盛東偉

(山東省東明縣水務局,山東 東明 274500)

0 引 言

近年來,水利工程建設項目投資逐年增長,隨著智能化與控制技術的發(fā)展,逐步構建了區(qū)域互通、信息共享的整體框架,提升了智慧水利的發(fā)展高度。以菏澤市為例,菏澤市水利工程數(shù)量較多,項目大多面向黃河與淮河,其中小型工程存在諸多問題。在硬件設施滿足需求的情況下,各類技術與規(guī)則尚不完善,增加了水利體系改革的難度。其中,施工風險分析是管理與技術領域中需要推進的內(nèi)容。因為在物料與土木方案完善的基礎上,風險控制可降低施工過程中多種因素造成的損失。在風險控制中,工程所在地的氣候和環(huán)境條件影響著大部分的風險控制。而水利工程項目一般建在相對偏遠的地區(qū),這些地區(qū)的氣候及環(huán)境條件相對較為復雜。

為了科學而全面地評價工期風險,本文針對各種風險的權重進行探討,采用熵權法和層次分析法作為確定依據(jù),并根據(jù)灰色理論建立組合權重的評價模型。

1 水利工程工期風險識別

1.1 工期風險識別方法

風險識別是為了保障正常施工而尋找干擾因素,結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場風險對存在或可能存在的風險進行識別,其過程是通過感知和分析風險兩個環(huán)節(jié)分別進行的。作為后期評價風險的基礎,識別步驟影響著全局過程。具體來講,該過程的準確性和系統(tǒng)性會干擾最終決策,忽略任何一個因素都將造成工程不可估量的損失,因此從識別過程開始整個風險管理都有一定意義。

水利工程風險識別主要目的是定性找出影響施工的源因素,與其他工程不同,水利工程的風險因素是多方面的,且對不同階段的影響不盡相同。因此,現(xiàn)場勘查的同時還需要與一線施工人員進行交流,但若全過程覆蓋此方法,則會造成效率低下或成本過高的情況[1-2]。流程圖法是基于水利工程各負責方全過程建立的風險識別方法,該方法將特定生產(chǎn)活動按照多方合作的邏輯進行板塊化,逐次分析風險,還可根據(jù)維度進行調(diào)整,該方法以其多角度全過程的特點而備受關注。與之類似的模塊化識別方法還有風險解構法,該方法是在建設過程中針對風險本身進行分析,根據(jù)來源可能性將其分解,具體到若干子項。這種方法的優(yōu)點在于能通過分析子項的關系而對各種風險進行內(nèi)在聯(lián)系,同時項目中的潛在風險和結(jié)構不確定性將更容易暴露。風險識別會對以往案例進行總結(jié),一些風險控制管理者會根據(jù)總結(jié)情況進行表格化的識別,這種方法稱為核查表法。而對以往經(jīng)驗總結(jié)更加有效的是專家法,該方法邀請領域內(nèi)資深專家對風險進行分析,對各種風險進行識別,不過該方法依賴于專家的實際情況,有一定的主觀性。水利工程的風險決策者通常會根據(jù)情況結(jié)合多種風險識別方法,以達到全面不遺漏的效果。

1.2 工期風險的因素分布

水利工程的風險因素有一定的特殊性,因此風險的因素分析需要結(jié)合實際。根據(jù)風險分布情況,可將其分為外部和內(nèi)部兩種類型。其中,外部風險有環(huán)境和社會兩方面分布。根據(jù)菏澤市官方統(tǒng)計以及實地調(diào)研,對可能存在影響施工的環(huán)境因素進行闡述。

菏澤市地處黃河下游,屬溫帶大陸性季風氣候,夏季降水時空分布不均,屬災害多發(fā)季節(jié),雷電、暴雨等氣象災害為影響工期的可能因素。除黃河外,菏澤市大部分區(qū)域處在淮河流域的四湖水系中,水資源總量超20×108m3。市內(nèi)有大量小型水利工程和各水文站,并于2018年構建了水文檢測系統(tǒng),風險評估中的相關水文數(shù)據(jù)將參考該系統(tǒng)。菏澤地處華北平原的沉降盆地中,從西南地區(qū)向東北逐漸降低,大部分屬于黃河沖擊平原。除可預測的自然條件外,風險評估還會加上不可抗力的自然因素和突發(fā)狀況[3-5]。社會層面的因素主要以國家和當?shù)氐乃邽橹?而新形勢下的經(jīng)濟發(fā)展變化也將作為可能因素之一。

