基于BBN的重大工程項目復(fù)雜性仿真分析

羅嵐，石曉萍，孫夢

(南昌大學(xué)建筑工程學(xué)院，江西 南昌 330031)

重大工程是一類投資規(guī)模大、復(fù)雜性高，對政治、經(jīng)濟、社會、科技發(fā)展與國家安全具有重要影響的大型公共工程。重大工程具有高風(fēng)險和許多不確定性，難以協(xié)調(diào)，并且涉及許多利益相關(guān)者。傳統(tǒng)的項目管理概念和策略已經(jīng)被證明對現(xiàn)代工程來說效率不高[1]。重大工程系統(tǒng)是一類有著典型復(fù)雜性特征的系統(tǒng)，這已經(jīng)成為理論界和工程界的共識。在過去20年，關(guān)于工程復(fù)雜性的研究一直是理論界關(guān)注的熱點之一，尤其是最近幾年，社會各界及項目管理人員越來越重視對重大工程復(fù)雜性的探究，希望通過對重大工程復(fù)雜性的認識與分析，為重大工程管理者降解項目復(fù)雜性提供理論支持。在理論界，不同學(xué)派的學(xué)者對項目復(fù)雜性有著不同的認識，尚未形成統(tǒng)一的觀點，重大工程復(fù)雜性的理論體系在討論與更新中不斷發(fā)展與完善。

基于重大工程的諸多特性，眾多學(xué)者對重大工程項目復(fù)雜性的構(gòu)成進行了分類研究。Owens等[1]基于文獻綜述和案例研究認為項目管理的成本、進度和設(shè)計等傳統(tǒng)因素不足以應(yīng)付復(fù)雜的項目，在此基礎(chǔ)上增加了環(huán)境復(fù)雜性和融資復(fù)雜性這兩項以前被認為是外部風(fēng)險的因素，從而形成了五維框架。還提出了復(fù)雜的大型項目的管理需要從根本上改變處理方式這一觀點。He等[3]在文獻研究的基礎(chǔ)上提出了一個由組織復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性、目標(biāo)復(fù)雜性、環(huán)境復(fù)雜性、文化復(fù)雜性和信息復(fù)雜性組成的大型項目復(fù)雜性框架。Nguyen等[4]針對交通工程項目，結(jié)合邏輯理論分析從而確定了項目復(fù)雜性的6個維度為：組織復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性、社會政治復(fù)雜性、環(huán)境復(fù)雜性、基礎(chǔ)設(shè)施復(fù)雜性和范圍復(fù)雜性。李永奎等[5]研究認為我國體制、機制和制度情境的特殊性決定了重大工程組織模式的多樣性和高度復(fù)雜性。姚敏等[6]對項目復(fù)雜性進行分析，得出項目復(fù)雜性主要源自項目本體復(fù)雜性和認知復(fù)雜性。本體復(fù)雜性包括任務(wù)復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性、環(huán)境復(fù)雜性；認知復(fù)雜性是項目目標(biāo)復(fù)雜性、組織復(fù)雜性、信息復(fù)雜性帶來的管理認知難度。結(jié)合文獻綜述以及前人的相關(guān)分析研究，本文采用貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)(Bayesian belief network，BBN)推理功能，從組織復(fù)雜性、任務(wù)復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性，環(huán)境復(fù)雜性、制度復(fù)雜性、社會復(fù)雜性這6個層次對重大工程項目復(fù)雜性影響程度進行仿真分析。

1 重大工程項目復(fù)雜性因素識別

基于文獻綜述，可將重大工程項目復(fù)雜性影響因素篩選并劃分為6個維度：組織復(fù)雜性、任務(wù)復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性、環(huán)境復(fù)雜性、制度復(fù)雜性、社會復(fù)雜性，如表1所示。

表1 重大工程項目復(fù)雜性影響因素Tab.1 Factors affecting the complexity of mega projects

2 BBN模型的構(gòu)建

2.1 數(shù)據(jù)收集

本次數(shù)據(jù)收集參考了何清華等[16]所采用的方法，基于重大工程項目復(fù)雜性的29個影響因素，邀請了重大工程行業(yè)5位資深專家(其中3位來自政府部門，1位來自咨詢單位，1位來自施工單位)就影響因素對重大工程項目復(fù)雜性的影響程度展開了討論。本次數(shù)據(jù)收集采用了專家討論法，在討論會開始前，根據(jù)文獻分析，進行了問卷調(diào)查表的設(shè)計，將各個影響因素分別羅列，專家在0～100區(qū)間內(nèi)進行打分，專家在互不干擾、互不影響的狀態(tài)下提出自己對影響因素的概率分值。經(jīng)過多次討論后，最終形成的影響因素概率分值將趨近統(tǒng)一。最后整理歸納得出最終數(shù)據(jù)。

