基于系统动力学的桥梁施工成本控制方法研究

杨宝塔,刘剑锋

摘要：随着城镇化的不断发展，城区之间或者城市之间的特大桥梁发展越来越迅速，然而很多方面都使得以桥梁施工为主要业务的施工企业压力越来越大，主要体现在企业自身对于成本管控的方法过于老旧，导致自身亏损严重。本文以重庆渝湘复线高速公路大溪河特大桥为研究对象，利用系统动力学理论和Vensim仿真软件，得到了单位时间下成本波动影响的主要因素，并且通过赋值等操作能将影响因素的影响大小进行排序，还能验证改变施工技术从而调节影响因素大小的可行性。该方法对于成本管控有着显著的效果，为类似工程提供了良好的借鉴意义。

关键词：成本管控  系统动力学  Vensim  影响因素

1引言

如今，作为以桥梁施工为主要业务的施工企业压力越来越大，主要原因可以分成为以下几个方面：首先，站在政府的角度来说，随着基础设施的日益完善，国家对于该方向的投资逐渐减少，企业内部之间竞争就会越来越大；其次，从项目类别上来说，大型桥梁工程与其他基础设施不同，其主要存在于为了城区或者城市之间更好发展而建立在江河之间的工程，这样的工程不仅要求施工进度更快，还要求施工质量更高；最后，就是从成本控制的角度来说，现在大多数的桥梁企业所采用的成本控制还比较老旧，以经验为主，而随着社会的不断发展和进步，科技和技术水平不断提高，对于成本控制的要求也越来越高[1-2]。

其实，目前大多数的大型桥梁，都存在亏损现象。主要原因就是成本控制出现了问题，依据经验而缺乏动态的成本管控[3]。除了经验，以前传统成本控制也是通过WBS将整个项目分为多个小项目而单独进行成本管控，如过程控制、目标和责任控制以及挣值法等，从而造成了失真性[4]。大型桥梁工程作为一个矛盾的统一体，在对每个节点进行成本管控的同时还得兼顾整体，这就对传统的成本控制提出了挑战。系统动力学通过将定性和定量相结合起来，对于过程中每个因素对于整体产生的影响和原因等做出科学合理的判断，这对于分析复杂工程具有很好的效果[5-7]。而大型桥梁工程过程中的实体费用、质量、工期、采购以及人工等等都是在成本控制过程中应该考虑到的，而且它们既是独立的个体，又是有机的整体[8]。

本文将系统动力学这种方法与传统的成本控制方法相结合，结合具体的工程，对过程中成本控制进行动态分析，做到主动控制的效果。

2基本概念

2.1 大型桥梁

本文的研究对象主要是大型桥梁，因此有必要对大型桥梁的定义做出解释，如表1所示。本文的研究对象就是公路工程的大型桥梁，即大桥和特大桥梁。

表1 桥梁不同规模的分类[9-11]

桥梁分类	公路桥梁		铁路桥梁
	多孔跨径总长L(m)	单孔跨径Lk(m)	桥长L(m)
特大桥	L＞1000	Lk＞150	L＞500
大桥	100＜L≤1000	40≤Lk≤150	100＜L≤500
中桥	30＜L≤100	30≤Lk＜40	20＜L≤100
小桥	8＜L≤30	5≤Lk＜20	L≤20
涵洞	管涵和箱涵	Lk＜5	L<6m且有

2.2 系统动力学

系统动力学（System Dynamics，简称SD）既是一门反馈信息的学科同时还是一门认识和解决系统问题的交叉学科[3]，它首次出现于1956年，由麻省理工的Jay W. Forrester教授提出[5]。这门学科最大的特点就是能将定性和定量问题相结合并解决其随着时间变化而产生的复杂系统问题[12]。这门学科下，构建的模型只是针对现实中最重要的部分，是一种简化模型，因此，完全与现实吻合的模型是不存在的，模型与现实的关系图如图1所示[13-15]。

图1 模型与现实关系图

运用这门学科分析和解决问题主要分为系统分析、系统结构分析、建立模型和模型模拟与政策分析四个步骤，在这个过程中主要是利用Vensim这个软件实现的，它的特点主要是利用图示化编程建模、Windows下共享性强，能有极好的输出信息和方式、多种模型分析方法和真实性的准确检验。

3 SD模型的应用

3.1 工程项目概况

项目位于重庆市南川区鸣玉镇及峰岩乡境内，项目起点桩号K58+966，路线终点位于香树岭隧道（进洞2006m），桩号K64+176，线路全长5.21km。其中大溪河特大桥桥长1126.00m，孔跨布置为5×40+（80+150+80）+15×40；桥面宽度2×16.25m，最大墩高103.50m，桥面纵坡为-1.90%。本文以大溪河特大桥进行分析。

