基于计算实验的工程承发包模式选择机理分析

李 迁，丁 翔，于 文

（南京大学 工程管理学院，江苏 南京 210093）

一、引 言

工程承发包模式是工程建设期业主和承包商之间的一种责权分配模式和组织协调方式，对工程的进度、成本、质量等目标实现产生重要影响[1]。因各类承发包模式存在相应的适应性条件，业主在选择承发包模式时不仅要考虑其自身的经验和偏好，更要从工程建设环境、项目特征、业主能力和承包商水平等多种因素进行综合判断[2]。

针对承发包模式和工程绩效关系，Konchar通过对美国351个建筑样本数据比较分析，研究了不同承发包模式下的工程成本、质量和进度绩效的差异性[3]；Ling运用多变量方法建立了项目DB模式和DBB模式下的项目绩效的预测模型[4]；杜亚灵分析了不同承发包模式下风险界面和项目绩效之间的关系[5]。另外，学者运用不同方法研究了工程承发包模式选择的决策方法。Mahdi运用AHP方法来研究项目承发包模式选择的指标及其权重[6]，Mafkheri运用区间AHP法建立多标准、多层级的承发包模式选择模型，从而减少专家不确定性对决策结果的影响[7]。Luu运用实证方法研究了业主需求、工程对象、外部环境等对承发包模式选择的影响路径[8-9]。Ling运用人工神经网络(ANN)方法来研究DB模式下的项目绩效[10]，Chen分析了影响承发包模式选择的主要要素，运用人工神经网络方法来对指标进行训练，并以中国数据来验证模型的有效性[11]。

综上可以看出，工程承发包模式选择对于业主来说至关重要，现有的研究方法侧重于决策指标和决策方法的构建，这类方法易受指标设计合理性、专家评价公正性、大样本数据有效性等方面的影响，且难以刻画各类要素对承发包模式选择的影响路径。论文以应用广泛的DBB模式和DB模式为对象，基于对业主Agent和承包商Agent主体行为和决策规则分析基础上构建相应的计算实验模型，探讨工程复杂度、业主能力、承包商水平及学习能力对工程承发包模式选择的影响路径和作用机理，这为业主选择有效的承发包模式提供参考。

二、工程承发包模式选择的影响要素

工程承发包模式界定了工程设计、采购及施工的实施序列内所涉及的利益干系人，并通过合同类型及制度设计明确了各干系人的收益和风险。因此，对工程承发包模式类型的定义可以从如下三个维度界定：①逻辑维度，主要包括设计、采购和施工三个阶段任务；②管理主体维度，主要包括业主、设计单位、施工单位及总承包商；③合同维度，包括设计施工总承包合同或设计及施工独立合同。根据不同维度要素组合可形成不同的承发包模式，如设计施工总承包DB(Design-Build)模式包括设计和施工两项任务、总承包商为管理主体、业主和总承包商签订设计施工的单一合同。除此之外，常见的工程承发包模式还包括设计招标施工DBB（Design-Bid-Build）、建设管理CM（Construction Management）、项目管理PM（Project Management）、总承包模式EPC（Engineer Procure Construct）、交钥匙工程Turnkey及Fast Track模式等。我国工程建设主要以传统的DBB模式为主，并建立一系列相关法律法规、招投标及合同规范文件。近年来，随着我国承包商水平的提升，DB模式逐渐被运用到一些大型基础设施工程建设中，如港珠澳大桥岛隧工程的DB模式。因此，论文仅讨论DB模式和DBB模式的选择路径及其影响要素，其思路和方法同样适用于其他模式的研究。

与传统的DBB模式相比，DB模式在设计施工配合效果、责权边界划分、风险处置能力等方面有着更好优势，但在工程有效计量、设计独立性维持等方面不及DBB模式。任何一种管理模式，都有其环境适应性问题，若该模式不与工程环境相适应，则其包含的理论、方法、技术不但不能有效地解决问题，而且可能适得其反。业主在进行承发包模式选择时要基于因地制宜原则，结合工程特点，把握工程实施具体环境和项目自身要求，做到“环境—特点—模式”之间的合理组合[12]。Ibrahim提出了选择合适管理模式要从业主特征、工程项目特征、工程设计特征、契约及制度环境、承包商的能力和偏好、工程风险和索赔七个方面进行综合权衡[13]。Chen在梳理众多文献基础上，给出了选择承发包模式主要依据：项目目标（进度、成本、质量）、项目特征（类型、规模及复杂性）、业主特征（范围定义能力、组织资源、风险态度）、承包商能力、外部环境（市场环境、技术环境、制度环境）[11]。Ling[4]指出承包商能力、市场竞争能力、业主能力、项目特征是承发包模式选择考虑主要要素。

