基于計算實驗的工程承發包模式選擇機理分析

李 遷，丁 翔，于 文

（南京大學 工程管理學院，江蘇 南京 210093）

一、引 言

工程承發包模式是工程建設期業主和承包商之間的一種責權分配模式和組織協調方式，對工程的進度、成本、質量等目標實現產生重要影響[1]。因各類承發包模式存在相應的適應性條件，業主在選擇承發包模式時不僅要考慮其自身的經驗和偏好，更要從工程建設環境、項目特征、業主能力和承包商水平等多種因素進行綜合判斷[2]。

針對承發包模式和工程績效關系，Konchar通過對美國351個建筑樣本數據比較分析，研究了不同承發包模式下的工程成本、質量和進度績效的差異性[3]；Ling運用多變量方法建立了項目DB模式和DBB模式下的項目績效的預測模型[4]；杜亞靈分析了不同承發包模式下風險界面和項目績效之間的關系[5]。另外，學者運用不同方法研究了工程承發包模式選擇的決策方法。Mahdi運用AHP方法來研究項目承發包模式選擇的指標及其權重[6]，Mafkheri運用區間AHP法建立多標準、多層級的承發包模式選擇模型，從而減少專家不確定性對決策結果的影響[7]。Luu運用實證方法研究了業主需求、工程對象、外部環境等對承發包模式選擇的影響路徑[8-9]。Ling運用人工神經網絡(ANN)方法來研究DB模式下的項目績效[10]，Chen分析了影響承發包模式選擇的主要要素，運用人工神經網絡方法來對指標進行訓練，并以中國數據來驗證模型的有效性[11]。

綜上可以看出，工程承發包模式選擇對于業主來說至關重要，現有的研究方法側重于決策指標和決策方法的構建，這類方法易受指標設計合理性、專家評價公正性、大樣本數據有效性等方面的影響，且難以刻畫各類要素對承發包模式選擇的影響路徑。論文以應用廣泛的DBB模式和DB模式為對象，基于對業主Agent和承包商Agent主體行為和決策規則分析基礎上構建相應的計算實驗模型，探討工程復雜度、業主能力、承包商水平及學習能力對工程承發包模式選擇的影響路徑和作用機理，這為業主選擇有效的承發包模式提供參考。

二、工程承發包模式選擇的影響要素

工程承發包模式界定了工程設計、采購及施工的實施序列內所涉及的利益干系人，并通過合同類型及制度設計明確了各干系人的收益和風險。因此，對工程承發包模式類型的定義可以從如下三個維度界定：①邏輯維度，主要包括設計、采購和施工三個階段任務；②管理主體維度，主要包括業主、設計單位、施工單位及總承包商；③合同維度，包括設計施工總承包合同或設計及施工獨立合同。根據不同維度要素組合可形成不同的承發包模式，如設計施工總承包DB(Design-Build)模式包括設計和施工兩項任務、總承包商為管理主體、業主和總承包商簽訂設計施工的單一合同。除此之外，常見的工程承發包模式還包括設計招標施工DBB（Design-Bid-Build）、建設管理CM（Construction Management）、項目管理PM（Project Management）、總承包模式EPC（Engineer Procure Construct）、交鑰匙工程Turnkey及Fast Track模式等。我國工程建設主要以傳統的DBB模式為主，并建立一系列相關法律法規、招投標及合同規范文件。近年來，隨著我國承包商水平的提升，DB模式逐漸被運用到一些大型基礎設施工程建設中，如港珠澳大橋島隧工程的DB模式。因此，論文僅討論DB模式和DBB模式的選擇路徑及其影響要素，其思路和方法同樣適用于其他模式的研究。

與傳統的DBB模式相比，DB模式在設計施工配合效果、責權邊界劃分、風險處置能力等方面有著更好優勢，但在工程有效計量、設計獨立性維持等方面不及DBB模式。任何一種管理模式，都有其環境適應性問題，若該模式不與工程環境相適應，則其包含的理論、方法、技術不但不能有效地解決問題，而且可能適得其反。業主在進行承發包模式選擇時要基于因地制宜原則，結合工程特點，把握工程實施具體環境和項目自身要求，做到“環境—特點—模式”之間的合理組合[12]。Ibrahim提出了選擇合適管理模式要從業主特征、工程項目特征、工程設計特征、契約及制度環境、承包商的能力和偏好、工程風險和索賠七個方面進行綜合權衡[13]。Chen在梳理眾多文獻基礎上，給出了選擇承發包模式主要依據：項目目標（進度、成本、質量）、項目特征（類型、規模及復雜性）、業主特征（范圍定義能力、組織資源、風險態度）、承包商能力、外部環境（市場環境、技術環境、制度環境）[11]。Ling[4]指出承包商能力、市場競爭能力、業主能力、項目特征是承發包模式選擇考慮主要要素。

