重大工程项目复杂性识别及定量测度

周之皓，汤育春，王广斌，陆 莹，曹冬平

（1.同济大学经济与管理学院，上海 200092；2.东南大学土木工程学院，江苏南京 210096）

0 引言

重大工程项目关系国计民生，对经济发展、生态环境、社会福祉均有极其重要的影响［1］。由于重大工程项目涉及的方案、主体、环境具有多层次、跨组织等显著的复杂性特征，传统的项目管理实践已难以适应重大工程项目复杂性对项目管理人员带来的严峻挑战，进而在重大工程项目的施工阶段成本超支、工期延长、公众利益冲突等情况屡见不鲜［2］。早在20 世纪，工程项目便已按实施的复杂性程度分门别类并触发不同的管理机制［3］，复杂性管理是重大工程项目管理的重要组成部分［4］。然而，对重大工程项目的模糊界定使得项目管理人员不明确何时应启动复杂性管理。

国内外学者对项目复杂性的研究主要分为复杂性属性研究与复杂性构成研究两大类［5］，前者致力于明晰项目复杂性的概念与内涵，后者主要分析重大工程项目复杂性的构成和形成机理。目前，鲜有学者针对重大工程项目开展复杂性评估研究，且现有复杂性测度较为依赖项目管理人员的知识与经验，例如利用德尔菲访谈、扎根理论和结构方程模型建立复杂性定性评价体系并邀请项目管理人员进行主观打分，不难发现，其尚未将隐性的复杂性概念转化为项目管理人员可观测、可审计的显性变量，这使得项目复杂性评估结果的精确度难以得到保障，进而容易产生管理策略的错误决策。

为弥补现有研究的不足，将基于文献综述进一步明晰重大工程及其复杂性的概念与内涵，并结合TOE（technical,organizational and environmental）理论框架与专家访谈开发项目复杂性量表，进而通过探索性因子分析与信效度检验识别出可观测的重大工程项目复杂性评价指标，并基于网络分析法建立项目复杂性测度模型，利用此模型开展案例研究以验证其合理性，为重大工程项目复杂性管理提供科学的定量证据。

1 重大工程项目及其复杂性的概念界定

重大工程项目可从其影响范围（reach）、生命周期（duration）、投资规模（cost）、风险和不确定性大小（risks and uncertainties）、主体多样（widely disparate actors）、饱受争议性（arenas of controversy）、法律与监管（legal and regulatory issues）、价值破坏性（value destruction）等8 个维度进行描述［6］，不难发现其中影响范围、生命周期、投资规模与主体多样这4 个维度易于量化，并且现有研究已给出了相关的定量准则以界定重大工程项目，例如：Bruzelius 等［7］指出重大工程应为大规模、复杂的投资，通常耗资1 亿美元以上，需要多年开发和建设，涉及多个公共和私人利益相关者，具有变革性，并影响数百万人；Sun 等［8］指出重大工程的施工工期多在2 年以上且使用周期多在50 年及以上并对社会产生多重影响。综上所述，定义重大工程项目一般为投资规模超过1 亿美元、施工工期超过2 年、使用寿命达50 年及以上，对社会具有多重影响的新建或改造的基础设施项目。

项目复杂性是项目自身的固有特征［9］。此概念最早由Baccarini［10］提出，即为项目各组成要素之间的差异性（differentiation）与相互依赖性（interdependency）。在此基础上，有研究指出项目中各子任务的相互作用决定了项目复杂性的性质以及复杂性水平［11］；并且，各要素之间的差异性与相关性均可视为项目的结构复杂性（structural complexity），而结构的复杂性与不确定性（uncertainty）构成了项目的复杂性［12］，其中，不确定性包含目标的不确定性和实现项目目标的知识方法的不确定性两个维度［13］。同时，不能忽视项目复杂性具有动态的交互属性［14］，例如：项目组成要素的数量、各组成要素的活跃程度、各组成要素之间的交互程度、项目与外部环境（自然环境、市场环境、政策环境等）交互程度都加剧了项目的复杂性［15］。已有研究指出项目复杂性可以分为3 个层次：组成项目各要素的数量与多样；项目要素之间的相互作用即交互；项目与其外部系统的交互作用［4］。综上所述，项目的复杂性由其自身的结构复杂性与不确定性所引发，其中项目结构复杂性包含构成项目各要素之间的差异性和各要素之间的相互依赖性两个维度，不确定性由项目目标的不确定性和实现项目目标的知识方法的不确定性两个维度组成；同时，项目复杂性受其自身内部要素（技术、组织）之间的交互及其与外界环境和系统的交互所促长，并随项目进展动态变化。

