魯偉權(quán),胡 捷

(浙江科技學(xué)院 a.后勤管理處;b.基本建設(shè)管理處,杭州310023)

公共工程項目作為一個有人參與的、開放的、具有信息反饋功能的人為復(fù)雜系統(tǒng),其內(nèi)部各個基本結(jié)構(gòu)單位之間、項目系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間存在著相互影響或相互滲透的非線性相互作用關(guān)系。項目系統(tǒng)與環(huán)境系統(tǒng)之間、項目內(nèi)各子系統(tǒng)之間存在著界面,大量的能量、物質(zhì)和信息在界面?zhèn)鬟f。正是這種系統(tǒng)本身具備的復(fù)雜性和特殊的界面關(guān)系,使得對公共工程項目的評價變得非常困難,通常只能從定性方面去判斷公共工程項目是否運行良好,很顯然這是難以把握和推廣的。

每一類公共工程項目都有其使用范圍和特點,涇渭分明。在實際工程中,每種類別都有大量成功的例子,也有大量失敗的例子。這一切都給尋找一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)對各種類別下的公共工程項目進行運行評價制造了極大的障礙。不管是何種類別的公共工程項目,不管其與環(huán)境的界面如何復(fù)雜,衡量項目系統(tǒng)是否運行良好的標(biāo)準(zhǔn),最終都可歸結(jié)于項目系統(tǒng)是“無序”或者“有序”的問題。對“無序”和“有序”問題的解答,耗散結(jié)構(gòu)理論不失為一種好的方法,國內(nèi)許多學(xué)者對此進行了研究和探討。向鵬成等進行了基于耗散結(jié)構(gòu)理論的工程項目管理研究[1],毛鵬等進行了基于信息熵的項目群管理組織結(jié)構(gòu)研究[2],黃燕等進行了基于管理熵和管理耗散結(jié)構(gòu)理論的開放式績效管理系統(tǒng)研究[3],以上研究都屬于應(yīng)用型研究,并未深入結(jié)合工程項目的特殊性。在將耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于公共工程系統(tǒng)有序界定問題研究中,必須明晰公共工程項目的耗散特征、開放性是否等于有序性、開放程度與有序的關(guān)聯(lián)、耗散有序數(shù)學(xué)模型的應(yīng)用前提及總熵是否可以小于零等關(guān)鍵問題,本文將對以上問題展開論述和論證。

1 耗散結(jié)構(gòu)理論概述

1.1 耗散結(jié)構(gòu)理論基本內(nèi)容

普利高津在《結(jié)構(gòu)、耗散和生命》這篇論文中提出耗散結(jié)構(gòu)理論,該理論強調(diào)一個遠離平衡的開放系統(tǒng),通過不斷地與外界交換物質(zhì)和能量,在外界條件變化達到一定閥值時,可能從原有的無序狀態(tài)變?yōu)橐环N在時間上、空間上或功能上的有序狀態(tài)[4]。

從熵增原理出發(fā),耗散結(jié)構(gòu)理論認為任何系統(tǒng)變化過程的總熵是由兩部分貢獻出來的:

式(1)中,d S是系統(tǒng)的“總熵”;d eS是系統(tǒng)與外界交換能量和物質(zhì)產(chǎn)生的“熵流”,即“負熵”,使系統(tǒng)向有序發(fā)展;diS是系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的熵,即“正熵”,使系統(tǒng)向無序發(fā)展。

1.2 公共工程項目的耗散特征分析

能否合理地將耗散結(jié)構(gòu)理論應(yīng)用于公共工程項目中,需要對公共工程項目進行分析,以確定公共工程項目是否符合耗散結(jié)構(gòu)的特征。在此,將公共工程項目的特征與耗散結(jié)構(gòu)的特征及其形成條件進行對比研究,可以歸納出公共工程項目符合耗散結(jié)構(gòu)的研究范疇。

