié)構(gòu)；向成鵬等[3]從業(yè)主、承包商、監(jiān)理單位三方進行博弈分析，探討業(yè)主監(jiān)督承包商與監(jiān)理單位尋租活動的博弈，并提出了規(guī)范項目主體行為的相應(yīng)對策；錢馳等[4]從業(yè)主角度對代建單位與承包商的博弈模型進行分析，提高雙方努力水平，實現(xiàn)資金高效利用；管百海等[5]對工程總承包項目聯(lián)合體中的設(shè)計單位和施工企業(yè)的的收益分配進行博弈分析。

上述針對大型建設(shè)項目聯(lián)合體博弈模型和博弈利益分析策略已取得了一定研究成果[6]，得到了項目各參與單位的認可和推廣，但對設(shè)計變更多來源條件下的設(shè)計施工聯(lián)合體合作博弈的研究成果較少，隨著工程項目日趨復雜，設(shè)計施工聯(lián)合體在工程建筑領(lǐng)域逐漸開展，面對設(shè)計變更聯(lián)合體會因為利益協(xié)調(diào)問題導致合作關(guān)系無法長久維持，而在大型建設(shè)項目實施中各參與單位更希望建立一種長期的合作關(guān)系，學者們對此種情況下聯(lián)合體合作博弈的深入研究目前尚不多見，而且，已有的研究成果多基于建設(shè)單位和施工單位的完全理性假設(shè)，現(xiàn)實中，設(shè)計施工聯(lián)合體各參與單位往往是有限理性的。本文在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上，構(gòu)建甲方設(shè)計變更、設(shè)計方設(shè)計變更以及施工方設(shè)計變更三種變更來源下的設(shè)計施工聯(lián)合體合作博弈模型，力圖分析設(shè)計變更條件下，影響設(shè)計施工聯(lián)合體合作成功的關(guān)鍵點，為完善設(shè)計施工聯(lián)合體聯(lián)合機制，確保大型建設(shè)項目順利實施提供有益參考。

1大型建設(shè)項目設(shè)計變更的來源

大型建設(shè)項目建設(shè)周期長、涉及專業(yè)多、存在不確定因素多，項目管理人員無法在項目建設(shè)之初對項目做出準確的預(yù)測，因此在項目實施過程中設(shè)計變更時有發(fā)生。設(shè)計變更是指工程項目在實施過程中，由不同項目參與方(業(yè)主方、監(jiān)理方、設(shè)計方、施工方)提出，最終由設(shè)計單位以設(shè)計變更或設(shè)計補充文件的形式發(fā)出的工程變更指令[7]。其中，設(shè)計單位提出的設(shè)計變更較少，不再研究。

1.1建設(shè)單位發(fā)起的設(shè)計變更

建設(shè)單位提出的設(shè)計變更大多是以縮短工期、提高工程質(zhì)量、降低工程造價、優(yōu)化產(chǎn)品性能、提高項目效益為目的的。例如，建設(shè)單位提出改變某些施工方法或增減具體工程項目、改變功能布局等。設(shè)計施工聯(lián)合體對建設(shè)單位提出的設(shè)計變更的不同反應(yīng)會影響到建設(shè)項目的組織實施。

1.2施工單位發(fā)起的設(shè)計變更

由于大型建設(shè)項目的復雜性，從施工單位進場開工，設(shè)計變更將伴隨項目全過程?，F(xiàn)場情況與原設(shè)計圖紙不符導致無法繼續(xù)施工，材料供應(yīng)或施工技術(shù)難以達到要求需用其他材料代替，施工過程遇到障礙物等都需要施工單位提出設(shè)計變更，但是也存在施工單位為了降低施工難度、縮短工期而要求設(shè)計單位提供技術(shù)支持的設(shè)計變更。

2建設(shè)單位提出設(shè)計變更下的設(shè)計施工聯(lián)合體博弈模型

2.1模型基本假設(shè)

(1)設(shè)計單位甲和施工單位乙為資質(zhì)等級相當企業(yè)。

(2)設(shè)計單位甲和施工單位乙是否對建設(shè)單位提出的設(shè)計變更進行合作的策略集為{合作，不合作}?！昂献鳌辈呗韵码p方按照建設(shè)單位要求進行設(shè)計變更；“不合作”策略下其中一方或者雙方企業(yè)在項目實施過程中發(fā)生違約行為，退出聯(lián)合體終止合作關(guān)系。π1、π2分別表示設(shè)計單位甲和施工單位乙在非合作情況下企業(yè)的平均正常收益，π1≠π2且π1>1，π2>0；Δπ為設(shè)計施工聯(lián)合體合作進行設(shè)計變更而在原平均正常收益基礎(chǔ)上獲得的超額收益，Δπ>0；a為超額收益在設(shè)計施工單位之間的分配系數(shù)，α>0；π為一方合作而另一方違約后在原平均正常收益基礎(chǔ)上獲得的額外收益，如選擇和另外一個企業(yè)合作所得到的收益，π>0；c為違約成本，π>c>0。