关于项目复杂性的评价研究，Baccarini［10］将项目复杂性分为技术复杂性（technological complexity）和组织复杂性（organizational complexity）两个维度；Maylor 等［16］在组织复杂性和技术复杂性的基础上，增加了资源复杂性（resource complexity）；Xia等［17］也在借鉴Baccarini 的分类基础上，结合项目复杂性的属性，将项目复杂性分成了4 个维度：结构组织复杂性（structural-Org）、结构技术复杂性（structural-IT）、动态组织复杂性（dynamic-Org）以及动态技术复杂性（dynamic-IT）。关于重大工程项目的复杂性，Bosch-Rekveldt 等［18］基于文献和访谈等质性研究方法首次提出了TOE 分析框架，将重大工程项目复杂性分为技术复杂性、组织复杂性和环境复杂性。在此基础上，国内外学者发展出各类精细化的大型工程项目复杂性评价体系，例如：项目内部复杂性（组织复杂性、任务复杂性、技术复杂性）和项目外部复杂性（环境复杂性、制度复杂性、社会复杂性）［4］；利益相关者管理复杂性、

项目治理复杂性、法律复杂性、财政规划复杂性等11 类［19］。主观性指标的冗杂致使量化评估难以实现，进一步限制管理人员将复杂性管理纳入项目管理实践。因此，沿用TOE 体系将重大工程项目复杂性划分为技术复杂性、组织复杂性、环境复杂性。

2 重大工程项目复杂性影响因素识别与测度体系建立

基于文献综述识别重大工程项目复杂性的影响因素。目前，专门研究重大工程项目复杂性的文献较少，故将关键词拆分成 “项目复杂性”与“重大工程”两方面检索，其中“重大工程”的近义词有“大型工程”和“基础设施”。各词语除其本身外，根据使用习惯分别有几种同义称谓，如表1 所示。

表1 检索词汇及其同义称谓

从中国知网（CNKI）和Web of Science 对上述检索词进行中英文文献检索，在1900 年至2021 年期间共检索出中文文献41 篇、英文文献72 篇。去除重复与不相关文献，共筛选出13 篇相关文献，其中中文文献3 篇、英文文献10 篇。可看出，目前国内外学者对重大工程项目复杂性的研究较少。不少学者针对普通工程项目提出了复杂性评价测度体系，此类体系及其指标可供借鉴，故进行文献补充。再次检索出中文文献48 篇、英文文献131 篇，筛选不相关文献得到补充中文文献11 篇、英文文献20 篇。两次检索文献合并，去除重复文献中文1 篇、英文4 篇，最终得到相关中文文献13 篇、英文文献26 篇，共39 篇。通过对最终确定的39 篇文献进行整理和分析，提取识别出TOE 框架下重大工程项目复杂性影响因素如表2 所示。

表2 重大工程项目复杂性构成要素与影响因素

3 重大工程项目复杂性量表开发

3.1 量表题项编制

量表采用文献综述、实务界专家访谈和小样本测试三步法建立。第一步基于以上提取出的重大工程项目复杂性测度指标提出重大工程复杂性测量初始题设。第二步进行实务界专家访谈，将初始题设提供给专家审阅，基于此对题设的设问方式和具体数值进行修改。共计对初始题设进行了5 处修改，包括：（1）因不同项目施工工期不同，涉及施工交叉作业的天数不能有效反映项目交叉作业对项目总工期管控的影响，故将题设两种交叉作业天数改成交叉作业占总工期比例；（2）题设9 中因一年的计算周期跨度太大不易实际计算，而每周内部利益相关者前来视察的频次更易度量，故将计算周期修改为每周；（3）题设13 补充“相邻项目施工时序”选项；（4）因不同项目投资金额不同，超额数值的多少不能反映超支程度，故将题设15 中的超支水平以所占总投资百分比计；（5）将题设16 停工时间的计算单位修改为天数。在此基础上，通过对10 位专家（均为工龄20 年以上，具有多项重大工程项目经验）的访谈确定了题设的各选项对应具体取值范围。以题设4 为例，确定各选项取值范围的过程如表3 所示。第三步进行小样本测试，共邀请10 位参与过重大工程项目的人员（均非第二阶段实务界专家访谈专家）进行问卷填写。经过充分与专家进行交流挖掘量表在实际填写过程中可能出现的问题，并根据专家意见对量表题设与选项进行进一步修订。经过本阶段量表测试，形成最终用于问卷发放的重大工程项目复杂性测度量表。

