基于系统动力学的工程项目成本控制方法研究

'分类号______________________________密级______________________________ＵＤＣ______________________________编号______________________________硕士学位论文基于系统动力学的工程项目成本控制方法研究学位申请人：孙康学科专业：管理科学与工程指导教师：蒋根谋教授答辩日期： 华东交通大学2013届硕士学位论文基于系统动力学的工程项目成本控制方法研究土木建筑学院孙康 独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表和撰写的研究成果，也不包含为获得华东交通大学或其他教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人签名_______________日期____________关于论文使用授权的说明本人完全了解华东交通大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。保密的论文在解密后遵守此规定，本论文无保密内容。本人签名____________导师签名__________日期___________ 摘要基于系统动力学的工程项目成本控制方法研究摘要经济全球化是世界发展的必然趋势，受国际公司的冲击，我国建筑市场的竞争愈发激烈。合理的控制成本以获得经济利益最大化，既是企业追求的目标，也是其生存和发展的根本。对于大型的工程建设项目来说，其成本管理是一个复杂的过程，仅凭经验来控制成本的时代已经过去了，施工各阶段影响成本的因素都是相互联系的，综合考虑影响成本的各因素，用系统、动态的方法对项目进行成本控制是需要深入研究的一个方向。在对建设项目成本控制的理论及方法探索过程中，以往的研究以理论指导为主，缺乏定量的分析。系统动力学方法已广泛应用到社会各个领域，在建设项目的风险管理方面也已取得一定的研究成果，然而，在建设项目成本控制中的系统应用尚未展开研究。基于此，本文尝试将系统动力学的建模方法与建设项目成本控制的相关理论结合，在对建设项目成本控制系统的模型建立方面进行了一定研究。文章首先用系统动力学方法解决问题的思路，对成本控制系统中的主要因素进行分析。以成本偏差反馈环、进度偏差反馈环为两条主线，进行成本影响因素分析；并以返工率的形式将质量目标囊括到成本控制综合系统中去，应用AHP的方法对本文案例中极具代表性的冲击钻孔桩的施工过程进行风险分析，识别主要风险事故为断桩与成孔不圆，其发生对返工率的影响占60%。其次，基于之前的分析，针对建设项目采用鱼骨图的方法从人、材、机、方法、环境五方面来识别系统中的主要变量，根据工程建设项目的实际情况，确定内生变量、外生变量以及可忽略因素；从系统中的成本偏差反馈环、进度偏差反馈环这两条线出发，建立整个成本控制系统的一个模型。最后选取了八盘峡黄河特大桥主桥墩的水下基础工程施工过程作为实证研究对象，通过资料收集与处理，对模型中所需要的参数进行处理估算，并建立所有变量间的方程式,运用VensimPLE软件，进行仿真模拟，验证应用系统动力学的方法进行建设项目系统的成本控制是可行的。关键词：成本控制，系统动力学，反馈环，AHPI AbstractTHERESEARCHONPROJECTCOSTCONTROLMETHODBASEDONSYSTEMDYNAMICSABSTRACTEconomicglobalizationisaninevitabletrendofdevelopmentintheworld,soChina"sconstructionmarketismorecompetitivewiththeimpactofinternationalcompanies.Controlingcostsreasonableinordertomaximizebenefitsnotonlythepursuitofthegoalsoftheenterprise,butalsothefundamentalofenterprisesurvivalanddevelopment.Forlargeengineeringconstructionprojects,costmanagementisacomplexprocess.Thetimehaspassedtocontrolcostsaloneonexperience,thefactorsareinterrelated.Consideringthefactorsthataffectthecostofsystemdynamic,findingnewmethodofprojectcostcontroldepthisonedirection.Intheprocessofexploringthetheoryandmethodofconstructionprojectcostcontrol,previousstudiespayattentiontotheoreticalguidancelackofquantitativeanalysis.Systemdynamicsmethodhasbeenwidelyappliedtoallareasofsociety,theresearchhasalsobeenmadeintheriskmanagementofconstructionprojects,however,theconstructionprojectcostcontrolsystemhasnotyetcommencedresearch.So,wetrytocombinesystemdynamicsmethodtothetheoryofprojectcostcontroltomodelingofprojectcostcontrolsystem.First,thearticaltrytoanalysthemainfactorsinthecostcontrolsystemwiththesystemdynamicsmethod.Bytwomainlines(feedbackloopofcostvariance,feedbackloopofschedulevariance),wefindthefactorsofcost.Qualityobjectivesincludetheintegratedsystemofcostcontrolintheformofrework.WiththemethodofAHP,doresearchonriskanalysisofBoredpileconstuctionprocess,andfindthatthemainriskofaccidentsarebrokenthepileandintotheholeisnotroundwhichcause60%oftotalrework.Secondly,basedonthepreviousanalysis,weidentifythemainvariablesfromthefiveareasofpeople,materials,machines,methods,environmentbyfishbonediagram.Accordingtotheactualsituationoftheconstructionproject,todeterminetheendogenousvariables,outsideendogenousvariablesandignorefactors,sowecreateamodeloftheentirecostofthecontrolsystem.Finally,thearticleselectsthemainpieroftheYellowRiverBridgeBapanxiaunderwaterfoundationconstructionprocessasempiricalresearchobject.Throughthedatacollectionandprocessing,thearticleprocessingestimatestheparametersneededinthemodel,andverifytheapplicationofsystemdynamicsmethodofconstructionprojectcostcontrolsystemisfeasiblebyVensimPLEsoftwaresimulation.KeyWords：costcontrol,systemdynamics,feedbackloops,AHPII 目录目录第一章绪论.............................................................................................................................11.1研究的背景与意义...................................................................................................11.1.1工程项目成本管理的重要性.......................................................................11.1.2工程项目成本控制需要系统、科学的管理方法.....................................11.2国内外的研究现状...................................................................................................21.2.1国内外系统动力学的发展及研究现状......................................................21.2.2系统动力学在项目管理领域的应用及研究现状.....................................31.2.3系统动力学在我国建设项目成本管理中应用的研究现状.....................41.3主要内容及研究思路...............................................................................................51.3.1论文主要内容................................................................................................51.3.2论文研究思路................................................................................................71.4论文的创新点及研究目标......................................................................................71.4.1本研究的创新点...........................................................................................71.4.2论文研究预计达到的目标...........................................................................8第二章系统动力学的基本原理...........................................................................................92.1系统动力学理论的基本概念..................................................................................92.1.1系统、模拟与模型.......................................................................................92.1.2因果关系图....................................................................................................92.1.3反馈环............................................................................................................92.1.4变量（要素）..............................................................................................102.1.5流图..............................................................................................................112.2系统动力学构建模型的步骤及方法...................................................................112.2.1系统动力学分析、解决问题的过程及步骤............................................112.2.2系统动力学构建模型原理.........................................................................132.2.3系统动力学构建模型方法.........................................................................132.3DYNAMO模拟语言简介...........................................................................................152.3.1DYNAMO语言.................................................................................................152.3.2VensimPLE软件简介................................................................................162.4本文应用系统动力学的思路................................................................................17第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析.....................................183.1三大目标的相互影响关系....................................................................................183.2成本偏差分析.........................................................................................................183.2.1计划成本......................................................................................................19III 