在综合已有研究成果基础上，论文重点考虑影响DB模式和DBB模式选择的三类要素：①工程复杂度。工程复杂度主要包括工程规模、技术难度、建设环境及建设目标，复杂性不同的工程对业主能力要求各不相同。②业主能力。DBB模式要求业主具备对设计和实施的技术方案审查及综合协调等能力，而DB模式则要求业主具备“伙伴”和“合作”思想，具备明确需求、选择合适承包商及关键节点控等能力，并要求在向承包商转移工程风险的同时要给予承包商总够的自主空间。③承包商水平。从一定程度上来看，DB承包商承担了DBB模式下工程业主的众多职责，因此资源整合、内部协调、技术创新等能力对于承包商来说不可或缺，见图1。

图1 DBB模式与DB模式选择影响因素

三、工程承发包模式选择的计算实验模型

（一）问题描述与基本假设

论文运用计算实验方法[14]，利用Multi-Agent技术对上述列出三类最重要的影响因素进行分析。模型作如下基本假设：

（1）业主与承包商之间信息完全对称，即业主能够真实获取承包商的商务信息，而承包商也完全了解业主的招标要求和工程复杂度。

（2）市场上存在业主Agent和承包商Agent两类主体，承包商Agent按照各自的技术优势分为设计承包商和施工承包商两类，业主Agent具有选择承包商Agent的权力。

（3）每个实验周期存在一个业主Agent和多个承包商Agent，在实验周期内，承包商Agent的数量恒定不变。

（4）业主Agent属性包括工程复杂度和业主能力，承包商Agent属性包括技术能力、协调能力、资源整合能力、市场信誉和服务水平的五项指标，业主依据承包商Agent的属性值进行评标，业主Agent和承包商Agent的属性值在0～1之间。

（5）因不同工程复杂度要求业主设定不同招标文件的技术、商务和价格条件，假设将工程复杂度的评价值作为业主对承包商各属性值要求的最低阈值，只有满足该要求的投标单位才能通过资格预审进入评标环节。

（二）主体行为策略与模型描述

1．业主Agent的行为策略

本实验规定业主Agent主要有三种行为：

（1）市场调查。在招标前对市场上潜在的承包商进行调查评估。通过调查，如果能够完全胜任工程设计和施工任务的承包商数量达到基本要求（不少于3家），可以考虑采用DB模式，否则直接采用DBB模式。胜任工程设计或施工任务是指设计或施工的承包商的属性值ci、di均不低于工程复杂度指标值f。

（2）设计施工招标。在可以采用DB模式的前提下，业主选择DB模式的概率为P=αf+β（1-c），其中α表示工程复杂度权重，β表示业主能力权重，c表示业主能力，0≤α≤1、0≤β≤1。如选择DBB模式，分别从设计、施工任务对承包商进行考察，当满足工程要求的承包商不少于3家，则业主招标时规定承包商各家单独投标。

（3）评标和定标。评标采用综合评分法，计算每个投标承包商各项指标的加权平均值，得分最高的投标人中标。矩阵表示业主在设计和施工两项任务上对承包商五项指标权重的要求。承包商i在各指标上的得分为并在初始化时生成，承包商i的综合得分为其中aj、bj、cij、dij的取值在0～1之间。业主Agent决策流程如图2所示。

图2 业主Agent决策流程

2．承包商Agent的行为策略

承包商Agent主要有两种行为：

（1）投标。根据业主不同的招标策略采取不同的投标策略。当采取DB模式时，对设计和施工整体投标。当采取DBB承包模式时，根据自己的技术优势对设计或施工进行单项投标。

