大型復雜機場工程項目群建設時序研究

張寧 肖軼萌

(同濟大學復雜工程管理研究院，上海 200092)

0 引言

機場工程作為航空運輸業的重要基地、城市經濟發展的重要基礎設施，對社會經濟發展具有重要作用。隨著社會經濟的不斷發展，我國民航機場建設始終保持快速發展態勢。與此同時，現代大型機場工程的功能定位也發生了巨大變化，不僅要為航運飛機起降、維護提供場地，而且要為機場周邊其他航空活動提供設施場所。因此，大型機場工程往往是由多類型單體工程項目共同構成的復雜項目群。

與傳統工程項目相比，復雜工程項目的復雜性體現在項目構成復雜性、組織管理復雜性、進度控制復雜性、信息溝通復雜性以及社會屬性復雜性5個方面[1-2]，傳統的進度管控方法已經難以控制規模龐大、周期較長、投資較大的復雜工程項目建設進度。中國民用航空局發布的《民用機場工程建設與運營籌備總進度綜合管控指南》(MH/T 5046—2020)將民用機場工程的復雜性歸納為技術復雜性、過程復雜性、環境復雜性和組織復雜性等方面[3]。基于此，各單體項目的建設順序應進行合理的時序策劃。

機場工程建設時序是指在一定投資規模下，機場工程項目群中各單體項目建設的先后順序及相互之間的搭接關系，以保證復雜項目群在最短工期內獲得最大的綜合效益。建設時序注重項目群內部不同單體工程之間在時間、空間維度上的相互關系。例如，深圳國際會展中心片區復雜項目群運用層次分析法，通過權重確定不同建筑單體、不同建設工序的重要程度，進而確定項目的建設時序，為片區項目建設時序控制提供了可靠的理論依據[4]。

我國大型復雜機場工程項目的相關研究起步較晚，缺乏針對復雜機場工程建設時序的研究成果。目前，快速增長的項目建設需求缺乏系統性的理論支持及模型提煉，因此，急需加快大型復雜機場工程項目群建設時序研究進度。

基于此，本文將定性和定量方法相結合，以某機場擴建工程為例，研究大型復雜機場工程項目群建設時序。首先，通過專家調查法，收集和梳理大型復雜機場工程項目群建設時序主要影響因素及初始數據，建立直接影響矩陣；其次，構建DEMATEL模型，計算各因素影響度、被影響度、中心度、原因度4個指標值，量化各因素之間的相互影響程度；最后，利用ISM-DEMATEL模型篩選出主要影響因素，輔以次要影響因素的調整，進行大型復雜機場工程項目群建設時序研究。

1 大型復雜機場工程項目群建設時序

1.1 復雜項目群層次分解結構

大型復雜機場工程是由多個獨立項目組成的集合。現代機場工程不是由飛行區、航站區等組成的單一功能項目，而是包括供水供電、排污排水、周邊市政道路橋梁、附屬工程等其他服務設施的綜合項目群。為了梳理大型復雜機場項目群建設時序，以構成項目群的獨立項目單元為分解單元，建立項目分解結構(PBS)體系,并以此為基礎進行進度管控。

基于復雜項目群PBS分解結構，建設時序的研究對象既包括項目群分解結構中的一級、二級及次級項目，也包括部分有重要建設意義的次級任務包。建設時序研究是為了厘清項目群各子項目之間在時間及空間上的建設順序，梳理子項目之間時間邏輯制約關系。建設時序研究是項目群進度管控的基礎，對實現工程管理目標具有決定性影響。大型復雜項目群層次分解結構圖如圖1所示。