經(jīng)過專家組對影響因素進行分類評級，5位專家根據(jù)各自專業(yè)領(lǐng)域的理論知識，以及其實際工作過程中遇到的相關(guān)問題與工程推進難點，將理論與實踐相結(jié)合，對影響重大工程項目復(fù)雜性的29種因素進行了分析與討論，分別給出了基于各自行業(yè)的意見。根據(jù)專家給出的相關(guān)意見，整理歸納出29個影響因素對重大工程項目復(fù)雜性的影響概率。經(jīng)過以上分析得出各影響因素的影響概率，可用于構(gòu)建復(fù)雜性貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)(BBN)模型。

2.2 模型構(gòu)建

根據(jù)專家分析整理得出的數(shù)據(jù)，將模型中重大工程項目復(fù)雜性影響因素對重大工程項目復(fù)雜性的影響程度可能性大小進行等級劃分，將其劃分為3個等級。較小影響(Low)等級：表示相對應(yīng)的影響因素對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生較小的影響，可以僅做參考；中等影響(Medium)等級：表示相對應(yīng)的影響因素對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生的影響適中，應(yīng)與其相關(guān)聯(lián)因素一同分析關(guān)注；嚴重影響(High)等級：表示相對應(yīng)的影響因素對重大工程項目復(fù)雜性有著顯著的影響，一旦變化，將會改變復(fù)雜性的影響程度，需要特別關(guān)注該影響因素。

基于文獻綜述，并結(jié)合專家分析意見，確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的相關(guān)節(jié)點，完善各節(jié)點之間的因果關(guān)系及邏輯鏈。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的因果邏輯關(guān)系主要為6個層級，29個影響因素分別屬于組織復(fù)雜性、任務(wù)復(fù)雜性、技術(shù)復(fù)雜性，環(huán)境復(fù)雜性、制度復(fù)雜性、社會復(fù)雜性這六大維度。各因素之間相互影響，不斷完善各節(jié)點之間的因果邏輯關(guān)系后，初步得到了重大工程項目復(fù)雜性貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型。

2.3 參數(shù)學(xué)習(xí)

進行貝葉斯參數(shù)學(xué)習(xí)，進而得到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型中各個節(jié)點變量的條件概率分布。在進行參數(shù)學(xué)習(xí)之前，應(yīng)先構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)文獻分析、專家訪談，確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的父、子節(jié)點。將29個影響因素與目標(biāo)變量“對重大工程項目復(fù)雜性影響程度”作為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點。其次，不斷調(diào)整各影響因素之間的因果邏輯關(guān)系，使貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型更具準確性與科學(xué)性。最后，根據(jù)專家分析整理得出的相關(guān)因素的概率，對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型中每個節(jié)點的變量進行初始化賦值，然后將各個節(jié)點的相關(guān)概率輸入GeNIe3.0版本中預(yù)先構(gòu)建好的模型之中，即完成了參數(shù)學(xué)習(xí)。

3 仿真推理分析

3.1 預(yù)測分析

根據(jù)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型進行預(yù)測分析，就29個影響因素的不同概率，得出初步預(yù)測，如圖1所示。

圖1 貝葉斯預(yù)測分析Fig.1 Bayesian prediction analysis

由圖1所示，利益相關(guān)者數(shù)量(A25)的嚴重影響為54%，在實際工程項目中，利益相關(guān)者數(shù)量越多，項目復(fù)雜性越大。其次，社會性互動的復(fù)雜程度(A27)的嚴重程度為48%，據(jù)推測，社會性互動的復(fù)雜程度一定程度上會影響工程組織間的相互配合，對工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生一定的影響。技術(shù)水平要求(A15)與參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)的嚴重影響程度均為47%，根據(jù)相關(guān)分析，在技術(shù)方面與制度方面均會對施工進程產(chǎn)生影響，進而提高項目復(fù)雜性。結(jié)合現(xiàn)實生活的實際案例與專家分析報告，做出合理推測：技術(shù)水平要求(A15)、參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)、利益相關(guān)者數(shù)量(A25)、社會性互動的復(fù)雜程度(A27)對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生較大的影響。

