工程項目組織協(xié)同合作行為演化規(guī)律研究

楊 煜，陳 艷，張涵鑫

(青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，山東 青島 266520)

一、引 言

根據(jù)國家統(tǒng)計局2018年度國民經(jīng)濟數(shù)據(jù)，國內(nèi)生產(chǎn)總值為900 309億元，其中全國建筑業(yè)占26.11%，總產(chǎn)值為235 086億元[1]。但近年來，工程項目管理越來越呈現(xiàn)風(fēng)險復(fù)雜化與擴大化的趨勢，工程建設(shè)中的問題也不斷涌現(xiàn)[2]，其中67%的問題都與工程項目組織有關(guān)[3]40-43，工程項目組織面臨著亟需拓展風(fēng)險應(yīng)對方式的挑戰(zhàn)。

工程項目是一個臨時性的異質(zhì)性組織[4]，而這個組織中又包含多個臨時性子組織[5]。正是由于其臨時性質(zhì)[6]，使得工程項目一般由來自不同組織的成員共同實施[7]。但由于各參建組織共同締約的工程項目合同的不完備性及施工過程中的信息不對稱[8]，導(dǎo)致工程項目合約管理機制下的風(fēng)險應(yīng)對措施部分失效。由此，各方學(xué)者開始反思工程項目組織的風(fēng)險管控問題，發(fā)現(xiàn)項目層面的理論研究雖然能夠?qū)こ添椖空w目標進行有效管控，但組織層面上的機制設(shè)計相對缺失，常導(dǎo)致各參與組織的行為無法得到有效落實，相關(guān)研究[9-11]已逐步從項目層面向組織層面轉(zhuǎn)變。

裝配式建筑作為建筑業(yè)發(fā)展最重要的里程碑之一，以現(xiàn)代工業(yè)化的生產(chǎn)方式替代傳統(tǒng)勞動密集型的生產(chǎn)方式，從根本上解決一直以來建筑項目建造過程中存在的質(zhì)量、效益、節(jié)能、環(huán)保等一系列重大問題。裝配式建筑項目的典型特點是在一段時期內(nèi)，有幾個獨立的、不同的組織(如設(shè)計單位、構(gòu)件部品預(yù)制單位、施工單位以及監(jiān)理單位等多個子組織)共同參與，形成了一個臨時的、多組織的工程項目組織管理模式[9]。工程項目各組織均在建設(shè)單位的統(tǒng)籌管理下具體實施設(shè)計、采購、裝配等工作，并在實現(xiàn)項目整體目標的基礎(chǔ)上，完成各自的建設(shè)目標。

這對裝配式建筑項目的子組織提出了高度的協(xié)同要求。裝配式建筑項目活動是各臨時性子組織對信息、人力、物力、資金等各種要素在各個工作環(huán)節(jié)上進行不斷集成與整合的過程[12]。然而，集成與整合工程項目子組織絕非易事，必須努力克服在工程項目實施過程中的組織間溝通交流、工作配合、關(guān)系耦合、制度文化融合等方面的困難和壁壘[9]。因此，建立并保持各子組織之間良性的協(xié)同合作關(guān)系是工程項目組織管理面臨的重要挑戰(zhàn)。

縱觀裝配式建筑與傳統(tǒng)工程項目發(fā)現(xiàn)，裝配式建筑在項目過程中增加了深化，參與主體多元化協(xié)同難度較大[13]，主要表現(xiàn)在裝配式建筑利益相關(guān)者協(xié)同界面增多，合作機制與整合機制不完善，協(xié)同合作效率較低。已有的工程項目協(xié)同研究多聚焦于某一階段的組織、信息或資源協(xié)同，對于多階段、多主體的裝配式建筑項目并不適用。如何實現(xiàn)各子組織間的高效協(xié)同，突破子組織間存在的信息流壁壘、工作流壁壘、相互作用壁壘等壁壘問題成為工程項目組織管理領(lǐng)域亟須解決的問題。