1)公共工程項目是一個開放系統(tǒng)。工程項目系統(tǒng)的特點之一,就是其開放性。工程項目系統(tǒng)處于復(fù)雜的環(huán)境系統(tǒng)中,與項目環(huán)境有大量的物質(zhì)、信息交換,同時存在復(fù)雜的界面。工程項目系統(tǒng)的這個特性決定了其系統(tǒng)組成之一的公共工程項目必然是一個開放系統(tǒng)。從實際出發(fā)分析,公共工程項目不僅僅在投入—產(chǎn)出方面與外界存在大量的交換,同時還需要有大量的信息交流,以保證項目總目標(biāo)的實現(xiàn)。

2)公共工程項目包含大量要素。從組織成分分析,至少包括業(yè)主、承包商、設(shè)計單位、監(jiān)理單位和供應(yīng)商等,其構(gòu)成成分是至少大于三的。另外,從系統(tǒng)構(gòu)成分析,公共工程項目至少包括人力、物質(zhì)、財力、信息甚至是智力支持系統(tǒng)。

3)公共工程項目是一個遠離平衡態(tài)的系統(tǒng)。公共工程項目的動態(tài)性決定著公共工程項目是遠離平衡態(tài)的系統(tǒng),其狀態(tài)集合與環(huán)境集合都是非空的,狀態(tài)參量隨時間和空間的變化而變化,發(fā)展不平衡導(dǎo)致勢差、引起競爭并形成各種動態(tài)的流和力。在外界環(huán)境的驅(qū)動下,有規(guī)則的波動和隨機擾動相疊加出現(xiàn)新的漲落,驅(qū)使系統(tǒng)遠離平衡態(tài)。公共工程項目中各個子系統(tǒng)的構(gòu)成元素之間存在較大差別,同時系統(tǒng)內(nèi)部還存在著物流、資金流和信息流等運動流,這都使得項目系統(tǒng)時刻處于不平衡狀態(tài),上下級之間的不平衡、責(zé)權(quán)利之間的不平衡等都是公共工程項目不平衡狀態(tài)的具體體現(xiàn)。

4)公共工程項目內(nèi)存在非線性作用。非線性作用機制的動力系統(tǒng)的顯著特點是整體大于部分之和。人們通常通過以下定義來描述系統(tǒng):“系統(tǒng)是由若干個相互作用和相互依賴的要素組合而成的具有特定功能的整體?！睆慕Y(jié)構(gòu)上分析,公共工程項目由許多參與組織合作建成的。同時,公共工程項目中的每一部分都不能單獨存在,它們只有在公共工程項目中才能發(fā)揮作用。公共工程項目功能也不是各部分功能的簡單相加,其整體功能要大于各部分功能之和。只有這樣,才能真正體現(xiàn)出公共工程項目的系統(tǒng)性。

5)公共工程項目內(nèi)部存在漲落。一個宏觀系統(tǒng)經(jīng)常處在一個復(fù)雜環(huán)境中,不可避免地要受到各種外界因素的影響和制約。公共工程項目也存在著漲落因素,當(dāng)系統(tǒng)與環(huán)境進行信息交換時,內(nèi)部某個參數(shù)量在感知外界變量達到一定臨界時,通過漲落創(chuàng)新,系統(tǒng)可能產(chǎn)生轉(zhuǎn)變,由原來的高熵轉(zhuǎn)變到低熵,可能由一種有序結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N更為高級的有序結(jié)構(gòu)。從變化形式上看,當(dāng)外界因素變化或輸入到一定程度的時候,公共工程項目都會進行相應(yīng)的調(diào)整以適應(yīng)環(huán)境的變化。這是公共工程項目的一種自適應(yīng)機制,是對內(nèi)部漲落的一種反應(yīng)。

2 公共工程項目有序界定需要解決的2個問題

通過以上分析可知,公共工程項目是一個開放的系統(tǒng),只是存在開放程度的差異。在進一步研究之前,需要解決以下2個問題。

2.1 開放性是否等于有序性

開放或者與外界進行物質(zhì)、能量和信息的交流是否一定能夠形成有序的系統(tǒng)?即開放性能否稱為項目系統(tǒng)有序性的充分條件?

