基于系统动力学的医院建设项目概算影响因素仿真研究

张国宗，牟晓丽

（北京建筑大学 城市经济与管理学院，北京 102600，E-mail：m19863815072@163.com）

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035 年远景目标纲要》把保障人民健康放在优先发展的战略位置，要求全面推进健康中国建设，以公立医疗机构为主体，非公立医疗机构为补充，扩大医疗服务资源供给[1]。《医疗机构设置规划指导原则（2021—2025 年）》则提出完善城乡医疗服务体系、加快完善分级诊疗体系、构建优质均衡高效的医疗服务体系、建立健全分级分层分流的重大疫情救治体系等八大总体目标，并明确了2025 年全国医疗机构设置规划主要指标[2]，反映了我国对医疗卫生基本建设项目的迫切需求和高度重视。医院建筑不同于一般建筑，其具有专用性强、功能需求多、医疗流程复杂等特征[3]，综合医院投资一般是普通办公楼工程投资的2 倍~2.5 倍[4]。由于其专业性、科学性、复杂性等特点，医院基本建设项目往往出现投资超概算问题。有效控制医院建设项目超概是一个亟待解决的问题，国家陆续出台一系列政策和规范，明确项目概算的编制、核定、调整、控制等方面的要求和程序。其中，《政府投资条例》强调了项目概算在政府投资项目投资控制中的基础性、指导性作用；《中央预算内直接投资项目管理办法》规定了项目概算调整的条件、幅度、程序和责任等。尽管如此，医院建设项目的超概现象仍然难以有效遏制。

近年来，国内外学者针对建筑行业中的建设成本问题进行了相关的研究。在成本分析方面，张沈生等[5]运用系统动力学模型对建设项目设计阶段造价影响因素进行研究，分析得出设计阶段造价的主要影响因素包括工艺设计、建筑设计、总平面设计、工程量、市场因素等。纪旭阳[6]将研究聚焦于工程建设的可研阶段，基于大量案例总结出了工程造价的主要影响因素，并从定性与定量两个角度对因素进行划分，在此基础上引入多元回归模型，得到一个可以精准预测工程造价的估算模型。在成本预测方面，Kouskoulas 等[7]通过建立指标体系并对其进行量化处理，运用多元线性回归模型建立了将区域、全国物价、建筑物类型、高度、质量及建造技术等作为指标参数的预测模型，用来对不同地区、不同类型的建筑造价进行预测。蔡振禹等[8]以建筑工程成本影响因素为切入点，通过主成分分析法建立了指标变量与建筑工程成本之间的线性关系，为后续成本预测的研究打下了基础。Kantianis 等[9]分析现有平面形状复杂度指标和一般设计形态参数与总建设成本的关系，开发多元线性回归（MLR）和人工神经网络（ANN）模型预测建筑成本，分析表明，85.7%的过去项目具有高度的设计复杂性，导致昂贵的初始决策。在成本问题方面，孟雨[10]将研究视角具体聚焦于医院建设项目这一微观维度，对项目建设的施工阶段成本超支的影响因素进行分析与评价，并提出了部分改进措施意见。Wenwen Xie 等[11]将研究主体进一步扩大至建设项目，使用模糊合成评价（FSE）方法对中国建设项目成本超支的关键因素展开研究，发现市场价格变化、国家政策变化和汇率波动是影响建筑成本的最主要因素，在此基础上建立了我国建设工程成本超支关键因素的模糊模型。

然而，现有研究大多侧重项目建议书和可行性研究阶段的估算或实际施工阶段的成本管控，对于初步设计阶段的概算研究不够重视。且大多将研究视角放在宏观领域或房地产建筑这一微观领域，而对大型医院建设项目的概算研究不够深入。本文在估算研究的基础上结合初步设计阶段的相关设计资料，通过文献分析、案例总结与行业内专家意见对大型医院建设项目概算形成及影响因素进行识别，运用系统动力学形成项目概算模拟器，为后续进行概算编制及相关部门进行概算审批提供理论基础。