1.2 大型復雜項目群項建設時序確定原則

1.2.1 安全性原則

大型復雜工程項目群具有規模巨大、參與方眾多、風險性較高等特點，在進行建設時序研究時應首先考慮安全性原則。

1.2.2 經濟性原則

大型復雜工程項目群建設直接影響社會穩定、地區經濟發展，因此，在進行時序分析時應重視其在特定投資條件下的經濟效益最大化問題。

1.2.3 縮短工期原則

時序研究作為項目總控理論的重要內容之一，最終目標是通過合理的時序策劃，盡可能地縮短項目建設周期，管控項目進度。

1.2.4 功能實現原則

工程項目建設時序研究應以項目規劃發展、功能定位和運營需求為準則，確保工程項目按期投運，確保系統完整性。

1.2.5 綜合平衡原則

各單體項目之間及各單體項目與外部環境之間在時間、空間上要相互配合、保持一致。

1.2.6 系統性原則

將項目群內的各子項目看作一個整體系統，以整體系統目標協調各子系統目標。

2 ISM-DEMATEL模型構建與數據收集

2.1 ISM模型和DEMATEL方法

ISM模型和DEMATEL方法是目前應用較為廣泛的系統層次結構模型化方法。兩者都是基于圖論方法，通過定性分析或定量計算方法，建立結構模型，分析系統中各因素之間的關聯關系。

解釋結構模型(ISM)通過定性分析方法確定系統影響因素之間的相關性，建立鄰接布爾矩陣(相關性用0或1表示)，運用MATLAB工具得到可達矩陣、可達集以及前因集，最后得到系統各因素的解釋結構矩陣。該方法是以系統要素之間存在的關系為分析依據，但是不會對關系進行定量分析，僅說明要素之間的影響關系是否存在。

DEMATEL方法通過分析系統各因素之間的相互影響關系建立直接影響矩陣，通過一系列的矩陣運算得到各因素的影響度、被影響度、中心度及原因度4個指標，并基于此分析致因要素，以直觀說明系統各因素的重要程度。

ISM模型建立的鄰接矩陣能夠說明系統各因素間的相互影響關系，而DEMATEL方法建立的直接影響矩陣不僅能夠反映各因素之間的相互影響關系，而且能夠通過數值量化描述影響關系的強弱程度，更加精確地反映系統各因素之間的關系。例如，Mousavizade 等[5]采用ISM-DEMATEL方法建立結構模型，揭示了伊朗城市供水和污水公司知識管理的關鍵成功因素，并構建了知識管理實施模式。

本文通過基本矩陣的相互轉化實現兩種方法的集成應用，以精準地描述并分析大型復雜工程項目建設時序影響因素的關系結構。

2.2 初始數據收集

采用專家調查法收集大型復雜工程項目群建設時序影響因素。所有受訪者均具有5年及以上大型復雜工程項目群進度管控工作經驗，其工作內容包括但不限于實際項目的建設時序策劃。

基于調查結果，結合相關研究文獻檢索結果，得到10個建設時序主要影響因素，見表1。

表1 建設時序主要影響因素

2.2.2 評價指標

首先，確定各因素影響關系評價標度，以0、1、2、3、4分別對應“無、弱、一般、強、較強”5個等級。數值越大，說明兩個因素之間的影響程度越大。

以受訪專家給出的建設時序影響因素關系指標評價結果作為初始輸入數據，建立建設時序影響因素關系指標，見表2。

2.3 模型計算及結果

2.3.1 DEMATEL模型計算

影響度指標表示某因素對其他因素的影響程度，數值越大，表示某因素對其他因素的影響程度越大；被影響度指標反之。中心度指標是影響度與被影響度之和，表示某因素在系統中的重要程度；原因度指標是影響度與被影響度之差，表示某因素與其他因素之間的因果關系程度，原因度>0，表示該因素對其他因素影響較大，歸為原因因素組，原因度<0，表示某因素受其他因素影響較大，歸為結果因素組。DEMATEL模型計算步驟如下：

激光束焊接是一種以脈沖激光掃描AgNWs產生局部熔融，并改善交叉結點接觸，而不影響納米線網絡的其他區域的高效焊接方法[21].這是由于納米線網絡受脈沖激光輻照，兩根交叉納米線之間的納米級間隙中出現一定濃度的電磁場而在納米線結處產生熱量，該熱量足以激活孤立的銀原子在納米線結上融化并再結晶成焊點.

