基于模糊認知圖的區域組團式項目復雜性動態測度研究
——以上海西岸傳媒港項目為例*

康曉虹 羅嵐 楊悅

(1.上海西岸開發(集團)有限公司規劃管理部，上海 200232；2.南昌大學公共政策與關系學院，江西 南昌 330031；3.南昌大學工程建設學院，江西 南昌 330031)

0 引言

在大規模城市建設開發背景下，政府和開發商都面臨著如何在規劃和建設方面有效利用市中心土地的巨大挑戰[1]。因此，實現城市功能集聚區域品質提升與未來容量增長的雙贏，是當前我國城市建設面臨的重要課題[2]。在上海、北京和深圳等大城市的發展中，區域集群正日益成為典型的發展方式。然而，項目群整體開發、高質量開發、多利益主體合作開發、立體交叉施工等特征，大大增加了此類項目的復雜性。

學者Baccarini[3]最早提出項目復雜性概念，認為項目復雜性的影響因素眾多，且可用差異性(Differentiation)和依賴性(Interdependency)來定義。何清華等[4]從項目復雜性的兩個維度，即屬性和構成，提出了一個評估項目復雜性的框架，對項目復雜性的內涵進行測量與分析，指出項目復雜性主要包括技術上的復雜性、組織上的復雜性、目標上的復雜性、環境上的復雜性、文化上的復雜性及信息上的復雜性[5]。羅嵐等[6]結合單因素方差分析的研究方法，最終將項目復雜性分為6個維度，即信息復雜性、任務復雜性、技術復雜性、組織復雜性、環境復雜性和目標復雜性[7]。然而，目前我國對于區域組團式開發項目的復雜性測度研究較少，更缺乏對多個因素的動態分析。

由于區域組團式整體開發項目的影響因素復雜且交織在一起，用線性結構來描述這一復雜的動態系統顯然有一定難度[8]。模糊認知圖(Fuzzy Cognitive Map，FCM)是模糊邏輯和神經網絡相結合的產物[9]，其知識表示和推理能力更強。通過FCM方法構建的模型可以避免強非線性模型的復雜性，同時具有跨學科整合的特性，可獲取和整合參與區域組團式整體開發項目復雜性的不同學科的知識[9-12]。最重要的是，FCM方法有一個科學的反饋機制，能對項目變化做出反應。鑒于其處理模糊性和因果關系的優勢[13]，本文采用FCM方法，以上海西岸傳媒港項目為例，探討區域組團式整體開發項目復雜性動態系統，從而為降低此類項目復雜性提出合理建議。

1 上海西岸傳媒港項目復雜性分析

上海西岸媒體港是一個創新的地下綜合城市空間開發項目，是上海沿江功能區——徐匯濱江國際水岸區的核心組成部分。該項目包括9個街區部分和該地區6條道路的地下空間，采用常見的區域集聚發展模式，其特點是“三帶四統一”[14]。“三帶”是指土地出讓協議中的建設要求，即“帶地下空間、帶發展規劃、帶綠色建筑標準”；“四統一”是指從整個街區的角度對項目進行統一規劃、設計和發展。新的發展模式導致項目復雜性增加。因此，本研究首先分析上海西岸傳媒港項目的復雜性，認為該項目的復雜性主要體現在以下6個方面。

1.1 目標復雜性

主要體現在三個方面：

(1)上海西岸傳媒港項目是一個建筑面積超過100萬m2、單獨立項超過20項、現場參建單位超過100家的大型項目。

(2)各項目參與方的需求和個體目標不同，地上與地下項目、建筑與市政項目、各地塊項目之間的項目任務具有復雜性。

(3)整體項目施工場地要求、交通等公共資源的有限性。目標復雜性的表現形式為結構上的復雜性。該項目包含多個子項目，這些子項目具有多個不同甚至沖突的目標。當項目多個利益方同時追求各自的目標時，就會出現矛盾與問題。因此，為降低項目目標復雜性，則必須平衡好各個利益方的目標，包括總目標與子目標之間的協調、項目各參與方目標之間的協調等。