1 医院建设项目概算影响因素识别

1.1 影响因素识别与筛选

为了科学且有效地识别出影响医院建设项目工程概算单方造价的因素，本文通过灰色关联度分析对影响因素进行筛选[12]。根据近5 年建成的医院建设项目，结合文献检索工程造价影响因素文献，确定了18 个影响因素。邀请10 名行业内专家与学者（包括3 名造价工程师、2 名工程咨询师、2 名医院基建科工程师、3 名高校教授，所有专家与学者均为硕士研究生以上学历，具有10 年以上相关领域工作经验）这对18 个影响因素的重要性与适用性进行打分。使用SPSSAU 进行均值化分析，将最低入选标准设定为关联度大于0.5，经过分析后剔除“设计人员水平”“建设周期”“初步设计深度”3 个影响因素。将剩余的15 个因素作为本文工程概算单方造价的影响因素，如表1 所示。

表1 影响因素及关联度分析

1.2 关联度结果分析

通过灰色关联分析得出15 个影响因素的标准化路径系数，其排序如下：建筑方案设计质量（0.941）>设计选型档次（0.938）>材料设备标准（0.933）>项目复杂程度（0.785）>场地条件（0.778）>区域经济发展水平（0.770）>总平面图设计质量（0.759）>建设目标（0.741）>医疗工艺设计质量（0.732）>功能定位（0.668）>工程费政策变化（0.668）>工程建设其他费政策变化（0.630）>建设规模（0.566）>医院发展规划（0.566）>限额设计价值管理（0.504）。可以看出，建设方案设计质量、设计选型档次及材料设备标准的路径系数均超过0.9，这三方面内容对造价产生的影响较大。因此，在项目前期的初步设计阶段中，应重点关注建筑方案设计、设计选型档次等关键因素，加强对这些因素的把控和管理工作。实际上，在项目前期的初步设计阶段中，建筑方案设计等设计因素的确是工程造价产生浮动的主要原因。设计对工程造价的影响可达75%以上。设计质量的好坏直接影响到施工建设费用的多少和项目建设历时的长短，也直接决定项目建设过程中对人力、物力和财力投入的需求[13]。

2 医院建设项目概算影响因素分析

根据上述影响因素的筛选，进一步分析影响因素的作用机制与相互关系。以建设规模、建设目标、功能定位及建筑方案设计4 个影响因素为例对其因素间的作用机制与相互关系展开分析。

（1）建设规模。是指项目的建筑面积、床位数、科室数等，其反映项目的规模大小和服务范围。不同的建设目标和功能定位的项目需要满足不同层次和类型的医疗需求，从而确定建设规模。一般大型综合医院的建设目标为提供全方位、高水平、多学科的医疗服务，而小型社区医院的建设目标则只需提供基本、便捷、常见的医疗服务。因此，建设目标和功能定位会对建设规模产生正向影响，即目标和功能越高，规模越大。

（2）建设目标。是指项目达到的服务水平和业务方向。不同层次和类型医疗需求的项目需采用不同的建筑形式、空间布局等，从而确定不同的建筑方案设计和医疗工艺设计。一般高端专科医院的建筑方案设计需要突出其特色和形象；而普通综合医院的建筑方案设计需要注重其实用性和经济性。因此，建设目标会对建筑方案设计和医疗工艺设计产生正向影响，即定位和方向越高，设计要求越高。

（3）功能定位。是指项目要满足的医疗需求和服务对象，会对医疗工艺设计产生影响，不同定位的医院建设需要不同的流程设置等。以急诊为主要业务的医院，其医疗工艺设计重点在于优化急诊流程和资源配置；以门诊为主要业务的医院，其医疗工艺设计重点优化门诊流程和资源配置。

