高速公路施工進度風險評價

蔣慧杰，吳慧博，夏立明，趙春雪

(1.天津大學管理學院，天津 300072;2.深圳出入境檢驗檢疫局，廣東深圳 518045;

3.深圳市棟森工程項目管理有限公司，廣東深圳 518004;4.天津理工大學管理學院，天津 300191)

高速公路施工進度風險評價

蔣慧杰1，2，吳慧博3，夏立明4，趙春雪4

(1.天津大學管理學院，天津 300072;2.深圳出入境檢驗檢疫局，廣東深圳 518045;

3.深圳市棟森工程項目管理有限公司，廣東深圳 518004;4.天津理工大學管理學院，天津 300191)

通過高速公路項目施工進度的風險識別，將主要影響因素分為硬、軟指標并建立風險指標體系。采用模糊邏輯與概率分析相結合的方法對識別出來的風險進行計算和評價;運用主成分分析法將風險指標體系中的各數(shù)據(jù)進行自動賦權并降維，使概率分析與模糊邏輯法的評價簡單易行;最后經(jīng)過實際案例檢驗，證實該方法可行并具有現(xiàn)實意義。

高速公路;施工進度;風險指標體系;主成分分析法;模糊概率分析;評價

在建設領域，項目能否在約定的工期內竣工交付使用是每一個投資者最關心的問題，因為項目工期對項目的收益高低起著很重要的作用，以一個13.5萬千瓦的火力發(fā)電廠為例，每提前一天發(fā)電就可以生產(chǎn)300多萬度的電，多創(chuàng)造價值幾十萬。因此，如何有效降低項目的施工進度風險，如期保質保量地完成項目，是理論界亟待解決一個的難題。

近年來，中國學者在項目的施工進度風險管理研究方面做了很多有益探索，取得了不少研究成果。成虎認為工程項目進度是一個綜合概念，除了工期以外，還包括實物工作量、成本、資源的消耗量等因素，所以對進度的控制必須是綜合的、多角度的［1］;劉洪波等考慮到單一資源沖突約束，建立項目的關鍵鏈，通過對各道施工工序的風險分析，實現(xiàn)對項目施工進度的監(jiān)控管理［2］;高俊濤為了降低大型項目進度計劃的復雜性，提出一種基于過程建模的項目進度計劃方法［3］;張建設提出工程項目風險因素的多維特性描述方法，按照風險因素的重要度進行排序，使項目的風險管理更具有針對性［4］。由于項目的風險識別和估計是項目風險評價的基礎，它需要綜合考慮各單個風險的規(guī)律和特點、影響范圍和大小，依據(jù)風險估計確定的風險大小或高低評價風險對工程項目目標的影響程度，區(qū)別于風險評估對風險因素或風險事件的預測，而是運用求得的數(shù)據(jù)對已發(fā)生的風險因素或事件參照風險評價準則得出風險值的一個過程［5］。這個風險值不僅是風險分析的結果，也是項目風險管理的基本依據(jù)。筆者對現(xiàn)有可查項目施工進度管理和風險管理資料的成果分析，認為高速公路施工進度風險管理在施工進度指標體系設計、評價標準的可量化程度、施工進度風險評價方法等方面還有較廣闊的研究空間，因此筆者在該領域進行拓展性探究。在高速公路項目施工進度的風險識別和風險估計的基礎上，采用主成分分析與模糊概率分析相集成的方法構建出高速公路施工進度風險評價模型進行高速公路施工進度風險的評價研究，并通過案例驗證模型的可行性。

一、主成分分析法及模糊概率分析法

(一)主成分分析法

主成分分析，也稱主量分析或Karhunnen－Loeve變換，是由Hotelling于1933年首先提出的，它是利用降維的思想，在損失很少信息的前提下把多個指標轉化為幾個綜合指標的多元統(tǒng)計方法，通常把轉化生成的綜合指標稱之為主成分，其中每個主成分都是原始變量的線性組成，且各個主成分之間不相關，這就使得主成分比原始變量具有某些更優(yōu)越的性能。它能將高維空間的問題轉化到低維空間去處理，簡化了變量系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)字特征，同時還可以提供許多重要的系統(tǒng)信息，從數(shù)學角度來看，這就是降維的思想［6］。另外，主成分分析法還有一個特殊的優(yōu)點即自動對數(shù)據(jù)進行無量綱化，使數(shù)據(jù)處理更便捷。正由于這一點，筆者利用該法的特性取其貢獻值(特征值)為權重值，求各風險指標的概率，計算公式為:

其中，p為概率值，g為貢獻率，n為風險指標個數(shù)。

其中 z1，z2，…，zp分別稱為第一主成分，第二主成分，…，第p主成分。z1包含原有指標的總信息最多，即方差最大，且與其他的無關;z2是除 z1外的方差最大者，且與其他的無關;其余類推。

該法的核心就是通過主成分分析，選擇p個主成分z1，z2，…，zp，以每個主成分 zi的方差貢獻率 ai作為權數(shù)，構造綜合評價函數(shù):

(二)模糊概率分析法

1.概率分析法

概率分析法是通過研究不確定因素按照一定概率分布變動，找出風險因子變動情況，以判別項目可能發(fā)生的損益或風險，是建立在對風險因素的概率描述基礎上的［7］。一般風險包括2個因素——風險事件發(fā)生的概率和風險事件潛在損失的后果，項目風險的大小R是這2個因素的函數(shù)，即:

其中，R表示風險(風險事件)，p表示風險事件發(fā)生的可能性，q表示風險事件發(fā)生后可能引起的后果。

函數(shù)R則表示風險事件發(fā)生概率和潛在損失后果的函數(shù)。由于這種描述方法與概率論基本相似，因此，后來一些學者進行了規(guī)范化處理，即:

I表示相對風險后果。這樣，風險度就表示為風險概率p和相對風險后果I的乘積。

從概率論角度看，風險R實際上變成了風險后果的概率期望值。在實際工程項目的風險分析中，對各個風險因子采用函數(shù)R計算后，根據(jù)R大小排序，從而排出各風險因子的風險度優(yōu)先順序［8］。

而這種方法在實際中存在一定的局限性:一方面，要確定風險發(fā)生的概率和風險發(fā)生所產(chǎn)生的后果，僅靠項目風險管理人員與專家的知識和經(jīng)驗是不夠的，還必須有大量的歷史資料可供參考，這一點在實際工程中很難滿足;另一方面，無論是項目風險管理人員與專家的知識和經(jīng)驗還是歷史資料，在對風險因素進行描述時，要做到嚴格的定量化或準確是不現(xiàn)實的，都具有較強的主觀性。

2.模糊邏輯方法

由于概率分析方法存在缺陷，模糊邏輯的風險分析方法應運而生。當對風險的發(fā)生概率和后果缺乏足夠的歷史數(shù)據(jù)，需要風險分析人員和有關專家做出主觀估計，或者對風險因素的估計難以用數(shù)字精確給定時，往往用大小、強弱、高低等文字語言對風險概率和后果進行描述［9］。模糊邏輯概念的引入，使得能夠對文字語言估計進行計算和分析。

采用模糊邏輯法對風險進行分析時，首先要建立各指標的模糊隸屬度函數(shù)，一般表示為:

其中，A是風險指標的等級集合，比如可以把風險發(fā)生概率用很大、大、中、低、很低分為五個等級，每一個等級對應一個隸屬度函數(shù)。x是指標的取值，μA(x)為x對應的模糊隸屬度。顯然，不同風險因素的風險發(fā)生概率及其后果的隸屬度函數(shù)是不同的。

隸屬度函數(shù)建立后，就可將風險分析人員和有關專家對風險的文字性估計結果與隸屬度函數(shù)對應起來，文字描述性估計結果轉化為數(shù)字描述。然后，按照模糊關系運算規(guī)則進行各風險因素的組合，獲得整個工程項目的風險度模糊邏輯數(shù)字描述。最后，將該結果與隸屬度函數(shù)進行對照，得出整體風險度。這種方法避開了精確描述風險概率及其后果的困難，同時文字性的估計結果在某種程度上會比概率方法包含更多的信息，不僅包含風險因素發(fā)生的概率及后果，還包含其他不確定性內容。但該法在實際操作中也存在一些問題，如隸屬度函數(shù)確定有一定的困難等。綜上分析可知，概率分析法和模糊邏輯法有很好的互補性，兩者的對比見表1。