基于此，本文以裝配式建筑項目為例，分析工程項目組織協(xié)同效應(yīng)內(nèi)在機理及工程項目組織間協(xié)同行為的發(fā)生機制和演化博弈動態(tài)過程，為實現(xiàn)高效的工程項目組織間協(xié)同提供理論參考。

二、工程項目組織管理模式識別和博弈行為分析

通過對山東地區(qū)比較有代表性的裝配式建筑項目——萬科翡翠之光的工程項目組織管理模式進行實地調(diào)研，可以大致識別出目前裝配式建筑項目的組織管理模式以及參建組織關(guān)系(圖1)。

圖1 裝配式建筑項目組織管理模式

裝配式建筑項目是一個由多個利益主體構(gòu)成的多級委托代理的動態(tài)組織(圖2)。由上述裝配式建筑項目組織關(guān)系圖可見，建設(shè)單位統(tǒng)籌管理各單位(組織)實現(xiàn)項目整體目標，設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位等組織為裝配式建筑項目的主要參建組織。但裝配式建筑項目的各組織都是獨立的組織(單位)，相互之間不存在行政隸屬關(guān)系。各組織也都有獨特的、來自不同價值邏輯的利益、目的和動機，以及更復(fù)雜的決策行為[14]。在裝配式建筑項目施工過程中各組織為實現(xiàn)各自的目標采取利己主義行為的現(xiàn)象屢見不鮮。在裝配式建筑項目各組織共同實現(xiàn)項目整體目標的過程中，各組織的協(xié)同合作行為與現(xiàn)實存在的利己主義行為相悖。因此，揭示工程項目組織協(xié)同合作產(chǎn)生與演化的潛在驅(qū)動機理，引導(dǎo)各參建組織形成自組織的協(xié)同模式是工程項目組織協(xié)同研究的核心問題。

圖2 裝配式建筑項目組織關(guān)系

裝配式建筑項目參建組織作為有限理性的博弈主體，在面臨協(xié)同行為博弈決策時，往往無法直接選擇最優(yōu)策略，通常是根據(jù)實際情況來不斷嘗試和修正自己的策略。而任何一方的策略行動選擇都會對其他組織的效益產(chǎn)生影響，使得各組織之間存在著既復(fù)雜又微妙的博弈關(guān)系。由于裝配式建筑項目組織的策略選擇是多重動態(tài)的漸進式模擬、效仿的過程，因此可以借鑒非對稱性“演化博弈”的進化博弈框架[15]，分析裝配式建筑項目組織間的內(nèi)在相互影響機理及組織間協(xié)同行為的演化穩(wěn)定策略ESS(evolutionary stable strategy)。

三、裝配式建筑項目三方協(xié)同演化博弈模型

1.演化博弈模型假設(shè)和構(gòu)建

由于裝配式建筑項目的復(fù)雜性，在裝配式建筑項目實施過程中的任何階段均需要各組織協(xié)同合作。根據(jù)裝配式建筑項目組織管理模式分析，裝配式建筑項目實施階段參建組織可以簡化為一個如圖3的“設(shè)計單位—構(gòu)件預(yù)制單位—施工單位”三方博弈模型。設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位可為長期合作所產(chǎn)生的增額收益而參與組織間協(xié)同。例如，參與協(xié)同組織形成長久的合作關(guān)系，使得協(xié)調(diào)成本、交易成本的降低，以及深化協(xié)同合作所帶來的更多工程建設(shè)項目收益，但各單位將會付出相應(yīng)參與協(xié)同成本，如前期協(xié)同機制制定與推廣成本、信息平臺的建設(shè)成本等。部分單位也可能會因短期利益動機，而不參與組織間協(xié)同，此時僅獲得基礎(chǔ)收益。作為裝配式建筑項目參建組織(設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位)的協(xié)同行為策略空間為“參與協(xié)同，不參與協(xié)同”,其對應(yīng)的博弈模型組合如表1所示。模型主要變量表及其含義如表2所示。假設(shè)在t時刻，設(shè)計單位參與協(xié)同策略的比例為x(t)，構(gòu)件預(yù)制單位參與協(xié)同策略的比例為y(t)，施工單位參與協(xié)同策略的比例為z(t)，其中x∈[0,1]，y∈[0,1]，z∈[0,1]。

