研究领域：超级工程项目，复杂系统工程，复杂性，涌现
GuruMadhavan,AltonDRomig,Jr,RichardAMeserve等|作者
刘培源|译者
目录
一、引言
二、问题
三、解决方案可能性
四、前景
1982年，波士顿市开始规划一个隧道项目，该项目将城市的中央主干道I-93重新定向至一条长1.5英里、穿越市中心地下的隧道。这个被通称为“大挖掘”（theBigDig）的项目，最初预计的总成本为28亿美元，并计划于1998年完成。然而，实际上，工程的施工拖延至2007年，而且最终的费用预计将在2038年前达到220亿美元，包括利息。
图1.美国能源部牵头、美国国家科学院撰写的《为美国新型和先进核反应堆奠定基础》报告于2023年发布，讨论了美国如何通过一系列近期政策和实践支持先进核反应堆的成功商业化。该报告的建议解决了缩小技术研究差距、探索新业务用例、改进项目管理和建设、更新法规和安全要求、优先考虑社区参与、加强熟练劳动力以及开发有竞争力的融资选择的需要。
在大型超级项目中投资，赌注巨大。全球每年在大型项目上的投入约为6至9万亿美元，这个数字相当全球各国国内生产总值（GDP）的大约8%，而且这个比例每年都在增加[3]。对美国来说，这个挑战尤为突出，因为最近刚刚通过了一项1万亿美元的基础设施改善法案。除非我们能够找到实用的措施，确保大型项目能够按时、按预算完成，并带来预期的效益，否则可能会浪费大量资金，一些重要的大规模项目甚至可能永远无法完成。因此，对于大型项目及其对工程领域的影响，我们急需明确两个基本问题的答案：是什么导致了它们的成本超支和延误，以及未来我们可以如何避免或最小化这些问题？在这个视角中，我们将分别探讨这些“问题”和“可能性”。
简言之，大型项目的规模和复杂性带来的挑战，在质量和数量上都与小型项目所遭遇的截然不同。要成功应对大型项目的问题，就必须深入理解并妥善处理这些挑战。这些挑战可以归纳为三大类别。首先，技术挑战使得设计、建造及维护大型项目比起小型、较不宏大的项目更具困难性。其次，大型项目的规模、成本和复杂性引发了各种组织、政治和社会问题，这些问题可能妨碍项目的开发、建设和运营。最后，许多工程师、设计机构和建筑公司缺乏应对大型项目所需的培训、专业知识或经验。
（1）技术挑战
大型项目的规模，尤其是复杂性，带来了与小型项目中工程师所遇到的挑战在质性上的不同。在这两个因素中，复杂性是最富挑战性的设计问题的根源。从技术角度看，复杂性与单纯的复杂是有区别的。如鲁布·戈尔德堡机械装置（RubeGoldberg），它由众多部件串联而成（杠杆、球沿滑槽滚动等），其中一个部件的动作会触发下一个部件的动作，这种设备虽复杂，但并非是复杂系统。因为其结果每次都一样。相较之下，复杂系统的各部件以一种使系统行为难以预测的方式相互作用。例如，一个部件的故障可能导致整个系统以完全无法预见的方式运作，甚至发生灾难性失败，就如挑战者号航天飞机因为O型环冻结而爆炸。
不成功的大型项目的一个特征是，项目在设计尚未完成就被允许启动。然后随着问题的出现，延误变成了常态，从而带来项目管理的风险。更甚的是，完成项目规划以实现可靠的成本和进度估算的重要性常常被忽视。一个恰当的项目计划应明确为支持开发和验证活动所需的各项行动。它应包含一份风险管理计划，详细列出减少因无法执行的设计、零部件或人员短缺，或者工程开发和验证工作不完备导致的失败可能性和（或）后果的活动。
这些技术挑战并非无法克服，在理想世界中，它们可以被有效应对。然而，大型项目建设所处的现实环境往往远非理想。这些技术挑战还受到项目的组织、政治、社会和专业环境等其他问题的放大。
（2）组织、政治和社会因素
一个很好的例子是所谓的“崇高”所施加的影响。大型项目对工业化社会的人们具有强大的吸引力。它们的规模和力量唤起人们的敬畏和惊奇，同时也让人们为人类能设计和建造如此令人赞叹的事物而感到自豪。这种敬畏和欣赏的情感被称为技术崇高[5,6]（technologicalsublime），类似于被大自然的壮丽，如尼亚加拉瀑布的力量和美丽，或者大峡谷的宏伟所激发的感觉。当然，不同的是，尽管无法创造出尼亚加拉瀑布，但只要付出足够的努力和资源，人类确实有能力建造出三峡大坝。
研究已经表明，技术崇高能够影响对大型项目的决策，包括是否进行以及项目的具体细节[7]。创造一个庞大、强大、美丽或令人印象深刻的物体，并将其献给世界，这种无比吸引人的魅力有助于解释为何一些大型项目会得以建设，即便从经济角度对其成本和收益进行明眼的分析，可能会得出它们并非特别好的投资。