(3)設(shè)計單位采取“合作”策略的概率為m，則“不合作”策略的概率為1-m。

(4)施工單位采取“合作”策略的概率為n，則“不合作”策略的概率為1-n。

2.2設(shè)計施工聯(lián)合體博弈模型的建立

設(shè)計單位和施工單位的博弈收益矩陣如圖1所示。

合作m不合作1-m設(shè)計單位π1+α·Δππ1+cπ1+π-cπ1é?êêù?úú合作n 不合作1-n施工單位π2+(1-α)·Δππ2+π-cπ2+cπ2é?êêù?úú

圖1設(shè)計單位和施工單位的博弈收益矩陣

2.2.1設(shè)計單位期望收益函數(shù)及復制動態(tài)方程

(1)“合作”策略期望收益

u甲1=n(π1+α·Δπ)+(1-n)(π1+c)

(2)“不合作”期望收益

u甲2=n(π1+π-c)+(1-n)π1

(3)平均期望收益

(4)復制動態(tài)方程

(1)

2.2.2施工單位期望收益函數(shù)及復制動態(tài)方程

(1)“合作”策略期望收益

u乙1=m[π2+(1-α)·Δπ]+(1-m)(π2+c)

(2)“不合作”期望收益

u乙2=m(π2+π-c)+(1-m)π2

(3)平均期望收益

(4)復制動態(tài)方程

(2)

2.3設(shè)計施工聯(lián)合體進化博弈合作策略選擇分析

令F(m)=0，F(xiàn)(n)=0即可得到設(shè)計施工單位合作博弈的動態(tài)系統(tǒng)的五個平衡點：O(0,0)；A(0,1)；B(1,1)；C(1,0) ；

2.3.1設(shè)計單位的策略選擇分析

圖2　情況一的復制動態(tài)相位

圖3　情況二的復制動態(tài)相位

圖4　情況三的復制動態(tài)相位

圖5　情況四的復制動態(tài)相位

圖6　情況五的復制動態(tài)相位

2.3.2施工單位的策略選擇分析

圖7　情況六的復制動態(tài)相位

圖8　情況七的復制動態(tài)相位

圖9　情況八的復制動態(tài)相位

圖10　情況九的復制動態(tài)相位

圖11　情況十的復制動態(tài)相位

2.3.3設(shè)計施工聯(lián)合體的穩(wěn)定策略選擇分析

(1)將圖3、4、7、8在以兩個比例為坐標的坐標平面圖上表示出來，得到不合理收益分配下的聯(lián)合體的策略動態(tài)進化(圖12)。

圖12　設(shè)計施工聯(lián)合體博弈兩群體的復制動態(tài)的關(guān)系和穩(wěn)定性

根據(jù)圖12可知，進化穩(wěn)定策略為點A和點C。則聯(lián)合體博弈的穩(wěn)定策略選擇為：當企業(yè)違約所得凈收益大于不合理分配下的超額收益時，聯(lián)合體各參與單位根據(jù)對方采取合作策略的概率來決定自身采取何種策略，即設(shè)計施工聯(lián)合體的任何一方在長期進化博弈中容易出現(xiàn)違約情況，一方采取“合作”策略，而另一方采取“不合作”策略[10]。

(2)將圖5、6、10、11在以兩個比例為坐標的坐標平面圖上表示出來，得到合理收益分配下的聯(lián)合體的策略動態(tài)進化圖(圖13)。

圖13　合理收益分配下的設(shè)計施工單位的策略動態(tài)進化

根據(jù)圖13得到進化穩(wěn)定狀態(tài)點B，即企業(yè)在違約情況下的凈收益小于履約情況下的超額收益，設(shè)計施工單位就會采取合作策略。

3施工單位提出設(shè)計變更下的設(shè)計施工聯(lián)合體博弈模型

由于設(shè)計施工聯(lián)合體各參與單位掌握的信息不完全一致，出現(xiàn)信息不對稱，如表1所示。因此，作為有限理性經(jīng)濟人的各參與單位存在利用其信息優(yōu)勢做出決策和行為來追求自身利益最大化可能性[11]。

表1　設(shè)計施工聯(lián)合體信息不對稱表

3.1模型的基本假設(shè)