圖3 三方博弈模型

表1 設(shè)計單位-構(gòu)件預(yù)制單位-施工單位三方博弈策略組合

表2 模型主要變量及其含義

當設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位釆取不同的策略時，收益對應(yīng)的支付矩陣如表3所示。

表3 演化博弈收益支付矩陣

2.演化博弈模型分析

基于上述假設(shè)，選擇不同策略時對應(yīng)的期望收益以及平均期望收益可由表3計算得知。對于設(shè)計單位來說，參與協(xié)同策略、不參與協(xié)同策略的期望收益及平均期望收益為：

Ee1=yz(Ne+Re+Ze-Ce)+y(1-z)(Ne+Re-Ce)+(1-y)z(Ne+Re-Ce)+(1-y)(1-z)(Ne+Re-Ce)

(1)

Ee2=yz(Ne)+y(1-z)(Ne)+(1-y)z(Ne)+(1-y)(1-z)(Ne)

(2)

Ee=xEe1+(1-x)Ee2

(3)

復(fù)制動態(tài)是有限理性博弈方動態(tài)地對優(yōu)勢策略的模仿、調(diào)整的一種描述，其具體表現(xiàn)為，某種策略的平均期望收益越高，對該策略模仿和學(xué)習(xí)次數(shù)就越多。假設(shè)某一時刻設(shè)計單位采取參與協(xié)同策略的概率為x，根據(jù)演化博弈理論，設(shè)計單位下一時刻選擇參與協(xié)同策略的變化率與現(xiàn)在時刻的參與協(xié)同策略概率、參與協(xié)同策略平均期望收益的差值成正比。根據(jù)Malthusian方程及式(1)、式(2)、式(3)可得，設(shè)計單位采取參與協(xié)同策略的復(fù)制動態(tài)方程式：

(4)

同理可得，構(gòu)件預(yù)制單位和施工單位的復(fù)制動態(tài)方程分別為：

(5)

(6)

3.演化過程的平衡點及穩(wěn)定性分析

復(fù)制動態(tài)的進化穩(wěn)定策略對應(yīng)數(shù)學(xué)中動態(tài)系統(tǒng)的具有穩(wěn)定性的穩(wěn)定狀態(tài)，可以用復(fù)制動態(tài)微分方程對各組織的演化穩(wěn)定策略進行分析。分析式(4)的平衡點可得設(shè)計單位演化穩(wěn)定策略：

分析式(5)的平衡點可得構(gòu)件預(yù)制單位演化穩(wěn)定策略：

分析式(6)的平衡點可得施工單位演化穩(wěn)定策略：

(7)

通過賦予x，y，z不同的值，得到動態(tài)復(fù)制系統(tǒng)的平衡點。

(8)

可得動態(tài)復(fù)制系統(tǒng)的9個平衡點(表4)。

表4 動態(tài)復(fù)制系統(tǒng)的平衡點

依據(jù)Friedman的演化博弈研究路徑，動態(tài)系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略(ESS)可由該系統(tǒng)Jacobi矩陣的局部穩(wěn)定性分析得到。分別對F(x)、F(y)、F(z)求關(guān)于x、y、z的偏導(dǎo)數(shù)，由式(2)～式(4)構(gòu)成方程組的Jacobi矩陣為：

(9)

則Jacobi矩陣的跡TrJ與行列式detJ為：

TrJ=(1-2x)(Re-Ce+yzZe)+(1-2y)(Rp-Cp+xzZp)+(1-2z)(Rc-Cc+xyZc)

