基于模糊认知图的区域组团式项目复杂性动态测度研究——以上海西岸传媒港项目为例*

康晓虹 罗岚 杨悦

(1.上海西岸开发(集团)有限公司规划管理部，上海 200232；2.南昌大学公共政策与关系学院，江西 南昌 330031；3.南昌大学工程建设学院，江西 南昌 330031)

0 引言

在大规模城市建设开发背景下，政府和开发商都面临着如何在规划和建设方面有效利用市中心土地的巨大挑战[1]。因此，实现城市功能集聚区域品质提升与未来容量增长的双赢，是当前我国城市建设面临的重要课题[2]。在上海、北京和深圳等大城市的发展中，区域集群正日益成为典型的发展方式。然而，项目群整体开发、高质量开发、多利益主体合作开发、立体交叉施工等特征，大大增加了此类项目的复杂性。

学者Baccarini[3]最早提出项目复杂性概念，认为项目复杂性的影响因素众多，且可用差异性(Differentiation)和依赖性(Interdependency)来定义。何清华等[4]从项目复杂性的两个维度，即属性和构成，提出了一个评估项目复杂性的框架，对项目复杂性的内涵进行测量与分析，指出项目复杂性主要包括技术上的复杂性、组织上的复杂性、目标上的复杂性、环境上的复杂性、文化上的复杂性及信息上的复杂性[5]。罗岚等[6]结合单因素方差分析的研究方法，最终将项目复杂性分为6个维度，即信息复杂性、任务复杂性、技术复杂性、组织复杂性、环境复杂性和目标复杂性[7]。然而，目前我国对于区域组团式开发项目的复杂性测度研究较少，更缺乏对多个因素的动态分析。

由于区域组团式整体开发项目的影响因素复杂且交织在一起，用线性结构来描述这一复杂的动态系统显然有一定难度[8]。模糊认知图(Fuzzy Cognitive Map，FCM)是模糊逻辑和神经网络相结合的产物[9]，其知识表示和推理能力更强。通过FCM方法构建的模型可以避免强非线性模型的复杂性，同时具有跨学科整合的特性，可获取和整合参与区域组团式整体开发项目复杂性的不同学科的知识[9-12]。最重要的是，FCM方法有一个科学的反馈机制，能对项目变化做出反应。鉴于其处理模糊性和因果关系的优势[13]，本文采用FCM方法，以上海西岸传媒港项目为例，探讨区域组团式整体开发项目复杂性动态系统，从而为降低此类项目复杂性提出合理建议。

1 上海西岸传媒港项目复杂性分析

上海西岸媒体港是一个创新的地下综合城市空间开发项目，是上海沿江功能区——徐汇滨江国际水岸区的核心组成部分。该项目包括9个街区部分和该地区6条道路的地下空间，采用常见的区域集聚发展模式，其特点是“三带四统一”[14]。“三带”是指土地出让协议中的建设要求，即“带地下空间、带发展规划、带绿色建筑标准”；“四统一”是指从整个街区的角度对项目进行统一规划、设计和发展。新的发展模式导致项目复杂性增加。因此，本研究首先分析上海西岸传媒港项目的复杂性，认为该项目的复杂性主要体现在以下6个方面。

1.1 目标复杂性

主要体现在三个方面：

(1)上海西岸传媒港项目是一个建筑面积超过100万m2、单独立项超过20项、现场参建单位超过100家的大型项目。

(2)各项目参与方的需求和个体目标不同，地上与地下项目、建筑与市政项目、各地块项目之间的项目任务具有复杂性。

(3)整体项目施工场地要求、交通等公共资源的有限性。目标复杂性的表现形式为结构上的复杂性。该项目包含多个子项目，这些子项目具有多个不同甚至冲突的目标。当项目多个利益方同时追求各自的目标时，就会出现矛盾与问题。因此，为降低项目目标复杂性，则必须平衡好各个利益方的目标，包括总目标与子目标之间的协调、项目各参与方目标之间的协调等。