1.2 組織復雜性

該項目采用了區域組團式整體開發的合作模式，簡單來說，就是將項目區域內的地下空間和地上的不同區塊作為整體系統，由多個市場主體共同開發建造。建筑業參與方眾多，組織體系相對復雜，各開發、設計和施工單位之間有著復雜的分工和相互聯系。

1.3 任務復雜性

該項目由數百個單位共同參與完成，由數以萬計子任務組成，而完成這些任務所產生的活動又在空間與時間上互相影響。這些任務涉及廣泛的知識領域，涵蓋工程、資本和金融、組織和管理、環境保護、社會穩定和能源節約等多個領域。此外，這些任務之間存在很多顯性或隱性的聯系。也就是說，每個任務的變化都將引起其他任務的變化，且這些任務的完成同時又取決于其他任務的完成情況。

1.4 技術復雜性

主要由4個部分組成：技術多樣性、技術流程(步驟)的上下依賴、技術系統與外部環境的交互作用，以及高難技術的風險性。一方面，該項目的建筑類型、設計圖樣與施工現場的搭接、地上與地下的搭接、地塊之間的搭接等都具有高度的技術復雜性；另一方面，該項目施工期間應用了多種創新、綠色技術，如三維技術、節能技術，同時也采用了很多新型建筑材料，這些新技術和新材料增加了項目的技術復雜性。

1.5 環境復雜性

具體是指項目運行環境的復雜性，主要包括：自然環境帶來的復雜性(惡劣自然環境導致工期延誤等)、市場和經濟環境帶來的復雜性、政策和監管環境帶來的復雜性，以及所有項目利益相關方目標沖突帶來的復雜性。主要體現為4個方面：政策法規變化導致的復雜性、項目地質條件惡劣導致的復雜性、施工環境不理想導致的復雜性，以及外部利益相關方利益沖突導致的復雜性。

1.6 信息復雜性

主要是由多重信息平臺的訪問程度(權限)、處理程度(權限)及傳遞能力共同導致的。具體原因有以下4點：

(1)該項目由多個參與方共同建造完成，包括建設單位、設計單位、咨詢單位、顧問、監理單位、總承包、專業分包、監測和檢測等。

(2)該項目劃分地塊眾多，不同地塊與不同標段的參建方也可能不同，導致目標信息傳遞路徑過長，信息量巨大，任務難以高效完成。

施工企業選擇機械設備時，應根據工程特點和工序需要合理選擇機械設備，不能盲目選擇，并且合理使用機械設施，進行定期維護，使其充分發揮作用。一旦在使用過程中發生操作失誤或機械故障，應及時、有效地解決，盡量減少因維修等問題造成的施工拖延，成本增加等問題[3]。

(3)該項目規模龐大，不同參與方之間的信息依賴度和相關度也逐漸增加，信息傳遞的復雜性加大，難度提升。

(4)復雜的項目伴隨著各種復雜的合同關系，項目管理過程中涉及的多個利益相關方之間的復雜溝通交流也進一步加劇了項目的信息復雜性。

2 上海西岸傳媒港項目復雜性FCM測度模型構建

2.1 概念節點的識別

基于文獻梳理與前文對上海西岸傳媒港項目的復雜性分析，最終確定了影響項目復雜性的6個因素，具體見表1。取表1中的6個影響因素和上海西岸傳媒港項目的復雜性為目標節點，建立FCM模型。模型中的概念節點用C1～C6表示，即項目復雜性的6個影響因素；目標概念節點用CT表示，即上海西岸傳媒港項目復雜性。

表1 上海西岸傳媒港項目復雜性因素的識別

2.2 因果關系和權重的確定

概念間的因果影響關系用有向弧表示，因果影響程度的大小用權值Wij反映[15]。對于模型中的兩個概念節點Ci和Cj，如果節點Ci的狀態改變引起節點Cj的狀態變化，則用一段有向弧表示Ci和Cj之間的因果關系，并用[-1，1]區間中的權值Wij來描述Ci對Cj的影響程度[9]。當Wij>0，則表示Ci的增加將導致Cj的增加，Ci與Cj之間存在正因果關系；當Wij<0，則表示Ci的增加將導致Cj的減小，Ci與Cj之間存在負因果關系；當Wij=0，則Ci與Cj之間不存在因果關系[16]。隨后邀請5名相關領域極富經驗的專家來調查本研究中6個概念節點的關系和權重，并要求專家根據自己的經驗和知識來評價因果關系及其權重。基于專家反饋，同時借助FCM Analyst 1.0軟件，最終確定全部概念節點之間的因果關系及其權值大小。本文使用9級模糊語義供專家描述，見表2。