(10)

detJ=(1-2x)(Re-Ce+yzZe)(1-2y)(Rp-Cp+xzZp)(1-2z)(Rc-Cc+xyZc)+(x-x2)(Re-Ce+zZe)(y-y2)(Rp-Cp+xZp)(z-z2)(Rc-Cc+yZc)+(x-x2)(Re-Ce+yZe)(y-y2)(Rp-Cp+zZp)(z-z2)(Rc-Cc+xZc)-(x-x2)(Re-Ce+yZe)(1-2y)(Rp-Cp+xzZp)(z-z2)(Rc-Cc+yZc)-(x-x2)(Re-Ce+zZe)(y-y2)(Rp-Cp+zZp)(1-2z)(Rc-Cc+xyZc)-(1-2x)(Re-Ce+yzZe)(y-y2)(Rp-Cp+xZp)(z-z2)(Rc-Cc+xZc)

(11)

通過檢驗Jacobi矩陣的行列式detJ與跡TrJ的正負值可判定平衡點是否為演化穩(wěn)定策略。具體判定結(jié)果如表5所示。

表5 平衡點局部穩(wěn)定性分析

由表5可知，設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位均選擇參與協(xié)同策略為系統(tǒng)的演化穩(wěn)定策略，此時的均衡結(jié)果為E2=(1,1,1)，動態(tài)系統(tǒng)亦可達到局部穩(wěn)定狀態(tài)。

4.結(jié)果分析

在設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位的三方博弈框架中，系統(tǒng)的演化均衡為三方均采取參與協(xié)同策略。此時，設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位選擇上述策略的收益均大于選擇相反策略的收益，且動態(tài)系統(tǒng)達到局部穩(wěn)定狀態(tài)。

通常觀點認為，出于對自身利益的考慮及對其他組織機會主義行為的習(xí)慣性防備，各組織以自我為中心實現(xiàn)牟利是各組織博弈的占優(yōu)策略選擇。其表現(xiàn)為只關(guān)注于自身建設(shè)目標的實現(xiàn)，各組織往往單打獨斗，導(dǎo)致各組織間協(xié)作配合不佳，難以實現(xiàn)工程項目全局最優(yōu)化。例如，在裝配式建筑項目中設(shè)計單位很少考慮工藝、制造、運輸、裝配、維修等方面的內(nèi)容，設(shè)計的部品構(gòu)件可制造性、可運輸性、可裝配性和可維護性較差；構(gòu)件預(yù)制單位往往只關(guān)注部品構(gòu)件的生產(chǎn)及運輸，而忽略了生產(chǎn)深化設(shè)計、專業(yè)碰撞檢查等問題；施工單位利用現(xiàn)場施工信息的不對稱性及合同漏洞向建設(shè)單位索取變更或索賠實現(xiàn)牟利。

然而，研究結(jié)論從三方關(guān)聯(lián)互動且相互影響的視角表明利己主義行為無法保證各組織期望收益的最大化及穩(wěn)定性，而責任感也無法成為各組織向E2=(1,1,1)方向演化的主要推動力，設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位均選擇參與協(xié)同策略成為了實現(xiàn)全局利益最大化的均衡策略。在工程項目組織間協(xié)同機制框架中，各組織的積極主動對建立工程項目組織間協(xié)同機制是至關(guān)重要的，需要利用相互影響的收益關(guān)系為各組織提供一個自組織的協(xié)同模式。由表3可知，各組織參與協(xié)同的初始概率決定博弈系統(tǒng)是在某一局部范圍下保持均衡狀態(tài)，但不會最終固定在某一策略集合。隨著初始概率變化以及各組織行為受到外界隨機因素的影響，各組織的行為策略不斷調(diào)整直至在各局部范圍內(nèi)趨向穩(wěn)定。

