時維強，劉 玲，許 艷

(1.濟寧市鴻翔公路勘察設(shè)計研究院有限公司，山東 濟寧 272000；2.武漢科技大學(xué) 管理學(xué)院，湖北 武漢 430081；3.山東中醫(yī)藥大學(xué) 中醫(yī)學(xué)院，山東 濟南 250355)

高速公路作為基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成在國民經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮著舉足輕重的作用，因其社會經(jīng)濟效益顯著廣為關(guān)注。截至2019年末，全國高速公路總里程已達14.96 萬km，規(guī)模居世界第一?！笆濉睍r期，我國經(jīng)濟發(fā)展進入新常態(tài)，交通運輸進入優(yōu)化升級的轉(zhuǎn)型期，對高速公路建設(shè)管理提出更高要求。

高速公路工程投資數(shù)額大，其造價一直是建設(shè)相關(guān)者和公眾關(guān)注的焦點，也是工程項目管理的核心目標(biāo)。在新一輪基建高潮中，對高速公路工程造價進行主動、精準(zhǔn)控制，提高項目綜合效益是一項亟待研究的課題。

目前，我國工程建設(shè)基本程序劃分為決策、設(shè)計、發(fā)承包、施工、竣工驗收等階段；工程造價管理則相應(yīng)包含投資估算、初設(shè)概算、施工圖預(yù)算、合同價、竣工決算等多次計價過程。據(jù)統(tǒng)計顯示，山東省近5年27個高速公路項目的勘察設(shè)計費占工程造價的比例均小于1.5%(其中2/3小于1%)，但設(shè)計階段對工程造價的影響程度高達75%以上。設(shè)計階段是決定工程造價控制效果的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，但目前工程造價控制方法系統(tǒng)性差、動態(tài)關(guān)聯(lián)性弱、效果不佳。因此，運用系統(tǒng)動力學(xué)(System Dynamics，SD)方法對高速公路工程造價進行有效控制，分析造價影響因素及其作用關(guān)系，構(gòu)建基于SD的工程造價動態(tài)控制模型，并采用實例驗證，為項目投資決策提供支持，為設(shè)計方案優(yōu)化提供路徑和方法。

Pagoni等[1]基于SD模型評估公共政策和PPP(Public-Private Partnership)項目特征變化對PPP項目可持續(xù)發(fā)展的影響，為決策者提供戰(zhàn)略支持工具。Pinto等[2]以歐洲鋼鐵工業(yè)為例，將全生命周期分析(Life Cycle Assessment，LCA)方法整合到SD模型中，研究循環(huán)經(jīng)濟和工業(yè)生態(tài)學(xué)；該集成模型不僅能重現(xiàn)運用SD或LCA的研究結(jié)果，而且可發(fā)揮各自優(yōu)勢，具有潛在效益，可為政策制定提供支持。Hu Wanjie等[3]基于SD研究城市交通運輸網(wǎng)絡(luò)的內(nèi)部運作與外部影響，模擬不同場景對網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的影響，為投資決策和調(diào)控機制提供政策建議。Bure?等[4]以交通系統(tǒng)的T，X和環(huán)形交叉口為基本模塊，運用SD理論在介觀層次上構(gòu)建交通系統(tǒng)控制模型，并可擴展到任何類型的道路網(wǎng)，實證模擬仿真為交通控制系統(tǒng)提供科學(xué)的解決方案。

國內(nèi)研究人員嘗試將SD理論應(yīng)用于工程管理。莫俊文等[5]系統(tǒng)分析影響房地產(chǎn)項目成本的因素，研究其動態(tài)反饋機制，建立項目成本控制的SD模型，實證模擬結(jié)果可為房企項目成本控制提供科學(xué)的建議。孫春玲等[6]基于SD理論，研究EPC(Engineering Procurement Construction)總分包交易成本的影響因素及動態(tài)調(diào)控規(guī)律，構(gòu)建SD模型仿真并提出成本控制策略。楊玉勝等[7]基于SD方法，分析研究PC(Precast Concrete)建筑造價影響因素的邏輯關(guān)系，建立造價控制模型并仿真，為政府決策和企業(yè)實施項目提供建議。謝婷等[8]分析研究城市軌道交通PPP項目特許期的影響因素，構(gòu)建特許期的SD模型，對各因素進行敏感性分析，為確定PPP項目的特許期提供參考。