目录3.2.2实际成本......................................................................................................203.3进度偏差分析.........................................................................................................223.3.1进度管理的概念.........................................................................................223.3.2工期成本......................................................................................................223.3.3进度偏差因果关系分析.............................................................................233.4返工率影响因素分析............................................................................................243.4.1质量成本的概念.........................................................................................243.4.2工程返工模块..............................................................................................253.4.3基于AHP法的施工风险分析.....................................................................253.5本章小结.................................................................................................................29第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立................................................304.1建设工程项目成本控制的系统分析...................................................................304.1.1调查收集建设项目成本控制系统的情况与数据统计...........................304.1.2明确成本控制系统要解决的问题............................................................314.1.3系统的边界及主要变量.............................................................................324.1.4确定内生变量，外生变量.........................................................................334.2成本控制系统的因果关系及流图分析...............................................................344.2.1成本控制系统的因果关系分析................................................................344.2.2成本控制系统的流图.................................................................................384.3模型建立.................................................................................................................394.4本章小结.................................................................................................................40第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试.........................................425.1工程概况及案例相关说明....................................................................................425.1.1工程地质条件..............................................................................................425.1.2交通运输情况..............................................................................................425.1.3施工总体安排..............................................................................................435.1.4研究对象选取..............................................................................................435.1.59号、10号墩水下基础工程.....................................................................445.2实证案例的系统动力学模型建立........................................................................455.2.1SD模型中的变量........................................................................................465.2.2SD模型中的方程........................................................................................475.3模型检验及结果分析............................................................................................515.3.1系统仿真时间设定及方程输入................................................................515.3.2模拟结果分析.................................................................................................535.4政策及建议................................................................................................................57IV 目录5.5本章小结....................................................................................................................57第六章结论与展望..............................................................................................................586.1主要工作回顾.........................................................................................................586.2研究结论及成果.....................................................................................................586.3后续研究工作.........................................................................................................59参考文献...................................................................................................................................61个人简历在读期间发表的学术论文.................................................................................63致谢...........................................................................................................................................64V 第一章绪论第一章绪论1.1研究的背景与意义1.1.1工程项目成本管理的重要性在我国，建筑业的支柱产业地位日益显著，其增加值在GDP总量排序中，长期稳步居于国民经济各产业部门的前列[1]。长江三峡水利枢纽工程、青藏铁路、苏通大桥、杭州湾跨海大桥、北京奥运场馆和上海世博会场馆等一批高水准工程的顺利建成，为我国社会主义经济建设、文化建设发挥了巨大作用。因此，在推动国家经济发展中的必要组成单元就是建筑施工企业[2]。经济全球化是世界发展的必然趋势，受国际公司的冲击，我国建筑市场的竞争也日趋激烈。工程项目施工所带来的收益是建筑企业得以生存和发展的根本。随着建筑市场法制化日益规范，招投标程序更加公开透明，企业要想获得经济效益，只有把管理的基点放在提高项目成本管理上，切实的控制施工成本[3]。对于施工企业而言，在保证工程项目质量、安全的前提下，合理的控制成本以获得经济利益最大化，既是企业追求的目标，也是其生存和发展的根本。实际上，施工项目的质量管理、进度管理、采购管理等都受到成本这只无形的手的影响、制约，与此同时，各项管理体系也影响着项目的成本。因此，施工成本管理在施工项目管理中处于十分重要的地位。1.1.2工程项目成本控制需要系统、科学的管理方法2010年10月，中铁建沙特麦加轻轨项目巨亏41亿，创下了中国海外工程项目亏损的纪录[4]。作为一个富有经验的国际工程承包商，在自己专长的领域栽了这么大一个跟头，让所有人大跌眼镜。这个案例引发了我们很多思考，对于大型的工程建设项目来说，其成本管理是一个复杂的过程，仅凭经验来控制成本的时代已经过去了。施工各阶段影响成本的因素都是相互联系的，如何能综合考虑影响成本的各因素，用系统、动态的思想对项目进行成本管理是我们急需解决的一大问题。系统动力学是一门分析研究信息反馈系统的学科。系统动力学的方法是用交叉、综合性地方法去探索如何认识和解决问题。对于复杂系统问题的处理，系统动力学通常采用定性与定量相结合的方法，是一种构造型的分析方法，强调系统的结构、行为的产生机制、控制的表述和因果的制约，因而较适合研究处理复杂系统[5]。而建设项目成本管理包括质量成本管理、工期成本管理、采购成本管理等，从程序上来说成本控制又分为事前控制、事中控制和事后控制，涉及到人工、材料、机械等多种相关因素，管理的过程就是一个动态的、信息反馈的过程，因此建设项目成本管理实际上是一个复杂的系统过程，用系统动力学原理及方法进行分析处理，具有可行性[6]。1 第一章绪论1.2国内外的研究现状系统动力学（SystemDynamics）是一门分析研究信息反馈的学科，也是一门认识系统问题和解决系统问题交叉的综合性的学科[7]。它是系统科学的一个分支，也是一门沟通自然科学和社会科学等领域的横向学科[8]。系统动力学强调系统、整体的观点和联系、发展、运动的观点[9]。1.2.1国内外系统动力学的发展及研究现状系统动力学学科最早是由美国麻省理工学院（M.I.T）的福瑞斯特（JayW.Forrester）教授提出的[10]。福瑞斯特教授提出系统动力学的建模方法是先建立因果关系图、流图，再汇总建立模型。系统动力学的建模方法都是从实际出发，通过对系统的分析，先建立流位流率系，再逐步完善成一个复杂的结构模型[11]。通常系统动力学的结构模型建立过程比较复杂，没有一个规范性的方法，要结合实际研究案例。纵观系统动力学的发展过程，大致可以分为四个阶段[12]：（1）稳态动力学（1956—1961）在SD研究的最初的“工业动力学”阶段就已经明确了结构的概念，通过反馈环或子系统来认识系统，主要是通过平衡条件的变化对稳态的影响进行研究，而不是简单的增长或衰减的瞬态过程。这一时代，SD主要用于公司政策的修改，该阶段以《工业动力学》一书的出版而告终。（2）增长的动力学和一般系统理论（1962—1966）在这一阶段，系统的概念在社会学中得以巩固，系统原理及实验手段得到普及[14]。SD模型发展到非线性阶段，其正反馈机制在公司经营、新产品开发及经济活动等增长过程中得到验证。同时，SD的应用范围已从企业政策领域延伸到工程、医学、心理、管理等领域，以一种同意的观点去把握各类复杂的系统结构，并作为一般系统理论得到发展。（3）理论与应用的桥梁（1967—1975）这一阶段为SD进一步发展奠定了基础。SD由理论转向应用并且相继产生了一些重要专著，如福瑞斯特教授的《城市动力学》、《世界动力学》，梅多斯教授的《增长的极限》等[15]。这一时代，SD的研究逐渐简明适用，并不限于数学上的复杂理论，同时，由于SD应用的逐渐广泛已超出工业系统范围，于1972年改称系统动力学。（4）渐趋成熟（1976至今）美国国家模型（方程数4000，耗资600万美元）由福瑞斯特教授主持，标志着系统动力学在应用方面进入一个更为成熟的阶段[16]。目前，系统动力学正加强与控制理论、系统科学、突变理论、耗散结构与分叉、结构稳定性分析、灵敏性分析、统计分析、最优化技术等方面的联系，各国研究涉及经济、能源、交通、环境、生态、生物、医学、工业、城市等广泛的领域。2 第一章绪论系统动力学引进我国已经30余年，在理论与应用研究工作方面已取得引人瞩目的成果。贾仁安首次提出系统动力学流率基本入树复杂系统动态结构建模的理论和方法[17]。程进、王华伟等利用遗传算法来研究系统结构的变化[18]。廖友军介绍了利用MATLAB进行系统动力学仿真的三种方法，推进了系统动力学与计算机结合的这一趋势[19]。针对系统动力学建立仿真方程式比较困难这一关键问题，王翠霞、贾仁安（2007）提出了顶点赋权因果关系图分析法，定性与定量结合的分析系统[20]。为了更有效的分析研究复杂的社会经济系统，许多研究者尝试以系统动力学的理论、方法、模型为主框架，综合运用多种理论与方法，建立综合集成的模型体系。从国际56年，国内30余年的学科发展看，系统动力学无论是在理论还是在应用研究领域都是一门十分有用的系统与管理学科。1.2.2系统动力学在项目管理领域的应用及研究现状Roberts.(TheDynamicsofResearchandDevelopment,1964)首次将系统动力学应用于政府的R&D项目过程中的管理问题，分析了其中的基本动态性，并提出了“实际进度”和“感知进度”的概念[21]。KennethG.Cooper.