（4）建筑方案设计。是指项目的平面布局、立面造型、结构形式、管线系统等，其反映项目的技术水平和质量要求。不同水平和要求的项目需要使用不同档次和数量的材料、设备等，从而确定不同的投资概算和工程量。一般来说，采用钢结构、玻璃幕墙、智能化系统等先进技术的项目，其投资概算会高于采用混凝土结构、砖墙、传统系统等常规技术的项目；采用单元式布局、多层分区、分散输送等复杂流程的项目的工程量会大于采用集中式布局、单层分区、集中输送等简单流程的项目。因此，建筑方案设计会对投资概算和工程量产生正向影响，即水平和要求越高，造价和工程量越大。

3 系统动力学模型的构建与分析

3.1 构建因果反馈模型

根据上文对影响因素的作用机制与相互关系的分析，系统地绘制出因果回路图如图1 所示，以便综合反映影响因素之间的因果关系和反馈机制。

图1 因果关系图

3.2 构建存量流量模型

系统动力学流图是在因果关系图的基础上进一步区分变量的性质，更加直观清晰地表明系统要素之间的逻辑关系。因此，在构建医院建设项目投资概算形成与影响机制因果关系图的基础上，确定状态变量L，由于状态变量L 是一个累积量，概算工程费单方造价等4 个因素具有时间上的累积性，故将其确定为状态变量L，并引入速率变量R 和辅助变量A，利用存量流量图（见图2）对系统中各影响要素之间的逻辑关系进行分析。

图2 存量流量图

3.3 确定系统动力学方程

3.3.1 专家赋权法确定各个影响因素指标权重

权重系数中包含了3 个重要的基本因素，对象因素、目标因素及权重关系，这3 个基本要素构成了一个权重系统[14]，根据本文构建的系统动力学模型得出此模型中包含了多个权重系统。采用专家赋权法对方程的权重系数进行综合考量。本文研究对象为医院建设项目，具有主体性，不同医院具有不同特点，因此专家赋权时不能完全依赖自己的主观判断，而要考虑对象因素和目标因素之间的客观内在关系，保证权重系数的客观性和合理性。权重赋值情况如表2 所示。

表2 方程参数及汇总表

3.3.2 确定系统动力学初始数据

本文指标体系的构建涉及到定量指标与定性指标，定量指标数据通过《中国统计年鉴》与各省市住建厅获取，部分项目概算数据直接从该项目负责人获取，定性指标则通过专家组统一研判，其制定一套适合各个项目实际的评分调查问卷，为保证数据的客观性与可行性，邀请多个项目负责人依据此评分调查问卷对项目进行打分，项目负责人主要包括医院基建科工作人员和施工单位管理人员。

3.3.3 建立系统方程式

存量流量图并不能直接反映出各影响因素之间的数量关系和动态变化，因此还需建立数学模型和仿真模型来进一步分析医院建设项目投资概算形成与影响机制的系统动力学特征。根据因果关系图、存量流量图及确定的各因素性质，确定模型中的参数及方程。方程汇总如表2 所示。

4 系统动力学仿真模拟

4.1 模型的有效性检验

本文以TS 医院与HB 医院为对照案例进行模拟仿真，并选取后者为标杆项目，两项目基本数据如表3 所示。

表3 项目基本数据

通过对两医院建设项目基本建设情况进行调研，在得到的客观数据基础上依据评分标准得到其评价值，这个值即初始值和常量，运用Vensim PLE开展仿真模拟，取初始时间（INTIAL TIME）为0，终止时间（FINAL TIME）为1，时间单位为天，步长（TIME STEP）为1。具体模拟数据如表4 所示。

表4 仿真模拟结果

经过模型的仿真运算可知，TS 医院概算工程费单方造价模拟值超出概算工程费单方造价实际费用比例为0.65%，偏差较小，模型可以较准确地反映出概算工程费单方造价。TS 医院项目概算单方工程建设其他费用模拟值超出项目概算单方工程建设其他费用实际费用比例为2.13%，偏差较小，模型可以较准确地反映出概算工程建设其他费单方造价。