在綜合已有研究成果基礎上，論文重點考慮影響DB模式和DBB模式選擇的三類要素：①工程復雜度。工程復雜度主要包括工程規模、技術難度、建設環境及建設目標，復雜性不同的工程對業主能力要求各不相同。②業主能力。DBB模式要求業主具備對設計和實施的技術方案審查及綜合協調等能力，而DB模式則要求業主具備“伙伴”和“合作”思想，具備明確需求、選擇合適承包商及關鍵節點控等能力，并要求在向承包商轉移工程風險的同時要給予承包商總夠的自主空間。③承包商水平。從一定程度上來看，DB承包商承擔了DBB模式下工程業主的眾多職責，因此資源整合、內部協調、技術創新等能力對于承包商來說不可或缺，見圖1。

圖1 DBB模式與DB模式選擇影響因素

三、工程承發包模式選擇的計算實驗模型

（一）問題描述與基本假設

論文運用計算實驗方法[14]，利用Multi-Agent技術對上述列出三類最重要的影響因素進行分析。模型作如下基本假設：

（1）業主與承包商之間信息完全對稱，即業主能夠真實獲取承包商的商務信息，而承包商也完全了解業主的招標要求和工程復雜度。

（2）市場上存在業主Agent和承包商Agent兩類主體，承包商Agent按照各自的技術優勢分為設計承包商和施工承包商兩類，業主Agent具有選擇承包商Agent的權力。

（3）每個實驗周期存在一個業主Agent和多個承包商Agent，在實驗周期內，承包商Agent的數量恒定不變。

（4）業主Agent屬性包括工程復雜度和業主能力，承包商Agent屬性包括技術能力、協調能力、資源整合能力、市場信譽和服務水平的五項指標，業主依據承包商Agent的屬性值進行評標，業主Agent和承包商Agent的屬性值在0～1之間。

（5）因不同工程復雜度要求業主設定不同招標文件的技術、商務和價格條件，假設將工程復雜度的評價值作為業主對承包商各屬性值要求的最低閾值，只有滿足該要求的投標單位才能通過資格預審進入評標環節。

（二）主體行為策略與模型描述

1．業主Agent的行為策略

本實驗規定業主Agent主要有三種行為：

（1）市場調查。在招標前對市場上潛在的承包商進行調查評估。通過調查，如果能夠完全勝任工程設計和施工任務的承包商數量達到基本要求（不少于3家），可以考慮采用DB模式，否則直接采用DBB模式。勝任工程設計或施工任務是指設計或施工的承包商的屬性值ci、di均不低于工程復雜度指標值f。

（2）設計施工招標。在可以采用DB模式的前提下，業主選擇DB模式的概率為P=αf+β（1-c），其中α表示工程復雜度權重，β表示業主能力權重，c表示業主能力，0≤α≤1、0≤β≤1。如選擇DBB模式，分別從設計、施工任務對承包商進行考察，當滿足工程要求的承包商不少于3家，則業主招標時規定承包商各家單獨投標。

（3）評標和定標。評標采用綜合評分法，計算每個投標承包商各項指標的加權平均值，得分最高的投標人中標。矩陣表示業主在設計和施工兩項任務上對承包商五項指標權重的要求。承包商i在各指標上的得分為并在初始化時生成，承包商i的綜合得分為其中aj、bj、cij、dij的取值在0～1之間。業主Agent決策流程如圖2所示。

圖2 業主Agent決策流程

2．承包商Agent的行為策略

承包商Agent主要有兩種行為：

（1）投標。根據業主不同的招標策略采取不同的投標策略。當采取DB模式時，對設計和施工整體投標。當采取DBB承包模式時，根據自己的技術優勢對設計或施工進行單項投標。