(NavalshipProduction:AClaimSettledandaFramewokBuilt.1980)第一次把系统动力学应用于建设项目管理中，作者以一个大型造船项目为例，提出了“返工回路”，分析了“未发现的返工”，“发现返工所需时间”，“工作质量”等因素之间的关系[22]。MoonseoPark.MadhavPrasadNepal.MohammedFadhilDulaimi(DynamicModelingforConstructionInnovation.2004)提出建设项目创新的动力学模型，通过对新加坡各创新项目中参与方的行为观察建立模型，试图了解各参与方在创新新项目建设中怎样相互影响[23]。S.Chritamara,S.O.Ogunlana(Systemdynamicsmodelingofdesignandbuildconstructionproject.2002)提出设计-建造项目管理的研究，以往总是着重建立独立的子系统，因此作者尝试建立一个系统动力学模型对项目进度、成本进行分析，其中包括了设计-建造项目中主要的子系统及各子系统质检的关系，建模之后对模型仿真，并对模拟结果进行了分析[24]。SangHyunLee.FenioskyPena-MoonseoPark(Web-EnabledSystemDynamicsModelforErrorandChangeManagementonConcurrentDesignandConstuctionProjects.2006)提到由于一些错误和变更，使得项目不确定性跟复杂性较大，容易导致工期拖延和费用超支这一问题，并提出了动态计划和控制方法论（DPM）的信息技术，通过一个实际案例说明了其优越性[25]。FarnadNasirzadeh,AbbasAfshar,andMostafaKhanzadi(Dynamicriskanalysisinconstructionprojiects.2008)将系统动力学应用于建设项目风险管理中，作者提出传统的风险分析方法没有考虑不同风险之间的相互影响关系，往往一种风险的变动会对其他一种3 第一章绪论或几种风险有较大的影响，因此文章用反馈环建立风险间的因果关系，不同风险的累积结果容易被仿真出来并且定量化[26]。在国内，系统动力学已应用到项目资源管理、风险管理等方面。雷荣军、毕星（2004）提出应用系统动力学建立模型，模拟反应各变量（工期、质量、投资等）之间关系，以克服传统项目管理方法在项目宏观管理方面的不足[27]。文章通过某住宅项目的实际案例尝试用系统动力学方法对工程进度进行分析，文章不足之处在于缺少对模拟结果的分析。宁晓倩，王其藩（2004）用系统动力学模型来模拟项目管理过程，把返工对项目进度和成本的影响描述出来，弥补传统网络图难以表达返工的影响这一不足[28]。风险管理方面，蔡建民（2006）结合PMBOK的项目风险管理框架，提出了基于系统动力学的风险管理过程[29]。作者借助AHP、模糊综合评价法对项目风险因素进行排序，然后选取关键因素进行风险建模分析。徐芳、袁大祥（2007）将系统动力学应用到风险识别阶段，提出了将系统动态观点与SWOT相结合进行风险识别的方法，有利于识别出更多风险[30]。在项目资源管理方面，周瑜、刘秋生（2007）建立了人力资源管理的系统动力学模型，运用Vensim软件进行模拟，并对结果进行分析，最后对人力资源的引入分配方式提出了对策建议[31]。赵金楼、齐英（2008）针对建设项目中的人力资源和物资管理，建立系统动力学模型，仿真结果表明人力资源与物资之间的某种动态平衡是保证项目的质量、进度和投资被有效控制的重要因素，而人力资源更具有决定性[32]。何满辉、杨皎平（2007）针对软件项目管理中的不确定性和非线性问题，提出采用系统动力学模拟软件项目两阶段实施过程，该模型可以有效预测项目完成时间，同时还分析了人员的分配对项目进度的影响[33]。罗昌等（2007）利用因果环路图描述技改项目管理的各阶段、各方面因素关系[34]。翟丽等（2008）将系统动力学和传统的网络计划技术结合起来，建立了一个描述软件开发项目过程的模型[35]。综上所述，系统动力学在项目管理中的应用研究已经有一段时间了，但是仍有很多项目管理领域的细节问题有待解决，比如系统的末端输入值的确定、主要变量的取舍问题等，这些一般都是按照研究者选取案例的不同有所不同，系统动力学在项目管理中的研究也是百花齐放，总的来说现阶段缺少一个规范的体系来指导项目管理的系统动力学模型建立。因此，系统动力学在项目管理中的应用研究仍有很大的空间有待我们开发。1.2.3系统动力学在我国建设项目成本管理中应用的研究现状何青原,程明提出了系统动力学的研究方法对工程项目成本控制是理论上创新,与传统的项目管理方法相比,系统动力学更侧重于对难于准确量化的复杂因素的分析,从而解决了仅靠传统的网络计划技术不能全面反映和控制所有变量的问题。并以某建设工程项目实施阶段的成本控制为例,说明了系统动力学与传统项目管理方法相结合,将大大增强对项目的分析能力和控制能力[36]。4 第一章绪论黄晓光在《基于系统动力学的建设工程造价控制研究》一文中按照工程项目建设过程的不同阶段，通过研究造价控制的效果反馈信息，分析影响建设工程造价的各种因素，从业主的角度，选取项目全过程，对建设项目进行造价控制与管理。根据建设工程的不同建设阶段详细讨论系统动力学应用于不同阶段造价控制的可行性和优越性。在建设项目决策阶段和设计阶段，分别建立工程造价控制效果反馈图模型，并将反馈图转变成流程图，对影响工程造价的各种因素进行了详细分析并介绍了模型的建立步骤。在工程项目招投标阶段和实施阶段，基于系统动力学的原理首先建立反馈图模型，定性分析影响工程造价的各种因素以及进行造价控制所带来的影响。证明了系统动力学在建设项目招投标阶段以及项目实施阶段应用的可行性[37]。戴臻杰基于系统思考理论对建筑施工企业成本测定的建立进行分析，论述了建筑施工企业成本测定是一个系统问题，必须从系统整体角度来考虑，而成本管理的重心也应从成本控制转移到成本测定上。通过成本影响因素的分类和筛选，将影响因素与企业成本测定全过程关联起来，得出成本测定的完整内涵，进而详细描述成本测定内部系统结构，构建出整体的系统思考模型，以系统动力学操作模型模拟成本的变动情况，以提高测定精确度。提出影响因素控制下的成本测定系统控制杠杆模型。用系统思考理论分析提高建筑施工企业成本测定能力的关键点以及实施过程中重点关注的问题，并提出相应对策建议，为管理层制定科学合理的决策提供理论参考[38]。以上的几篇文章都是系统动力学在建设项目成本控制中应用的比较有代表性的研究，但是也可以发现，有关这方面的研究多是从企业宏观管理的角度出发的，对工程项目的针对性不强。具体的工程实施过程中的成本控制反馈系统还需要进一步的研究，作者也尝试建立一个模型了模拟建设项目具体的施工过程，从而分析各因素对项目成本的影响程度。1.3主要内容及研究思路1.3.1论文主要内容论文的主要内容是围绕用系统动力学的方法来解决建设项目成本控制过程中的问题。文章首先从系统的角度来分析影响建设工程项目成本各因素间的因果关系，然后建立工程实施过程中的因果关系图；以成本、工期、质量三大项目管理目标为三条主线，将模型划分为成本偏差模块、工期压力模块以及返工模块，确定主要变量，建立系统动力学模型；以某黄河特大桥的桥梁桩基施工过程为案例细化模型，确定末端输入值，然后模拟施工过程，通过改变主要变量得到的不同结果对比分析来达到更好的进行成本控制。并通过此案例来发现模型中的不足给予一定的修正。第一章绪论部分要阐述系统动力学在工程项目成本管理中应用的必要性；对系统动力学在项目管理以及项目成本管理中的应用研究进行综述，发现空白与不足；然后概述5 第一章绪论本文的研究内容、重点、技术方案；介绍本研究预期达到的目的，以及作此研究的意义等。第二章的内容分两部分，第一部分介绍系统动力学的原理，建立反馈系统的思想，回路中常用的系统结构图、因果关系图、流图等。第二部分介绍动态模型DYNAMO语言基础以及用系统动力学方法来解决问题的基本步骤。第三章主要是以系统动力学的角度去分析影响建设工程成本控制的各因素，并构建其之间的因果关系。主要是以成本、工期、质量三大项目管理目标为三条主线，建立成本偏差模块、工期压力模块以及返工模块的因果关系图。第四章的内容是本研究的核心内容，在作相应假设的基础上，建立建设项目成本控制的系统动力学模型，并通过大量的资料收集，数据统计来确定各变量之间的方程，最终建立建设项目成本控制的理论模型。本章有三个重点：(1)工程成本的分解，影响成本的风险因素识别；(2)系统内变量的确定；(3)分析系统内各变量之间的关系，建立系统模型第五章以一个桥梁工程的水下桩基施工成本控制过程为案例，细化第四章建立的成本控制的模型，确定末端输入值，将模型和方程输入Vensim软件进行仿真，通过模型调试修改原模型，使模型与系统实际运行情况相吻合，并对仿真结果进行分析，为该施工过程的成本控制提供具体的决策依据。第六章内容主要是针对建立模型中存在的问题及不足作一个归纳总结，并对系统动力学在此领域的研究提出一些展望。1.3.2论文研究思路本文的研究思路如图1-1所示，首先通过对文献的大量阅读，以及对目前存在的工程项目成本管理方法的了解把握，寻找现在工程项目成本管理的不足，并确定通过本文研究可以解决的问题切入点。同时通过对系统动力理论专著的学习以及相关系统动力学应用文献的大量阅读，寻找到应用系统动力学方法解决问题的可行性。第二个阶段是针对本文所选案例（某黄河特大桥水下基础施工）进行系统动力学的分析。一方面要去现场收集数据，另一方面应用比较成熟的事故树法、鱼骨图法等方法来识别成本影响因素，确定主要变量，内生变量、外生变量。第三个阶段就是根据各主要变量之间的内在联系建立方程，并构建模型；应用VesimPLE软件对其进行模型运行，通过对模拟结论的分析来给出改进建议等。6 第一章绪论工程成本管理文献阅读现有方法的优势与不足本研究的必要性系统动力学相关应用本课题研究的可行性系统动力学基本理论选取案例实地调研事故树法、鱼骨图法识别影响因素获得数据选定主要变量建立方程数据统计分析VensimPLE建立模型并仿真仿真结果分析结论与展望图1-1论文研究思路框图Fig.1-1Blockdiagramoftheresearchideas1.4论文的创新点及研究目标1.4.1论文的主要工作及创新点系统动力学引进我国已经有几十年了，系统动力学在成本管理中的应用研究也比较多了，但多是从企业的角度宏观的去把握各影响成本的因素之间的关系，具体的针对工程施工过程建立系统动力学模型的研究较少，尤其是对施工复杂的工程，例如大型的桥梁施工等，鲜有文章对此进行详细的研究分析。针对上述问题，本文试图从工程施工的具体过程中抽象出系统动力学模型，然后根据一个黄河特大桥的施工案例来检验修正模7 第一章绪论型，作了相应的研究，具体主要体现在以下几个方面：（1）针对具体的工程施工过程来建立成本控制的系统动力学模型（2）从成本、工期、质量三条线来建立系统动力学模型，主要划分为成本偏差模块，工期压力模块以及返工模块。（3）在成本与进度偏差分析时，将赢得值法的相关理论应用进去，用已完工程预算费用表示实际进度，计划工程预算费用表示计划进度等。（4）在返工模块，影响返工率的风险因素，应用事故树法进行识别，并用AHP法对其进行简单的排序，从而确定主要变量。（5）应用一个相对复杂的桥梁桩基施工过程为案例，验证模型的可行性，并演示系统动力学模型在成本控制中的应用。1.4.2论文研究预计达到的目标（1）能用系统动力学的方法建立工程成本控制的模型，模拟桥梁桩基施工过程，通过对结果分析能达到优化成本控制的目的。（2）对影响工程施工成本的因素进行系统的划分，构建合理的因果关系图。（3）拓宽工程项目成本管理的思路，为此领域引进一种新的方法。（4）弥补系统动力学在工程项目成本控制领域研究的空白，为其他研究者进一步研究提供一点借鉴。8 第二章系统动力学的基本原理第二章系统动力学的基本原理2.1系统动力学理论的基本概念2.1.1系统、模拟与模型系统动力学中系统是一个由相互区别、相互作用、相互影响的各部分有机的联结在一起，通过完成某项功能而达到目的的一个集合体。“模拟”就是对真实的客观事物和过程的模仿和仿效。一般来说模拟总是涉及到某一种模型或其它形式简化的表达方式[39]。模型是通过对真实的客观事物与系统的模仿所形成的替代物。它通过模仿客观事物与系统的内部结构来表现系统各组成部分之间的关系。为了使模拟能够实现，模型的结构首先要仿效所要模拟的事物的主要构成部分，然后再通过各种技术方法使该模型表现出该客观事物的基本动态行为。2.1.2因果关系图在进行系统模型仿真时，建立正确模型的关键是要能够对系统变量间因果关系进行正确分析。因为因果关系是对系统内部关系的一种真实的写照，是构成系统动力学模型的基础。如图2-1所示，封闭轮廓线表示系统中的变量，中间标注名称或符号，箭头被称为因果关系键，从变量a指向变量b。因果关系表示逻辑关系，没有时间和数量上的意义。换言之，变量a、b间的延迟关系和数量的大小都不会影响因果关系键的存在。在系统中，两个变量之间因果的关系不是正因果关系，就是负因果关系，没有第三种关系。+aa-bb图2-1因果关系键Fig.2-1CausalRelationshipKey2.1.3反馈环因果关系环也称反馈环，是两个以上果关系键首尾相联而成的环形[40]。在因果关系环中，无法确定环的起点或终点，变量之间何为因，何为果也无法判断。因果关系键分有正键和负键之分，因此由正键相联而成的反馈环称为正反馈环，同理由负键相联而成的反馈环称为负反馈环。如图2-2中左图所示，若a增加，则b也增加，从而若c减少，9 第二章系统动力学的基本原理使得a会继续增加，因此左图为一个正反馈环；右图中，若a增加，则b也增加，然而若c减少，会使得a也减少，所以该反馈环即为负反馈环。由此可看出，正反馈环会产生自我强化的反馈效果，而负反馈环则产生自我调节的反馈效果，而系统主要就是通过负反馈环的作用来达到一个相对稳定的状态。a-a+++c-c+bb--图2-2反馈环Fig.2-2FeedbackLoop一个系统动力学模型中包括若干条反馈环，如图2-3所示，该模型为系统动力学恶性竞争（两败俱伤）基模。++甲的销售量+乙感到的威胁+度+甲的降乙的降-+价程度价程度-+乙对甲+乙的销售量的威胁度+图2-3反馈环实例Fig.2-3TheExampleofFeedbackLoop该模型中有三条反馈环，两条正反馈环和一条负反馈环，在实际的系统当中往往存在模型中所示的两个组织，他们只把目光放到在对方存在所构成的威胁上，所以采取的对策也是如何对付对方的威胁，二者互相采取反制措施、恶性竞争，势必造成两败俱伤的结果。10 第二章系统动力学的基本原理2.1.4变量（要素）系统动力学模型中的变量主要包括流位变量、流率变量、辅助变量、外生变量、增补变量及常量等[41]。流位变量具有积累效应，它的现时值等于前一时刻的值加上时间区间内的改变值。流率变量就是流位变量在某时间区间内的变化速率，它反映的是流位变量变化的快慢。流率变量通常有三种类型：①流入率和流出率均不恒等于零，即该流位变量对应的流率变量同时有流入率和流出率；②流入率和流出率其中有一项恒等于零，即该流位变量对应的流率变量只有流入率或只有流出率；③流入率和流出率统一为合流率。辅助变量可称为中间变量，它位于流位变量和流率变量之间的信息通道上。在用流率基本入树法构建模型时，流率变量通过辅助变量直接受流位变量的控制，由于流率变量是不断变化的，因此产生系统功能。增补变量是不连接在系统反馈环中，并且不影响任何反馈环中的其它变量的变量。常量是指在仿真规定的时间区间内不随时间变化而变化的量。2.1.5流图流图就是将各类变量用对应的符号表示变换因果关系的图[42]。从定性描述的因果关系图到流图，所要研究的系统内部组织结构已经发生了根本性的变化，流图建立后，可以对系统进行定量分析。流图中的流位变量LEV(t)可以用如下表达式进行表达：LEV(t)=LEV(t−∆t)+∆t×RAT(t−∆t)，因此，对模型进行定量分析只要再构建出流率变量方程和辅助变量方程就可以了。2.2系统动力学构建模型的步骤及方法2.2.1系统动力学分析、解决问题的过程及步骤流图就是将各类变量用对应的符号表示变换因果关系的图[43]。从定性描述的因果关系图到流图，所要研究的系统内部组织结构已经发生了根本性的变化，流图建立后，可以对系统进行定量分析。流图中的流位变量LEV(t)可以用如下表达式进行表达：LEV(t)=LEV(t−∆t)+∆t×RAT(t−∆t)，因此，对模型进行定量分析只要再构建出流率变量方程和辅助变量方程就可以了。（1）系统分析系统分析主要任务是分析问题，剖析要因。