表3 确定量表各选项取值范围示例

3.2 问卷发放与收集

正式问卷调查的时间从2022 年2 月中旬开始，到2022 年6 月下旬结束。调查涉及中国境内北京市、江苏省、浙江省、四川省等地区，国外包括哥斯达黎加共和国、安哥拉共和国、孟加拉国等地区。由于地域限制等客观原因，采用线下纸质问卷与线上电子问卷同步进行的形式向重大工程项目管理人员开展问卷调查，共发放线上问卷84 份（邀请项目总负责人填写，之后请其发放给下属高级项目管理者填写并向笔者回馈发放人数），回收65 份，回收率77.4%；线下调查问卷36 份，回收36 份，回收率100%，合计回收101 份问卷。剔除问卷的标准包括：（1）核查判断受访者是否认真有效填写问卷，若问卷题设选项均为同一选项或排列呈明显规律分布，视为无效问卷；（2）去除问卷中填答不完整、漏填者；（3）去除同一重大工程项目填写明显雷同的问卷。共剔除7 份无效问卷，得到有效问卷94 份（以下简称“样本”），有效回收率为78.3%，有效问卷数量与问卷题设的数目之比为5 ∶1，参考吴明隆［19］194-240的观点，满足后续统计分析的需要。样本的描述性统计分析如表4 所示。

表4 样本的描述性统计分析

3.3 相关性分析

由表5 可看出各变量的均值在2.840 到3.468 之间，说明调研对象整体对各变量的评价接近于3.000，表示所调研项目预备一定的项目复杂性。除此之外，同一维度下的各变量相互之间均显著相关。

3.4 探索性因子分析

首先，对调查问卷数据进行Bartlett 球形检验与样本适当性检验（KMO 值）。如表6 所示，Bartlett球形检验值为909.918，df=153，P＜0.001，KMO 值为0.825，表明量表适合进行因子分析。

表6 样本KMO 和Bartlett 检验结果

然后，采用主成分分析，进行最大方差法正交旋转处理，显示旋转后的解，以检验重大工程项目复杂性量表的建构效度。共分析出3 个因子，累计方差贡献率为62.272%，这与基于TOE 复杂性测度理论体系相吻合。如表7 所示，旋转后得到各题项最高因子荷载均大于0.5，无需删除题项。

表7 重大工程项目复杂性的旋转成分矩阵

3.5 信度检验

采用校正的项目总相关（corrected-item total correlation，CITC）和Cronbach'sα信度系数对重大工程项目复杂性量表进行信度分析，以验证重大工程项目复杂性量表的可靠性。其中，CITC 作为净化条款的标准，信度系数α用于检验条款的内部一致性。如表8所示，各维度子量表的系数值均大于0.700，内部一致性信度良好，CITC 值均大于0.300，表示每个题项与其余题项加总的一致性高。其中，组织复杂性因素量表的α系数值大于0.700，表明其内部一致性信度较为良好；由于测量变量OC9的“项已删除的α系数”值显著高于0.799，因此删除题项OC9，则任务复杂性因素量表的α系数值大于0.800，表明其内部一致性信度良好，除OC5外，其他“项已删除的α系数”列的数值均小于其系数，表示各子量表的内部一致性信度佳。OC5表示文化多样性，以项目组织人员的国籍数目显化，由于受新冠疫情影响以及人脉关系限制，本研究问卷发放对象有近60%在中国境内，而国内项目参与者国籍多为1 至3 种，故样本选取未能实现波及全球范围，存在客观误差；同时，删除指标OC5并未明显提高组织复杂性维度α系数，故可不删除。最终，重大工程项目复杂性量表整体α系数值为0.877，大于0.800，表明其内部一致性信度良好。