高速公路工程造價控制具有自身的特點，SD理論鮮有涉及該領(lǐng)域或研究淺嘗輒止，其在工程等領(lǐng)域的研究成果，說明SD應(yīng)用于高速公路工程造價控制是先進的和可行的，且可豐富該理論的應(yīng)用領(lǐng)域、拓展其發(fā)展空間。研究為高速公路工程造價控制提供一種新思路、新方法，有利于提升其造價管理水平，促進行業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

1 系統(tǒng)動力學(xué)研究方法

系統(tǒng)動力學(xué)(SD)是一門認(rèn)識和解決系統(tǒng)問題的交叉綜合學(xué)科；它將系統(tǒng)科學(xué)理論與計算機模擬仿真緊密結(jié)合，研究系統(tǒng)反饋結(jié)構(gòu)與行為，是系統(tǒng)科學(xué)與管理科學(xué)的重要分支[9]。該理論為分析、解決社會與自然科學(xué)問題提供一種新路徑、新方法。SD模型被稱為社會、經(jīng)濟、生態(tài)等復(fù)雜大系統(tǒng)的“試驗室”。SD研究方法將定性與定量、模型同計算機技術(shù)相結(jié)合，并進行綜合推理。

系統(tǒng)是指相互作用、相互聯(lián)系的事物，按照一定規(guī)律組合起來的集合[10]，其作為SD理論的基礎(chǔ)，正是系統(tǒng)各部分之間的相互作用決定總的動態(tài)行為特征。

為研究系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，在SD中常采用因果關(guān)系圖、存量流量圖等表示。因果關(guān)系圖可直觀、定性地反映系統(tǒng)要素間的因果關(guān)系；在其基礎(chǔ)上繪制的系統(tǒng)存量流量圖，可進一步定量描述變量的性質(zhì)、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，明確反映系統(tǒng)要素相互作用關(guān)系的全貌，提供構(gòu)建SD方程的藍圖、數(shù)據(jù)搜集的依據(jù)、系統(tǒng)分析和策略構(gòu)思的基礎(chǔ)[11]。

2 高速公路工程造價控制指標(biāo)選取

2.1 工程造價控制現(xiàn)狀及問題

通過文獻研究和專題調(diào)查，現(xiàn)階段我國高速公路建設(shè)存在工程造價節(jié)節(jié)攀升、“三超”等現(xiàn)象[12,13]。根據(jù)文獻梳理及分析，主要有以下問題引起工程造價的增加：(1)前期工作保障措施不力；(2)地方政府要求增設(shè)立交、連接線等；(3)設(shè)計方案不合理；(4)工料機價格、土地征遷補償標(biāo)準(zhǔn)等大幅提高。

2.2工程造價影響要素

依據(jù)JTG 3830—2018《公路工程建設(shè)項目概預(yù)算編制辦法》[14]，工程造價由建安費、土地使用及拆遷補償費、工程建設(shè)其他費、預(yù)備費、建設(shè)期貸款利息等組成。工程造價具有異質(zhì)性、組合性、動態(tài)性、多次性、專業(yè)性、系統(tǒng)性等特征，并受諸多因素影響。

根據(jù)文獻研究和統(tǒng)計分析，設(shè)計階段高速公路工程造價的主要影響因素有五個方面：(1)設(shè)計方案；(2)建設(shè)條件；(3)工料機價格；(4)項目規(guī)模與建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)；(5)國家政策[10,12]。各因素及其細(xì)分指標(biāo)對造價的影響程度大小將在項目模型參數(shù)設(shè)計及敏感性分析中體現(xiàn)。

2.3 工程造價控制指標(biāo)體系構(gòu)建

依據(jù)上述編制辦法等現(xiàn)行行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合造價構(gòu)成、工程屬性和數(shù)據(jù)可采集性等，綜合考慮造價影響因素，選取并建立設(shè)計階段造價控制指標(biāo)體系，如表1所示。