大多数项目销售的压力，使得成本和进度预测过于乐观，这一点甚至超过了工程师的积极倾向。这一点进一步被忽视（或忽略）开发风险的需求所加剧。例如，在航天飞机计划中，这种心态明显，部分可重复使用的发射器是在最初的全面可重复使用的概念被认为无法承受之后的妥协。与阿波罗计划相比，工程师的态度和开发方法与航天飞机开发过程中持续的“推销”有着鲜明的对比。对于阿波罗计划，不需要销售；这是一个国家的承诺。工程师和项目经理愿意公开承认，这是我们深感担忧的新领域，而在航天飞机上并非如此。为了推销该航天飞机计划，人们认为有必要争辩：航天飞机的开发就是逻辑上的下一步，对此科学共同体已经做好了充分的准备。更糟糕的是，决定将航天飞机作为美国进入太空的唯一方式。这个决定极大地增加了风险后果，但没有尝试降低灾难性损失的概率。一个适当构建的开发和验证计划（也称为“DVP，developmentandverificationplan”）将允许重新考虑重大设计决策。例如，禁止无人试飞的航天飞机设计是否明智？但由于航天飞机设计只能使用逐段验证来评估，对于一个全新的概念来说，这是一种冒险的方法。
（3）专业素养和能力
大多数关于大型项目出现问题的讨论都集中在技术挑战、组织和政治上的不足。然而，工程师和工程组织并不完全无辜。诚然，即使设计完美，也不能保证大型项目的建设能顺利进行，但简单的事实是，大多数工程师和工程机构在处理如今日益普遍的复杂大型项目时并没有做好充分准备。
基本问题在于，很少有人和组织拥有处理大型项目的经验或培训，因此他们往往在工作中学习，尤其是因为大多数项目都是定制的，与已经进行的其他大型项目存在重大差异。此外，这些项目通常采用定制的技术和设计。因此，参与其中的规划者和设计师往往将它们视为非标准的，并假设他们将无法从其他项目的经验中学习[10]。进而，原本可避免的错误就会发生，而从这些错误中可能吸取的教训很少能传递给未来从事类似项目的人员。
一个典型的大型工程项目需要跨越多个领域的经验和能力，包括金融、经济学、社会学、环境政策、政治科学、文化人类学、行为科学和公民参与。然而，负责人往往缺乏领导跨学科项目所需的背景和培训。此外，项目的复杂性使得工程师对将用于项目建设的流程有一定的熟悉度更加重要；没有这种熟悉度，工程师可能会设计出无法以合理价格和及时方式建造的方案。项目越大、越复杂，工程管理人员在不同学科之间移动或与其他专业领域的人进行沟通的能力，以及寻求这种沟通的意愿，就越重要。
同样地，尽管技术娴熟，大多数工程师并不习惯于在设计中思考复杂性和涌现性行为。标准的工程设计假设可以完全指定构建对象的行为——只需考虑一定的小不确定性，并且可以通过检查设计的潜在故障模式，至少从统计学角度来预测故障的发生。然而，由于其复杂性，大型项目打破了这些规则。重大故障更有可能是由于对罕见但并非完全不可能的一系列事件的意外响应。对于一个系统的复杂性及其可能的后果不敏感的工程师很容易开发出一个设计，尤其是在一个大型的、多组件的、多成分的系统中，该设计在大多数情况下都能按计划运行，但当事件以恰好错误的方式对齐时，可能会出现巨大的故障。
在思考如何应对影响大型项目的多个问题时，将解决方案分类与问题分类相平行是有帮助的：技术方法、社会政治组织方法以及提高工程师和工程组织应对大型项目能力的方法。
（1）通过技术方法
例如，某些设计决策可以降低项目的复杂性，从而减少涌现行为或导致失败的意外事件序列的可能性。这样的设计之一就是将大型项目分解为尽可能少交互的多个部分。这种策略在多方面都有所助益。它通过降低整个项目的复杂性——特别是减少或最小化需要考虑的交互，从而减轻了工程师的负担，使他们能够专注于各个部分的独立设计。此外，项目的不同部分会有不同的约束和要求。例如，有些部分需要快速变化，而其他部分则有较大的惯性。通过将项目解构为基本可以独立运行的功能子系统，工程师可以让每个子系统在其自身最有效地运行。然而，即使采用这种“模块化方法”，只有在能够准确预见各个模块间的交互作用时，风险才能降低。例如，航天飞机的设计就采用了模块化方式，但在发射过程中出现的意想不到的相互作用导致了失败。因此，有些团队成员需要对整个项目进行全面分析，以确保考虑到任何整体效应。这种方法应有助于促进最有前景的改进机会。
更普遍地说，高效的系统工程能力和技能对于设计和运营达到预期表现的大型项目至关重要。这种更广阔的视角对于开发考虑到项目整体复杂性以及设计各部分如何相互交互的设计是关键。
（2）通过社会、政治和组织方法
在大型项目中允许不同团队承担各自的任务，但相互之间的互动交流却很少，这样往往会导致问题在交接处暗藏，直到一切无法挽回才被察觉。对大型项目实施全面的策略，这是一项组织问题。例如，一位高效的项目经理可以确保项目的各个组成部分得到良好的协调，同时负责这些部分的人员能保持紧密的沟通。