（2）成长。在参与不同工程实践中，承包商具有自我学习和成长能力，其Agent属性值会得到提升。模型中设定：每t个实验周期，市场中承包商的各项能力均会有一次增长，增长值为μ。承包商Agent决策流程如图3所示。

四、实验结果与分析

本计算实验建模使用Netlogo仿真软件。在模型中，定义了业主Agent属性、承包商Agent属性以及一些公用参数Variable。另外，计算实验主程序模块Model类用来控制模型的初始化、状态设置、可视化输出和系统运行等。实验模拟中固定最大迭代数maxticks=900，承包商的总数number=60，承包商初始参数是随机生成，服从正态分布。并且，每次实验都会自动生成一个工程属性，属性值可选择随机生成，也可手动输入。

图3 承包商Agent决策流程

具体实验方法为：在考察工程复杂度、业主能力及承包商水平中某一因素对DB模式和DBB模式选择影响时，只调整该因素的相关参数，固定其他因素的参数。具体实验参数见表1。

表1 模型主要参数说明

（一）工程复杂度的影响

工程复杂度从两方面影响业主承发包模式的选择。一是在根本上决定工程是否需要采用DB总承包模式，二是影响业主选择DB承包模式的概率。本次实验固定业主能力和承包商水平取值，见表2。

表2 业主能力和承包商水平赋值表

当市场中设计承包商的平均水平为0.751，施工承包商的平均水平为0.749时，将工程复杂度依次取0.1～0.9的运行结果统计如表3和图4所示。通过对实验结果的分析，可得出如下结论：

（1）当工程复杂度较低时，业主更倾向于选择DBB模式，这是因为业主具备对各参建单位进行技术审查和组织管理能力。在技术成熟、风险较低的一般性工程建设中，业主更愿意选择DBB模式来加强对建设全过程、全方位控制，以此提高工程质量、节约工程建设成本。

（2）随着工程复杂度的提高，业主选择DB模式的偏好更大。这是因为工程规模变大、技术难度提高和环境不确定性加强等使得工程建设对业主能力要求高且参建主体协调难度大，因此业主为了控制预算、降低风险、减少工程变更和索赔，将工程建设任务和管理任务尽量转移给比业主自身经验更加丰富、能力更强的承包商。

（3）DB模式的选择概率随着工程复杂度的逐步提高先增加到一个峰值后急剧减少。这是因为DB模式对承包商的资质和能力有非常高的要求，而市场中现有的承包商水平有限，当工程的复杂程度超出这些承包商的能力范围后，很难选择出能驾驭工程建设复杂性的一家承包商或承包商联合体。业主只能针对工程的分项任务选择出能力最强的承包商。

表3 工程复杂度影响下的承发包模式选择情况

图4 工程复杂度对承发包模式选择的影响

（二）业主能力的影响

业主能力在很大程度上影响工程承发包模式的选择，如对工程功能需求和范围的界定、设计方案有效性审查与施工现场综合控制、突发事件处置及风险驾驭等能力。本次实验固定工程复杂度和承包商水平取值，见表4。

表4 工程复杂度和承包商水平赋值

当设计承包商的平均水平为0.742，施工承包商的平均水平为0.756时，将业主能力依次取0.1～0.9的运行结果统计如表5和图5所示。

从表5和图5可以看出：当业主能力较低时，业主会偏好于选择DB总承包模式。这是因为在DBB模式中，设计、施工等单位直接与业主签订合同，各环节之间的协调管理和技术监督均由业主负责，对业主的控制能力要求较高。而在DB模式中，业主只需与承包商签订合同，承包商负责大量的技术审查和管理协调工作。但是随着业主能力的增强，其对工程的直接控制意愿也会较强，此时业主会更加偏好于选择DBB模式。

表5 业主能力影响下的承发包模式选择情况

图5 业主能力对承发包模式选择影响

（三）承包商水平的影响

上述分析是基于承包商水平不变的假设上进行，而实际上承包商每参与一项工程对自身是一次学习和提升过程，随着承包商参与工程项目越来越多，承包商水平的各项指标和综合能力也必然会得到提高。因此，有必要进一步研究市场中承包商水平提高对业主承发包模式选择的影响。