表2 專家的9級模糊語義

2.3 閾值函數的選定

構建FCM模型的過程中，有兩種閾值函數可供選擇：一種是S形曲線函數，另一種是雙曲正切函數。S形曲線函數公式如下

(1)

式中，c為參數，能夠決定曲線的斜率。

雙曲正切函數公式如下

(2)

式中，tanh(x)為雙曲正切函數。

2.4 FCM模型的構建

在確定概念節點、因果關系弧和權值Wij，且選定閥值函數后，建立上海西岸傳媒港項目復雜性FCM測度模型[9]，如圖1所示。

圖1 上海西岸傳媒港項目復雜性FCM測度模型

3 上海西岸傳媒港項目復雜性測度模型的仿真應用

借助FCM Analyst 1.0軟件，對構建的FCM模型進行預測分析和診斷分析。該軟件可以輸出狀態曲線和數據值，還能隨著時間的推移迭代更新概念節點模型，便于分析模型中的動態影響。

3.1 預測分析

預測分析可以實現預測目標事件在一段時間內隨著變量的變化而變化的目的。本研究使用5點量表描述概念節點的狀態值xi，且將所有概念節點的初始值設定在[-1，1]的區間范圍內。隨后，對6個變量因素進行取值模擬，當變換每個因素的初始值時，模型中的其余因素變量的值隨之改變，最終導致目標事件的結果改變。以概念節點C1(目標復雜性)的取值模擬為例。將FCM模型中的概念節點C1的初始值依次設定為1.0(極好)、0.5(較好)、-0.5(較差)和-1.0(極差)4個狀態值。與此同時，其他5個概念節點及目標概念節點的初始值均設定為0。此時，模型中概念節點之間的因果關系開始迭代。隨著迭代次數的增加，上海西岸傳媒港項目的模型復雜性最終收斂到一個穩定值。這4種狀態下的項目復雜性的穩定值分別為P(CT|C1=1.0)=0.906 2，P(CT|C1=0.5)=0.800 7，P(CT|C1=-0.5)=-0.800 7，P(CT|C1=-1.0)=-0.906 2，顯然，C1和CT之間存在一種正相關關系，表明隨著目標復雜性的增加，項目復雜性也顯著增加。同理，依次對其余5個概念節點進行取值模擬，以觀察項目復雜性的變化規律及其穩定值。各因素變化對項目復雜性的影響如圖2所示。可以看出，在多次迭代作用后，目標概念節點CT的值將不斷演化并穩定在一個固定點。

圖2 各因素變化對項目復雜性的影響a)概念節點C1 b)概念節點C2 c)概念節點C3 d)概念節點C4 e)概念節點C5 f)概念節點C6

模擬結果顯示，概念節點C1、C2、C3、C4、C5和C6都與目標節點CT有顯著的正因果關系。也就是說，當目標復雜性C1、組織復雜性C2、任務復雜性C3、技術復雜性C4、環境復雜性C5和信息復雜性C6的值增加時，整個項目的復雜性也隨之增加。圖2中斜率越大，說明這種影響越劇烈。對于組織復雜性C2，在區域組團式整體開發模式且由多元市場主體合作開發完成的背景下，上海西岸傳媒港項目復雜的組織系統、復雜的分工界面和不同的開發、設計和施工部門之間的交叉聯系導致項目復雜性大大增加，即圖中顯示的模擬結果與真實情況相符。當變量為C2、C4和C6時，變化曲線的斜率絕對值很高，表明這三個概念節點與CT最相關，即組織復雜性、技術復雜性和信息復雜性與區域組團式整體開發項目最相關，為C2>C4>C6。預測分析結果揭示了上海西岸傳媒港項目復雜性隨影響因素變化而變化的本質，為降低該類項目的復雜性提供了方向。