1.2 组织复杂性

该项目采用了区域组团式整体开发的合作模式，简单来说，就是将项目区域内的地下空间和地上的不同区块作为整体系统，由多个市场主体共同开发建造。建筑业参与方众多，组织体系相对复杂，各开发、设计和施工单位之间有着复杂的分工和相互联系。

1.3 任务复杂性

该项目由数百个单位共同参与完成，由数以万计子任务组成，而完成这些任务所产生的活动又在空间与时间上互相影响。这些任务涉及广泛的知识领域，涵盖工程、资本和金融、组织和管理、环境保护、社会稳定和能源节约等多个领域。此外，这些任务之间存在很多显性或隐性的联系。也就是说，每个任务的变化都将引起其他任务的变化，且这些任务的完成同时又取决于其他任务的完成情况。

1.4 技术复杂性

主要由4个部分组成：技术多样性、技术流程(步骤)的上下依赖、技术系统与外部环境的交互作用，以及高难技术的风险性。一方面，该项目的建筑类型、设计图样与施工现场的搭接、地上与地下的搭接、地块之间的搭接等都具有高度的技术复杂性；另一方面，该项目施工期间应用了多种创新、绿色技术，如三维技术、节能技术，同时也采用了很多新型建筑材料，这些新技术和新材料增加了项目的技术复杂性。

1.5 环境复杂性

具体是指项目运行环境的复杂性，主要包括：自然环境带来的复杂性(恶劣自然环境导致工期延误等)、市场和经济环境带来的复杂性、政策和监管环境带来的复杂性，以及所有项目利益相关方目标冲突带来的复杂性。主要体现为4个方面：政策法规变化导致的复杂性、项目地质条件恶劣导致的复杂性、施工环境不理想导致的复杂性，以及外部利益相关方利益冲突导致的复杂性。

1.6 信息复杂性

主要是由多重信息平台的访问程度(权限)、处理程度(权限)及传递能力共同导致的。具体原因有以下4点：

(1)该项目由多个参与方共同建造完成，包括建设单位、设计单位、咨询单位、顾问、监理单位、总承包、专业分包、监测和检测等。

(2)该项目划分地块众多，不同地块与不同标段的参建方也可能不同，导致目标信息传递路径过长，信息量巨大，任务难以高效完成。

施工企业选择机械设备时，应根据工程特点和工序需要合理选择机械设备，不能盲目选择，并且合理使用机械设施，进行定期维护，使其充分发挥作用。一旦在使用过程中发生操作失误或机械故障，应及时、有效地解决，尽量减少因维修等问题造成的施工拖延，成本增加等问题[3]。

(3)该项目规模庞大，不同参与方之间的信息依赖度和相关度也逐渐增加，信息传递的复杂性加大，难度提升。

(4)复杂的项目伴随着各种复杂的合同关系，项目管理过程中涉及的多个利益相关方之间的复杂沟通交流也进一步加剧了项目的信息复杂性。

2 上海西岸传媒港项目复杂性FCM测度模型构建

2.1 概念节点的识别

基于文献梳理与前文对上海西岸传媒港项目的复杂性分析，最终确定了影响项目复杂性的6个因素，具体见表1。取表1中的6个影响因素和上海西岸传媒港项目的复杂性为目标节点，建立FCM模型。模型中的概念节点用C1～C6表示，即项目复杂性的6个影响因素；目标概念节点用CT表示，即上海西岸传媒港项目复杂性。

