Using systems dynamics to better understand change and rework in construction project management systems

P.E.D. Lovea,*, G.D. Holta, L.Y. Shenb, H. Lib, Z. Iranic

aSchool of Management Information Systems, Edith Cowan University, Churchlands, Perth, WA 6018 Australia

bDepartment of Building and Real Estate, Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong

cDepartment of Information Systems and Computing, Brunel University, Uxbridge, UK

Received 20 November 2000; received in revised form 15 February 2001; accepted 17 April200

Abstract

The management of construction is complex enough without changes (e.g. todesign specification/client requirements), yet it is a familiar characteristic of in construction projects. To effectively manage change, project managers have to undertake detailed planning; to integrate the work activities of consultants, subcontractors and suppliers. In this context, changes are unplanned disturbances that (typically) interfere with the intended progression of work. Given this interferencersquo;, what are the consequences of such disturbances on project performance and how can/do/should project managers deal with changes effectively? This paper describes how changes (and their actions or effects otherwise known as dynamics) can impact the project management system. Using a case study and the methodology of systems dynamics, the major factors influencing a projectrsquo;s performance are observed. The need for understanding of how particular dynamics can hinder the performance of a project management system are highlighted. # 2002 Elsevier Science Ltd and IPMA. All rights reserved.

Keywords: Change; Project management; System dynamics; Dynamics; Rework; Variation

1. Introduction

Both the internal and external environments of construction projects are dynamic and relatively unstable. Changes that occur during a projectrsquo;s development may have significant and often unpredictable effects on its organization and management. Thus, project managers must react appropriately to change and understand how it can influence the behavior of the project system. Only then can changes be managed effectively.

Typically, project organizationsrsquo; comprise team members from different organizations who engage the project at different points in time to form a temporary multi-organization [1], or an ephemeral shifting coalition [2]. Relationships between team members are governed formally by the contract(s) but are supplemented and moderated by informal understandings and protocol that have evolved over time; very often to cope with unforeseen difficulties. The latter characterize construction [3] and numerous studies [4,5] have identified these uncertainties. The nature of relationships within a project team is one of lsquo;independent autonomyrsquo; with interdependence and uncertainty being inherent characteristics.

Project organizations are subject to an array of influences, from regulatory control to political and industrial intervention [6]. To deal with uncertainty, various tools and techniques (such as risk management) have been introduced; focusing on risk identification, risk analysis and risk response [7]. However, risk management assumes that risk factors can be identified and evaluated before they occur, and that necessary response strategies (or preventive methods) can be applied, particularly, through contractual arrangement [8]. In order to ascertain

risk throughout a projectrsquo;s life cycle, a complete understanding of the complexity and dynamic nature of the construction environment is called for.

2. System dynamics

Idiosyncratically, a project organization comprises of functionally interdependent entities; each striving to achieve a set of identifiable goals [2]. The composition of a project organization can essentially be viewed as a system; so in the context of systems theory, the focus is upon how sub-systems interrelate to pursue and achieve these goals [9]. With this in mind, project management can be considered a sub-system, with planning, organizing, controlling, and co-ordination of project activities, being inherent characteristics.

The inputs to this sub-system are identification and development of a clientrsquo;s objectives (e.g. utility, function, quality, time, cost), project resources (e.g. staff, materials, labor, plant, finance), and the formalization of relationships between these variables. The ultimate system

output is a completed project, which (hopefully) satisfies the clientrsquo;s objectives. Constructionrsquo;s dynamic environment means that the relationships between variables can be vicissitudinous in nature. Consequently, this may become a barrier to the project manager inasmuch as the project organization rsquo;s responsiveness to change may be inhibited by its organizational structure [10].

Building on the concept of systems and contingency theory, Stoner et al. [11] used the term dynamic engagement to describe the modern construction project management system. Stoner et al. suggest that managers need to re-think the way in which activities are performed in the face of unprecedented external changes. Dynamic engagement emphasizes how managers react

to change over time. By being able to understand the implications (of type and rate) of change, managers are better able to adjust to the environment within which they operate. Invariably, a project will experience changes (e.g. design changes and omissions) so resultantly, contingencies and construction buffers often represent a mechanism for anticipating such. When unexpected

changes do occur, the planning, organizing, motivating, directing, and controlling of construction can become an arduous and problematic task.

Construction project management (CPM) is a unique discipline with its own tools and techniques. Traditio

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利用系统动力学深入理解建筑项目管理系统的变化和再造

P.E.D. Lovea,, G.D. Holta, L.Y. Shenb, H. Lib, Z. Iranic

A School of Management Information Systems, Edith Cowan University, Churchlands, Perth, WA 6018 Australia

bDepartment of Building and Real Estate, Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong

cDepartment of Information Systems and Computing, Brunel University, Uxbridge, UK

Received 20 November 2000; received in revised form 15 February 2001; accepted 17 April200