在大型建設(shè)項目中，設(shè)計單位根據(jù)業(yè)主的要求、施工環(huán)境和自身設(shè)計經(jīng)驗來進行設(shè)計，并將其交給施工單位審查，施工單位會依據(jù)具體施工環(huán)境、資源和自身的施工能力等提出設(shè)計變更。最后，在業(yè)主、咨詢公司、監(jiān)理單位的監(jiān)督協(xié)調(diào)下，設(shè)計單位和施工單位完成設(shè)計變更。但實際上，設(shè)計方并非積極響應(yīng)設(shè)計變更，一方面因為設(shè)計費一般是固定的預(yù)先談好的，只要不是設(shè)計問題帶來的無法施工，設(shè)計方一般不愿意進行設(shè)計優(yōu)化變更，會增加工作量，從而增加設(shè)計成本；另一方面，較多的設(shè)計變更預(yù)示著設(shè)計的不合理，會影響到設(shè)計單位的名聲。于是產(chǎn)生了施工單位和設(shè)計單位之間關(guān)于方案變更數(shù)量的不完全信息動態(tài)博弈[12]。

模型假設(shè)如下：

(1)更改方案所產(chǎn)生的邊際成本相同，邊際收益相同；

(2)作為聯(lián)合體牽頭方的施工單位從設(shè)計方案的可施工性和經(jīng)濟性等方面提出方案變更數(shù)量a(a≥0)；

(3)設(shè)計單位在收到施工單位的設(shè)計變更要求后，對其進行成本和收益的分析，確定最終方案變更數(shù)量b(0≤b≤a)；

(4)設(shè)計單位和施工單位的收益分別為UD(a,b)和Uc(a,b)。

3.2設(shè)計方和施工方博弈合作模型的建立及策略選擇分析

3.2.1設(shè)計單位的設(shè)計變更收益函數(shù)

(1)聯(lián)合體內(nèi)部協(xié)議中規(guī)定設(shè)計變更收益按照一定比例分配，變更數(shù)量b也是設(shè)計單位收益的影響因素。設(shè)計單位和施工單位的能力強，項目承擔的風險小，項目成功率大[13]。當設(shè)計單位接受b數(shù)量的變更方案時的收益：

(3)

(2)設(shè)計單位在設(shè)計方案的優(yōu)化過程中要投入大量的人力資源，甚至需要對設(shè)計人員進行培訓，導致設(shè)計成本增加，相反設(shè)計單位綜合能力強，也會降低成本[14]。

(4)

式中：cD(b)表示設(shè)計單位方案變更數(shù)量為b時的設(shè)計成本；α表示設(shè)計單位和施工單位之間的溝通、信任程度聯(lián)動系數(shù)，α≥0。

(3)對于設(shè)計單位不接受的設(shè)計方案變更(a-b)可能會對項目施工過程中產(chǎn)生影響，因而設(shè)計單位要承擔一定的損失，甚至會因為不接受設(shè)計方案的變更而影響到后續(xù)的合作。

(5)

(4)當變更設(shè)計方案b時設(shè)計單位的收益函數(shù)為：

UD(a,b)=RD(b)-CD(b)-LD(a,b)

(6)

3.2.2施工單位的設(shè)計變更收益函數(shù)

(1)設(shè)計單位缺乏對現(xiàn)場詳細勘查和施工工藝的了解，導致最初設(shè)計方案存在施工性差和經(jīng)濟性等問題，施工單位會通過設(shè)計變更達到加快進度、保證質(zhì)量、節(jié)省成本的目的。設(shè)計單位接受的設(shè)計變更數(shù)量越多，施工單位獲得的收益越大；設(shè)計單位和施工單位的能力越強，設(shè)計方案越合理，所獲得的收益越大。

(7)

(2)施工單位需要對設(shè)計方案進行審查和現(xiàn)場試驗，在這個階段會投入一定的人力資源。因此，提出的方案更改數(shù)量越多，成本越大；施工單位的能力越強，在審查中越能節(jié)約成本；設(shè)計單位和施工單位之間缺乏溝通信任則會增加成本[15]。

(8)

式中：cC(b)表示施工單位提出方案變更數(shù)量為a時的成本。

(3)施工單位對于設(shè)計單位拒絕變更的設(shè)計方案則要投入更多的資源來配合原設(shè)計方案，由此產(chǎn)生的不合理的施工方案可能會導致后期的施工不順利，增加項目成本。

(9)

(4)當變更設(shè)計方案b時施工單位的收益函數(shù)為：

(10)