表1 上海西岸传媒港项目复杂性因素的识别

2.2 因果关系和权重的确定

概念间的因果影响关系用有向弧表示，因果影响程度的大小用权值Wij反映[15]。对于模型中的两个概念节点Ci和Cj，如果节点Ci的状态改变引起节点Cj的状态变化，则用一段有向弧表示Ci和Cj之间的因果关系，并用[-1，1]区间中的权值Wij来描述Ci对Cj的影响程度[9]。当Wij>0，则表示Ci的增加将导致Cj的增加，Ci与Cj之间存在正因果关系；当Wij<0，则表示Ci的增加将导致Cj的减小，Ci与Cj之间存在负因果关系；当Wij=0，则Ci与Cj之间不存在因果关系[16]。随后邀请5名相关领域极富经验的专家来调查本研究中6个概念节点的关系和权重，并要求专家根据自己的经验和知识来评价因果关系及其权重。基于专家反馈，同时借助FCM Analyst 1.0软件，最终确定全部概念节点之间的因果关系及其权值大小。本文使用9级模糊语义供专家描述，见表2。

表2 专家的9级模糊语义

2.3 阈值函数的选定

构建FCM模型的过程中，有两种阈值函数可供选择：一种是S形曲线函数，另一种是双曲正切函数。S形曲线函数公式如下

(1)

式中，c为参数，能够决定曲线的斜率。

双曲正切函数公式如下

(2)

式中，tanh(x)为双曲正切函数。

2.4 FCM模型的构建

在确定概念节点、因果关系弧和权值Wij，且选定阀值函数后，建立上海西岸传媒港项目复杂性FCM测度模型[9]，如图1所示。

图1 上海西岸传媒港项目复杂性FCM测度模型

3 上海西岸传媒港项目复杂性测度模型的仿真应用

借助FCM Analyst 1.0软件，对构建的FCM模型进行预测分析和诊断分析。该软件可以输出状态曲线和数据值，还能随着时间的推移迭代更新概念节点模型，便于分析模型中的动态影响。

3.1 预测分析

预测分析可以实现预测目标事件在一段时间内随着变量的变化而变化的目的。本研究使用5点量表描述概念节点的状态值xi，且将所有概念节点的初始值设定在[-1，1]的区间范围内。随后，对6个变量因素进行取值模拟，当变换每个因素的初始值时，模型中的其余因素变量的值随之改变，最终导致目标事件的结果改变。以概念节点C1(目标复杂性)的取值模拟为例。将FCM模型中的概念节点C1的初始值依次设定为1.0(极好)、0.5(较好)、-0.5(较差)和-1.0(极差)4个状态值。与此同时，其他5个概念节点及目标概念节点的初始值均设定为0。此时，模型中概念节点之间的因果关系开始迭代。随着迭代次数的增加，上海西岸传媒港项目的模型复杂性最终收敛到一个稳定值。这4种状态下的项目复杂性的稳定值分别为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，显然，C1和CT之间存在一种正相关关系，表明随着目标复杂性的增加，项目复杂性也显著增加。同理，依次对其余5个概念节点进行取值模拟，以观察项目复杂性的变化规律及其稳定值。各因素变化对项目复杂性的影响如图2所示。可以看出，在多次迭代作用后，目标概念节点CT的值将不断演化并稳定在一个固定点。

图2 各因素变化对项目复杂性的影响a)概念节点C1 b)概念节点C2 c)概念节点C3 d)概念节点C4 e)概念节点C5 f)概念节点C6

模拟结果显示，概念节点C1、C2、C3、C4、C5和C6都与目标节点CT有显著的正因果关系。也就是说，当目标复杂性C1、组织复杂性C2、任务复杂性C3、技术复杂性C4、环境复杂性C5和信息复杂性C6的值增加时，整个项目的复杂性也随之增加。图2中斜率越大，说明这种影响越剧烈。对于组织复杂性C2，在区域组团式整体开发模式且由多元市场主体合作开发完成的背景下，上海西岸传媒港项目复杂的组织系统、复杂的分工界面和不同的开发、设计和施工部门之间的交叉联系导致项目复杂性大大增加，即图中显示的模拟结果与真实情况相符。当变量为C2、C4和C6时，变化曲线的斜率绝对值很高，表明这三个概念节点与CT最相关，即组织复杂性、技术复杂性和信息复杂性与区域组团式整体开发项目最相关，为C2>C4>C6。预测分析结果揭示了上海西岸传媒港项目复杂性随影响因素变化而变化的本质，为降低该类项目的复杂性提供了方向。