3.2 診斷分析

假設(shè)目標(biāo)節(jié)點對重大工程項目復(fù)雜性影響程度處于嚴重影響的概率為100%，說明項目一定會受到嚴重影響，即重大工程項目極其復(fù)雜。從而可以看出貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型中哪些因素對目標(biāo)節(jié)點項目復(fù)雜性影響最為顯著，其推理結(jié)果，如圖2所示。

圖2 貝葉斯模型診斷分析Fig.2 Bayesian model diagnostic analysis

當(dāng)“重大工程復(fù)雜性影響程度”處于High的概率為100%被作為目標(biāo)進行逆向推理時，可以看出，組織間合作意識(A4)、組織間的信任程度(A5)、技術(shù)多樣性(A11)、技術(shù)水平要求(A15)、氣候多樣性及惡劣條件(A16)、參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)、利益相關(guān)者數(shù)量(A25)社會性互動的復(fù)雜程度(A27)、這8個影響因素處于嚴重影響的概率較大，因此可以說明項目完成情況的影響程度很有可能與這幾個因素有關(guān)。也就是說，當(dāng)這8個事件中1個或者多個發(fā)生時，項目完成情況的可能性將受到極大的影響。

3.3 敏感性分析

本文進行敏感性分析的目的是確定當(dāng)哪些重大工程項目復(fù)雜性因素發(fā)生變化時對工程復(fù)雜性的影響最大。這些因素本身只發(fā)生輕微變化，但卻有可能會導(dǎo)致工程復(fù)雜性發(fā)生重大變化。本文通過設(shè)置某個節(jié)點概率的變化為相同程度，然后計算對目標(biāo)節(jié)點后驗概率的影響。網(wǎng)絡(luò)節(jié)點用顏色指示敏感參數(shù)的位置，著色程度表示敏感源的強弱，即表明影響因素對項目完成情況的影響程度，著色越深，程度越大，結(jié)果如圖3所示?？梢钥闯?，影響工程復(fù)雜性的敏感因素包括：組織關(guān)系及動態(tài)(A2)、組織間合作意識(A4)、工期緊迫性及不確定性(A9)、技術(shù)多樣性(A11)、新技術(shù)、新設(shè)備數(shù)量(A12)、經(jīng)濟環(huán)境復(fù)雜性及不確定性(A19)、參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)、利益關(guān)系復(fù)雜程度(A26)、社會性互動的復(fù)雜程度(A27)、承載思想文化的復(fù)雜程度(A29)。敏感因素可以根據(jù)變量的確切敏感值進行排序。排名如下：社會性互動的復(fù)雜程度(A27)>經(jīng)濟環(huán)境復(fù)雜性及不確定性(A19)>新技術(shù)、新設(shè)備數(shù)量(A12)>組織關(guān)系及動態(tài)(A2)>技術(shù)多樣性(A11)>利益關(guān)系復(fù)雜程度(A26)>組織間合作意識(A4)>參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)>工期緊迫性及不確定性(A9)>技術(shù)水平要求(A15)>新技術(shù)、新設(shè)備數(shù)量(A12)。上述因素的微小變化可能會對項目完成情況產(chǎn)生重大影響。因此，應(yīng)特別注意這些敏感因素，并應(yīng)采取相應(yīng)措施來應(yīng)對這些因素對重大工程項目復(fù)雜性的影響。

3.4 最大致因鏈分析

影響鏈分析的強度用于描述節(jié)點之間相互影響的程度。影響鏈分析描述的是條件概率之間的依賴程度，目的是尋找導(dǎo)致結(jié)果的最可能路徑。連接線的寬度代表連接節(jié)點變量之間的影響強度，即父節(jié)點對子節(jié)點的影響。如果多個具有較強影響關(guān)系的節(jié)點形成一個鏈接，且目標(biāo)節(jié)點存在于該鏈接中，則該鏈接是一個具有最大影響力的因果鏈。在這項研究中，將目標(biāo)節(jié)點“重大工程項目復(fù)雜性”處于嚴重影響的概率設(shè)置為100%，然后進行影響強度的分析，結(jié)果如圖4所示。