表2 建設時序影響因素關系指標

(1)通過DEMATEL模型計算影響度較大、被影響度較小、中心度較大、原因度>0的影響因素。以表2數據構建DEMATEL模型直接影響矩陣A。

(2)規范化直接影響矩陣，使所有評價指標值aij介于[0，1]，得到規范化后的直接影響矩陣B，公式如下

(1)

(3)計算綜合影響矩陣C，以反映各因素之間直接影響與間接影響的疊加效應。公式如下

C=[cij]n×n=B(I-B)-1

(2)

(4)根據綜合影響矩陣計算影響度fαi、被影響度eαi、中心度Mαi和原因度Nαi4個指標。公式如下

(3)

(4)

Mαi=fαi+eαi(i=1,2,…,n)

(5)

Nαi=fαi-eαi(i=1,2,…,n)

(6)

基于DEMATEL方法得到求解結果，見表3。

從影響度指標來看，10個影響因素重要程度由高到低依次為：項目規模α2、外部制約因素α5、建設工期α6、項目復雜程度α3、項目功能需求α4、資金計劃α10、邏輯關系α7、土地狀況α8、立項方式α9、項目背景α1。其中，項目規模α2、外部制約因素α5、建設工期α6、項目復雜程度α3及項目功能需求α4是較為主要的建設時序影響因素。從被影響度指標來看，建設工期α6、項目復雜程度α3被影響度較大，表示這兩個因素極易被其他因素影響，在時序研究中不作為主要因素。

從中心度指標來看，建設工期α6、項目復雜程度α3、外部制約因素α5、邏輯關系α7、項目規模α2這5個因素是較為主要的影響因素。從原因度指標來看，項目復雜程度α3、建設工期α6、邏輯關系α7、資金計劃α10這4個因素的原因度<0，表示受其他因素影響較大，故不作為主要影響因素。

綜上所述，對建設時序影響較大的主要因素為項目規模α2、項目功能需求α4及外部制約因素α5。

2.3.2 ISM模型計算

構建ISM模型，通過模型計算分析項目群建設因素層次結構，分析影響建設時序的最深層因素，并與DEMATEL方法計算結果進行比較。步驟如下：

首先，將矩陣轉化得到整體影響矩陣H，公式如下

表3 DEMATEL模型求解結果

H=C+I

(7)

式中，I為單位矩陣。

其次，選取整體影響矩陣H中所有因素的平均值作為閾值，得到λ=0.378。

最后，根據λ計算可達矩陣K，以反映各因素之間是否存在影響關系。可達矩陣K見表4。

表4 可達矩陣K

2.3.3 繪制建設時序影響因素多級遞階結構圖

首先，計算可達集Eαi及前因集Fαi，公式如下

Eαi=(αi|αj∈Z,kij≠0)

(8)

Fαi=(αi|αj∈Z,kji≠0)

(9)

式中，Z為致因因素集合。

其次，繪制影響因素結構模型，分析各影響因素的重要程度。計算公式如下

Eαi=Eαi∩Fαi

(10)

若公式(10)成立，說明因素αi為該層因素，在可達矩陣K中劃去αi所在的行和列。重復以上步驟，直至所有行和列均被劃去。

最后，通過計算，得到第一層影響因素集合為

L1={α1，α3，α6，α7，α9，α10}

第二層影響因素集合為

L2={α4，α5，α8}

第三層影響因素集合為

L3={α2}

由此，繪制某機場擴建工程建設時序影響因素多級遞階結構圖，如圖2所示。

根據第一層影響因素集合L1，得到第一層影響因素為項目背景α1、項目復雜程度α3、建設工期α6、邏輯關系α7、立項方式α9、資金計劃α10，這6個因素在該層次結構中屬于最底層因素，是建設時序最直接、最表層的影響因素。