（1）保持业主能力不变，引入企业成长值，重复“工程复杂度影响”中的实验。承包商的初始水平不变，但各项指标值每50个实验周期可以获得一次成长机会，成长值为小于0.05的随机值。运行结果统计如表6和图6所示。

表6 考虑承包商水平成长下工程复杂度对承发包模式选择的影响

通过对比图4和图6可以发现：当考虑承包商水平成长情况下，即使在工程复杂度极高时，业主仍具有选择DB模式的偏好。这主要是因为承包商通过实践不断提升自身水平，使得建设市场得到不断完善，逐渐形成一批企业信誉好、经验丰富、履约能力强的工程承包商，降低了业主实施DB模式的风险和成本，并从进度、质量等方面给业主带来更多收益，业主也就更愿意选择DB总承包模式[15]。

图6 考虑承包商水平成长下工程复杂度对承发包模式选择影响

（2）保持工程复杂度不变，引入企业成长值，重复“业主能力影响”中的实验。承包商的初始水平不变，但各项指标值每50个实验周期可以获得一次成长机会，成长值为小于0.05的随机值。运行结果统计如表7和图7所示。

表7 考虑承包商水平成长下业主能力对承发包模式选择影响

图7 考虑承包商水平成长下业主能力对承发包模式选择影响

通过对比图5和图7发现：当承包商水平提高时，总体上业主选择DB模式的偏好强于承包商水平固定时的偏好。因而，如何提升承包商水平和建立有序的DB模式的市场环境是工程建设中推行DB模式的关键因素。

五、结 论

工程承发包模式的科学选择和设计是业主有效驾驭工程复杂性和实施工程建设管理的重要机制。当前，随着我国监理制及DBB模式下的招标文件及合同范本的完善，DBB模式在我国工程建设中被进一步固化和路径锁定。但随着我国承包商水平的提升和工程建设复杂度的增加，越来越多的工程选择DB模式。论文通过构建了承发包模式选择的计算实验模型来研究工程复杂度、业主能力和承包商水平对工程承发包模式选择的作用机理。

研究结论表明：

（1）工程复杂度、业主能力和承包商水平对承发包模式的选择有着显著的影响。工程复杂度越高，业主能力较弱，则业主选择DB总承包模式的偏好就越大；反之，当业主具备控制工程设计和施工管理能力时，则更有意愿直接管理工程建设，从而更偏好于选择DBB模式。由于每个工程都有区别于其他工程的特征，业主在文化、知识和经验等方面也有所不同，项目在选择承发包模式时要综合权衡该环境下具体模式的优势和劣势，做到扬长避短。港珠澳大桥岛隧工程技术复杂、国内缺乏设计和施工经验、海中施工难度大、战略资源整合困难，因此港珠澳大桥管理局将岛隧工程作为一个标段，采取了DB承发包模式来降低风险和控制进度。但港珠澳大桥的桥梁工程因其技术复杂度不高，国内在桥梁建设的技术比较成熟，港珠澳大桥管理局能有效地控制工程建设，因此将桥梁工程分为多个标段，采取DBB承发包模式来控制成本和质量。

（2）市场中承包商自身能力的增加可以使得业主选择DB模式的风险降低，选择DB模式的动机加强。当前，我国大型工程的DB总承包商通常是由设计单位和施工单位组成的联合体（施工单位为联合体牵头人）来承担，从而克服我国当前施工单位或设计单位能力不足的缺陷。如港珠澳大桥岛隧工程采取了业主提供初步设计方案的、联合体（有特别组建要求）的设计施工总承包模式。联合体牵头人为交通行业实力强大的中国交通建设股份有限公司，联合体成员主要包括中交公路规划设计院有限公司、中交第四航务工程勘察设计院有限公司、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、AECOM Asia Company Ltd（艾奕康有限公司）等。未来要使得我国更多工程愿意采取DB模式，设计单位作为联合体牵头人或设计单位独立承担DB承包商也是一条重要路径，它可增加对设计独立性的控制。而这则需要设计单位进一步提高自身综合能力，且同时需要行业部门制订相关支持政策，如资质要求、招标和合同范本、责任追究制度等。

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