在正常情況下,工程項目的建設(shè)實施需要在市場上進行物質(zhì)資料的采購和人力、智力的采購,從經(jīng)濟角度分析,這樣才是符合市場規(guī)律的。另外,建筑產(chǎn)品的生產(chǎn)不僅需要物質(zhì)資料、人力和智力的參與,還需要信息和能量的參與,這就決定著工程項目的開放性,也決定了公共工程項目的開放性,這是所有公共工程項目的共性。但從歷史上看,無論國內(nèi)國外,都有大量成功的工程項目和公共工程項目,也有大量失敗的工程項目和公共工程項目。封閉或孤立會導(dǎo)致系統(tǒng)的熵增,但開放并不能夠保證系統(tǒng)一定走向有序。因為從環(huán)境中流向系統(tǒng)的物質(zhì)、能量和信息,從熵的角度分析,有可能是負熵,也有可能是正熵。需要系統(tǒng)自身去甄別,吸收負熵,抑制正熵。同時,能否從環(huán)境中吸取更多的、更優(yōu)質(zhì)的負熵,也依靠系統(tǒng)本身的能力。由此,可以證明開放性只是公共工程項目走向有序的一個必要條件。同時,開放性也是公共工程項目走向無序的條件。

2.2 開放程度問題

何種開放程度能夠?qū)е鹿补こ添椖康挠行蛐?是越開放越能導(dǎo)致系統(tǒng)有序性,或者相反?

對前一個問題的回答,顯然是很困難的。因為每個項目都具有其特殊性,不同的目標(biāo)、不同的環(huán)境、不同的參與組織等,導(dǎo)致每個項目或每個組織系統(tǒng)需要從環(huán)境中獲取的物質(zhì)、信息和能量存在巨大的差異,因而決定了它們在開放程度上的不同。因此,用一個標(biāo)準(zhǔn)的開放程度來衡量公共工程項目的有序性程度顯然是不現(xiàn)實的,也是不科學(xué)的。但是,同一種類型的項目在與外界的交流中,肯定存在著一定的共性,那么其開放程度也會有一定的規(guī)律可循。這需要大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)的支持,其結(jié)果應(yīng)該是一個區(qū)間。

至于是否越開放越能導(dǎo)致系統(tǒng)有序性,或者相反?顯然,不能下這樣的結(jié)論。因為項目的不同,組織的不同,能否更加有效地結(jié)合外部環(huán)境流入系統(tǒng)的負熵,需要從項目和項目組織本身能力出發(fā),結(jié)合環(huán)境的實際情況,才能夠做出適合項目本身的計劃。

通過以上分析可以知道,開放性只是公共工程項目走向有序的一個必要條件,而開放程度因項目不同存在差異。那么,如何才能導(dǎo)致公共工程項目的有序呢?或者,如何才能使得公共工程項目走向有序?顯然,需要進行進一步的分析。

3 公共工程項目有序界定數(shù)學(xué)模型構(gòu)建分析

3.1 對d S=d eS+d iS應(yīng)用于公共工程項目有序界定中的分析

根據(jù)d S=d eS+d iS,普利高津認為,對于開放系統(tǒng)必須考慮系統(tǒng)與外界交換能量和物質(zhì)所引起的熵流d eS,以及系統(tǒng)內(nèi)部由于不可逆過程造成熵產(chǎn)生的d iS,即對外開放系統(tǒng)有d S=d eS+d iS。d eS系統(tǒng)與外界交換物質(zhì)和能量而引起的熵變,這個量可正可負;d iS是系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆過程引起的熵變,這個量總是正的。若外界提供足夠的負熵流d eS＜0,且|d eS|＞d iS|,則可做到d S＜0。這就是說在不違反熱力學(xué)第二定律的條件下,遠離平衡的非線性系統(tǒng)可以通過負熵流來減少總熵,從而使系統(tǒng)從無序態(tài)變?yōu)橛行驊B(tài)即耗散結(jié)構(gòu)狀態(tài)。因此,d S＜0可以作為系統(tǒng)走向有序的一個充分的判斷。而在現(xiàn)有的大量文獻中對d S＜0的理解值得商榷。以下列舉常見的一些見解,筆者以為,這些理解需要進一步推敲。