摘要：

施工管理在没有变化的情况下已有足够的复杂度（例如设计规范/客户的需求），这是建筑项目的一个令人熟悉的特点。为了有效地对变更进行管理，项目经理必须进行详细的规划，整合的顾问，分包商和供应商的工作活动。在这种情况下，变化是计划外的（通常）影响工作预期进展的干扰。这种干扰对于项目绩效的影响结果是什么，以及如何让目管理处理这种干扰？本文介绍了变化是如何影响项目管理系统，使用案例研究和系统动力学的方法，对主要影响项目绩效的因素进行观察。

关键词：更改，项目管理，系统动力学，动力学，重构，变异

1. 介绍

内部和外部这两种建设环境是动态的，相对不稳定的。一个项目发展过程中发生的变化会对它的组织和管理产生显著的，不可预知的影响。因此，项目经理必须通过适当的反应来适应和理解它如何影响项目系统的行为。只有这样，才能改变进行有效的管理。

通常情况下，项目组织包括来自不同团队，不同时间接触项目的成员，以形成一个临时的组织或联盟^[1]。团队成员之间的关系通过合同管理，但多数时候是由补充和日渐完善的非正式协议来管理，以应对不可预见的困难^[2]。通过对后者定性结构和大量研究已经确定了这种不确定性^[3]。项目团队内部关系的本质是一种“独立自治”与相互依赖性和不确定性的体现^[4][5]。

项目组织是承受一系列影响的对象，这些影响来自政治的监管控制和工业领域的干预。为了应对不确定性，已经出台了各类工具和技术（如风险管理），注重风险识别，风险分析和风险应对。然而，风险管理是假定风险因素可以识别且发生在评估之前，而必要的应对策略（或预防方法）能够被应用，特别是通过合同进行管控。这是为弄清整个项目生命周期风险复杂性和施工环境的动态性而进行的必要工作。

1. 系统动力

每个项目组织包括功能相互依存的实体，以及一个可实现的具体目标^[6]。一项项目的组织结构可以看做是一个系统，所以在系统理论的背景下，重点关注的是在子系统中如何相互关联，以追求和实现这些目标^[7][8]。考虑到这一点，项目管理可以被视为一个子系统，规划，组织，控制，和项目活动的统筹，是固有的特性^[9]。

系统的输入是用来识别和客户的目标发展（如工具，功能，质量，时间，成本），项目资源（如人员，物资，劳动，工厂，金融），以及它们之间关系的形式化变量。

系统的输出是完成客户目标项目的结束。建设充满活力的环境，意味着变量之间的关系在本质上可以变化的。因此，这可能会成为一对项目经理是一个障碍，使组织的响应变化由于其组织结构受到抑制^[10]。

建立在系统和权变理论上，Stoner使用动态性的术语描述现代建设项目管理系统^[11]。Stoner等人建议管理人员需要重新考虑其活动在未有的外部变化面前进行的方式。动态参与强调管理者如何随时间的变化而做出反应^[12]。只要是能够理解的变化（类型和速度）带来的影响，管理者就能够更好地适应其所处的经营环境。不变的是，一项工程将经历的变化（如设计变更与遗漏）是可以预见的，突发事件和施工缓冲区往往代表预见这样的机制。当意外发生时，计划，组织，激励，指导和建设控制就变成一个艰巨而困难的任务^[13]。

建设工程项目管理（CPM）是一种独特的学科，它有自己的工具和技术。传统的控制机制（如工作分解结构，甘特图，PERT/ CPM网络，项目崩溃分析，权衡分析等）并不完全足够管理复杂项目。许多研究人员建议采用系统动力学方法规划项目活动，和决定在建项目的重构。此外，系统动力学方法，可以在战略层面提高决策。罗德里格斯和鲍尔斯[16]认为可以将如下项目的管理将进行分类：

1. 考虑给予与承包商公司的其余部分的特定项目的相互作用。这里最重要的考虑因素是该项目的目标是否与公司整体目标一致。
2. 管理主要关注的是单个项目的战略选择。例如什么是主要目标（里程碑）和组织结构的形式
3. 在这里，一个项目的目标，活动时间表，人力资源配置等具体细节，被认为是传统的CPM工具和技术，适合在leve3级处理，但无法完全解决1级和2个问题。

这便是SD的用途所在，即采取项目管理过程的整体视图。SD可以专注于信息的反馈，并提供一个方法，建模和分析复杂的工程系统。一个SD模型还可以结合技术，组织，人力和环境因素，而模拟随着时间的推移项目系统的主要成果的行为。本文介绍了变化，行为或效果，或称为动态，怎么能影响CPM系统^[14]。采用案例研究示例和SD方法，影响项目的性能的主要因素进行了研究。本文强调，需要理解特定的动态是如何对项目管理系统进行阻碍的^[15]。