根據第二層影響因素集合L2，得到第二層影響因素為項目功能需求α4、外部制約因素α5、土地狀況α8。

根據第三層影響因素集合L3，得到第三層影響因素為項目規模α2，該因素對第一層和第二層的9個因素有影響作用，是最主要、最根本的時序影響因素。

2.4 計算結果分析

根據以上計算過程，DEMATEL方法計算得到的項目規模、項目功能需求及外部制約因素三個重要因素在ISM層次結構圖中位于第二、第三層級，可見DEMATEL方法與ISM模型計算結果能夠相互印證，說明ISM-DEMATEL模型計算結果有效。

基于上述計算結果可知，某機場擴建工程建設時序研究可以從項目規模、項目功能需求及外部制約因素入手，再通過其他因素的調整和修正，得到最終的建設時序策劃方案。

3 案例分析

3.1 項目分解結構

某機場擴建工程主要分為航站區項目、飛行區項目、旅客捷運項目、市政配套項目、貨運區項目和附屬設施項目。繪制某機場擴建工程項目分解結構(PBS)，如圖3所示。

3.2 建設時序策劃思路

該機場擴建工程建設時序策劃的基本思路是：基于ISM-DEMATEL模型計算結果，分析第一和第二級PBS項目的規模、功能需求、外部制約因素三個影響因素，列出各項目的建設優先級，再考慮其他非主要因素的影響，調整優先級表格，最終繪制建設時序策劃圖。

本文將項目優先級分為“優先項目”“次級優先項目”“一般優先項目”“低階項目”4個等級?；谠摂U建工程開工及建成投運的總目標，對于優先級別較高的項目，在時序策劃時優先考慮其開竣工時間及工期要求；下一優先級的項目時序安排需要滿足上一優先級項目的時序要求。綜合各項目的預計工期，進行影響因素調整，計算得到各次級PBS子項目預計開竣工時間，繪制項目群建設時序策劃成果圖。

3.3 確定項目優先級

基于項目規模、項目功能需求、外部制約因素三個方面，對某機場擴建工程各二級PBS項目的影響程度進行優先級劃分，再綜合各項目的優先級排序，確定各項目綜合優先級。其中，項目規模對于優先級的影響主要基于投資規模，投資規模越大，優先級越高；項目功能需求對于優先級的影響主要基于項目運營單位對于項目需求的緊迫性及重要性，功能越重要、需求越緊迫，優先級越高；外部制約因素對于優先級的影響主要基于外部相關方對于項目的要求及制約條件，要求及制約條件越多，優先級越高。按照上述原則，劃分航站區項目、飛行區項目、旅客捷運項目、市政配套項目4個二級PBS項目優先級，見表5。

表5 二級PBS項目優先級

(續)

基于表5的優先級劃分結果，綜合考慮其他影響因素進行局部調整，得到某機場擴建工程各子項目工程時序優先級。依據各項目優先級順序，確定該機場擴建工程建設時序的主要和次要線路；基于各項目的工期和相互之間的邏輯關系，繪制該工程建設時序圖，以保證項目工期，提高進度管控水平和效率。

4 結語

本文首先通過分析建設時序影響因素，構建了時序影響因素結構模型；其次，通過專家調查法，篩選了項目群建設時序10個影響因素；最后，采用ISM-DEMATEL集成模型計算各影響因素的重要程度，得到大型復雜機場工程項目群建設時序的重要影響因素集合。

在理論方法構建模型并論證其可行性后，將該集成模型應用于某機場擴建工程時序研究。基于DEMATEL方法計算得到的影響因素重要性序列與ISM模型計算得到的因素多階結構網絡所反映的信息基本一致。經過理論分析和實例檢驗，驗證了ISM-DEMATEL模型的科學性與適用性，可為其他類型的大型復雜項目群建設時序研究提供參考。