（2）成長。在參與不同工程實踐中，承包商具有自我學習和成長能力，其Agent屬性值會得到提升。模型中設定：每t個實驗周期，市場中承包商的各項能力均會有一次增長，增長值為μ。承包商Agent決策流程如圖3所示。

四、實驗結果與分析

本計算實驗建模使用Netlogo仿真軟件。在模型中，定義了業主Agent屬性、承包商Agent屬性以及一些公用參數Variable。另外，計算實驗主程序模塊Model類用來控制模型的初始化、狀態設置、可視化輸出和系統運行等。實驗模擬中固定最大迭代數maxticks=900，承包商的總數number=60，承包商初始參數是隨機生成，服從正態分布。并且，每次實驗都會自動生成一個工程屬性，屬性值可選擇隨機生成，也可手動輸入。

圖3 承包商Agent決策流程

具體實驗方法為：在考察工程復雜度、業主能力及承包商水平中某一因素對DB模式和DBB模式選擇影響時，只調整該因素的相關參數，固定其他因素的參數。具體實驗參數見表1。

表1 模型主要參數說明

（一）工程復雜度的影響

工程復雜度從兩方面影響業主承發包模式的選擇。一是在根本上決定工程是否需要采用DB總承包模式，二是影響業主選擇DB承包模式的概率。本次實驗固定業主能力和承包商水平取值，見表2。

表2 業主能力和承包商水平賦值表

當市場中設計承包商的平均水平為0.751，施工承包商的平均水平為0.749時，將工程復雜度依次取0.1～0.9的運行結果統計如表3和圖4所示。通過對實驗結果的分析，可得出如下結論：

（1）當工程復雜度較低時，業主更傾向于選擇DBB模式，這是因為業主具備對各參建單位進行技術審查和組織管理能力。在技術成熟、風險較低的一般性工程建設中，業主更愿意選擇DBB模式來加強對建設全過程、全方位控制，以此提高工程質量、節約工程建設成本。

（2）隨著工程復雜度的提高，業主選擇DB模式的偏好更大。這是因為工程規模變大、技術難度提高和環境不確定性加強等使得工程建設對業主能力要求高且參建主體協調難度大，因此業主為了控制預算、降低風險、減少工程變更和索賠，將工程建設任務和管理任務盡量轉移給比業主自身經驗更加豐富、能力更強的承包商。

（3）DB模式的選擇概率隨著工程復雜度的逐步提高先增加到一個峰值后急劇減少。這是因為DB模式對承包商的資質和能力有非常高的要求，而市場中現有的承包商水平有限，當工程的復雜程度超出這些承包商的能力范圍后，很難選擇出能駕馭工程建設復雜性的一家承包商或承包商聯合體。業主只能針對工程的分項任務選擇出能力最強的承包商。

表3 工程復雜度影響下的承發包模式選擇情況

圖4 工程復雜度對承發包模式選擇的影響

（二）業主能力的影響

業主能力在很大程度上影響工程承發包模式的選擇，如對工程功能需求和范圍的界定、設計方案有效性審查與施工現場綜合控制、突發事件處置及風險駕馭等能力。本次實驗固定工程復雜度和承包商水平取值，見表4。

表4 工程復雜度和承包商水平賦值

當設計承包商的平均水平為0.742，施工承包商的平均水平為0.756時，將業主能力依次取0.1～0.9的運行結果統計如表5和圖5所示。

從表5和圖5可以看出：當業主能力較低時，業主會偏好于選擇DB總承包模式。這是因為在DBB模式中，設計、施工等單位直接與業主簽訂合同，各環節之間的協調管理和技術監督均由業主負責，對業主的控制能力要求較高。而在DB模式中，業主只需與承包商簽訂合同，承包商負責大量的技術審查和管理協調工作。但是隨著業主能力的增強，其對工程的直接控制意愿也會較強，此時業主會更加偏好于選擇DBB模式。

表5 業主能力影響下的承發包模式選擇情況

圖5 業主能力對承發包模式選擇影響

（三）承包商水平的影響

上述分析是基于承包商水平不變的假設上進行，而實際上承包商每參與一項工程對自身是一次學習和提升過程，隨著承包商參與工程項目越來越多，承包商水平的各項指標和綜合能力也必然會得到提高。因此，有必要進一步研究市場中承包商水平提高對業主承發包模式選擇的影響。