1. 在建工程项目管理动力学

破坏一个项目系统动力的基本来源有两个：计划活动和不确定性。计划活动包括建立执行程序，日常责任管理，原料计划和工厂运营。这些活动会引发建设工作进度变化。

本文计划活动的动力被称为“参与动力学”，这与“意向动力学”在SD文献中经常使用的一个描述的代名词相似。术语“参与动力学”是首选，因为它假设观察到的行为是积极干预的直接结果。出席动力学可以通过正或负的方式影响项目的目标^[16]。正面影响将表明，通过政策干预，取得了一些项目的目标。相反，负面影响将表明，对项目目标的进度受到阻碍。同样，“非参与动态”或称为“意外动力学”，非常注重超出项目经理控制的因素。就像“参与动力学”，非参与动力也可以有积极和消极的影响。不确定因素或突发事件可以显著影响一个项目的运作;这样的事件既是改善又是阻碍项目的绩效。参与和非参与动力学并存于项目的整个生命周期。

1. 参与动力学

对于任何一个项目，一个项目管理团队通常建立一个主程序和要求开展的活动顺序。这些活动的动态，旨在实现管理目标。项目管理系统出现的主要动态包括：

1. 决策：决策是最重要的初始动力，并从大量参与项目过程中的专家中获取结果。决策是相互关联的项目组织和结构，这样的信息，反馈意见等，通过适当的贡献者（如顾问，现场经理，领班，分包商等），在适当的时间被决策者收到。
2. 工艺和技术：这些是实现任何系统的基本动力。它们包括员工的素质，管理技能，信息技术，以及各种设施和机器内（之间）参与项目的任何组织的水平。所采用的技术和应用它们的方法是实现组织和客户的计划目标的基础，但不同公司之间可能会有所不同。
3. 行为反应：个体的反应是对任何系统执行的直接动力因素。它们的作用是与激励，教育，角色关系，以及个人的目标和价值观密切相关。行为反应直接影响一个组织的绩效。在此背景下，表现可以通过有效的人力资源管理，充分的培训和人才发展计划得到改善。

项目结构：本项目采购路线基本上确立了其组织结构，分配具体的职责和权限对于人和系统。它还定义在项目结构各种元素之间的关系^[17]。一个项目结构和与之对应的约束合同建立起它的通信结构，这决定了信息流（反馈机制）和效果（主要是速度和可靠性）的决策过程。

1. 非参与动力学

非参与动力学最明显的特点是突发事件和不确定性引起的变化的表现，并因此潜在地影响绩效。例如，经济因素的一个变化可能会影响客户预算，迫使修改最初目标，非参与的CPM动力学的主要来源可分类为内部的不确定性或外部的不确定性。

• 1. 内部非参与性

主要内部非参与性体现在一下几个领域^[18]：

1. 项目相关的不确定性：包括区位条件，在合同中不确定性，不确定性的活动持续时间，不确定费用，不确定的技术复杂性，资源可用性和限制。
2. 组织 - 相关的不确定因素：不同的项目阶段需要不同的技能，不同的贡献者和其他资源。项目参与者通过施工过程中有所不同。
3. 金融相关的不确定性：公司的财务能力或政策可以改变。项目团队中的任何一方的改变财务状况影响，或者在极端情况下甚至危害项目的预期成果^[19]。
4. 利益相关的冲突：虽然所有项目参与者会努力实现项目目标，但学科成员之间的互动的约束和利益常引起冲突。这会阻碍在处理变化和绩效表现中的合作。

人类相关的不确定性因素：人的情况下需要对他们的心理情况进行处理，从而Fryer建议，需要一个应急的办法。人力资源的有效性受到个人特质，社会背景，宗教信仰，风俗习惯，生活方式，教育程度，工作条件等。

• 1. 外部非参与性

外部环境可以显著影响项目的系统。例如，改变政府法规（特别是在工作场所改革的背景下）。外部不确定性主要存在于以下几个方面：

1. 政府相关的不确定性：由政府通过的法令可能会让客户付出昂贵的代价，在调控变化的影响下也会影响承包商的盈利能力。例如，噪声控制政策的实施可能需要打桩作业，而不是使用气动作业。因此，任何额外的费用会或者由承包商，分包商承担，或传递到客户端。此外，在税收和利率的变化会影响项目的财务可行性或它的规划和执行
2. 经济方面的不确定性：不确定的通货膨胀率和利率，汇率变化等，可在现金流方面影响项目的材料和工资等成本，不断变化的经济条件也会影响竞争的状态，例如可用性金融，材料和劳动力。例如，高经济活动能产生高水平的需求，这可能导致在材料的短缺，而这又可能会延迟一个项目^[20]。类似这样的变化也可能会影响供应商的财务状况。
3. 社会的不确定性：公众可显著影响项目的结果。例如，从利用本国工人到利用海外建筑工人的阻力。此外，大楼的建设可能产生不良社会后果，由于其特殊的性质和部位。的社会环境变化也可影响个体的态度和行为，例如，在用于更好的工作条件的要求的条款。
4. 法律的不确定性：在立法上的变化可能直接通过新的安全法，规划法，建筑条例等的实施会影响客户的目标，这些变化将尤其影响现场的操作程序，最终，一个项目的程序员。立法的变化还可以通过引入新的判例法的先例，影响等各方之间的合同关系。
5. 技术的不确定性：新技术可以直接影响设计和施工。技术不确定性包括在使用材料，技术，劳动，设施，机器等的技术的变化的影响，可能会导致在重新设计的可能变化，并利

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