表8 重大工程项目复杂性量表信度分析结果

3.6 效度检验

通过文献综述、实务界专家访谈以及问卷预测试等3 个阶段确定最终采纳的量表，既反映了重大工程项目复杂性因素研究文献的已有成果，又结合了重大工程项目的特征。以下进一步采用验证性因子分析测量重大工程项目复杂性各维度内部题项的结构效度、聚敛效度和区分信度。

3.6.1 结构效度检验

根据拟合指标的标准，如表9 所示，χ2/df 值在1～3 区间内，表示模型属于简约适配程度；RMSEA值小于0.080，较为适配；SRMR 值小于0.100，较为适配；GFI 值接近可被接受阈值0.900；IFI、CFI、TLI 均大于0.900。故可认为技术复杂性、组织复杂性和环境复杂性适合衡量重大工程项目复杂性水平。

表9 重大工程项目复杂性量表结构效度检测结果

3.6.2 聚敛效度检验

从表10 可看出，除OC5 标准化负荷外，3 个维度下各题项因子载荷均大于0.600，根据吴明隆［19］194-240的观点，说明各题项对其所在维度具有较高代表性；同时各维度的平均方差变异系数（AVE）均大于0.500，组合信度（CR）均大于0.800，说明量表整体聚敛效度明显。

表10 重大工程项目复杂性量表聚敛效度检测结果

3.6.3 区分效度检验

由表11 可知，3 个维度之间的相关性系数均小于0.500，且均小于对应AVE 平方根，根据吴明隆［19］194-240的观点，说明各维度之间不仅具有一定的关联性，还具备区分度，即重大工程项目复杂性3 个子维度的区分效度理想，这同时也验证了TOE理论框架的合理性。

表11 重大工程项目复杂性量表区分效度检测结果

4 基于网络层次分析的重大工程项目复杂性计算方法

网络层次分析（analytic network process，ANP）模型是基于层次分析法（analytic hierarchy process，AHP）模型改进的决策模型。通过将已有重大工程项目复杂性评价指标体系转化为ANP网络结构模型，可以分析得到不同测度指标的重要程度，获得指标权重。将重大工程项目复杂性评价指标体系和ANP网络层次结构一一对应，目标即为重大工程项目复杂性计算，控制层包含评价指标的3 个维度，网络层包含17 个二维项目复杂性评价指标对应的元素，如图1 所示。利用Super Decision 软件绘制指标之间的相互影响关系图，如图2 所示。

图1 重大工程项目复杂性评价指标结构

图2 重大工程项目复杂性评价指标网络层影响关系

判断矩阵的打分由20 位多年从事重大工程项目管理的人员进行，受访对象主要集中在35～45 岁的年龄段，工作年龄15 年以上，学历以大学本科、硕士研究生为主，有一位博士研究生。由于长期扎根重大工程项目建设，对重大工程项目管理较为熟悉了解，所以这些受访对象对指标的重要度判断有着良好的参考意义。在Super Decision 软件中输入受访者的评价信息，若一致性系数CR 小于0.100，则利用软件自动计算判断矩阵最大特征值的特征向量并标准化，从而得到权向量即各指标权重值。对受访专家的20 份判断矩阵分值经过Excel 平均处理，最终形成的指标权重见表12。在评价指标层面，技术复杂性普遍被认为是影响重大工程项目复杂性的最重要指标；在二级影响因素层面，各指标权重相差甚微，这同时验证了以上通过文献综述提取出各影响要素的准确与有效。