3 高速公路工程造價動態(tài)控制的SD模型

3.1 確定系統(tǒng)邊界

SD認(rèn)為系統(tǒng)動態(tài)行為緣于系統(tǒng)內(nèi)部要素之間的作用關(guān)系，系統(tǒng)邊界界定形成特定行為所包含的最小數(shù)量單元。在建模時先確定模型的系統(tǒng)邊界，包羅核心、關(guān)鍵要素，忽略非關(guān)鍵因素。根據(jù)表1，模型將設(shè)計階段涉及的技術(shù)、經(jīng)濟指標(biāo)、費率標(biāo)準(zhǔn)劃到系統(tǒng)邊界內(nèi)，保證系統(tǒng)邊界清晰和模型運行效果。

表1 設(shè)計階段高速公路工程造價控制指標(biāo)體系

3.2 模型構(gòu)建

3.2.1 繪制因果關(guān)系圖

在建模時，運用VensimPLE軟件繪制因果關(guān)系圖，見圖1。因果關(guān)系圖清晰地反映工程造價的組成、影響因素及其邏輯關(guān)系。

根據(jù)圖1，以工程造價為起點，分析該系統(tǒng)存在兩條正反饋回路：高速公路工程造價→+設(shè)計方案→+工程量→+直接費→+建安費→+靜態(tài)投資→+工程造價；工程造價→+設(shè)計方案→+工程量→+占地面積→+土地使用及拆遷補償費→+靜態(tài)投資→+工程造價。

圖1 高速公路工程造價影響要素的因果關(guān)系

3.2.2 繪制存量流量圖

在圖1基礎(chǔ)上繪制系統(tǒng)存量流量圖，見圖2。

圖2 高速公路工程造價控制指標(biāo)的系統(tǒng)存量流量圖

存量流量圖主要涉及兩個變化：一是考慮模型的可操作性和數(shù)據(jù)的可獲取性，引入主材權(quán)重系數(shù)、橋梁比等常量；二是引入建安費、土地使用及拆遷補償費、工程建設(shè)其他費、高速公路工程造價等4個狀態(tài)變量，前三個變量是工程造價的主要組成部分，決定第4個變量，4個變量密切相關(guān)。

3.2.3 建立系統(tǒng)動力學(xué)方程

根據(jù)圖2，運用Vensim軟件建立各變量的SD方程，如表2所示。

表2 工程造價控制模型方程一覽

續(xù)表2

4 模型檢驗

4.1 項目簡介

以山東省JT高速公路為研究對象，模擬設(shè)計方案與工程造價的對應(yīng)關(guān)系，進行設(shè)計方案比選。

該項目路線全長為55.798 km，雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計速度為120 km/h。主線設(shè)特大橋5316 m(4座)，大中小橋14077 m(63座)，隧道13087 m(6座)，互通立交8處。新增永久占地面積519.481 ha，項目計劃工期為3.5 年，批復(fù)初設(shè)概算為112.94 億元，核準(zhǔn)估算為105.66 億元。本項目沿線地形復(fù)雜，橋隧比高，為一條生態(tài)旅游的山區(qū)高速公路。

4.2 模型假設(shè)和參數(shù)設(shè)計

4.2.1 模型假設(shè)

高速公路工程造價指標(biāo)與項目影響因子等有關(guān)，對模型做如下假設(shè)：

(1)該系統(tǒng)外部環(huán)境穩(wěn)定。工程造價除受自身特性影響外，還受國內(nèi)外社會經(jīng)濟環(huán)境的影響。但系統(tǒng)無法考慮所有因素，否則會增加其復(fù)雜性，影響模擬結(jié)果。

(2)本研究未考慮價差預(yù)備費。模型與現(xiàn)實要求一致。

(3)該模型模擬時間為2 年，時間步長為1年。通常高速公路工程設(shè)計周期為2 年。

4.2.2 參數(shù)設(shè)計

結(jié)合JT高速公路實際情況，設(shè)定模型參數(shù)。

(1)各專業(yè)技術(shù)影響因子

建安費與工程量、技術(shù)影響因子等有關(guān)，技術(shù)影響因子與各專業(yè)系數(shù)及其權(quán)重相關(guān)。依據(jù)設(shè)計文件，本項目技術(shù)影響因子見表3。