工程內(nèi)部因素大多是針對施工本身而言,具有可調(diào)控的可能性,同時也是風險識別與評估最重要因素。以菏澤市小型水利工程整體情況為例,其存在的主要問題包括產(chǎn)權不明、疏于管理、技術力量不足與業(yè)務水平較低、施工監(jiān)測有待完善等問題。風險分析應在工程項目整體視野下,對各個環(huán)節(jié)與單元進行風險評測。同時,非人為的內(nèi)部因素主要是人力與物料的問題。在人力方面,若施工人員配備過多會導致預算超支,過少則會影響工作開展,且人員狀態(tài)也是需要考慮的問題之一。此外,在物料配備中,能源設施、工程材料的配備也是潛在的風險源之一。

1.3 基于組合權重的灰色評價模型構建

在確定影響因素的基礎上,采用層次分析法和熵權法確定各因素的權重,再根據(jù)灰色聚類法對工期風險進行評價。其中,層次分析法是將水利工程工期風險因素進行多層次的分解,再根據(jù)專家的建議,建立一套量化各元素的方法。該方法根據(jù)期望,將細分的因素與上層因素進行組合,根據(jù)相關度進行優(yōu)劣排序[6-7]要先構建層次化結(jié)構,一般分為目標層、準則層、指標層。構建的判斷矩陣見表1。

表1 層次分析法判斷矩陣

表1中,A=(a1,a2,…am)為準則層;B=(b1,b2,…bn)為影響目標的準則數(shù);m為指標層;n為指標數(shù)量。若兩個因素處于同一水平,則需要按照重要性進行標度量化,而量化過程是整個分析法的核心。在單層排序和檢驗的基礎上,還需要進行總層次排序,最終達到定性地對因素權重進行排列。該方法結(jié)構較為簡單,對設計因素的具體信息參數(shù)要求不高,對水利工程因素權重排列具有一定意義。因為無論是環(huán)境因素還是管理問題,都難以尋找具體參數(shù)。

在信息熵的基礎上,生成一種具有客觀性的權重確定方法。這種熵權法根據(jù)指標變異程度,計算各因素的熵權,再根據(jù)熵權對權重進行修正,從而保證權重的客觀性,修正層次分析法的權重分布[8-10]。設若干個評價對象和指標,標準化后將構成初始矩陣,使用范圍有限,但對于水利工程工期分析而言,能在層次分析法的基礎上去除專家的主觀干擾。需要說明的是,該方法對樣本數(shù)據(jù)有一定要求:樣本數(shù)量充足;無量綱歸一化時具有單調(diào)性;在評價過程中,保證數(shù)據(jù)必須大于零,以避免計算時遇到過多的極值情況。

最后采用灰色系統(tǒng)理論完成風險評估工作。該系統(tǒng)對同時存在未知和已知信息、樣本數(shù)量小的數(shù)據(jù)存在較好效果,整體路徑是通過分析已知信息的規(guī)律來處理未知信息,最終將代表未知的灰色變?yōu)橐阎螒B(tài)的白色[11-12]。聚類能將工期風險因素合成特定類別,通過關聯(lián)聚類將系統(tǒng)中的元素關聯(lián)程度組合起來。

水利工程工期風險評價模型是通過上述識別方法進行識別,再按照層次分析法初步確定權重,通過熵權法進行優(yōu)化,將確定好權重的風險類型加入灰色聚類進行最終評價。見圖1。

圖1 水利工程風險分析路徑圖

在此路徑下,通過各種識別方法得到不同類型風險因素,由于風險具有不確定性,需要建立科學的評價指標體系。在權重確定前,該體系分為目標層(A)、準則層(B1-B4)、方案層(C11-C43),通過專家建議和實際調(diào)查,評價體系見圖2。

圖2 水利工程工期風險指標體系

在指標體系建立之后,應構建風險評價等級,以確定級次。本研究根據(jù)風險大小,構建等級為1-5的評價體系。在確定權重時,還需要進行主客觀賦值。采用線性加權的方式進行組合權重求值,計算公式如下:

Yij=aWij+(1-a)Wij′

(1)