3.2 诊断分析

诊断分析可以确定目标事件发生时的可能根源，这一过程是通过对FCM模型的反向推理实现的，需要输入目标概念节点的状态值来观察原因节点的变化。在初始阶段，除了目标概念节点CT，所有的概念节点都被设置为0。随后，依次将目标概念节点CT的值设置为1.0、0.5、-0.5和-1.0，然后监测概念节点在这些不同情况下的行为变化。项目复杂性变化对各因素的影响如图3所示。

图3 项目复杂性变化对各因素的影响a)CT=1 b)CT=0.5 c)CT=-0.5 d)CT=-1

由图3可知，目标概念节点发生变化时，概念节点C1、C2、C3、C4、C5、C6也随之发生变化，最终稳定在一个固定点，其中C5的变化较其他因素更缓和。仿真模拟的结果说明，当项目复杂性发生改变时，主要会对项目的目标、组织、任务、技术和信息复杂性有影响。项目复杂性的核心是组织复杂性。当目标概念节点CT初始值处于高状态(取值为1)时，概念节点C2会趋于一个固定值(即0.916 5)，同时当上海西岸传媒港项目的复杂性CT变化时，概念节点C2变化斜率值最大。也就是说，概念节点C2对于目标概念节点CT的变化反应最为强烈，这样就有理由认为组织复杂性C2为疑似的最根本原因。同时，在预测分析过程中，任务复杂性C3和环境复杂性C5的降低对于整个项目的项目复杂性降低的积极作用不如其他4个因素。然而，这段分析的结果显示，当区域组团式整体开发项目的项目复杂性有效降低时，该类项目的任务复杂性C3与环境复杂性C5将会随之降低。上述结果表明，上海西岸传媒港项目复杂性降低的关键点为组织复杂性C2，此外，降低高难技术的应用风险、提升信息获取能力、处理好外部利益相关方的关系等对于降低项目复杂性具有重要意义，能显著影响项目的设计、施工、运营全过程。

4 结语

通过对上海西岸传媒港项目FCM模型的预测分析可知，组织复杂性C2、技术复杂性C4、信息复杂性C6与该项目的项目复杂性相关程度最高；对FCM模型进行诊断分析，可以得出该类项目被认为复杂的最根本原因是组织复杂性C2。同时，高难技术的风险问题、合同关系等也应得到高度重视。基于上述分析，本文提出以下建议：

(1)培养一致认可的项目组织文化。区域组团式整体开发项目的组织层级结构较复杂，培养大多数人认可的项目组织文化可以减少摩擦。同时，各组织间实施透明化的管理，这样既降低了组织内部沟通的成本，还便于内部的管理者自我管理、自我驱动。

(2)将智能合约应用于合同管理中。复杂的合同关系在一定程度上加剧了建设项目的信息复杂性，同时项目实施过程中涉及多个利益相关方之间的沟通交流也难以避免。智能合约以区块链为底层技术，具有去中心化、去信任、未经授权不可篡改和自动执行等特性，优化了信息处理能力和信息传递水平。

(3)将BIM技术应用于项目的设计、施工、运营各个阶段。在设计阶段，BIM可以帮助优化验证设计方案、管线综合方案、可视化交流等；在施工阶段，BIM能够实现碰撞检查、帮助进行现场管理、进度模拟、促进复杂施工方案的实施等；在运营阶段，BIM可以帮助探索运营界面可视化管理、商业分析、车库信息集成、安全管理、资产管理、设备管理等。总而言之，BIM技术可提高项目的设计质量，辅助施工过程管理，实现智能化运营管理。

(4)采用PPP项目模式，资本方与政府方合作。政府对建设项目的支持力度、政策的透明度、法律法规的完善程度、政策执行的程度、知识产权的保护程度、税收政策等政策法规环境的变动都会加剧项目的环境复杂性。采用PPP项目模式可大幅降低因政策法规环境的变动对项目实施及管理所带来的影响。