表3 JT高速公路技術(shù)影響因子

(2)工料機價格影響因子

工料機價格波動對工程造價產(chǎn)生重要影響，依據(jù)主成分分析方法，鋼筋等五種材料占材料費的80%以上，選取主要的工料機價格影響因子，如表4所示。

表4 工料機價格影響因子

4.3 結(jié)果分析與建議

將JT項目的數(shù)據(jù)代入模型，運行VensimPLE軟件，模擬不同設(shè)計方案對應(yīng)的工程造價，分析模擬結(jié)果，進行方案比選。設(shè)計路線方案論證以K線和E線方案為例，進行同深度設(shè)計，先進行定性分析比較，見表5；再定量研究，調(diào)整模型的差異化參數(shù)，將模擬結(jié)果與設(shè)計概算對比，見表6。模擬仿真K線、E線設(shè)計方案對應(yīng)的工程造價，如圖3，4所示。

表5 路線方案比較

表6 設(shè)計方案概算對比

圖3 K線工程造價模擬曲線

圖4 E線工程造價模擬曲線

表6概算數(shù)據(jù)來源于設(shè)計文件，為簡化計算，重點對建安費、征遷費進行比較；仿真數(shù)據(jù)包含造價的主要組成部分。E線方案比K線的路線短0.401 km，建安費少10397.96 萬元，征遷費少1062.99 萬元，造價降低11460.95 萬元；系統(tǒng)模擬兩方案的概算差額為15177.46 萬元(含利息等)。系統(tǒng)仿真結(jié)果與實際工程造價一致，表明該模型能快速、準(zhǔn)確得出設(shè)計概算測算結(jié)果，檢驗E線方案功能更先進、經(jīng)濟更合理。可見模型在設(shè)計方案比選中具有明顯優(yōu)勢，能為方案比選提供決策支持。

通過工程造價控制模型的構(gòu)建與模擬分析，在工程設(shè)計階段，綜合考慮本項目特點、造價影響因素的敏感程度，在確定設(shè)計思路和多方案比選時，主動、超前進行造價控制，通過模型仿真進行客觀、定量評價，實現(xiàn)設(shè)計方案功能技術(shù)與經(jīng)濟的統(tǒng)一。通過對各專業(yè)技術(shù)、工料機價格影響因素的敏感性分析，建議以路線、橋隧專業(yè)為造價控制重點進行方案比選和設(shè)計優(yōu)化；在滿足設(shè)計規(guī)范要求的基礎(chǔ)上，進行動態(tài)設(shè)計優(yōu)化，以鋼筋主材為重點優(yōu)化結(jié)構(gòu)細(xì)部設(shè)計，合理有效控制工程造價。

5 結(jié) 論

(1)基于高速公路工程造價管理的新需求，分析設(shè)計階段造價的主要影響因素，建立造價控制指標(biāo)體系。

(2)運用SD理論繪制因果關(guān)系圖、存量流量圖，構(gòu)建高速公路工程造價控制的SD模型，系統(tǒng)揭示各要素或變量之間的作用關(guān)系及關(guān)聯(lián)度。研究將SD方法與高速公路工程造價管理相結(jié)合，拓展了SD理論的應(yīng)用空間。

(3)實證檢驗?zāi)Ｐ?，能快速測算不同設(shè)計方案的工程造價；仿真結(jié)果客觀反映設(shè)計方案比選情況，優(yōu)勢顯著。實證研究表明模型的先進性和有效性，為設(shè)計方案優(yōu)化及主動精準(zhǔn)控制工程造價提供了新的路徑和方法。

(4)模型仿真結(jié)果高效、可靠，若后續(xù)研究進一步細(xì)化工程造價控制指標(biāo)或延伸仿真周期，則模型測算結(jié)果將更精準(zhǔn)，應(yīng)用更廣闊，為項目投資決策和設(shè)計方案優(yōu)化提供支持和方法，有利于提升工程建設(shè)管理水平。