式中:Yij為指標ij的組合權重;Wij和Wij′為指標ij的主觀權重和客觀權重;i為具體指標所在準則層編號;j為指標序號;a∈[0,1],通常采用式(2)的差異系數(shù)法計算。

(2)

式中:n為指標數(shù)量;P1,P2,...,Pn為基于主觀權重的排序值。

在確定組合權重后,進行灰色聚類評價。該評價將確定每個風險等級的情況,再根據(jù)各等級,確定對應的白化權函數(shù),通過計算灰色聚類系數(shù)和層次權向量,得到灰色綜合權向量矩陣。

2 基于組合權重的灰色評價在水利工程工期風險分析中的應用

根據(jù)菏澤市的情況,進行初步風險識別。在層次分析法的基礎上,邀請6位專家對風險進行賦值,結(jié)果見表2。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)情況,確定判斷矩陣。再按照方根法,計算特征向量與特征值。通過歸一化處理,得到矩陣的最大特征根λmax,經(jīng)一致性檢驗后,權重將被接受。結(jié)果見圖3。

圖3 層次分析法權重分配結(jié)果

圖3結(jié)果的最大特征值λmax為4.214,一致性指標CI值為0.041,隨機一致性指標RI為0.89,檢驗系數(shù)CR為0.056。按照同樣的方法,對指標層風險因素進行分析,得到的最終結(jié)果見表3。

表3 各層次權重計算結(jié)果

根據(jù)表3的層次分析法計算結(jié)果,引入熵權法進行權重確定。就方法而言,層次分析法的某些指標權重與熵權法差異較大。前者多以經(jīng)驗為主,后者以數(shù)據(jù)信息為主,互相彌補,在兩者之間確定的線性組合權重法能兼顧兩者的長處。該過程將先計算指標權重,再將水利工程工期風險樣本轉(zhuǎn)化為標準矩陣,最后計算熵權。當各權重與熵值計算之后將進行組合權重計算,采用線性組合法進行計算,結(jié)果將作為灰色綜合評價的數(shù)據(jù)源。在進行灰色評價時,將計算各等級對應的評價系數(shù),再將各系數(shù)進行求和,各指標體系均是按照同樣路徑計算,最終得到關于準則層的灰色向量矩陣。

將工期風險評價值設為E,根據(jù)所構建的灰色聚類方法,指標層的風險評分結(jié)果見圖4。

圖4 灰色聚類對工期風險的評價結(jié)果

根據(jù)圖4的灰色評價結(jié)果可知,位于菏澤市的水利工程工期風險等級為中等。經(jīng)過專家再次檢驗,評價結(jié)果與實際情況相符。根據(jù)風險等級分類,較高風險為氣候影響、組織架構。中等風險為水文條件、政策影響、施工技術、管理監(jiān)督、人員物料、資金情況。較低風險為突發(fā)情況、物價情況、當?shù)厣钣绊懸约盎A設施情況。

根據(jù)風險權重分析和評價結(jié)果可知,需要注意幾個風險等級較高的因素,即氣候和組織架構的影響(評價值分別為3.621、3.619)。其中,人為因素的風險最大,占比重最多。自然環(huán)境的影響和社會情況是可見的,可通過相關技術防范進行管控,而人為因素大多趨于隱蔽,難以發(fā)現(xiàn),從風險識別開始就為評估工作帶來阻礙。因此,建議加強人員技術培訓,提高管理人員及一線人員的業(yè)務能力,加強管理與施工之間的溝通與銜接,選拔人才以能力為本位,充分發(fā)揮主觀能動性。

3 結(jié) 論

水利工程施工需結(jié)合多方面因素進行風險決策,本研究設計評價模型,從風險識別到各因素權重分析再到風險評價,以防止因遺漏帶來的損失。在此路徑下構建的權重組合,是利用層次分析法構建評價體系,準則層數(shù)量為4,下級指標層共9個,通過熵權理論,降低該權重體系中的主觀因素,將確定好的權重體系加入灰色聚類。結(jié)果表明,氣候條件影響和管理監(jiān)督的風險評價值最高,分別為3.621和3.619。從準則來看,人為因素影響最大,所占比重最多,應當引起注意。該風險評價模型做到了主觀與客觀兼顧,為水利工程施工的工期風險評估工作提供了思路。