圖4 最大致因鏈分析Fig.4 Maximum influence chainanalysis

可以看出，有3條影響性成因鏈條出現(xiàn)，以增粗鏈所示。第1個是“涉及制度背景的差異性(A21)→參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異(A24)→對重大工程復(fù)雜性影響程度”。根據(jù)結(jié)果，不同地區(qū)制度背景的差異性會影響參與方的工作習(xí)慣、文化、理念，進而對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生了重大影響。由此可以得出結(jié)論：涉及制度背景的差異性與參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異對重大工程項目復(fù)雜性起了重大影響，且這一結(jié)論與上述敏感性分析的結(jié)論一致。第2個是“利益相關(guān)者的數(shù)量(A25)→利益關(guān)系復(fù)雜程度(A26)→社會性互動的復(fù)雜程度(A27)→對重大工程復(fù)雜性影響程度”。分析第2條影響鏈的影響路徑，利益相關(guān)者的數(shù)量影響著利益關(guān)系的復(fù)雜程度，增加了社會互動的復(fù)雜程度，最終對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生了重大影響。因此可以得出結(jié)論：利益關(guān)系復(fù)雜程度會增加社會性互動的復(fù)雜程度從而對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生顯著影響。社會復(fù)雜性會對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生顯著影響，這一結(jié)論與上文中得到的結(jié)論相互對應(yīng)。第3條是“技術(shù)多樣性(A11)→新難技術(shù)所需知識經(jīng)驗(A14)→技術(shù)水平要求(A15)→重大工程項目復(fù)雜性”。根據(jù)第3條影響鏈可以得知，技術(shù)多樣性影響新難技術(shù)所需知識經(jīng)驗的儲備，進一步提高了工程所需技術(shù)水平要求，最終間接對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生影響。這一影響鏈表現(xiàn)為技術(shù)復(fù)雜性對重大工程項目復(fù)雜性的影響，其中技術(shù)多樣性極大程度的影響著重大工程項目復(fù)雜性。綜上所述，3條影響鏈體現(xiàn)了涉及制度背景的差異性，社會性互動的復(fù)雜程度，技術(shù)多樣性對重大工程項目復(fù)雜性有著顯著的影響，均與上述相關(guān)結(jié)論基本一致。技術(shù)復(fù)雜性、制度復(fù)雜性、社會復(fù)雜性是影響重大工程項目復(fù)雜性的主要因素。

4 結(jié)論

(1) 涉及制度背景的差異性與參與方工作習(xí)慣、文化、理念的差異性嚴重影響概率分別為43%和47%，結(jié)合最大致因鏈和敏感性分析可知其會對重大工程項目復(fù)雜性有重大影響，需要特別關(guān)注該影響因素。建設(shè)單位應(yīng)在重大工程開始實施之前對參與方的制度、文化背景、習(xí)慣、文化理念等進行調(diào)查，在充分了解參與方有關(guān)這兩方面的差異之后，可就差異性制定符合各自特性的工作制度，從而達到提高工作效率，減輕對重大工程復(fù)雜性影響的目的。

(2) 利益關(guān)系復(fù)雜程度的嚴重影響概率為45%，會增加社會性互動的復(fù)雜程度從而對重大工程項目復(fù)雜性產(chǎn)生顯著影響，就此而言，可通過事前調(diào)查來減少事后控制，首先建設(shè)單位應(yīng)事先協(xié)調(diào)好多方利益相關(guān)者之間的關(guān)系，就一些決定性決策，除了要取得主要利益者的認可之外，還要考慮到大多數(shù)其他利益相關(guān)方的理解和認可，有效減少利益關(guān)系的復(fù)雜程度，才能減輕后期不必要的社會性互動，如利益相關(guān)方的沖突等，通過事前協(xié)調(diào)好相關(guān)利益者之間的關(guān)系，事后引起的不必要的沖突也能更好地調(diào)解。

(3) 技術(shù)多樣性的嚴重影響程度為44%，結(jié)合最大致因鏈分析，技術(shù)多樣性極大程度地影響著重大工程項目復(fù)雜性，所以提高企業(yè)的技術(shù)多樣性就顯得尤為重要，建設(shè)單位應(yīng)促進企業(yè)內(nèi)部學(xué)習(xí)和發(fā)展新技術(shù)，購入先進設(shè)備，可以一定程度避免因技術(shù)多樣性引起的對新技術(shù)新設(shè)備數(shù)量要求而產(chǎn)生的對重大工程項目復(fù)雜性影響。