表1 概率方法和模糊邏輯方法對比表

基于此，筆者將兩者結合，揚長避短，既利用概率分析法比較成熟的計算方法，又利用模糊邏輯法處理文字估計性描述的優(yōu)勢，運用于高速公路施工進度風險的評價。腦風暴法、風險登記表法對高速公路施工進度風險進行識別，分別從硬、軟兩方面，結合質量、安全、成本以及收益四個層次風險構建出高速公路施工進度的風險指標體系，如圖1所示。

二、高速公路項目施工進度風險評價模型

(一)影響高速公路項目施工進度風險指標體系的構建

高速公路項目施工進度風險指標建立在風險識別的基礎上，而風險的識別是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，從項目所涉及的各個方面以及項目建設過程，將引起風險的復雜事物進行簡化分解，找出其中的主要因素單元。風險識別方法有許多常規(guī)的技術和工具，如趙振宇、劉伊生［10］，趙鑫等［11］提出運用可靠性工程研究中的故障樹分析法，盧有杰、盧家儀［12］提出的風險識別專題討論會、頭腦風暴法、德爾菲法、WBS法、敏感性分析法，T.M.Williams［13］提出的風險登記表法等。筆者根據(jù)高速公路項目的特點，結合對相關文獻的研究，根據(jù)全面、動態(tài)、經(jīng)濟的原則，運用頭

(二)高速公路施工進度風險評價的模型

上述構建的高速公路施工進度風險評價指標體系為大量定性和定量指標構成的大型復雜綜合評價體系，同時，由于高速公路建設項目是一個多主體參與、多因素影響的復雜開放系統(tǒng)，因此，各級指標之間的關系比較模糊和復雜，另外指標原始數(shù)據(jù)的獲得均為現(xiàn)場調查的第一手資料數(shù)據(jù)，樣本空間相對較小?；诖耍P者構建的高速公路施工進度風險評價模型如圖2所示。該模型既考慮了將龐大繁雜的指標體系適當整合歸并，以反映不重疊且重點的信息，也適應了當前在中國進行高速公路施工進度風險管理的約束條件，同時，利用相應計算軟件可以使評價簡便易行，可以預見在實際應用中能取得較為理想的評價結果。

圖1 高速公路施工進度風險指標體系

圖2 高速公路施工進度風險評價模型

三、實證分析

京滬高速公路(天津段)是交通部規(guī)劃的“五縱七橫”國道主干線之一，是天津市公路發(fā)展規(guī)劃確定的“一環(huán)、七射、四主、二連”主構架的重要組成部分。該工程自西青區(qū)京滬高速一、二期分界點(當城互通)，終止于靜?？h大張屯南(京滬高速公路津冀主線收費站北側漸變段起點)，路線全長55.406公里(其中京滬正線48.536公里，丹拉支線6.870公里)。該工程作為國家立項重點工程，于2004年11月底開工，2006年11月底通車，工程總投資41.21億人民幣。

通過對已構建的高速公路施工進度風險指標體系的分析，考慮到其風險的變化特點，根據(jù)施工過程中以及以往的施工經(jīng)驗并且考慮評價的可比性和客觀性，采集到有關風險評價值的原始數(shù)據(jù)。

由于高速公路施工項目進度風險指標體系由4個一級指標、12個二級指標、44個三級指標組成，指標數(shù)量較多并且關系復雜。筆者首先利用主成分分析法將得到的原始數(shù)據(jù)進行降維處理，同時利用貢獻率值得到各風險的概率。具體的操作步驟如下。

第一步，將質量風險9個指標的數(shù)據(jù)代入到SPSS13.5軟件中提取主成分;首先進行指標的相關性分析，指標的相關性矩陣表如表2所示。

表2 相關矩陣表

第二步，計算質量風險評價指標的特征值及其貢獻率和累計貢獻率(表3)。

表3 質量風險特征值及其貢獻率和累計貢獻率

根據(jù)表3，可以看到前面的兩個指標的貢獻率和累計貢獻率的比例為81.965%，選取X111作為第一主成分，X112作為第二主成分，且這兩個主成分的累計貢獻率為81.965%，接近85%，即基本保留了原來指標的信息，解釋了大部分方差的信息量，是影響質量風險的主要成分。同時，質量風險的前三個指標概率值為0.554、0.266、0.180，而其余的概率值很小，近乎為零。