3.2.3設(shè)計施工聯(lián)合體模型的策略選擇分析

(1)對式(6)求關(guān)于b的一階偏導，并令其等于零，過程如下：

(11)

(2)聯(lián)合體在設(shè)計變更過程中，當施工單位了解設(shè)計單位的設(shè)計變更最優(yōu)解時，施工單位會根據(jù)最優(yōu)反應(yīng)來選擇利于自身收益的最優(yōu)更改數(shù)量a。因此，施工單位在博弈中做出的設(shè)計變更數(shù)量a使maxUC(a,b(a))成立，將b(a)代入式(10)，并對其求關(guān)于a的一階偏導，并令其等于零，過程如下：

(12)

將式(12)代入式(11)，得到設(shè)計單位的最優(yōu)設(shè)計方案變更數(shù)量b*。

策略選擇分析：由式(12)可知，施工單位的綜合能力越強，聯(lián)合體制定的利益分配機制越合理以及聯(lián)合體內(nèi)部各參與單位的溝通協(xié)調(diào)能力越強，就更容易達到最優(yōu)設(shè)計方案變更數(shù)量，聯(lián)合體各參與單位才能從設(shè)計變更中獲得更多收益[17]。

4設(shè)計變更下設(shè)計單位和施工單位聯(lián)合的策略建議

(1)選擇好的合作伙伴。在聯(lián)合體組建階段，選擇資質(zhì)、信譽、能力等方面較好的企業(yè)合作，這樣能夠減少因個人失誤導致的不必要的設(shè)計變更。

(2)聯(lián)合體協(xié)議的簽訂，明確權(quán)責利。確定統(tǒng)一的管理程序，形成緊密的組織結(jié)構(gòu)，保持一定的組織彈性，建立信息溝通反饋網(wǎng)絡(luò)。

(3)建立健全的利益分配機制。聯(lián)合體內(nèi)部的博弈主要是利益問題，對于設(shè)計單位來說，收益主要來自設(shè)計費，所以設(shè)計單位趨向于保守設(shè)計，造成總造價提高，而總造價的提高是不利于施工單位的盈利的。因此，施工單位作為牽頭方，必須協(xié)調(diào)好這一矛盾，采取一些激勵機制來調(diào)動各方積極性，使設(shè)計方優(yōu)化設(shè)計方案，為整體創(chuàng)造收益[18]。

(4)促進“利益共享，風險共擔”觀念的形成。在聯(lián)合過程中，各種不確定的風險因素很多，合作中應(yīng)杜絕短期行為，共同應(yīng)對風險困難，切記為一己私利損害聯(lián)合體的整體利益，樹立長期合作的遠大目標。

5結(jié)語

本文系統(tǒng)歸納了不同設(shè)計變更來源下的設(shè)計施工聯(lián)合體合作博弈的策略選擇及穩(wěn)定性分析。研究表明：違約成本、違約額外收益、超額收益、超額收益分配系數(shù)等因素會對設(shè)計施工聯(lián)合體各參與單位博弈合作過程中的策略選擇產(chǎn)生重要影響。因此，施工單位作為牽頭方在組建聯(lián)合體的過程中要制定合理的獎懲機制，推動各參與單位以積極主動的態(tài)度對待設(shè)計變更，共同保證項目的順利實施。

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Game Cooperation of Design-construction Union Under Design Alteration

LIULi-juan,SUYi-kun,ZHOUXiao-dong

(School of Civil Engineering, Northeast Forestry University, Harbin 150040, China)

Abstract:With construction projects are becoming more and more complicated,many design units and construction units choose project implementation mode of combo. But practices indicate that participants often default unilaterally due to interest during cooperation. This paper concluded the design alteration sources systematically, and leaded into excess earnings and excess earnings partition coefficient and extra benefits obtained from default and default cost. It established game models about different design alteration sources,analyzed the cooperative game strategy choice about design-construction union in order to maintain the long cooperative relations,when cooperative net profit is more than the breach of contract net income under the reasonable income distribution,design and construction consortium choose cooperation strategy;when cooperative net profit is less than the breach of contract net income under the unreasonable income distribution,any design and construction consortium breaks the contract.It give some advices and empirical analysis to maintain cooperative relations between design units and construction units for a long time.

Key words：design alteration; design-construction union; game theory

收稿日期：2016-01-06修回日期： 2016-03-10

作者簡介：柳麗娟(1989-)，女，山東煙臺人，碩士研究生，研究方向為工程管理(Email：329154315@qq.com)

基金項目：“十二五”國家科技支撐計劃(2012BAJ19B00)

中圖分類號：F224.32

文獻標識碼：A

文章編號：2095-0985(2016)03-0087-07