此外，紧密连接并协调大型项目的设计与建设阶段是非常重要的。在大多数项目中，设计与建设是分割开的，选定一方进行设计工作，另一方进行施工，两者的选择都基于他们的成本预算。理想情况下，设计与施工的承包商应尽可能紧密地协作。如果他们是两个独立的实体，早期选择建设公司以便在设计初期就与设计师合作是有益的。一种做法是先选定施工承包商，再由该公司选定设计师，这有助于确保两者之间的紧密协作，但在这种情况下，业主对设计的参与度就会降低。另一种方法是首先确定整体设计，然后将大部分详细设计工作交给施工承包商，再由他们与原设计师一起监督剩余的设计工作，确保其符合最初的构想。无论选择哪种方式，目标都是让设计和施工阶段更多地以合作的方式进行，而不是作为独立的任务。
另一种可能的做法是对已完成的项目设计进行独立的同行评审。这样的评审可能会考虑的因素包括：设计是如何最终确定的；进行了哪些后期设计变更，以及可能产生的改进或错误；设计的实用性（从初始概念到组装）；确保充足的安全裕度（并允许进行小幅度的修改，而无需额外的分析和评审）；以及环境健康和安全设计的考虑因素[2]。
（3）提高专业素养和能力
如今的大型项目已经不仅仅局限于建筑。它们可以包括联合攻击战斗机项目和其他国防项目、大坝、风力发电场、高速铁路系统、机场、重大科学项目（例如詹姆斯·韦伯太空望远镜和国家点火设施核工程）、重要的信息和通信技术系统，甚至包括一些大型集装箱船和客轮。每个项目都伴随着风险和不确定性，我们只能管理那些我们愿意承认的风险；那些选择性忽视的风险，终将成为我们的困扰。
多年来的众多评估表明，各类基础设施都接近或已超过其使用寿命，而且对它们的需求已超出最初预期。同时，气候变化的影响，包括海平面上升、极端天气（旱灾和洪灾）以及我们经济需要脱碳的紧迫性，使得在新基础设施上的巨额投资成为了紧要之需。面对如此巨大的挑战，许多对公众福利至关重要的大型项目必须可靠、成功、经济、公平且及时地完成。过去大型项目的诸多失败，要求我们必须采取更为负责任的工程方式。系统工程行业必须挺身而出，迎接这一挑战。
参考文献
1.HonoreM.2021August9.Forcostoverruns,HonoluluRailisinaleagueofitsown,newdatashows.HonoluluCivilBeat.[webpage,accessed2023Aug].
2.NationalAcademiesofSciences,Engineering,andMedicine.2023.LayingthefoundationfornewandadvancednuclearreactorsintheUnitedStates.Washington(DC):TheNationalAcademiesPress.
3.FlyvbjergB.2014.Whatyoushouldknowaboutmegaprojectsandwhy:anoverview.JProjManag.45(2):6–19.
4.MadhavanG.2022.Thegrindchallenges.IssuesSciTechnol.38(4):17–19.
5.MarxL.1964.Themachineinthegarden:technologyandthepastoralidealinAmerica.NewYork(NY):OxfordUniversityPress.
6.NyeDE.1994.Americantechnologicalsublime.Cambridge(MA):MITPress.
7.FrickKT.2008.Thecostofthetechnologicalsublime:daringingenuityandthenewSanFrancisco–OaklandBayBridge.In:PriemusH,FlyvbjergB,vanWeeB,editors.Decision-makingonmegaprojects:cost–benefitanalysis,planning,andinnovation.Northamton(MA):EdwardElgar.p.239–262.
8.HirschmanAO.1967.Theprincipleofthehidinghand.ThePublicInterest.No.6(Winter):10–23.
9.FlyvbjergB,SunsteinCR.2016.Theprincipleofthemalevolenthidinghand;or,theplanningfallacywritlarge.SocialRes.83(4):979–1004.
10.SderlundJ,SankaranS,BiesenthalC.2017.Thepastandpresentofmegaprojects.JProjManag.48:5–16.
原标题：《规模与复杂性视角的超级工程：在大型工程项目中实现有效交付》