1)不同的d S值表示系統(tǒng)處于不同的狀態(tài)。當(dāng)d S＜0時,表明系統(tǒng)狀況良好,系統(tǒng)正在向更高層次有序發(fā)展;而d S=0則表示系統(tǒng)正處于穩(wěn)定靜止?fàn)顟B(tài);若d S＞0則說明系統(tǒng)已經(jīng)陷入混亂狀態(tài),系統(tǒng)基本狀況已經(jīng)惡化。

2)項目系統(tǒng)是遠離平衡態(tài)的開放系統(tǒng)。產(chǎn)生耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)都包含有大量的系統(tǒng)基元甚至多層次的組分,項目內(nèi)部各要素之間存在著非線性的相互作用;項目外部環(huán)境條件變化達到一定的閥值;項目內(nèi)部同環(huán)境不斷地進行知識、信息的交換,從而使項目系統(tǒng)的總熵為負。這些條件對項目發(fā)生作用,使之從無序再到有序,從混沌到協(xié)同,從而產(chǎn)生自組織現(xiàn)象,進而形成耗散結(jié)構(gòu)。

以上是2種比較常見和典型的理解。把d S＜0可以作為系統(tǒng)走向有序的唯一依據(jù),是值得商榷的。因為d S=d eS+d iS和d S＜0是一個簡寫,完整的公式分別是[5-6]:

這是對時間的一個導(dǎo)數(shù)。根據(jù)導(dǎo)數(shù)的定義,d S=deS+diS指的是系統(tǒng)總熵的變化率或者變化速度等于外界輸入的負熵變化率加上系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的正熵的變化率[7]。d S＜0指的是系統(tǒng)總熵的變化率小于零,即外界輸入的負熵變化率大于系統(tǒng)內(nèi)部產(chǎn)生的正熵的變化率。這都是瞬時速度,并不一定是一個持續(xù)的過程。根據(jù)非平衡有序原理,如果將系統(tǒng)維持在定態(tài)(即d S=0),則deS=-diS＜0,也就是說,從原則上講,只要存在一個負熵流,系統(tǒng)就可以產(chǎn)生有序的構(gòu)象?，F(xiàn)在,需要關(guān)注的問題有2個:d S=d eS+d iS是從熱力學(xué)試驗中推導(dǎo)出來的原理[8],是否可以對公共工程項目照搬套用?另外,是否需要慎重考慮這兩個公式里面蘊含的意義?

非平衡有序原理,嚴格說來,是通過嚴密的人工控制下的熱力學(xué)試驗獲得的原理[9]。但是,從這個原理的背景可以看出,其與公共工程項目的環(huán)境是存在很大的差異的。畢竟,熱力學(xué)的試驗是可以進行人為控制的,而公共工程項目的環(huán)境是無法進行人為控制的。從更深層次上說,熱力學(xué)試驗的輸入控制參量是可以認為進行調(diào)節(jié)的,而公共工程項目的環(huán)境輸入?yún)⒘渴菬o法進行認為調(diào)節(jié)的。所以,普利高津也只是說:“從原則上講,只要存在一個負熵流,系統(tǒng)就可以產(chǎn)生有序的構(gòu)象”[10]。這就意味著不同的環(huán)境和系統(tǒng),對非平衡有序原理的應(yīng)用是存在差異的。需要根據(jù)不同的系統(tǒng)特性進行應(yīng)用,而不能完全的生搬硬套。

另外,不能否認普利高津的非平衡有序原理的普遍適用性,只需要進一步地加以改造和的真正含義既然是瞬時的速度[11-12],那么可以在這個前提下,加上一些限制的條件。畢竟,公共工程項目的環(huán)境千變?nèi)f化,不同階段會有不同的情況發(fā)生,不可能一直遵循著的規(guī)律?？紤]到公共工程項目的特殊性,即公共工程項目有著嚴格的時間要求和規(guī)定,可以加上時間限制的條件。即要求公共工程項目至少要在計劃工作時間期限內(nèi)達到有序,即系統(tǒng)總熵的變化速度或者變化率要在公共工程項目的計劃工作時間期限內(nèi)小于零。通過以上分析,可以構(gòu)建公共工程項目有序界定的數(shù)學(xué)模型如下:

3.2 對公共工程項目中不可能出現(xiàn)S＜0的證明

繼續(xù)考慮“項目內(nèi)部同環(huán)境不斷地進行知識、信息、能量的交換,從而使項目系統(tǒng)的總熵為負”這種理解是否正確?事實上,無論是克勞修斯熵:

都沒有給出系統(tǒng)有序時,其熵值一定小于零(即S＜0)的結(jié)論。顯然,這是對d S＜0的一種誤讀,把總熵變化率當(dāng)成了總熵。更進一步的分析,對于可能出現(xiàn)耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)而言,總熵小于零,是不可能出現(xiàn)的。在上述的3種“熵”的概念中,可以說,比較好的衡量系統(tǒng)的總熵是波爾茲曼的熵(申農(nóng)的熵強調(diào)的是事件的不確定性)[13-14]。作為可能發(fā)展為耗散結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)而言,必須是非線性系統(tǒng)。而非線性系統(tǒng)的組分是要大于或者等于3的,即非線性系統(tǒng)宏觀狀態(tài)下,其對應(yīng)的可能微觀數(shù)目至少不能小于3,可知非線性系統(tǒng)總熵最小值為:

更進一步地分析,非線性平衡系統(tǒng)之所以能夠自組織地發(fā)展為有序結(jié)構(gòu),是因為外部控制參量的輸入達到一定的筏值,從而使得系統(tǒng)的性質(zhì)和宏觀狀態(tài)發(fā)生根本的變化。從哲學(xué)的角度分析,是系統(tǒng)內(nèi)的主要矛盾和次要矛盾發(fā)生的改變。在無序的前提條件下,d eS＜d iS是主要的矛盾,導(dǎo)致了d S＞0。也就是說此時正熵占據(jù)了主要的地位,主導(dǎo)著系統(tǒng)的性質(zhì)和發(fā)展方向。當(dāng)外界環(huán)境的負熵持續(xù)流入系統(tǒng),從而達到deS=diS,這時候系統(tǒng)處于定態(tài),d S=0。可以稱之為系統(tǒng)達到臨界的狀態(tài),這是系統(tǒng)的筏值狀態(tài)。這時候系統(tǒng)的正熵和負熵勢力均衡。如果系統(tǒng)處于線性的非平衡區(qū),根據(jù)最小熵原理,系統(tǒng)將回到平衡狀態(tài),即系統(tǒng)將回到正熵最大的狀態(tài)。但是,繼續(xù)保持負熵的輸入,導(dǎo)致deS＞diS,使得d S＜0,這時候負熵處于主要矛盾的地位,將主導(dǎo)系統(tǒng)的性質(zhì)和發(fā)展方向。此時,有序結(jié)構(gòu)就會出現(xiàn)。

4 結(jié) 語

公共工程系統(tǒng)是一個開放、包含大量要素、遠離平衡態(tài)、內(nèi)部存在非線性作用及內(nèi)部存在漲落的系統(tǒng),具備鮮明的耗散特征。其中開放性只是公共工程項目走向有序的一個必要條件,也是公共工程項目走向無序的條件。而一定區(qū)間內(nèi)的開放程度與有序程度相關(guān)?？紤]到公共工程項目的特殊性,不同的階段會有不同的情況產(chǎn)生,不可能一直遵循著的規(guī)律,故在此基礎(chǔ)上加上時間限制的條件,構(gòu)建了公共工程系統(tǒng)有序數(shù)學(xué)模型,并根據(jù)模型證明公共工程項目中不可能出現(xiàn)S＜0。通過以上分析,可在工程實際中建立公共工程系統(tǒng)的熵流模型,進而分解出正熵和負熵,并將其映射于建設(shè)過程,形成過程責(zé)任歸屬責(zé)任矩陣,從而建立可控的公共工程系統(tǒng)過程管理體系,確保公共工程建設(shè)總目標(biāo)的順利實現(xiàn)。

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