（1）保持業主能力不變，引入企業成長值，重復“工程復雜度影響”中的實驗。承包商的初始水平不變，但各項指標值每50個實驗周期可以獲得一次成長機會，成長值為小于0.05的隨機值。運行結果統計如表6和圖6所示。

表6 考慮承包商水平成長下工程復雜度對承發包模式選擇的影響

通過對比圖4和圖6可以發現：當考慮承包商水平成長情況下，即使在工程復雜度極高時，業主仍具有選擇DB模式的偏好。這主要是因為承包商通過實踐不斷提升自身水平，使得建設市場得到不斷完善，逐漸形成一批企業信譽好、經驗豐富、履約能力強的工程承包商，降低了業主實施DB模式的風險和成本，并從進度、質量等方面給業主帶來更多收益，業主也就更愿意選擇DB總承包模式[15]。

圖6 考慮承包商水平成長下工程復雜度對承發包模式選擇影響

（2）保持工程復雜度不變，引入企業成長值，重復“業主能力影響”中的實驗。承包商的初始水平不變，但各項指標值每50個實驗周期可以獲得一次成長機會，成長值為小于0.05的隨機值。運行結果統計如表7和圖7所示。

表7 考慮承包商水平成長下業主能力對承發包模式選擇影響

圖7 考慮承包商水平成長下業主能力對承發包模式選擇影響

通過對比圖5和圖7發現：當承包商水平提高時，總體上業主選擇DB模式的偏好強于承包商水平固定時的偏好。因而，如何提升承包商水平和建立有序的DB模式的市場環境是工程建設中推行DB模式的關鍵因素。

五、結 論

工程承發包模式的科學選擇和設計是業主有效駕馭工程復雜性和實施工程建設管理的重要機制。當前，隨著我國監理制及DBB模式下的招標文件及合同范本的完善，DBB模式在我國工程建設中被進一步固化和路徑鎖定。但隨著我國承包商水平的提升和工程建設復雜度的增加，越來越多的工程選擇DB模式。論文通過構建了承發包模式選擇的計算實驗模型來研究工程復雜度、業主能力和承包商水平對工程承發包模式選擇的作用機理。

研究結論表明：

（1）工程復雜度、業主能力和承包商水平對承發包模式的選擇有著顯著的影響。工程復雜度越高，業主能力較弱，則業主選擇DB總承包模式的偏好就越大；反之，當業主具備控制工程設計和施工管理能力時，則更有意愿直接管理工程建設，從而更偏好于選擇DBB模式。由于每個工程都有區別于其他工程的特征，業主在文化、知識和經驗等方面也有所不同，項目在選擇承發包模式時要綜合權衡該環境下具體模式的優勢和劣勢，做到揚長避短。港珠澳大橋島隧工程技術復雜、國內缺乏設計和施工經驗、海中施工難度大、戰略資源整合困難，因此港珠澳大橋管理局將島隧工程作為一個標段，采取了DB承發包模式來降低風險和控制進度。但港珠澳大橋的橋梁工程因其技術復雜度不高，國內在橋梁建設的技術比較成熟，港珠澳大橋管理局能有效地控制工程建設，因此將橋梁工程分為多個標段，采取DBB承發包模式來控制成本和質量。

（2）市場中承包商自身能力的增加可以使得業主選擇DB模式的風險降低，選擇DB模式的動機加強。當前，我國大型工程的DB總承包商通常是由設計單位和施工單位組成的聯合體（施工單位為聯合體牽頭人）來承擔，從而克服我國當前施工單位或設計單位能力不足的缺陷。如港珠澳大橋島隧工程采取了業主提供初步設計方案的、聯合體（有特別組建要求）的設計施工總承包模式。聯合體牽頭人為交通行業實力強大的中國交通建設股份有限公司，聯合體成員主要包括中交公路規劃設計院有限公司、中交第四航務工程勘察設計院有限公司、上海市隧道工程軌道交通設計研究院、AECOM Asia Company Ltd（艾奕康有限公司）等。未來要使得我國更多工程愿意采取DB模式，設計單位作為聯合體牽頭人或設計單位獨立承擔DB承包商也是一條重要路徑，它可增加對設計獨立性的控制。而這則需要設計單位進一步提高自身綜合能力，且同時需要行業部門制訂相關支持政策，如資質要求、招標和合同范本、責任追究制度等。

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