3.2 模型的建立

本文根据SD理论成功构建出了成本控制的模型，目的是希望通过对模型的仿真来预测成本控制过程中的动态变化过程，达到对成本的合理管控。正如上述所言，该模型不可能完全与实际工程相同，也是建立在一定的假设基础之上，如假设人工成本和机械成本不变，相当于减少了动态变化的影响因素。本文结合一个具体的大型桥梁工程，将工程的某一个施工阶段作为具体的研究对象，如沉井的接高等。通过参与项目管理以及项目相关数据资料，对构建的模型进行数值仿真，通过得到的数据对成本控制进行分析。

3.3 结果分析

将各影响因素的数值输入仿真系统中，就能得到对于一个项目成本控制影响最大的项目成本和偏差在单位时间下的曲线，如图2和图3所示。

图2 项目成本单位时间下仿真结果

图3 成本偏差单位时间下仿真结果

从图2中可以得到项目成本在单位时间下的仿真曲线，这里的单位时间是以周为单位的，通过曲线可以得到，项目预计成本是每周188万元，然而实际的成本波动是比较大的，这也符合一个项目施工过程中随着影响因素的变化导致成本变化的规律。

为了更直观的对成本波动进行分析，得到图3的偏差曲线，从图3中可以看出，整个施工过程，成本波动一直存在，主要表现为施工前期成本低于预算，而后期成本则高于成本预算。具体来说，从开始到第12周，成本偏差为负值，即成本低于预算，主要是因为前期工程简单，主要是混凝土的浇筑和凿除，而混凝土都是施工队自身配置的，所需成本较低。而从18周—26周，偏差很大，都是高于原本的成本预算，从实际工程出发分析可知，这个阶段，施工难度较大，因为此时沉井工作已经进展到第二阶段，这个阶段对于施工的精准度和技术人员的要求都提出了很高的要求，而且在这个阶段风险系数明显增加。

从以上的结果加上模型中的影响因素可以大致判断，一个施工项目成本的主要影响因素有技术、管理、效率和风险系数的影响，每一个影响因素的改变都会对整个成本产生影响。因此，在不同的施工阶段，通过对不同影响因素影响值大小进行排序，就能对整个施工成本进行一个大致的判断，即使无法直接排除影响，但是能提前做出准备工作。

上述是分析得到对一个工程成本波动的主要影响因素有哪些，当得到这些影响因素过后，还可以分析某一影响因素对成本波动影响的大小，通过改变某一个影响因素的值大小，就可以仿真得到相应的结果。不仅如此，还可以同时对几个影响因素的值进行改变和赋值，就能得到不同影响因素在改变相同的值之后，其对成本波动的影响大小。如同时改变组织、技术和自然三个风险的值，得到如图4所示的结果。从图4中可以看出，这三个风险都对成本波动有显著的影响，而且在相同的影响值改变下，可以看出技术风险对成本波动影响最大，组织风险对成本波动影响最小，自然风险处于两者之间，这样在施工过程中对于影响最大的因素就应该格外的关注。而且三者的影响都是随着时间的增加，影响效果越明显。

图4 不同影响因素变动对成本的影响

图5 对技术风险的控制模拟

当分析得到有哪些影响因素，以及影响因素中的排名过后，那么就可以针对不同的影响因素进行应对处理，本文就影响效果最明显的技术风险进行处理，通过增加技术风险的影响值以及同时增加技术管理水平的影响值，得到如图5所示的仿真结果。从图5中可以看出，当只有技术风险影响下，曲线是红色，此时影响成本波动最大，当加入施工技术管理水平过后，曲线是蓝色那一条，成本波动仍然存在，但是明显小于红色曲线值。说明提高施工技术管理水平对于减少技术风险对成本波动的影响还是有明显效果的。

通过以上结果可以发现，基于SD条件的成本管控，即能得到对于成本影响较为明显的影响因素且进行一个影响值大小的排名，还能针对不同的影响因素进行处理措施的验证，看是否有效。所有的结果都是以曲线的方式呈现出来，简洁直观。

4结论

本文结合大溪河特大桥施工过程，将沉井接高这一复杂的施工工序简化后带入系统动力学模型中，通过Vensim

仿真软件得到了单位时间下成本波动影响的主要因素，并且通过赋值等操作能将影响因素的影响大小进行排序，还能验证改变施工技术从而调节影响因素大小的可行性。可见该方法对于成本管控有着显著的效果，为类似工程提供了良好的借鉴意义。

参考文献：

[1] 赛玉丹.大型桥梁工程施工项目成本管理及其过程控制研究[J].中国高新技术企业,2016,88(4):177-179.

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[15] 何青原.基于系统动力学的建设施工项目成本控制研究[D].武汉科技大学,2011.

作者简介：

杨宝塔（1989.1—），汉族，甘肃西和人，本科，工程师，主要从事高速公路施工管理工作。

刘剑锋（1988.11—），汉族，甘肃镇原人，本科，一级造价工程师，主要从事高速公路成本管理工作。