第三步，本研究中對于安全風險、成本風險和收益風險三個層次指標的主成分提取方法和上述質量風險的相同，限于文章篇幅省略掉計算過程。安全、成本和收益指標的貢獻率和概率值見表4。

第四步，利用模糊邏輯法，請專家對經(jīng)過降維并得出概率值的各風險進行估計(表5)。

表4 安全、成本、收益指標層概率值表

表5 模糊邏輯法估計值表

第五步，對文字性模糊估計進行量化，量化公式采用常用的平均數(shù)法，即:

q為風險損失值，qmin為估計風險損失最小值，qmax為估計風險損失最大值。具體見表6。

表6 模糊邏輯風險損失值表

第六步，根據(jù)得到的概率值和風險損失值，利用概率分析法給出的公式計算風險概率期望值并排序，對影響高速公路施工進度較大的風險因素進行嚴密管理與控制，以保證施工進度順利進行(表7)。

表7 高速公路施工進度風險期望值表

表7可以得出安全風險和質量風險對高速公路施工進度的影響最大，且安全風險中的施工人身傷亡事故的發(fā)生對施工進度的影響最大，風險期望值為81.27;質量風險中的進場材料不合格所造成的風險次之，期望值為47.6;其次冬季施工造成的進度拖延和合同糾紛導致費用成本損失也是不可小視的風險因素。

四、結語

筆者提出了新的高速公路施工進度風險評價方法——基于主成分分析法和模糊概率分析法的高速公路施工進度風險評價模型，并結合京滬高速公路(天津段)二期工程進行了實證應用。

在充分收集和整理資料的基礎上，針對高速公路施工進度風險管理的現(xiàn)狀，構建出以軟硬兩個方面，質量、安全、成本、收益四個層次為主體的高速公路施工進度風險評價指標體系。

依據(jù)對構建的指標體系的分析，充分利用主成分分析法和模糊概率分析法處理噪聲數(shù)據(jù)和復雜、模糊、不確定的指標關系的優(yōu)勢，同時，在一定程度上克服了指標取值的主觀性，評價過程的邏輯性較強，建立了適應指標體系特征并考慮數(shù)據(jù)約束條件的高速公路施工進度風險評價模型。

在理論分析的基礎上，針對京滬高速公路(天津段)二期工程，按照已構建的指標體系采集原始數(shù)據(jù)，運用主成分分析法和模糊概率分析法相結合構建的高速公路施工進度風險評價模型進行實證分析，得出安全風險中的施工人身傷亡事故的發(fā)生和質量風險中的進場材料不合格對高速公路施工進度風險的影響最大，根據(jù)該評價結果，制定出針對性的預防措施，為現(xiàn)場的施工進度風險管理提供了一條有操作性的途徑。

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The Application of CPA and Fuzzy Probability Analysis on Risk Evaluation of Highway Construction Schedule

JIANG Hui－jie1，2，WU Hui－bo3，XIA Li－ming4，ZHAO Chun－xue4
(1.School of Management，Tianjin University，Tianjin 300072，P.R.China;2.Shenzhen Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau ，Shenzhen 518045，P.R.China;3.Shenzhen Dong Sen Project Management Co.，Ltd，Shenzhen 518004 ，P.R.China;4.School of Management，Tianjin University of Technology，Tianjin 300191，P.R.China)

Through the risk identification of highway project's progress of construction，the authors divide the major factors into strong index and soft index， and then establish a risk index system.Using the fuzzy logic combined with probability analysis，the authors calculate and evaluate the identified risk.They make the evaluation on probability analysis and fuzzy logic method simple by using the principal component analysis， and automatically empowering and reducing dimensionality of the data for risk index system.Finally，it will confirm the feasibility of the method and practical significance through the test on actual cases.

highway;construction schedule;risk indicators system;principal component analysis;fuss probability analysis;evaluation

F062.4

A

1008－5831(2012)02－0087－07

2011－03－29

國家自然科學基金項目(70772058)

蔣慧杰(1978－)，男，天津大學管理學院博士研究生，注冊造價工程師，注冊咨詢工程師，注冊一級建造師，主要從事項目管理研究。

(責任編輯 傅旭東)