4.2 灵敏度分析

灵敏度分析是指通过改变系统内某一变量的状态或输出变化，来观察其对其他变量变化的敏感程度，进而确定该变量对于整个系统模型的影响程度。本文经灰色关联分析后确定建设方案设计质量及设计选型档次对于项目建设成本具有较大影响力，因此选取这两个因素作为灵敏度分析的对象。

（1）建设方案设计质量。在设计选型档次保持不变的前提下，将建设方案设计质量由90 分调整至80 分和60 分，得到第一次调整和第二次调整的仿真结果，如图3 所示。

图3 改变建设方案设计质量的影响程度变化

（2）设计选型档次。在建设方案设计质量保持不变的前提下，将设计选型档次由90 分调整至80 分和60 分，得到第一次调整和第二次调整的仿真结果，如图4 所示。

图4 改变设计选型档次的影响程度变化

设计选型档次对于概算工程费单方造价形成值具有正向影响，对项目概算单方工程建设其他费用形成值没有影响。设计选型档次的降低使得项目所需的材料、设备、人工等资源的档次和数量低，从而降低概算工程费单方造价；而设计选型档次不影响项目所需的场地、水电、管理等其他费用，因此对项目概算单方工程建设其他费用形成值没有影响。

4.3 结论与建议

本文基于系统动力学建立了医院建设项目概算影响因素的仿真模拟模型，针对影响因素识别及模型模拟结果得出以下结论：

（1）通过文献分析、案例总结和专家意见，识别了15 个影响医院建设项目概算的因素，并分析了其作用机制和相互关系，为构建系统动力学模型提供了基础数据和理论依据。

（2）基于系统动力学理论，构建了医院建设项目概算形成与影响机制的因果反馈模型、存量流量模型和系统方程式，并以两个实际案例为对照进行模拟仿真，验证了模型的有效性和可靠性。

（3）通过模拟仿真，发现建筑方案设计质量和设计选型档次是最重要的影响因素，对医院建设项目概算有显著的正向影响，应当在项目前期阶段重点考虑和优化。

（4）通过模拟器，能够在有限信息的情况下快速且准确地测算出不同医院建设项目的设计概算，为后续进行概算编制与概算审批提供了理论依据，同时根据模拟器结果也能为项目前期投资决策阶段提供支持或建议。

基于本文的研究结果，对未来工程造价有以下几点启示和建议：

（1）应该注重系统性和动态性，运用系统动力学等方法，从整体视角出发，分析工程造价形成过程中各要素之间的相互作用和反馈关系。

（2）应该注重模拟仿真和数据分析，运用Vensim 等软件，根据不同的工程特征和条件，进行多方案比较和敏感性分析，找出最优的工程造价方案。

（3）应该注重优化控制和风险管理，运用限额设计价值管理等方法，通过优化设计方案、控制设计变更、提高设计质量等措施，降低工程造价，并注意关注政策变化、市场波动等因素对工程造价的影响，及时调整工程造价策略，减少风险。

5 结语

本文从医院建设项目概算的形成及影响因素出发，运用灰色关联度方法对影响因素进行筛选分析，结果发现建筑方案设计质量、设计选型档次和材料设备标准是最重要的影响因素，应用系统动力学理论对医院建设项目概算进行了分析，为医院建设项目概算的形成和影响机制提供了一个系统性的分析框架，揭示医院建设项目概算的内在规律和特点，对医院建设项目概算的编制和审批有一定的理论指导和引导作用，但本文在模型验证及政策建议方面仍有不足，是未来研究的重点方向。目前中国处于造价行业变革的关键阶段，未来研究可在以下两方面展开：一是进一步完善和优化系统动力学模型，增加更多的影响因素和反馈机制，提高模型的适应性和准确性，并通过实际案例进行模型验证和效果评估；二是探讨并提出针对不同类型和规模的医院建设项目概算的政策建议和管理措施，促进医院建设项目概算的合理化、规范化和科学化。