1）收集有关系统的情况与各种统计数据；2）了解用户的要求和目的，明确所要解决的问题；3）分析罗列系统的基本问题与主要问题，变量与主要变量；4）初步划定系统的界限，确定内生变量，外生变量，输入量；11 第二章系统动力学的基本原理5）确定系统行为的参考模式。（2）系统的结构分析处理系统信息，分析系统的反馈机制是这一步主要任务。1）分析系统局部的与总体的反馈机制；2）划分系统的各个层次与子块；3）分析系统的变量、变量间关系，定义变量（包括常数），确定变量的种类及主要变量；4）确定并分析回路和回路间的反馈耦合关系；并初步确定系统的主回路及它们的性质；分析主回路随时间转移的可能性。（3）建立规范的数学模型1）建立L,R,A,C诸方程；2）确定与估计参数；3）给所有N方程，C方程与表函数赋值；任务调研问题定义系统分析划定界限反馈结构分析结构分析变量定义建立方程修改模型任务调研建立模型模型模拟模型评估政策分析与模型使用图2-4系统动力学解决问题的过程与步骤Fig.2-4Processandproceduresofthesystemdynamicstosolvetheproblem（4）模型模拟与政策分析12 第二章系统动力学的基本原理1）以系统动力学的理论作指导进行模型的模拟与政策的分析，深入地剖析系统；2）寻找解决问题的途径，并尽可能付诸实施，取得实验结果，获取更多的信息；3）修改模型，包括结构构成与各种参数的修改。（5）模型的检验与评估这一步的内容不全是放在最后一起来实施的，其中大部分内容都是在上述其他步骤中分散进行的。上述主要过程与步骤如图2-4所示。2.2.2系统动力学构建模型原理系统动力学的规范模型像其它类型的的模型一样，仅仅是实际系统的简化与代表。或者说，一个模型只是实际系统一个断面或侧面。在一定意义上说，假若从不同的角度对同一实际系统进行建模，就可以得到系统许多不同的断面，也就能够更加全面、更加深刻地认识系统，找到更好的解决问题的方法和途径。系统动力学认为，终极的模型是不存在的，任何模型都只是一种在达到预定要求条件下的成果[44]。现实系统与模型之间的关系可以用图2-5形象说明。实际系统系统行为结果现实系统实施应用模型模型模拟决策分析评估图2-5系统动力学模型与现实系统关系Fig.2-5TherelationsbetweenSystemdynamicsmodelandreality2.2.3系统动力学构建模型方法确定问题与构思模型存在一定的原则，建模目的在于寻找解决问题的途径。建模首先应该明确等待解决的问题。建模构思是系统动力学方法中最困难的阶段，构思过程中存在一定的技巧和原则，以及有效的图形工具。在确定问题、定义变量以及构思模型的时候有三条普遍的原则：（1）要明确建模的目的；（2）集中解决系统中存在的问题与矛盾。意识到以上两条原则，将会大大降低在建模过程中确定问题和定义变量复杂程度。这两条原则不仅会把冗余的细节过滤掉，而且会帮助构模者集中观察反馈结构中的重要13 第二章系统动力学的基本原理方面。（3）系统动力学仅对那些随时间而变化和源自反馈结构的问题进行处理是构思模型时的另一条原则。从系统动力学的观点出发，任何问题最好的表示方式是以随时间变化的变量图。这种通过伴随时间变化的图形去描述问题的过程，可以称为动态思考。所以说“动态思考”首先要找到那些重要的变量，然后再研究这些重要变量的动态行为。在动态定义的过程中，要注意参考模式，所谓参考模式指用图形表示出重要变量，并推论和绘出与这些量有关的其他重要的量，从而集中地勾勒出着手研究的问题的发展趋势与轮廓。当系统的模型建成后，就要鉴定其有效性。鉴定模型的有效性一般是通过观察对比模型所产生的行为模式是否与最初确定的行为参考模式大体一致。一般来说，在系统动力学研究中忽视参考模式而获得成功是很困难的。系统动力学建模主要应用的基本方法有以下几种：（1）系统框图框图是用方块或圆圈简明地代表系统的主要子块并描述它们之间物质与信息流的交链关系。框图是所要介绍的方法工具中最简便的一种，但是它在系统分析与系统结构分析的初步阶段显得很有用。“明确目的，确定问题”和“划定边界”是一个逐步了解系统、分析问题以及认识问题相辅相成的反复的过程。在此过程中，在方法上要区别对待主次与粗细，往往是先主后次，先粗后细，框图的简洁性会很好的帮助人们确定系统界限、分析各主要子块间的反馈耦合关系以及可能存在于系统内部的主要回路。（2）因果与相互关系回路图法构思模型的初始阶段主要采用因果与相互关系回路图，通过非技术性地、直观地描述模型结构，更方便与那些不太熟悉系统动力学的人员进行交流。但应指出，对于成熟的模型研究者来说，可以跳过这步。（3）流图法因果与相互关系图只能描述反馈结构的基本方面，不能表示不同性质的变量的区别，这是它的根本弱点。在实际生活中有许多积累作用的变量，我们希望清晰的描述影响反馈系统的动态性能的积累效应，我们引入状态变量、速率的概念。在反馈系统中，积累环节被称为库存、贮存、状态变量或位。系统动力学认为反馈系统中包含各种连续的、积累的过程。速率也可称变化率，随着时间的推移，使状态变量的值增或减。速率与状态变量的关系可通过流图仿效阀门与浴缸的关系来描述，如图2-6所示。LEVINOUT14 第二章系统动力学的基本原理图2-6流图及其表示符号Fig.2-6Theflowgraphanditssymbol（4）混合图所谓混合图就是按照流图中的符号，把因果关系图中的状态和速率变量表示出来，混合图全部用实线表示，其优点在于：既能清晰的表示重要的状态与速率变量，又能够保持因果相互关系回路图的简洁性。清晰地标出速率与状态变量后，读者能够更加准确地用混合图分析与推论反馈结构所综合的动态特性。混合图比简单的因果相互关系回路图更容易理解模型假设的实际动态因果相互关系。由于能识别速率与状态变量，使混合图向建立可进行计算机模拟的方程式靠近一大步。2.3DYNAMO模拟语言简介2.3.1DYNAMO语言DYNAMO，取名来自DynamicModels(动态模型)的混合缩写。顾名思义，DYNAMO命名的涵意在于建立真实系统的模型，藉助计算机进行系统结构、功能与动态行为的模拟。DYNAMO和系统动力学的关系，可追溯到50年代系统动力学发展的初期。DYNAMO的前身称SIMPLE(SimulationofIndustrialManagementProblemswithLotsofEquation)在DYNAMO中，给变量带上时间下标以区别在时间上的先后。英文字母K表示现在，J表示刚刚过去的那一时刻，L表示紧随当前的未来的那一时刻。DT表示J与K或K与L之间的时间长度。库存方程可用DYNAMO表示如下：INV.K=INV.J+DT*(ORRE.JK-SH.JK)式中：INV.K––––库存现有量；INV.J––––DT前的库存量；DT––––计算的时间间隔；ORRE––––在JK间隔内收到的订货量SH––––在JK间隔内的发货量。至今已讨论DYNAMO模型中的六种方程，每一种方程前都要用标志字符表示，如下：L水平方程R速率方程A辅助方程15 第二章系统动力学的基本原理C赋值予常数T赋值予表函数中Y坐标N计算初始值L方程是积累(或称积分)方程，R与A方程是代数运算方程，C，T与N语句为模型提供参数值。以库存系统为例，假定每月发货为100，入库为80件，则库存INV每月减少20件，其动态行为是线性的，以图形表示就是随时间变化的直线。可用数学式表达：INV现在＝INV过去十(时间间隔)x(纯速率)若库存量在5个月前为l200件，则：INV现在＝1200件+(5月)*(80件/月-100件/月)＝1200+5*(-20)＝1100(件)2.3.2VensimPLE软件简介VensimPLE软件是一款易操作的建模软件。利用VensimPLE软件建模时，首先利用界面上的绘图工具将模型变量间的因果关系及流率模型建立起来，再利用Equation界面将模型各变量的方程及参数输入，全部输入完毕且无误后，就可以运行模型了。VensimPLE软件的信息输出详细明了。模型每一次的运行结果都可以显示并且保存，软件会询问此次运行是否保存；结果分析的图表可以直接输出，包括系统中变量随时间的走势以及改变参数时几次运行结果的比较等。除此之外，在建立模型的初期，软件也可以输出所需变量的三级因果树，协助分析结构。VensimPLE也可对模型的真实性进行检验，对于所构建的模型中的某些重要变量，可依据一些基本原则，预先提出对其合理性的基本要求，在已建好的模型中加入这些约束，模拟现有的模型对这些约束的遵守或违反情况，即可知道已建模型的真实性及合理性，从而对模型进行结果或参数的调整。用VensimPLE软件处理问题的一般过程如下：（1）分析问题，确定系统中的主要变量，并建立系统各变量间的因果关系图；（2）确定系统中的状态变量以及速率变量，辅助变量之间的关系，建立系统的流图；（3）在软件界面中，将模型的方程、参数等输入，并确认无误；（4）对模型进行仿真模拟，建立真实性检验及对模型的结构分析；（5）提出政策及建议并总结模型建立的不足。VensimPLE是一款集模型建立、结果分析、信息输出于一体的可视化软件，而且软件运用思路简洁明了，易于操作。利用其建立出系统动力学模型后，即可进行模拟分析。当然，建立起较为准确符合实际的模型是很关键的。16 第二章系统动力学的基本原理2.4本文应用系统动力学的思路本文应用系统动力学的思路是先基于系统动态的思想分析影响工程施工成本的因素，然后建立一般的成本控制理论模型。再通过一个工程案例（某黄河特大桥桩基施工过程成本控制）来细化模型。运用Vensim软件模拟施工过程验证并修改模型，同时对结果进行分析，为成本控制提供一定的依据。1系统动力学原理2成本控制方法知识储备以成本、进度、质量三大项3项目管理知识目管理目标为三条主线进行分析：影响成本的因素分析成本偏差模块；工期压力模块；返工模块。因果关系图建立项目成本模型建立确定各变量间具体关系（方程关系建立）末端值输入细化模型案例数据检验模型案例分析结果分析(针对此类工程提供修正建议)结论与展望图2-7本文创作思路Fig.2-7Thethoughtofcreation17 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析3.1三大目标的相互影响关系争取项目成功是项目管理的总体目标。项目管理目标有三个最主要的方面：成本目标、进度目标和质量目标。在传统三大目标的基础上，现代工程项目管理还强调环境目标、安全目标、健康目标等。从长期实践看，用质量、进度、成本可以较好地描述项目基本的运行情况，反应一个项目的执行效果，但诸如环境、安全等对项目管理目标实现的影响是不可忽略的。因此本文把研究重心放在质量、进度和成本这三个相对“可视”目标上，也将一些相对重要的成本控制影响因素作定性的分析。项目管理的三大目标通常由项目任务书、技术设计和计划文件、合同文件等具体定义。在项目实施的过程中，这三大目标是项目联系、相互影响的。某一方面的变化必然引起另两个方面的变化。例如过于追求缩短工期，必然会影响工程质量进而引起成本增加。所以项目管理者应追求其三者的均衡性和合理性，任何强调质量最好、费用最低、工期最短都是片面的。-+-+++图3-1项目管理三大目标体系Fig.3-1Threemainobjectivesoftheprojectmanagementsystem施工单位若想进行有效的成本控制，就必选要考虑质量成本与工期成本。实际上，施工项目的质量管理、进度管理都受到成本这只无形的手的影响、制约，与此同时，质量目标、进度目标的执行程度也影响着项目的成本。其中，进度、质量也以工期成本、质量成本的形式影响着项目的成本目标，本章从成本偏差、进度偏差和返工率这三个方面来分析各影响因素。3.2成本偏差分析作为项目管理极为重要的一个目标，成本计划是在工程实施过程中的依据。要想达到良好的成本控制的目的，也就是将实际成本控制在合理变动范围内，即尽量缩小成本18 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析偏差。成本偏差＝实际成本－计划成本。本文借用赢得值法的原理，费用偏差CV=BCWP-ACWP，其中BCWP为已完工程量预算费用，ACWP为已完工程量实际费用。由于在一般建设工程项目中，成本超支现象是比较普遍的，本文中的成本偏差为实际成本与计划成本的差。其因果关系图如3-2所示：++-+-+图3-2成本偏差因果关系Fig.3-2Thecausalrelationshipofcostvariance3.2.1计划成本应用赢得值法，计划成本即已完工程预算成本，即根据批准认可的预算，到某一时同类项目成本计划项目承包合同及执行情况（降低成本任务）工程估算预测、分析、确定目标成本计算目标成本降低额和目标成本降低率计算采用措施后的效果反馈修订成本计划草案成本计划图3-3成本计划的编制过程图Fig.3-3Thecostoftheschemeduringthepreparation19 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析点已经完成的工作所需投入的资金的累计值。业主也是根据这个值对承包商完成的工作量进行支付的。已完工程预算成本=已完工程量*单位工程预算费用已完工程量与工程的实际进度有关，对于工程的进度的因果关系分析放到3.3工期压力模块中去分析；单位工程预算费用跟前期的决策过程有关，本文是以承包商的角度来进行成本控制，在施工准备阶段，承包商会结合预算定额（平均水平）根据自己企业的施工定额（平均先进水平，代表企业的施工水平）来制定成本实施计划（编制过程如图3-3所示），单位工程预算费用在这里得以体现。3.2.2实际成本要分析建设工程项目实际成本的组成，首先要考虑项目成本的要素有哪些。以承包商的角度分析，在项目实施过程中，建安工程费的构成如图3-4所示：人工费直接工程费材料费直接费机械设备使用费措施费间接费建安工程费利润税金图3-4建筑安装工程费构成Fig.3-４ConstructionEngineeringfeesconstitute其中对于承包商来说，成本=直接费+间接费；间接费=企业管理费+规费；在施工现场发生的，可以在建设项目施工过程中可以控制的成本即为直接费用，后文的实际成本可以等同于建安工程费用中的直接费用（成本）。（1）直接工程费直接工程费是指施工过程中构成工程实体所耗费的各项费用，包括人工费、材料费、施工机械使用费。在工程实施的过程中，可以表示为单位时间的人工、材料、机械费用的积累。（2）措施费措施费是指为完成工程项目施工，发生于该工程施工前和施工过程中非工程实体项目的费用，一般包括：环境保护费、文明施工费、安全施工费、临时设施费、夜间施工增加费、二次搬运费、大型机械设备进出场及安拆费、混凝土、钢筋混凝土模版及支架费、脚手架费、已完工程及设备保护费以及施工排水、降水费。在本文中，基于降低模型复杂度的考虑，只选取对成本控制影响较大的因素，措施20 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析费用简化为措施成本，主要包括两方面成本控制措施成本和进度控制措施成本。成本控制措施成本是指发现成本偏差后，为减小成本偏差而采取措施所花费的成本，进度控制措施成本同理。（3）返工成本在实际成本的构成中，还要考虑的一个重要环节是返工环节。3.1中讲述了质量、成本、进度三大目标之间的关系，工程的质量是项目各参与方，尤其是建设方非常重视的一方面。在我国的建设工程实施过程中早已引入了建立制度，每个施工环节结束后，要进行检验验收，如果验收不通过则要返工或修补，再次验收通过才能进入下一环节。因此，返工成本也是实际成本的重要组成部分。影响实际成本的因素如图3-5所示：图3-5实际成本原因树状图Fig.3-5Theactualcostofthereasonstree成本偏差模块的因果关系如图3-6所示：,++-+++++++++--++图3-6成本偏差模块因果关系图Fig.3-6Costdeviationmodulecausaldiagram21 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析其中，实际成本耗用速率与单位时间人工、材料、机械成本消耗多少有关。对于人工、机械来说，一般合同签订下来，单位时间人工、机械成本是一定的；而构成单位时间材料消耗成本，除了要考虑构成实体的材料成本还要考虑材料损耗率，尤其是对于钢筋等单价比较高的材料来说，损耗率的高低直接影响单位时间材料消耗成本。再分析影响损耗率的因素，一般来说与施工单位的施工管理水平有关，与施工工程的熟练程度有关也就是与工人的素质有关。