四、模擬仿真

通過MATLAB仿真分析各組織的策略選擇受初始策略影響變化情況以及相關(guān)方策略選擇的影響程度，以驗證上述假設(shè)模型的準確性?？紤]到現(xiàn)實情況，本研究主要分析工程項目組織間協(xié)同機制的穩(wěn)定性問題，因此主要分析E6=(1,1,1)點(即設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位均選擇參與協(xié)同策略)的穩(wěn)定性。根據(jù)不同單位在工程項目建設(shè)過程中的主體作用和合同數(shù)額，假設(shè)Ne>Np>Nc；裝配式建筑工程項目主要的協(xié)同活動為參與BIM技術(shù)平臺建設(shè)，依據(jù)BIM技術(shù)平臺對各單位增益作用，假設(shè)Rp>Rc>Re；設(shè)計單位和構(gòu)件預(yù)制單位的工作成果形式多為電子圖紙、數(shù)據(jù)建模等，在協(xié)同合作過程中，需要耗費大量成本進行信息接口的統(tǒng)一建設(shè)，故假設(shè)Cp>Ce>Cc；當協(xié)同合作達成時，三方共享深化合作所帶來的收益，故假設(shè)Zp=Ze=Zc;對工程項目的實地調(diào)研及工程項目管理領(lǐng)域的專家咨詢，設(shè)Ne=2、Np=5、Nc=7、Re=4、Rp=6、Rc=5、Ce=4、Cp=5、Cc=3、Ze=Zp=Zc=5。

1. 各組織初始概率變化對設(shè)計單位行為的影響

從圖4(a)、圖4(b)可以看出，在y=0.8,z=0.4時x的收斂速度大于y=0.4,z=0.4時x的收斂速度，即當施工單位參與協(xié)同的初始概率相同時，構(gòu)件預(yù)制單位參與協(xié)同的初始概率越高，設(shè)計單位采取參與協(xié)同策略的速度越快。

圖4 設(shè)計單位行為變化

從圖4(a)、圖4(c)可以看出，當y=0.4,z=0.8時x的收斂速度大于y=0.4,z=0.4時x的收斂速度。即當構(gòu)件預(yù)制單位參與協(xié)同的初始概率相同時，施工單位參與協(xié)同的初始概率越高，則設(shè)計單位趨向采取參與協(xié)同策略的速度越快。

2.各組織初始概率變化對構(gòu)件預(yù)制單位行為的影響

從圖5(a)、圖5(b)可以看出，在x=0.4,z=0.8時y的收斂速度大于x=0.4,z=0.4時y的收斂速度，即當設(shè)計單位參與協(xié)同的初始概率固定時，施工單位參與協(xié)同的初始概率越高，構(gòu)件預(yù)制單位采取參與協(xié)同策略的速度越快。從圖4(a)、圖4(c)可以看出，當x=0.8,z=0.9時y的收斂速度大于x=0.4,z=0.9時y的收斂速度。即當施工單位參與協(xié)同的初始概率相同時，設(shè)計單位參與協(xié)同的初始概率越高，構(gòu)件預(yù)制單位采取積極組織安全培訓(xùn)策略的速度越快。

圖5 構(gòu)件預(yù)制單位行為變化

3.各組織初始概率變化對施工單位行為的影響

從圖6(a)和圖6(b)可以看出，在x=0.8,y=0.4時z的收斂速度大于x=0.4,y=0.4時z的收斂速度，即當構(gòu)件預(yù)制單位的初始概率相同時，設(shè)計單位參與協(xié)同的初始概率越高，施工單位采取參與協(xié)同策略的速度越快。從圖6(a)、圖6(c)可以看出，當x=0.4,y=0.8時z的收斂速度大于x=0.5,y=0.8時z的收斂速度，即當設(shè)計單位的初始概率相同時，構(gòu)件預(yù)制單位參與協(xié)同的初始概率越高，施工單位采取參與協(xié)同策略的速度越快。

圖6 施工單位行為變化

4.仿真分析

由圖4、圖5、圖6可知，設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位和施工單位之間關(guān)系密切，任何一方的行為選擇都會影響到另外兩方，同時其自身的策略選擇也會受到另外兩方的影響，并且不同的策略選擇都會對裝配式建筑項目組織協(xié)同形勢帶來新的變化，并呈現(xiàn)出動態(tài)過程。但設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位和施工單位之間的相互影響程度是不同的，構(gòu)建預(yù)制單位策略選擇的影響力最大，設(shè)計單位次之，施工單位的影響力最小。