表12 重大工程项目复杂性评价指标权重

结合工程实际与专家访谈结果，提出重大工程项目各复杂性测度指标的二级影响因素计算方法如表13 所示。

表13 重大工程项目复杂性测度二级影响因素计算方法

进一步，结合表12 和表13，重大工程项目复杂性计算公式如下：

5 案例分析

为对上述构建的重大工程项目复杂性评价信息模型及评价模型进行验证，选择中国华东某市大型地下空间二期工程三工区项目A，以其施工期间项目复杂性评价为例进行分析。项目自2022 年4 月下旬开工，总占地面积约2.5 万m2，总建筑面积约10万m2，包含基坑工程、地下主体结构、设备及管线安装、装饰装修等工程，地块内部同时配套两条城市轨道交通附属工程（基坑深度分别约为27 m 和36 m）。该项目建成后将成为该市最具特色、规模最大的省级重大工程项目。对该项目复杂性评价信息进行搜集提取如表14 所示。

表14 重大工程项目A 各复杂性评价指标得分与复杂性计算结果

根据重大工程项目复杂性计算公式，评价结果如下：

（1）项目复杂性整体层面，复杂性处于中等偏上水平。

（2）各复杂性维度层面，组织复杂性较低，而环境复杂性较高，得分远高于其他维度，表明该项目的组织结构较为简单且稳定，但由于该项目为多个单项工程的组合，故其施工工期、投资总额与组织目标均处于一般水平。本项目距长江堤坝仅600 m且横跨长江古河道，而基坑最深开挖达51 m（国内目前地下空间综合体开挖最深基坑），基岩埋深达到120 m，地下水系丰富、渗透系数大等难题为项目建设带来极大困难。在项目建设期间，受新冠疫情防控影响多次停工，这些均促涨了施工环境复杂性。同时，项目结合施工情况采用了许多先进技术，例如对超深地铁车站采用上三层明挖顺做法与下三层盖挖逆做法的施工工艺，地下连续墙钢筋笼吊装采用新型吊点、吊装扁担（扁担外设钢管）等，并采用无人机等智慧系统加强对现场的高效实时监控，故技术复杂性得分也相对较高。

（3）各复杂性评价指标层面，TC2、OC7、EC3、EC4与EC5评价计算值达到了5 分，复杂性程度高。针对TC2，需加强对工程进度即搭接作业的控制，尤其注意对工序搭接时间节点的把控，并对工作界面进行合理、有效与清晰的区分，同时协同好各分包单位的入场与退场时间，做好施工过程监督。OC7反映了利益相关者对项目复杂性的贡献，故需加强对内部利益相关者的协调与控制，尤其对分包商加强管理，这与针对控制TC2指标的策略相辅相成。EC3、EC4与EC5分别反映政治、经济与自然环境的改变对项目的影响，在后续建设期间，项目决策团队需紧跟时事，关注政策迭代情况与市场动态，并有效评估周边环境对项目建设的影响，将外部环境对项目的影响降至最小。

通过此次评价，提出有针对性的复杂性管理措施投入实践，在下一次复杂性评价时，重点观察TC2、OC7、EC3、EC4和EC5等指标的评价原始值和评价计算值与本次得分对比是否有所下降，以追踪复杂性管理策略的实行效果。

6 结论

基于文献综述识别重大工程项目复杂性评价指标，并通过三轮问卷设计形成重大工程项目复杂性调查问卷，基于问卷调查和统计分析建立了包含3个维度（技术复杂性、组织复杂性、环境复杂性）与17 个二级评价指标的重大工程项目复杂性定量评价指标体系，在此基础上，运用ANP 模型确立各指标权重并归纳各指标具体计算方法，进一步提出重大工程项目复杂性计算公式，并通过案例分析验证了模型的有效性，实现重大工程项目复杂性定量评价。项目复杂性定量评估使得评价信息来源明晰、准确与可靠，建立含项目整体层、复杂性维度层和评价指标层的三层次复杂性管理策略体系，既实现了对项目整体复杂性的宏观把控，又有助于明确复杂性管理方案中的重点控制维度及具体措施。

但对重大工程复杂性评价信息的掌握还需考虑时效性。后期研究可考虑将评价指标体系与建筑信息模型（BIM）相结合，构建重大工程项目复杂性动态评价系统。随着项目建设周期中关键时间节点的推进，多轮次提取BIM 模型中的各类属性信息，并将其与复杂性评价指标进行关联，实现重大工程项目复杂性的动态评价与实时反馈，便于项目管理人员根据评价结果不断调整管理策略，进而实现项目绩效的可持续优化。