3.3进度偏差分析3.3.1进度管理的概念建设工程项目进度控制是指对工程项目建设各阶段的工作内容、工作程序、持续时间和衔接关系根据进度总目标及资源优化配置的原则编制计划并付诸实施，然后在进度计划的实施过程中经常检查实际进度是否按计划要求进行，对出现的偏差情况进行分析，采取补救措施或调整原计划后再付诸实施，如此循环，直到建设工程竣工验收交付使用[3]。影响工程进度的因素很多，一般可归纳为有人的因素、材料因素、机械设备因素、技术因素、资金因素、工程水文地质因素、气候因素、环境因素等等，人的因素影响最多也最严重，常见的有以下几种情况：（1）对项目的特点与实现的条件认识模糊比如，低估项目可能遇到的技术困难，未全面考虑到设计与施工中遇到的问题；高估多个参建单位工作协调问题；不清楚建设项目的施工条件，对项目的交通、供水、供电问题未调查研究；对于工程物资的供应来源未提前计划等等。（2）项目参加人员的工作怠误比如设计人员工作拖拉，导致建设业主不能及时决策；施工总承包单位对分包单位的选择失误；建委、质检站拖延审批文件的时间等等。（3）不可预见的事情发生如战争、地震、洪水、工程事故、企业倒闭等事件的发生。3.3.2工期成本在3.1中进行成本分析时，我们可以看出，工程实施进度对工程成本产生了较大的影响，其中影响因果逻辑关系的因素之间，也是千丝万缕、环环相扣。那么，进度对成本控制的直接影响体现在工期成本上。工期成本表现在两个方面，一方面是措施费用，特别是项目经理部为确保工期而采取的措施；另一方面是因工期拖延而造成的业主索赔的成本，两者之间必然存在一定关系，一般措施费用高，索赔成本就会相应降低。工期成本＝措施费用（对工期）＋索赔成本（对工期）22 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析综合工期成本的各种因素就会找到一个工期成本最低的理想点，这一点就是工期短并且成本低的最佳点。这一点的找寻需要对企业以往承建工程的数据分析，找到支出的措施费用与工程成本的关系。从而付出最合理的措施费用，使工期成本达到预期最低点。F1——为保证工期所耗费的措施成本成本F2——因工期拖延所造成的索赔成本F1F2最佳点措施费用图3-7工期成本、措施费用之间的关系Fig.3-7Therelationshipbetweenthedurationcosts,thecostsofmeasures3.3.3进度偏差因果关系分析这里依旧引用赢得值法的原理，进度偏差=实际进度-计划进度。其中实际进度用已完工作量预算费用表示，计划进度用计划工作量预算费用表示，其差值为进度差，以费用差表示，单位为元。影响进度差的因素如图3-8所示，计划进度与已耗费工期（即时间）和预算费用有关，时间为我们建模的一个坐标，是客观存在的，我们不多做考虑；预算费用则与前期的决策有关，其确定过程类比成本计划编制过程（图3-3）。另一方面，实际进度与已完工程量有关，已完工程量要经过检验这一步，也就是说工人的施工效率影响到的是待检工程量，而待检工程量经过质量检验合格后进度已完工程量阶段，其具体的关系，在后文返率因果关系一节中会分析。这里作进度偏差分析，简单的默认施工完的工程量就是我们的已完工作量。图3-8进度差影响因素树状图Fig.3-8ThefactorsofProgressdifferentialtree进度偏差的因果关系图如3-9所示，一般施工过程中分析进度控制是否适当，主要是用实际施工进度与计划进度进行比较，两者的差值越小我们认为进度控制的越好（进度差=计划完工工作量-实际工作量）。当进度差值较大，尤其是正偏差较大，即实际进23 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析度落后较多时，管理者需要采取一定的进度控制措施来保证整个施工过程的进度。进度控制措施体现在两方面，一是为保证后期施工进度所采取的预防措施，主要体现在对工人工作效率有提升作用的奖励机制；另一方面则是为弥补之前的进度偏差所采取的补救措施，诸如夜间施工，增加劳动力等赶工措施。进度控制措施的实施会使得工程实际完工速率有所提高，同时，工程实际完工速率还受到成本控制措施的影响，成本控制措施一般是减少人工，适当延长工期等，这些措施的实施对工程实际完工速率的影响是负向的。++-+++-+++图3-9进度偏差因果关系图Fig.3-9Progressdeviationcausalitydiagram3.4返工率影响因素分析众所周知，建筑工程产品使用期限长、投资额度大、用途广泛，其工程质量影响着国家及人民的生命财产安全。我国政府高度重视建筑领域的质量管理工作，早在上个世纪五十年代，政府就已经提出了“百年大计，质量第一”的建设质量指导方针，许多工程建设企业积极推行各种质量管理方法及技术，将建筑产品质量列入考核企业竞争力的重要指标当中。质量管理的成果也以质量成本的形式影响着工程的总成本。3.4.1质量成本的概念质量成本主要包括：（1）实施单位为了保证和提高产品质量、满足用户需要而支出的费用，包括在技术改进方面的投入（如使用高质量的材料、工艺、设备）和管理方面的投入（即质量管理的成本，包括人员费用、检测费用，以及工程检查验收损失的费用）。（2）因未达到质量标准而产生的一切损失费用，如维修费用、赔偿费用等。质量和成本是直接联系的，也就是人们常说的“一分钱一分货”。但这里的成本不局限与建设期成本，而是是指整个工程生命期的成本。本文主要研究的是工程建设过程，因此，本文中质量成本主要是工程建设过程中为保证工程质量而付出的成本，最主要是以返工成本的形式出现。24 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析3.4.2工程返工模块工程施工并不是一蹴而就的，每一环节施工完成后都要进行检验，检验合格后进入下一环节施工，不合格的则需要返工，其流图如图3-10所示。施工过程中的实际施工速率可以用每天的产值来量化，我们这里默认所有的工作都需要检验；进入状态待检验工作量后，合格的工作进入完成工作量，而不合格的工作，即需要返工的工作进入待返工工作量，经过返工、修补后再进入完成工作量，我们假设返工一次成功，即需要返工的工作经过返工后一定是合格品。整个施工过程中有一个重点是返工率，影响返工率的因素有很多，地质风险、施工方案不合适、人员操作失误等，因此返工的风险分析是比较重要的一步。图3-10施工过程流图Fig.3-10Constructionprocessflowdiagram3.4.3基于AHP法的施工风险分析模型的建立需要将风险量化，不同的工程，工程的不同施工环节，其返工率是不同的，其施工风险都需要进行特定的分析，因为本文的案例是黄河特大桥的水中墩基础部分的施工过程，故这里以桥梁施工基础部分的冲击钻孔桩施工过程的风险评估为例，分析风险的量化过程。（1）冲击钻孔桩施工的风险辨识如果冲击钻孔桩施工过程中出现风险事故，导致的最终结果往往是这个施工环节的的成本上升，因此可以以冲击钻孔桩施工成本增加作为风险辨识的顶上事件，采用事故树的方法逐层向下分析可能的风险事故，如图3-11所示。进一步分析各风险事故的风险因素，在成孔阶段：（1）钻孔不圆。这种情况肯能存在的原因有三种A钻头转向失灵；B泥浆粘度过高，冲击阻力太大，钻头转动困难；C冲击行程太小，钻头转动不充分。（2）钻孔偏斜。导致钻孔偏斜的原因有四种D钻机底座安置不平；E桩孔地质构造不匀；F冲击中遇到大小不均的探头石、漂石，是钻头受力不均；G基岩面形状较陡。（3）塌孔。钻孔较深，低于地下水位时，孔壁土会在静水压力下向孔内坍塌，甚至发生流沙现象。在浇灌混凝土桩基础阶段：（4）封底失败。常见的原因有三种：I首批混凝土数量过小；J孔底的沉渣厚度大；K头斗料冲击力不足。（5）断桩。这是比较严重的一种施25 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析工事故，引起断桩的原因有：L灌注中提升导管失误；M混凝土中断供应（下雨，停电，机械故障等原因）；N导管漏水，已灌注的混凝土与导管的混凝土隔断，无法继续灌注。冲击钻孔桩施工成本增加钻孔成本增加浇灌混凝土桩成本增加钻孔钻孔封底塌孔断桩不圆偏斜失败图3-11冲击钻孔桩事故辨识Fig.3-11Accidentindentificationofcompact-holeboredpile（2）冲击钻孔桩施工的风险评价综上所述的风险因素，可以归为三大类：自然风险，组织管理风险和技术风险。这里假设冲击钻孔桩施工过程按规范程序操作，即假设不存在决策风险。运用层次分析法来评价上文辨识出的风险事故，并对其进行排序。1）建立层次结构模型目冲击钻孔桩的风险评估标层自然风险R1组织管理风险R2技术风险R3HGFEMLKIDBJNCA钻基冲桩混灌头首钻泥孔导冲钻孔岩的击孔凝注斗批机浆底管击头风探较面头中地土中料混底粘的漏行转险深形石遇质中提冲凝座度沉水程向层�状�构断升击土安过渣太失静较到造供导力数置高厚小灵水陡漂大不应管不量不度压石小匀失足过平大力不误小大均事故层成孔不圆A1钻孔偏斜A2塌孔A3断桩A4封底失败A5成孔阶段浇铸混凝土桩阶段图3-12冲击钻孔桩施工风险层次结构模型Fig.3-12Thecompact-holeboredpileconstructionriskhierarchymodel26 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析根据AHP的方法来构建层次结构模型如图3-12所示，将风险分析问题分为三个层次：目标层。建立模型的最终目标是对冲击钻孔桩施工的风险进行评估，提供给决策者以依据，进一步控制冲击钻孔桩施工过程中的风险。风险层。辨识冲击钻孔桩施工风险的类型，这里列了三大类施工中常见的风险。这三类风险下又包含13个具体风险因素，这些风险因素有可能引发事故层的5类风险事故。事故层。在冲击钻孔桩施工的两个阶段比较常见的5类事故，这5类事故分别受上文提到的13个风险因素的影响。在自然风险、组织管理风险以及技术风险存在的前提下，这5类事故会以不同的频率出现。建立这个模型最终要解决的问题也就是，在冲击钻孔桩施工过程中常见的5类风险事故发生的可能性的排序问题。也就是在风险管理成本一定的情况下，要先控制哪个施工环节，预防哪类事故最为重要。2）构造成对比较矩阵表3-1判断矩阵元素的标度方法标度含义1表示两个因素相比，具有同样重要性3表示两个因素相比，一个因素比另一个因素稍微重要5表示两个因素相比，一个因素比另一个因素明显重要7表示两个因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要9表示两个因素相比，一个因素比另一个因素极端重要2、4、6、8上述两相邻判断的中值倒数因素i与j比较的判断aij，则因素j与i比较的判断aji=1/aij从第二层开始用成对比较矩阵，判断矩阵元素的重要性原则见表3-1。确定风险层各风险的权重，成对比较可以构造出第二层的成对比较矩阵：R1R2R3R1⎡11/51⎤R2⎢⎥O=515R3⎢⎥⎢⎣11/51⎥⎦确定事故层各事故在各类风险下发生的可能性大小，可以得到第三层分别对自然风险、组织管理风险和技术风险的对比矩阵：27 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析A1A2A3A4A5A1⎡11/71/71/31/3⎤⎡1131/33⎤⎡15533⎤⎢71133⎥⎢⎥⎢⎥A2⎢⎥⎢1131/33⎥⎢1/5111/31/3⎥R1=A3⎢71133⎥；R2=⎢1/31/311/71⎥；R3=⎢1/5111/31/3⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥A4⎢31/31/311⎥⎢33717⎥⎢1/33311⎥A5⎢⎣31/31/311⎥⎦⎢⎣1/31/311/71⎥⎦⎢⎣1/33311⎥⎦3）进行一致性检验对于第二层风险对比矩阵O来说，最大特征值λmax=3，对应的最大特征向量ω=（0.1429，0.7142，0.1429）T，CI=0，通过一致性检验。同理，可以得到R1的最大特征值λ1max=5.0101，最大特征向量ωT1=（0.0458，0.3533，0.3533，0.1238，0.1238）；R2的最大特征值λ2max=5.0101，最大特征向量ωT2=（0.1845，0.1845，0.0647，0.5018，0.0647）；R3的最大特征值λ3max=5.0556，最大特征向量ω3=(0.4665，0.0728，0.0728，0.1939，0.1939)T，可验证R1，R2，R3矩阵均通过一致性检验。4）评价分析事故风险性各事故风险性排序可以计算得到：C=(ω1，ω2，ω3)，ω=（0.2050，0.1927，0.1071，0.4038，0.0916）。这里采用ABC分类法排除先后优劣次序。表3-2风险权重计算事故名称权重累计权重/%风险分类断桩0.403840.38A成孔不圆0.205060.88钻孔偏斜0.192780.15B塌孔0.107190.86C封底失败0.0914100累计权重在70%——80%的风险为A级风险，应该重点控制。如上表所示，对于冲击钻空桩的施工来说，断桩的风险权重为40.38%，是应该重点预防的事故，其次是成孔不圆。当冲击钻孔桩风险控制成本一定时，应该重点控制这些环节，预防断桩与成孔不圆的发生。以AHP方法为基础，量化各事故的风险程度，即可能发生风险的概率，然后根据各事故的索赔成本来量化返工成本，风险因素与返工率的具体方程在第四章中有所描述。28 第三章基于系统动力学的建设工程项目成本影响因素分析3.5本章小结成本、进度、质量虽为项目管理的三大目标，但管理者的最终目标只有一个就是寻求三者的最优组合，分别从直接工程成本、工期成本以及返工成本三个方面来具体分析各模块的影响因素，并介绍了某些主要变量间的数学关系以及量化方法，为第四章模型的建立做好基础工作。29 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立系统动力学研究解决问题的方法是一种定性与定量结合，系统、分析、综合与推理的方法。它是定性分析与定量分析的统一，是以定性分析作先导，定量分析作支持，二者相辅相成，逐步深化，解决问题的方法。按照系统动力学的原理、理论与方法分析实际系统，建立概念模型与定量模型一体化的系统动力学模型，借助计算机模拟技术，在专家群体的帮助下决策者就可以进行定性与定量地研究社会、经济问题，从而进行决策。在其全过程中，建模人员首先须深入调查研究、紧密结合实际，最大程度地收集与运用该系统及其问题的有关资料和统计数据；其次还必须做到与决策人员和熟悉该系统的专家人员密切结合，只有这样才能使系统动力学的理论与方法成为科学决策的有力手段。第二章中已经提到系统动力学解决问题的过程大致可分为五步。首先要运用系统动力学的原理、理论和方法系统分析研究对象；其次对系统的结构进行分析，划分系统的不同层次与字块，按照总体的与局部的确定反馈机制。第三步建立模型，模型需是数学的、规范的；第四步以系统动力学理论为指导通过模型进行模拟与因素分析，进一步剖析系统获得更多的影响模型运行的信息，通过不断反馈的信息，修改并完善已经建立的模型；第五步检验评估模型。本章就依据系统动力学解决问题的步骤来分析工程项目建设过程中成本控制的问题并建立其系统动力学模型，其中部分分析过程第三章已经详细阐述过的这里就不再赘述。4.1建设工程项目成本控制的系统分析系统分析是解决问题的第一步，其主要分任务在于分析问题，剖析要因。4.1.1调查收集建设项目成本控制系统的情况与数据统计工程项目成本控制目标的实现是对建设项目全过程进行成本管理，项目成本控制的主要包括项目决策阶段成本控制、招投标阶段成本控制、设计阶段成本控制、项目施工阶段成本控制等四个方面的工作。其中项目施工阶段成本在整个项目成本中占得比重最大，因此，对项目成本控制的研究也主要以此为主。本文所建立的成本控制系统也是针对项目施工阶段的。施工阶段成本控制是指对整个项目施工所发生的实际费用进行的管理和控制。通常，在这个阶段一个项目涉及的成本主要包括人工费、材料费、机械设备费、措施费用、企业管理费等，这些费用共同构成了项目成本的主要部分。在项目总成本的四项费用（项目决策阶段成本、招投标阶段费用成本、设计阶段成本、项目施工阶段成本）中，项目施工阶段成本的费用是最主要的，通常可达90%以上。所以，从某种意义上说，建设项30 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立目的成本控制就是项目施工阶段的成本控制。对于一般项目而言，成本控制的直接依据是费用预算计划、执行情况报告、变更申请、费用管理计划。