因此，在裝配式建筑項目組織協(xié)同框架下，各組織除了接受建設(shè)單位的統(tǒng)一調(diào)度，各組織之間也應(yīng)自發(fā)形成由構(gòu)件預(yù)制單位主導(dǎo)的自組織協(xié)同模式。在該模式下，由設(shè)計單位提供構(gòu)件設(shè)計方案，施工單位等組織再將自身要求傳遞給深化設(shè)計人員，構(gòu)件預(yù)制單位的深化設(shè)計人員根據(jù)設(shè)計方案中構(gòu)件的生產(chǎn)工藝要求與各組織的要求完成深化設(shè)計任務(wù)。構(gòu)件預(yù)制單位應(yīng)積極協(xié)調(diào)上下游單位之間的關(guān)系、信息、要求，督促下游環(huán)節(jié)的施工單位、分包單位等組織盡早將經(jīng)驗與知識融入設(shè)計單位的早期設(shè)計，并將過程中的問題及時反饋至建設(shè)單位，避免工程質(zhì)量、工期超長、成本超支等問題，并且構(gòu)件預(yù)制單位作為組織協(xié)同模式的主導(dǎo)單位，可代表設(shè)計單位、施工單位等組織與建設(shè)單位溝通協(xié)調(diào)，在考慮構(gòu)件生產(chǎn)高效性的同時，最大化地滿足各組織的多樣化需求，進而實現(xiàn)工程項目組織協(xié)同能力的全面升級。

五、結(jié) 語

研究選取裝配式建筑項目為例，以設(shè)計單位、構(gòu)件預(yù)制單位、施工單位為演化博弈主體，探討了工程項目組織協(xié)同策略的內(nèi)在演變趨勢并得出演化穩(wěn)定策略，運用MATLAB數(shù)值仿真展示了基于理想狀態(tài)下各組織行為策略相互影響的演化過程，提出了以構(gòu)件預(yù)制單位為主導(dǎo)的工程項目自組織協(xié)同模式。結(jié)果表明，在工程項目建設(shè)過程中，各組織不僅需要接受建設(shè)單位的統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)，還應(yīng)自發(fā)地形成由某個組織或單位主導(dǎo)的自組織協(xié)同模式。主導(dǎo)單位應(yīng)從以下3個方面對工程項目組織進行引導(dǎo)與協(xié)調(diào)：(1)加強組織之間的信息溝通。由于工程項目參建組織均是獨立的、無隸屬關(guān)系的組織，組織之間容易存在溝通意愿不足，缺乏溝通渠道，信息難以傳遞、轉(zhuǎn)化，信息不及時、不完整等問題，因此主導(dǎo)單位應(yīng)梳理各組織之間或者工程項目內(nèi)部各類資源之間的信息溝通渠道，明確各組織在工程項目中的地位、作用，加強組織之間的溝通與合作。(2)協(xié)調(diào)組織之間的工作流程。工程項目的建設(shè)過程是組織之間工作流程相互交疊、互操作的過程。各組織之間存在大量的跨組織工作流程，而組織之間會存在分布式協(xié)作、組織之間不信任、對其他組織工作流程不了解等問題，因此主導(dǎo)單位應(yīng)協(xié)調(diào)跨組織之間的工作流程，避免項目整體流程破碎，經(jīng)常性、大量性返工，以及由此造成的時間和經(jīng)濟損失。(3)優(yōu)化組織之間的相互作用關(guān)系。相互作用問題主要是由信息溝通問題和工作流程問題導(dǎo)致，主要表現(xiàn)為組織之間未能形成良性的相互作用關(guān)系、組織之間被動協(xié)作、以自身利益為先、不愿意協(xié)作配合等。主導(dǎo)單位應(yīng)緩和各組織間的沖突、矛盾及各自為政的狀態(tài)，使得各組織的功能優(yōu)勢互補、聚合放大。