3.2 診斷分析

診斷分析可以確定目標事件發生時的可能根源，這一過程是通過對FCM模型的反向推理實現的，需要輸入目標概念節點的狀態值來觀察原因節點的變化。在初始階段，除了目標概念節點CT，所有的概念節點都被設置為0。隨后，依次將目標概念節點CT的值設置為1.0、0.5、-0.5和-1.0，然后監測概念節點在這些不同情況下的行為變化。項目復雜性變化對各因素的影響如圖3所示。

圖3 項目復雜性變化對各因素的影響a)CT=1 b)CT=0.5 c)CT=-0.5 d)CT=-1

由圖3可知，目標概念節點發生變化時，概念節點C1、C2、C3、C4、C5、C6也隨之發生變化，最終穩定在一個固定點，其中C5的變化較其他因素更緩和。仿真模擬的結果說明，當項目復雜性發生改變時，主要會對項目的目標、組織、任務、技術和信息復雜性有影響。項目復雜性的核心是組織復雜性。當目標概念節點CT初始值處于高狀態(取值為1)時，概念節點C2會趨于一個固定值(即0.916 5)，同時當上海西岸傳媒港項目的復雜性CT變化時，概念節點C2變化斜率值最大。也就是說，概念節點C2對于目標概念節點CT的變化反應最為強烈，這樣就有理由認為組織復雜性C2為疑似的最根本原因。同時，在預測分析過程中，任務復雜性C3和環境復雜性C5的降低對于整個項目的項目復雜性降低的積極作用不如其他4個因素。然而，這段分析的結果顯示，當區域組團式整體開發項目的項目復雜性有效降低時，該類項目的任務復雜性C3與環境復雜性C5將會隨之降低。上述結果表明，上海西岸傳媒港項目復雜性降低的關鍵點為組織復雜性C2，此外，降低高難技術的應用風險、提升信息獲取能力、處理好外部利益相關方的關系等對于降低項目復雜性具有重要意義，能顯著影響項目的設計、施工、運營全過程。

4 結語

通過對上海西岸傳媒港項目FCM模型的預測分析可知，組織復雜性C2、技術復雜性C4、信息復雜性C6與該項目的項目復雜性相關程度最高；對FCM模型進行診斷分析，可以得出該類項目被認為復雜的最根本原因是組織復雜性C2。同時，高難技術的風險問題、合同關系等也應得到高度重視。基于上述分析，本文提出以下建議：

(1)培養一致認可的項目組織文化。區域組團式整體開發項目的組織層級結構較復雜，培養大多數人認可的項目組織文化可以減少摩擦。同時，各組織間實施透明化的管理，這樣既降低了組織內部溝通的成本，還便于內部的管理者自我管理、自我驅動。

(2)將智能合約應用于合同管理中。復雜的合同關系在一定程度上加劇了建設項目的信息復雜性，同時項目實施過程中涉及多個利益相關方之間的溝通交流也難以避免。智能合約以區塊鏈為底層技術，具有去中心化、去信任、未經授權不可篡改和自動執行等特性，優化了信息處理能力和信息傳遞水平。

(3)將BIM技術應用于項目的設計、施工、運營各個階段。在設計階段，BIM可以幫助優化驗證設計方案、管線綜合方案、可視化交流等；在施工階段，BIM能夠實現碰撞檢查、幫助進行現場管理、進度模擬、促進復雜施工方案的實施等；在運營階段，BIM可以幫助探索運營界面可視化管理、商業分析、車庫信息集成、安全管理、資產管理、設備管理等。總而言之，BIM技術可提高項目的設計質量，輔助施工過程管理，實現智能化運營管理。

(4)采用PPP項目模式，資本方與政府方合作。政府對建設項目的支持力度、政策的透明度、法律法規的完善程度、政策執行的程度、知識產權的保護程度、稅收政策等政策法規環境的變動都會加劇項目的環境復雜性。采用PPP項目模式可大幅降低因政策法規環境的變動對項目實施及管理所帶來的影響。