因为本文将进度、质量因素也成本化，目的是研究实际成本控制的整个系统，这里可以把所需要的数据、资料依据归纳为以下五点。（1）项目计划项目计划是进行成本控制的最基本的依据，包括费用预算计划、进度计划、材料采购计划等。例如费用预算计划是以时间为自变量的预算，也称为基准成本，可以衡量和监督项目执行成本。这些项目计划是项目管理人员，根据项目的客观条件以及自身施工水平所制定的，是施工过程中的重要参照。但是需要注意一点的是，某些计划并不是一成不变的，会随着施工情况的变化发生一定的变化。（2）执行情况报告执行情况报告一般应提供范围、进度、成本、质量等信息。是在现场第一手数据资料（施工日志等）的基础上进行总结分析后的信息。从中我们可以得到成本执行的资料，比如，哪些费用超支，哪些费用满足预算。（3）变更索赔对于施工方来说，某些影响成本的因素并不在正常预计范围之内，比如不可抗力、勘测数据的不准确或者设计文件的更改等等。基于这些因素，成本的实施相对计划会发生一定变化，会引起人工、机械窝工等现象。但是通过合理有效的索赔程序，施工方可以延迟获得这部分补偿，所以在进行系统分析时，变更索赔我们不作为主要变量来进行分析。（4）项目的客观环境项目的客观环境包括很多方面，自然环境、经济环境、政策环境等等。这些都与项目的特性息息相关，工程项目的一个特点就是一次性，每个项目都有它不同的客观条件，比如地质情况的好坏决定着基础施工的难易，货币流通的稳定性决定着采购计划实施的顺利与否，当地政府的态度决定着项目管理层协调的难度，我们需要对每个项目进行独一无二的分析，并没有一成不变的模板可以套用。（5）标准、规范以及定额等项目实施所必须遵循的标准、规范等也是项目成本控制的依据。预算定额以及企业的施工定额决定着项目的社会平均水平以及企业自身的施工水平，也是在系统分析项目施工成本控制过程中重要的依据4.1.2明确成本控制系统要解决的问题成本控制除了确定一个成本的范围之外，更重要的功能是对成本费用使用的管理，特别是要在项目发生了变化或正在发生变化时，对其进行变化管理。查找出现成本正负偏差的原因也是成本控制的一个重要内容。成本控制过程必须与其他控制过程包括范围变更控制、进度计划控制、质量控制和其他控制等紧密地结合起来。31 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立本文要解决的问题就是站在施工单位的角度对项目施工过程进行成本控制，通俗的来说就是寻求用最小的成本获取符合条件的工程产品的方法，这里的成本是广义成本，包括工程实体成本、进度成本以及质量成本。通过对成本控制的系统分析，建立成本控制模型，通过模拟施工过程，来寻找实际成本、成本偏差等随时间变化的趋势，并通过改变系统中的主要变量，比较成本及成本偏差的变化情况。经过对成本控制系统的深层次的剖析，来提出可靠的建议。4.1.3系统的边界及主要变量工程项目系统是大范围的、动态的、开放的系统，对工程程项目成本的影响因素来自各个方面，同时也造就了这个系统的复杂性，难以分析性。这里我们根据4M1E法将影响成本的因素划分为五大类：人工、材料、机械、方法以及环境。这样划分有两个优点：（1）从系统的基本要素开始分类，不局限于影响成本的表面现象，不容易遗漏影响因素。（2）可以明确人、材、机、方法、环境五大因素中的交叠影响因素，能够发现五大因素间的相互影响关系。基于4M1E的方法，可以利用鱼骨图将影响成本的重要因素分层次加以分析。图4-1成本影响因素分析鱼骨图Fig.4-1Costanalysisoffactorsaffectingthefishbonediagram如图4-1所示，可以分类识别出系统中的变量，在前人经验总结的基础上，确定哪32 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立些是主要变量。（1）人工。影响成本的人工成本主要集中在构成直接工程成本的人工费中，人工费=耗用工日*劳动定额。其中劳动定额体现的是社会平均水平，并不是项目系统内生变量。耗用工日则跟企业施工管理水平以及工人的工作效率有关。一般而言，企业施工管理水平在段时间内是不会发生太大变化，可以认为在项目实施过程中是一个恒值。工人的工作效率则与工人素质，奖励机制以及疲劳效应有关。其中工人素质体现在工人是否经验十足，是否经过上岗培训等方面；奖励机制一般是项目实施前期为良好的实现成本、进度等目标而确定的经济措施；疲劳效应一般是工人为赶进度而延长每日工时或因为天气环境恶劣而导致的。（2）材料。一般来说，材料成本在工程成本中占的比重最大，材料费=材料价格*材料消耗量*（1+损耗率）。这里材料消耗量可以依据材料消耗定额来确定，众所周知，定额中已经考虑了材料损耗的问题，式中的损耗率指的是非正常损耗的情况下，比如说材料保管不善发生的丢失，工人非正常作业导致的材料损耗超过正常水平，现场布置不合理发生的额外损耗等，因此损耗率受到施工管理水平、工人素质以及施工方案制定的影响。材料价格主要受到当地材料市场价格的影响，另一重要影响因素是材料采购计划，材料的储存、运输费用都是材料价格的组成部分，因此材料采购计划的合理与否也是影响材料成本的一个因素。（3）机械。某类机械成本主要跟机械使用台班以及机械租赁价格有关。但是这里需要考虑的因素是选择哪类机械。比如本文的案例，桥梁基础施工中的桩基施工，在钻孔桩部分，是选择旋挖钻机施工还是冲击钻机施工，这取决于工程的实际情况，比如工程的地质情况，工程的进度要求等，影响因素比较繁杂，这里用施工方案这一变量来概括综合考虑种种因素。（4）方法。这一类影响因素主要可以分为施工工艺以及施工方案的影响。施工工艺来说一般是比较固定的，各个阶段有符合规范标准的施工工艺，但是也不是一成不变的，某些管理水平较高的施工单位会进行技术创新，改进传统的施工工艺。而施工方案来说，是针对特定的项目人为制定的，变数比较大，项目的进度要求，质量安全要求等都会影响到施工方案，进而对工程总成本产生影响。（5）环境。对于项目来说，影响成本的环境因素主要可以分为自然因环境因素、经济环境因素以及政策环境因素三类。这些要针对具体的项目具体分析，不能笼统的说那个因素更重要。本文是以一个大型桥梁工程的基础部分施工为案例，其自然环境因素显得比较重要些。以上五个方面的因素从各个角度分析了对成本的影响，成本控制体系的变量由此确定，分析过程中反复出现，联系各类因素的变量即为本系统的主要变量。4.1.4确定内生变量，外生变量在系统动力学模型中，内生变量模型自身决定的变量。而外生变量是模型之外的因33 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立素决定的变量，外生变量是模型建立的外部客观条件。外生变量决定内生变量，但外生变量本身不能在模型中得到说明。参数通常是由模型以外的因素决定的，因此也往往被看成外生变量。在系统边界划定的基础上，我们可以根据工程项目实施的一些具体情况作一定的假设，系统的内生变量、外生变量以及可以忽略的因素如图4-2所示。内生变量外生变量可忽略因素损耗率工人素质经济环境工人工作效率施工方案政策环境施工管理水平项目阶段特点采购计划疲劳效应自然环境机械消耗定额奖励机制劳动定额材料消耗定额进度要求施工工艺图4-2变量关系图Fig.4-2Variablerelationshipgraph4.2成本控制系统的因果关系及流图分析4.2.1成本控制系统的因果关系分析绘制成本控制系统内变量的因果关系图是建立成本控制系统动力学模型的比较重要的一步。本文主要从成本、进度两条线来分析反馈环，其中成本偏差、进度偏差是主要研究的变量。其主要的反馈环性质如图4-3所示。-++----+++++图4-3成本及进度反馈图Fig.4-3Costandprogressfeedbackdiagram34 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立图4-3中可以看出，成本线的反馈环及进度线的反馈环极性都是负反馈，也就是说随着时间的推移，当偏差出现时，系统是可以自己调节的。而两个循环的主要联系变量为措施成本，无论是成本控制措施还是进度控制措施都需要付出一定的措施成本，而这也是实际成本的组成部分。图4-3中只是把主要变量间的反馈关系描述出来，在成本影响因素分析鱼骨图中识别出了成本控制系统中的变量，但是系统的内生变量在图4-3中并没有全部体现。通过对系统的结构分析可以得到囊括基本变量及主要变量的因果关系图，如图4-4所示。+---++<>图4-4基本变量与主要变量因果关系图Fig.4-4Thebasicvariablesandvariablecausalgraph35 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立基于模型建立的目的——控制成本，成本偏差也是模型的一个重要变量，这里也以成本偏差为切入点，层层分析其因果关系。,图4-5成本偏差原因Fig.4-5Costdeviationreasons成本偏差为实际成本与计划成本的差值。其中计划成本=已完工程量*工程价格，已完工程量可以从现场的工程实施情况报告中得到，工程价格可以从合同中获得。实际成本主要有实际工程成本、措施成本以及返工、修补成本组成，如图4-6所示。图4-6实际成本组成图Fig.4-6Theactualcostcomponentdiagram（1）实际工程成本一般情况下，实际工程成本占实际成本的比例最大，实际工程成本是每天人工、材料、机械台班费用的积累。单位时间人工成本=单位时间人工*劳动定额，式中单位时间人工即为每天用工，主要取决于所处的施工阶段，这个输入量可以从工程实施情况报告中获得，劳动定额一般是恒值与项目所在地有关。单位时间机械成本与施工所处阶段有关，即跟每天施工内容有关，这里可以默认为是时间的一个因变量。Time图4-7工程成本耗用速率影响因素Fig.4-7Engineeringcostconsumptionrateinfluencingfactors36 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立单位时间材料成本不仅与构成实体的材料有关，还受损耗率影响。前面说过这里的损耗率指的是非正常水平的损耗，与工人素质、成本控制措施、施工管理水平有关。工人素质的高低直接影响着施工过程中损耗的大小，这个可以参考行业平均水平给施工工人素质给出定值。成本控制措施表示的是成本控制需求的大小，也是一个主要变量，它取决于成本偏差的大小。施工管理水平取决于施工企业的资质以及项目部技术管理人员的素质，这在整个施工过程中也是一个恒值。Time图4-8单位时间材料成本影响因素Fig.4-8Unittimecostofmaterialinfluencefactors（2）措施成本图4-9措施成本构成Fig.4-9Measurescostcomposition措施成本分为两方面，采取成本控制措施增加的成本以及采取进度控制措施增加的成本，其大小都可以用控制力度来表示，成本、进度偏差的极限对应控制力度的最大值。成本偏差的分析在上文中已经描述了。进度差=计划进度-实际进度，计划进度即为计划完成工作量预算费用，计划完成工作量可以在进度计划中获得，预算费用即为工程的合同价格，当然计划完成工作量是一个水平变量，是计划每天工作量的累计。实际进度取决于已完工程量（合同价格与计划进度中相同），这里需要进一步分析。工程各工序的施工并不是全部一次成功的，这里存在着返工率的问题，工程施工完后要经过检测，合格的进入已完工程量，不合格的进入待返工工程量，需要进行返工。这里的变量的关系比较复杂，在下一部分系统流图中来解释。()()图4-10已完工程量与返工关系Fig.4-10Hascompletedtheprojectquantityandreworkrelationships37 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立（3）返工、修补成本返工、修补成本取决于返工工程量，与工程的返工率有关系，而返工率的影响因素需要根据具体的工程案例来进行具体的分析，在第五章案例分析中会有举例。4.2.2成本控制系统的流图因果与相互关系图只能描述反馈结构的基本方面，不能表示不同性质的变量的区别，这是它的根本弱点。例如，状态变量的积累概念，是系统动力学中最重要的量，然而因果与相互关系图全然忽略了这一点。在工程施工过程中，有许多积累作用的变量。比如，实际工程成本是每天成本耗用量的积累；已完工程量是施工合格工程量以及不合格工程量经过返工后的工程量代数和的积分。在因果与相互关系回路图中，描述这一类积分变量的变化时，只能说增加或减少，而不能说按比例变化。在概念上，积累效应与影响它的速率是十分不同的。假象用照相机摄下系统静态照片，积累变量的依然可见，且可以加以测定，然而影响积分量的速率却见不到也无法在照片上加以测定。我们希望清晰的描述影响反馈系统的动态性的积累效应。由于描述积累作用的方程与一般代数方程式十分不同的，因此引出系统的状态变量、速率变量的概念，用流图法来表示系统中变量积累的环节。(1)成本偏差反馈环。如图4-11所示，是成本偏差反馈环，其中实际工程是一个状态变量，它是每天工程耗用的成本的累计。这里取一天为单位时间，单位时间工程实体成本由单位时间人工成本、材料成本、机械成本以及管理费组成。每天工程实体成本就是一个速率变量，其中管理费率、损耗率都是其影响因素，当然时间是系统内默认存在的影响因素。其中损耗率又受施工单位管理水平、工人素质（包括娴熟程度、施工经验等）以及成本控制措施的影响。其中成本控制措施实施的力度又取决于成本偏差的大小，成本偏差为实际成+---++()图4-11成本偏差反馈环Fig.4-11Costdeviationfeedbackloop38 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立本与计划成本之差。影响实际成本的因素中，实际工程成本是最为重要的，从这条线上的各因素连成反馈环。（2）进度偏差反馈环。进度偏差这条线中，是以工程存在的状态为出发点来考虑的。状态变量有待检验工程量、待返工工作量、已完成工作量和返工后合格工程量四个。工程开始实施之后首先进入待检验工程量这个状态，这里的检验是包括施工单位自检、监理检验以及甲方抽检等，所有的施工后工程都要进入待检验工程量区，待检验工程量是工程实际完工率的一个积累，也就是每天实际施工量的一个积累。另一方面，待检工程量也会流出，经过检验后，合格的工程进入已完成工作量，不合格的工程则进入待返工工作量；其流出的速度分别为合格工程输出率与返工率。需要返工的工作流入待返工工作量区，经过返工又以返工效率的速度流到返工合格的工程量区域，这里为了简化模型，作了一个假定，就是经过返工后的工程一定是合格的。那么施工合格的工程量以及返工后合格的工程量会反映到施工进度上，实际进度与计划进度的差值进度差又会影响到进度控制的力度，从而导致采取超时工作等进度控制措施。超时工作会影响工人工作效率（每天完成工程量）进而影响工程实际的完工速率。这是进度偏差主要反馈环上的因素关系。1图4-12进度偏差反馈环Fig.4-12Scheduledeviationfeedbackloop4.3模型建立论文的第三章对建设项目成本的影响因素进行了分析，本章的前两节又从系统动力学的角度出发，分析了一般建设工程项目的系统：用鱼骨图来识别出系统中存在的主要变量，确定系统的内生变量、外生变量；从简单的基模开始，确定系统中的反馈环——成本偏差反馈环、进度偏差反馈环，然后将鱼骨图中分析出的主要变量联系到反馈环中39 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立去；再根据建设工程项目成本控制的实际情况确定水平变量、速率变量，构建系统中的流图。根据前面的分析，构建一般建设工程项目的成本控制模型混合图如图4-13。++-++--+++-+()+,图4-13一般建设工程项目的成本控制模型混合图Fig.4-13ThegeneralconstructionprojectcostcontrolmodelHybridMap4.4本章小结本章依据系统动力学解决问题的步骤，建立起一般建设工程项目成本控制的系统模型。首先对一般建设工程项目成本控制的系统进行系统的分析，确定项目数据来源后，搜集现场第一手数据。其次，采用鱼骨图的方法从人、材、机、方法、环境五方面来识别系统中的主要变量，根据现场的实际情况，综合考虑作一定假设基础上，确定内生变量、外生变量以及可忽略因素。40 第四章建设工程项目成本控制的系统动力学模型建立第三，从项目管理的三大目标——成本、进度、质量出发，以质量合格为目标前提下，确定系统中的成本偏差反馈环、进度偏差反馈环这两条线。最后，形成整个系统的一个混合图。建立数学的、规范的模型以及模拟在第五章中会具体阐述，第五章中会采用某黄河特大桥桥墩的水中基础部分施工过程为例，建立其这个项目的具体模型，并进行模拟分析，提出相应的对策。41 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试——以9号、10号墩的水下基础工程为例本章内容是对本文研究理论的一个时间。第三章对建设工程项目实施过程中的成本控制系统进行了一个基于系统动力学的分析；第四章按照系统动力学模型建立的步骤详细阐述了工程项目成本控制系统的建模过程，并建立起一个适用于一般建设工程项目的成本控制系统模型。本文选取八盘峡黄河特大桥9号、10号墩的水下基础工程作为研究案例，在第四章的基础上细化模型，模拟施工过程，并对仿真结果进行分析。5.1工程概况及案例相关说明兰州至乌鲁木齐第二双线八盘峡黄河特大桥（DK37+978.25）位于甘肃省兰州市西固区永靖县境内，大桥自兰新第二双线高家山隧道出口引出，在焦家川附近以2孔100米连续梁刚构跨越黄河，而后西行至福川隧道，大桥起讫里程为DK37+308.5～DK38+648.0,全长1339.5m。桥址河段地形平坦开阔，河水平静，水面开阔，河宽约284米，主河槽最大水深约13m，流速不足0.5m/s。黄河通航等级为Ⅴ级。5.1.1工程地质条件本工程位于低中山及山涧沟谷、黄河河谷及湟水河高阶地，地势起伏，山体陡峻，地面高程多介于1650～2300m之间，地形相对高差较大，相对高程50～200m，区内黄土广布，沟壑交织。桥址处涉及地层主要为：填土、粉砂、粉土、细砂、黏质黄土、砂质黄土、细圆砾土、粗圆砾土、卵石土、全风化泥岩、强风化泥岩、弱风化泥岩、弱风化碎裂泥岩、泥岩软弱夹层、弱风化砂岩、微风化泥岩等。本段地处祈吕-贺兰山字型构造前弧西翼与河西系威武-兰州构造带的复合部位。区域构造形迹较复杂，本区主要受北北西向及北西西向两组构造的控制，多为活动构造体系。区内新构造活动十分强烈，以间歇性垂直升降运动为主，形成多级阶地，各级阶地台面高差十分显著，阶地高差悬殊变化特征，是区域性升降运动剧烈而频繁的一种表现，具典型的二元结构地貌。5.1.2交通运输情况（1）铁路区域铁路以京包兰通道、陆桥通道为主骨架，与南疆线、兰青线、宝中线、干武线等干线构成铁路网，刘家峡水电站专用线下穿本桥，各项大型物质可通过铁路运送至施工现场。42 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试（2）公路沿线经过的等级公路有：G109国道、兰西高速公路等，另外还有兰州的城市规划道路。5.1.3施工总体安排大桥横跨黄河，为了施工需要需搭设刚便桥一座，长约300米，属水中作业，技术复杂，施工难度大，环保要求高，报批程序繁琐，需提前安排并予以高度重视，尤其准备阶段和开工前期，提早进行。同时做好临时用地计划申报等工作，完成征地拆迁工作，保证节点工程和先期开工区段的尽早开工。桥梁下部总体安排：八盘峡黄河特大桥是标段的重点工程，在钢便桥搭设期间，可先行安排陆上下部结构开工，在钢便桥搭设完毕并且具备施工条件后，将下部结构的重点转向特殊结构梁下部，总原则为进场后具备条件就相继开工。桥梁工程施工工期必须满足无砟轨道工程施工工期要求，同时还必须预留基础沉降及预应力混凝土箱梁收缩徐变上拱观测期，沉降观测期考虑2～6个月。本大桥计划开工日期为2010年01月01日开工，2012年08月3日铺轨工程完成，总工期32个月。桥梁工程１下部2上部1112132122桩承桥简连基台墩支续梁梁图5-1桥梁基本组成图Fig.5-1Bridgebasiccompositiondiagram5.1.4研究对象选取如图所示，整个桥梁工程可以分为下部工程跟上部工程两部分。其中下部工程的施工成本占整个桥梁工程的60%左右，下部工程的桩基与承台部分属于基础部分（对于9号、10号墩是水下基础），成本约占总成本的30%-40%。由于本工程地质条件特殊性以及周边环境的复杂性，影响其基础施工的风险因素较多，（基于质量合格，进度符合要求下）成本控制有一定难度，建立基础施工过程的成本控制系统比较有代表性。对于八盘峡黄河大桥来说，其9号墩、10号墩为主桥水中墩，其基础工程需要进行水下操作，施工过程管控难度更大，成本控制显得尤为重要，故选取9号墩、10号墩水下基础工程施工过程作为本文系统分析研究对象。43 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试5.1.59号、10号墩水下基础工程根据工程的具体情况，施工组织设计中采用钢吊箱围堰钻孔桩承台的施工方案来进行9号墩、10号墩水下基础的施工。其施工流程如图5-2：测量放样施工准备钢吊箱加工钢管桩和钢护筒工作平台施工护筒位置测钻孔桩施工钢吊箱底板吊装侧板和底板吊装悬吊体系和平台安护筒在底板孔周边封堵灌注水下封底砼割除钢管桩，抽水整平封底表面拆除悬吊系统承台垫层施工破桩头、桩基检测测量放样承台施工钢吊箱拆除图5-2钢吊箱围堰钻孔桩承台施工工艺流程图Fig.5-2Steelhangingboxcofferdamboredpileconstructionprocessflowdiagram在模型建立过程中，末端输入成本为单位时间内的人工费、材料费、机械台班费用，这些费用在不同的工作流水下也存在很大差异。为了简化数据采集工作，可以将整个钢吊箱围堰钻孔桩承台施工的流程划分为六个阶段：钢护筒施工，搭设钻孔平台，钻孔灌注，钢筋笼绑扎，钢套箱施工，承台施工。其中，由于桥址处地层复杂，多为砂质黄土、粗圆砾土、卵石土、全风化泥岩等，44 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试桩基施工采用冲击钻孔灌注桩的形式。桩基施工难度较大，耗用工期较长，而且是施工管控的重点环节。冲孔桩施工工艺流程如图5-3：施工准备测量放样孔口护筒埋设护筒加工冲击钻进和地质记录泥浆池造浆护壁终孔、清孔、地质判断沉淀池不合格监理签证合格吊装钢筋笼钢筋笼制作二次清孔灌注水下砼砼搅拌运输砼自然养生图5-3冲孔桩施工工艺流程Fig.5-3Punchedpileconstructionprocess5.2实证案例的系统动力学模型建立第四章中已经建立起一般工程项目成本控制的模型，这里我们在第三章、第四章的基础上，依据因果关系建立本工程——八盘峡黄河特大桥9号墩、10号墩水下基础工程的成本控制系统模型。这里建立的模型也是简化后的模型，并没有考虑所有的现实影响因素，只是将主要因素抽出来，因此严格意义上来说，该模型也不是一个完备的模型。但是模型的大小取决于我们的研究目的，本文构建模型的主要目的是了解此工程项目施工过程中成本控制的基本行为趋势，寻找关键的管控点，不需要很高的精度，通过这个简化的SD模型的模拟，即可达到我们追寻的目标。45 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试在前文模型的基础上，根据实证案例的具体情况，将模型细化具体如下：+---++<>()图5-4黄河特大桥9号、10号墩水中基础施工成本控制系统Fig.5-4ThecostscontrolmodelofYellowRiverBridgeonthe9th,the10thpierfoundationinwaterconstruction5.2.1SD模型中的变量本文所建立模型的复合图在4.3中有所描述，模型中的变量在4.2.1中有详细的分析。变量说明的简表如表5-1下：46 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试表5-1SD模型主要变量说明表序号变量名变量类型单位备注以工程价值额计1待检验工程量状态变量万元初值为02待返工工程量状态变量万元初值为0，存在延迟3已完成工程量状态变量万元初值为0，存在延迟4实际耗用成本状态变量万元初值为05工程实际完工速率速率变量万元/Day6工程合格率速率变量无7返工率速率变量无8返工速率速率变量万元/Day9实际成本耗用速率速率变量万元/Day10单位时间材料成本辅助变量万元/Day11损耗率辅助变量无12施工管理水平辅助变量无13工人素质辅助变量无14单位时间实体材料成本辅助变量万元/Day15单位时间人工、机械成本辅助变量万元/Day16返工或修补成本状态变量万元初值为017实际成本辅助变量万元18计划成本辅助变量万元19成本差辅助变量万元20措施成本辅助变量万元21成本控制措施辅助变量无22奖励机制辅助变量无23工人工作效率辅助变量小时/Day以8小时/天为基数24实际进度辅助变量万元/Day25计划进度辅助变量万元/Day26进度差辅助变量万元27技术风险辅助变量无28组织风险辅助变量无29自然风险辅助变量无5.2.2SD模型中的方程（1）INITIALTIME=0Units：Day（2）FINALTIME=196Units：Day（3）SAVEPER=147 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试Units：Day（4）TIMESTEP=1Units：Day（5）UnitsforTime=Day（6）待检验工程量K=待检验工程量J+DT*工程实际完工速率Units：万元初值：0注：待检验工程量是工程首次施工结束后进入的第一个状态，是对工程实际完工速率的一个累积量，以施工完毕还未进行检测的工程产值计量，单位是万元。因为工程从0产值开始，所以待检验工程量的初值为0。（7）待返工工程量K=待返工工程量J+DT*（返工率-返工速率）Units：万元初值：0注：待返工工程量是进过检验后不合格的工程存在的状态，待返工工程量经过返工后进入已完成工程量状态，是返工率与返工速率的速率差的累积。单位是万元，初值为0。（8）已完成工程量K=已完成工程量J+DT*(工程合格率+返工速率)Units：万元初值：0注：已完工程量是确保工程合格的工程产值，其来源有两个：一是待检验工程经过检验后合格的工程；另一方面是待检验工程经过检验后不合格，经过返工后达到质量合格的工程。其单位仍是万元，初始值为0，其中检验和返工都需要时间，在这里存在延迟。（9）实际耗用成本K=实际耗用成本J+DT*实际耗用速率Units：万元初值：0注：实际耗用成本是从成本实际发生的角度考虑的，是单位时间实际耗用成本的一个累积。单位时间的成本考虑人工、材料及机械台班的费用，因为从项目实际发生成本角度考虑，管理费及利润暂不计入。（10）工程实际完工速率=施工工艺*(0.3*(工人工作效率/8)+0.7)Units：万元/Day注：工程实际完工速率是指单位时间内完成的工程量产值，它跟工人的工作效率有一定关系，主要是跟施工工艺（即工程所处的阶段，比如搭设平台、钻孔等）有关。施工工艺是Time的一个表函数。（11）工程合格率=(1-返工率)*工程实际完工率48 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试Units：万元/Day注：这里的工程合格率是指经过验收后单位时间的合格工程产值，百分比与返工率有关，而返工率又因为不同的阶段受到各风险因素的影响。（12）返工率=0.03*工程实际完工率*(1+0.3*技术风险+0.4*组织风险+0.3*自然风险)Units：万元/Day注：返工率是指经过验收后单位时间的不合格的工程本应具有的产值，其百分比的经验值是3%，但又受各风险因素的影响，在本案例工程中，其各类风险因素的权重可由德尔菲法得到。某类风险在各阶段的大小不同，可根据施工工艺由AHP法量化，以Time的表函数形式表示。（13）返工速率=IFTHENELSE(待返工工作量>=0,0.2,0)Units：万元/Day注：运用条件函数表示返工速率，当存在待返工工作时，返工速率以单位时间0.2万元（经验数据）的速度返工，并建设返工一遍工程即合格；若不存在待返工工作，返工速率也就默认为零。（14）实际成本耗用速率=(单位时间人工成本+单位时间机械成本+单位时间材料成本)*(1+管理费率)Units：万元/Day注：实际成本耗用速率是单位时间付出的成本，由人工、机械、材料成本以及管理费成本组成。（15）单位时间材料成本=单位时间构成实体材料成本*(1+损耗率)Units：万元/Day注：除构成实体材料成本之外，这里的损耗率是指定额之外的非正常损耗，主要跟施工管理水平以及工人素质有关。（16）损耗率=IFTHENELSE(0.1*(2-(0.6*施工管理水平+0.4*工人素质))*(1-成本控制措施)>=0,0.1*(2-(0.6*施工管理水平+0.4*工人素质))*(1-成本控制措施),0)Units：万元/Day注：本研究中默认损耗率不为负，也就是假设材料没有结余，故这里运用了条件函数。（17）施工管理水平=0.8Units：无注：常数，主要是根据总承包单位的项目人员配备、技术管理水平等给出的相应等级。（18）工人素质=0.8Units：无49 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试（19）单位时间实体材料成本=withlookup(Time)Lookup([(0,0)-(225,10),(0,0),(20,0),(20,0),(25,0),(25,0),(45,0),(45,0),(55,0),(55,0),(85,0),(85,0),(90,0),(90,0),(105,0),(105,0),(145,0),(145,0),(155,0),(155,0)],(0,9.6),(20,9.3),(20,0),(25,0),(25,6),(45,6),(45,7.5),(55,7.5),(55,6),(85,6),(85,7.8),(85,7.2),(90,7.2),(90,3.7),(97.7064,3.7),(97.7064,3),(103.211,3),(105,3.2),(143.119,3.2),(145,4),(155,4),(155,2.8),(224.312,2.8))Units：万元/Day注：根据施工工艺要求，不同阶段的材料成本是不同的，故单位时间实体材料成本是时间的一个表函数。单位时间机械成本也是时间的表函数，这里不再赘述。（20）单位时间人工成本=劳动定额*单位时间人工Units：万元/Day注：单位时间人工是时间的表函数，根据不同工艺的用工不同，根据不同时间段一同施工的工艺数目加总出每阶段的用工数，再乘以劳动定额就是单位时间人工成本。劳动定额以60元/Day计，与实际人工费的差额以消耗量的形式已综合考虑到前面用工数目的计算中去。（21）返工或修补成本K=返工或修补成本J+DT*返工速率Units：万元（22）实际成本=实际工程成本+措施成本+返工或修补成本Units：万元（23）计划成本=Time*合同价格Units：万元注：这里假定工程按计划正常施工，每天耗用的成本是定额的，根据总的合同价格跟合同工期计算可得。（24）成本偏差=实际成本-计划成本Units：万元（25）措施成本=奖励机制+增加人工*0.006Units：万元注：奖励机制是进度提前是给与的奖励，增加人工是采取进度控制措施时采取的手段，劳动定额60元，这里单位取万元，故用0.006。（26）成本控制措施=成本偏差/(1200*0.2)Units：无注：将总计划成本的20%设为成本偏差的上限，进行比较，根据成本偏差的大小来估算成本控制措施的力度。（27）奖励机制=IFTHENELSE(进度差<0,进度差/5.6*2,0)Units：万元注：进度提前一天，奖励2万元，这里用了条件函数，当进度偏慢时不以负奖励的50 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试形式扣除，而是体现在进度控制压力上。（28）工人工作效率=8+奖励机制-疲劳效应+超时工作Units：Hour注：正常工人工作效率为8h/Day，因为存在进度控制压力，会采取延长工作时间等措施，因此疲劳效应带来的工效降低，以及超时工作多劳作的时间都会影响工人每工日的工作时间。（29）实际进度=已完工程量Units：万元注：实际进度是指实际已完工程量的产值，以万元计。（30）计划进度Units：万元/Day注：是指按照计划每天应该完成的产值，因此这个变量是Time的表函数。（31）进度差=计划完成产值-实际进度Units：万元注：计划完成产值与实际完成的产值的差额。计划完成产值是对计划进度（计划单位时间完成的产值）的积累。（32）技术风险Units：无注：技术风险、组织风险、自然风险是本案例相对比较重要的三类风险，根据不同的阶段它们分别是Time的不同的表函数，具体的风险分析可以参照3.4.3中的分析方法。5.3模型检验及结果分析运用系统动力学理论构建的模型，其突出的特点在于可利用模拟仿真的方法来预测系统的动态行为模式。建设工程项目成本控制系统模型的建立，与实际情况存在一定的差异，本节在保证模拟的可信性的基础上做了一定的假设。第四章已经将建设项目成本控制的影响因素进行了分析，并构建出一般建设工程项目成本控制的模型，本章选取八盘峡黄河特大桥主桥墩水下基础工程施工过程作为实证案例进行研究，通过相关资料的收集及分析，对模型中的相关参数进行了估计，并建立了系统所有变量的方程式。本小节对选取的案例施工过程的成本控制系统进行仿真模拟，预测在考虑多个影响因素的条件下，成本偏差及其相关因素的动态行为模式。5.3.1系统仿真时间设定及方程输入在系统动力学VensimPLE仿真软件中，选择新建模型NewModel的情况下，会出现模型设置对话框，在该对话框中可设置模型仿真运行的控制语句值，如初始时间InitialTime、终止时间FinalTime、时间单位UnitsforTime以及时间步长TimeStep和数据记51 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试录步长Saveper。本文选取的案例施工计划工期为169天，实际工期为225天（具体数据见附表1），成本控制系统中设置的仿真区间为0~225天，仿真步长取1天，以此预测工程项目成本偏差及其他变量在施工过程中(225天)的动态变化情况。其模型初始设置窗口如图5-5所示。图5-5Vensim中时间参数设定Fig.5-5Vensimtimeparametersetting系统模型中变量之间关系是由方程来确定的，在5.2.2中已经描述了系统模型中的主要变量间的方程关系。在Vensim软件中，方程需要在固定的输入界面中通过选择实现。现以实际成本耗用速率为例来说明其整个的输入过程。首先是单击方程输入按钮Equations工具，将操作置于方程输入状态。然后在流图中点击相应的变量系统就会弹出方程输入界面。图5-6就是本模型中实际成本耗用速率的方程输入界面。变量栏中会显示与之相关的变量，根据实际情况将变量与实际成本耗用速率的关系方程输入方程栏中，并在单位栏选取正确的单位。当方程没有问题时，错误栏会提示，方程式没有错误，点选OK，方程式建立完毕。图5-6Vensim中方程建立界面Fig.5-6EquationsinterfaceinVensim52 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试5.3.2模拟结果分析所有的方程建立完毕后，可以进行模拟。根据前面对案例数据的分析整理所建立的模型，模拟如图5-7所示。+-0.8--0.8++0.238<>()0.006图5-7模型模拟结果Fig.5-7Modelsimulationresults如前文对成本控制系统的分析可以知，影响建设工程项目成本的因素很多，它们之53 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试间的关系也很复杂。正如本文研究目的所述，它们与成本的关系并不是简单的线性相关，各个影响因素之间也存在着相互作用关系，一个参数的改变会影响其他变量的值，进而会影响我们所关心的成本的值。如图5-所示，其中劳动定额、管理费率、施工管理水平等都是根据案例的实际情况输入的常数，当调节这些变量的值时，对整个系统的成本偏差、进度偏差的走势会产生一定的影响。下面我们对模拟的结果进行一定分析。（1）进度偏差走势及分析如图5-8所示，在60天前后出现进度偏差，偏差一直加大在第150天前后才逐渐缩小，直到最后偏差减为零。分析其原因，计划工期是169天，实际施工225天，产生进度差的主要原因是桩基钻孔机混凝土灌注阶段由于风险预计不足，遇到了地基处理的难题而延误了工期，以至于之后的承台施工相关阶段都后延操作。在走势图上就显示，直到169天（计划完工日期）进度差才明显减少。进度偏差走势与实际情况基本相吻合。54 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试600449.95299.9149.85-0.20306090120150180210Time(Day):CurrentCurrent600449.95299.9149.85-0.22,0001,5001,00050002,0001,5001,00050000113225Time(Day)图5-8进度偏差及相关变量走势Fig.5-8Schedulevarianceandrelatedvariablestrend（2）成本偏差走势成本偏差有两个快速增加的区间，一个是0—60Day，另一个是165—225Day，中间的成本偏差并没有出现大的增加。结合前面进度偏差的分析，其实中间没有出现成本偏差并不是因为中间这段时间成本控制的较好，而是因为由于工期拖延，桩基成孔、灌55 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试注以及承台施工等的成本付出时间都后延了，因此90Day之后还一度出现过成本偏差减小的阶段。整个施工过程来说，除钢筋绑扎之外，从平台搭设到桩基施工、承台浇筑，各阶段都出现了较大的成本偏差。模拟实际成本与计划成本偏差大概500万左右，与实际情况相似。60045030015000306090120150180210Time(Day):current图5-9成本偏差走势Fig.5-9Costdeviationtrend（3）成本偏差分析如图5-10所示，是与成本偏差相关的变量的走势。按照计划施工，平台搭设阶段的成本积累是缓慢的，在桩基施工以及承台灌注阶段，成本积累速度较快。但是实际成本积累是处于一个平均的较高的速度。如图5-所示，实际成本的各项组成走势，其中的措施成本在60Day后到160天之间增加较快，主要是因为进度出现偏差，随进度偏差的增加其措施成本增速较快。currentcurrent2,0006001,5004501,000500300015002,0001,5001,0002,0005001,50001,0004050030020102,00001,500601,0004550030150011322500113225Time(Day)Time(Day)图5-10成本偏差相关变量走势56 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试Fig.5-10Thecostdeviationrelatedvariablestrend(4)影响因素变化的差异分析前文中已经提到，在本系统模型中，很多变量是根据实际情况给定的假设值。比如施工管理水平是根据总承包单位的资质等级以及项目管理人员的素质等综合测评给出的0.8。再比如劳动定额是直接根据当地的定额给定的60元/工日，其他因素是综合考虑到消耗量中去。但实际上，人工费单价的高低会影响到成本的走势。如图5-11以及5-12所示，当人工费上涨时（假定120元/工日），对成本偏差以及单位时间措施成本的影响都放大了。对于成本偏差，约增加了100万。其他因素变换也可以依次方法进行比较，这里不再赘述。80060040020000306090120150180210Time(Day)::图5-11人工费上涨前后成本偏差比较Fig.5-11Comparisonofcostvarianceafterrisinglaborcosts单位时间措施成本0.60.450.30.1500306090120150180210Time(Day)::57 第五章某黄河特大桥工程成本控制系统的建立与仿真测试图5-12人工费上涨后措施成本比较Fig.5-12Measurescostcomparisonafterrisinglaborcosts5.4政策及建议本文选取的案例是一个比较复杂的桥梁基础部分施工过程的案例，其成本控制系统的影响因素较多，根据系统动力学模型的建立及模拟结果分析，给出几点建议。（1）提高成本计划的合理性。成本计划是成本控制的一个参照，在模型模拟的结果中，可以看出在实际施工过程中，整个成本都是偏高的，这样，就需要反思成本计划的可靠性。很多项目成本计划往往是根据以前类似经验估算出来的，成本计划制定的准确性决定着施工过程中成本控制的难度大小，因此，对决策期的重视是十分必要的。（2）对关键施工环节重点管控模型模拟结果中，可以看出桩基施工阶段的工期延误导致成本偏差、进度偏差较大幅度波动。由于本案例的地质，桩基采用冲击钻孔成桩法施工，风险因素较多，前期对风险因素预估不足。导致在施工过程中出现断桩、塌孔等严重的事故，以致影响后面一系列的施工。因此，对关键施工环节重点管控是比较重要的。5.5本章小结本章选取了八盘峡黄河特大桥主桥墩水下基础工程作为实证研究对象，通过收集相关资料及数据处理，对工程项目成本控制模型中的变量以及常量等参数进行了估计，建立了模型中所有变量的方程式，将相关参数及变量输入VensimPLE软件，对模型进行仿真。模拟结果显示，进度偏差在60Day后逐渐加大，成本偏差约为500万左右，模型内主要变量的走势与实际情况基本相符。58 第六章结论与展望第六章结论与展望6.1主要工作回顾系统动力学的理论及方法已经在多个领域得到应用，并在环境保护、城市经济发展以及物流管理等领域取得了一定研究成果。系统动力学在诸如风险管理、资源管理等工程项目管理方面也有初步的研究也取得了一些成果，但具体到某个建设项目的成本控制方面，系统动力学的系统应用仍属空白。本文尝试利用系统动力学建模方法，与工程项目成本控制相关理论结合，在成本控制系统方面进行研究，主要针对某桥梁工程的主桥墩水中基础工程施工过程细化模型，主要研究工作如下所述：（1）通过对系统动力学相关文献的阅读，了解其在各个领域应用的特点及达成的效果，分析系统动力学应用到建设工程成本控制系统的优劣势，并确定应用系统动力学的方法进行建设工程成本控制系统研究的思路。（2）基于系统动力学角度进行成本分析。从系统动力学方法解决问题的思路，对成本控制系统中的主要因素进行分析。以成本偏差反馈环、进度偏差反馈环为两条主线，进行系统动力学的分析；并以返工率的形式将质量目标囊括到成本控制综合系统中去，应用AHP的方法对本文案例中极具代表性的冲击钻孔桩的施工过程进行风险分析，识别主要风险因素。（3）应用系统动力学解决问题的思路，来解决一般建设项目成本控制的问题。基于前面对建设项目成本影响因素的分析，对一般建设工程项目成本控制的系统进行系统的分析，确定项目数据来源后，搜集现场第一手数据；采用鱼骨图的方法从人、材、机、方法、环境五方面来识别系统中的主要变量，根据现场的实际情况，综合考虑作一定假设基础上，确定内生变量、外生变量以及可忽略因素；从项目管理的三大目标——成本、进度、质量出发，以质量合格为目标前提下，确定系统中的成本偏差反馈环、进度偏差反馈环这两条线；最后，形成整个系统的一个模型。（4）选取工程案例，进行实证研究分析。选取了八盘峡黄河特大桥主桥墩的水下基础工程施工过程作为实证研究对象，通过资料收集与处理，对模型中所需要的参数进行处理估算，并建立所有变量间的方程式，成果建立模型后，将模型输入VensimPLE软件，经过调试跟修正之后，进行仿真模拟，并对系统输出的模拟结果进行分析。6.2研究结论及成果本文将系统动力学流率基本入树建模方法用于建设项目成本控制系统中，弥补了系统动力学在具体建设工程项目成本控制方面的研究空白，拓宽了建设项目成本控制的新思路；选取一个较为复杂的桥梁工程水下基础部分的施工过程作为实证研究对象，验证59 第六章结论与展望了系统动力学方法在具体工程项目成本控制领域的可操作性，同时也为施工现场成本分析提供新的方法。本文研究结论及成果总结如下：（1）建立建设工程项目成本控制系统中的反馈回路。以往对建设工程项目成本管理的研究大多基于理论层面，实际上，建设项目成本控制是一个呈动态性、存在多重反馈的复杂的系统。建设项目成本控制系统中影响成本的因素必然存在着因果反馈关系，这也是是建立系统动力学模型的前提。本文将成本影响因素识别出来后，建立起主要变量的两条反馈回路——成本偏差反馈回路、进度偏差反馈回路，对实现高效成本控制有比较重要的意义。（2）应用AHP方法分析了冲击钻孔桩施工过程中的返工率影响因子。除了成本、进度外，质量是三大项目管理目标中的另一关键方面。本文选取了案例中风险因素较多的冲击钻孔桩施工过程，应用AHP的方法分析出断桩与成孔不圆是在此过程中要重点防控的事故，其发生对返工率的影响占60%。并通过这个分析过程，识别成本控制过程中，各风险因素对返工率的影响。（3）建立一般建设工程项目成本控制的系统动力学模型。按照系统动力学解决问题的步骤，来解决对建设工程项目进行有效的成本控制这一问题。通过鱼骨图法将系统中的变量确定下来，并根据建设工程项目的实际情况，划分出内生变量、外生变量以及可忽略的因素。通过对成本控制系统内变量的因果关系分析以及流图分析建立起一般建设工程项目成本控制系统的系统动力学模型。（4）通过选取实际案例，对案例施工过程成本控制系统进行仿真，结果显示，进度偏差在60Day后逐渐加大，成本偏差约为500万左右，模型内主要变量的走势与实际情况基本相符。本文所构建的工程项目成本控制系统动力学模型具有一定的可行性及合理性。6.3后续研究工作将系统动力学的理论与工程项目成本控制箱结合，是一个比较新的研究方向，但却具有一定的实际意义，本文尝试将系统动力学的方法运用到工程项目成本控制中去，在建设工程项目实施过程中的成本控制作了一定的研究。受时间及学术水平的限制，本文还有些问题需要进一步深究。（1）构建的系统动力学模型是简化过的，主要变量20个左右。本文所构建的成本控制系统的动力学模型较为简单，为了研究方便，简化过模型，许多因素尚未考虑进去，比如通货膨胀、宗教习俗等，只在识别因素过程中有所提及，并未量化进入循环系统。在以后的研究中，可尝试将这些因素纳入系统中，完善模型。（2）模型的细化，因素间关系方程的建立，末端值的输入是基于实证案例，不具有普遍应用性。考虑到对建设工程项目成本控制的普遍适用性，细化模型所要考虑的变量数目是相当巨大的，建立模型变量之间的方程关系需要付出更多的精力，这是一项比60 第六章结论与展望较繁杂的工作，在后续研究中可以慢慢摸索。（3）以成本控制为导向，考虑进度、质量的综合管理，但维度不够。本文在研究的过程中是以成本控制为出发点，进度、质量配合管理作为条件，除成本、进度、质量三大项目管理目标之外，范围管理、信息管理、风险管理、安全管理等也逐渐成为项目管理者重视的管理目标。在后续研究中，如果能在此研究的基础上，拓展模型，考虑多方条件，建立多维的综合控制模型将更有实践意义。总之，如何用系统动力学的方法来对工程项目成本控制进行研究，是一个很有价值的研究课题，由于完成论文的时间及水平有限，本文只在基于系统动力学的建设工程项目施工过程中的成本控制系统建立作了初步的尝试，希望能为后续研究工作提供一种新思路。61 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个人简历在读期间发表的学术论文个人简历在读期间发表的学术论文个人简历：孙康，女，1987年11月生。2010年7月毕业于山东建筑大学（工程造价）专业，获学士学位。2010年9月入华东交通大学读硕士研究生。已发表论文：[1]孙康，蒋根谋.模糊综合评价法在昌九高铁项目社会效益评价中的应用[J].工程管理学报，2012，01:49-52[2]蒋根谋，孙康，代选顺.基于AHP法的冲击钻孔桩施工风险评估[J].施工技术，2012，Vol.368（41）:55-6164 致谢致谢论文的最后，我想对我的恩师蒋根谋教授表示真挚的感谢！蒋老师治学的严谨，豁达的人生态度都深深的影响了我。在论文的写作过程中，蒋老师对论文的选题、结构安排及研究思路等方面提出了许多有益的意见及建议，使本人能顺利完成学位论文工作。蒋老师不仅在学业上给我启迪及教诲，生活中也给予我很多的关怀和帮助，在此论文完成之际，衷心地向他说声谢谢！同时，还要对我的父母致以深切的感激，他们给了我莫大的支持以及鼓励，使我能勇敢地面对挑战，克服困难，二十余年来，正是他们无私的汗水和心血支持着我在艰辛的求学路上不断前进。感谢陪我一起走来的同窗好友们给予我的关心及支持；感谢工程管理教研室的所有老师对我学习上的指导；感谢中国港湾兰新项目的计合部人员，他们为我的学位论文提供了宝贵的案例资料，使我能按时按质完成论文；对本文所引用的参考文献的作者在此也一并感谢!65'