基于DEA的高速公路BOT+EPC項目安全效益評價*

曹雪娟　洪　流　滿先慧　高建平

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院1)　重慶　400074)　(重慶中信滬渝高速公路有限公司2)　 重慶　401147)

基于DEA的高速公路BOT+EPC項目安全效益評價*

曹雪娟1)洪流2)滿先慧2)高建平1)

(重慶交通大學(xué)土木建筑學(xué)院1)重慶400074)(重慶中信滬渝高速公路有限公司2)重慶401147)

摘要：通過對傳統(tǒng)模式和BOT+EPC模式下的安全投資分析對比，針對BOT+EPC協(xié)同的安全管理技術(shù)給項目帶來的經(jīng)濟(jì)效益和對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)建立了安全效益評價指標(biāo)體系.應(yīng)用AHP-灰關(guān)聯(lián)確定權(quán)重，建立了引進(jìn)權(quán)重系數(shù)的C2R模型，并對重慶沿江高速公路BOT+EPC項目進(jìn)行了實例評價，結(jié)果表明,BOT+EPC模式的高速公路建設(shè)與運營安全管理對安全效益的提升作用顯著.

關(guān)鍵詞：高速公路；BOT+EPC；效益評價；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

曹雪娟(1991- )：女，碩士生，主要研究領(lǐng)域為道路安全工程理論與技術(shù)

0引言

BOT+EPC模式為我國高速公路項目提供了新的建設(shè)途徑，保證了交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)效率.高速公路BOT+EPC項目的建設(shè)與運營理念、管理模式都與傳統(tǒng)建設(shè)模式有所不同，安全效益也表現(xiàn)出了新的特征，需要開展安全效益評價的理論和方法研究.

1高速公路BOT+EPC項目安全效益評價因子分析

1.1BOT+EPC模式與傳統(tǒng)模式分析對比

高速公路建設(shè)采用BOT+EPC模式能夠充分調(diào)動社會資金，優(yōu)化資源配置，提高資源利用率，從而促進(jìn)了社會的發(fā)展和經(jīng)濟(jì)的增長[1].與傳統(tǒng)模式相比有以下特點[2]，見表1.

通過BOT+EPC模式與傳統(tǒng)模式的分析對比，BOT+EPC模式在項目管理方面有明顯的優(yōu)勢，特別是在部門協(xié)調(diào)和項目控制方面，能夠充分發(fā)揮管理效力.

1.2BOT+EPC模式安全投資分析

BOT項目涉及到巨額資金的投入，以及項目周期長所帶來的風(fēng)險，其安全投資貫穿在項目的整個生命周期中.EPC項目在總承包商簽訂合同后需要對項目的質(zhì)量、安全、工期、造價全面負(fù)責(zé).因此在以施工企業(yè)為投資主體的BOT+EPC項目中，安全投資對項目的成功至關(guān)重要.與傳統(tǒng)模式下的安全投資對比見表2.

表1　BOT+EPC模式與傳統(tǒng)模式對比

BOT+EPC項目通過設(shè)計—采購—施工的深度交叉優(yōu)勢和全方位協(xié)同的安全投入技術(shù)[3]，對項目的安全給予充分的重視，使得項目在建設(shè)與運營過程中，保障設(shè)備、環(huán)境以及人員的功能和作用發(fā)揮、降低安全事故、提高救援效率、減少事故損失等方面起到重要作用，提高了項目的安全效益[4]，同時，也為行業(yè)發(fā)展起到推動作用.

表2　BOT+EPC模式與傳統(tǒng)模式安全投資對比

1.3BOT+EPC安全效益評價指標(biāo)確定

針對BOT+EPC項目一體化的設(shè)計—采購—施工以及協(xié)同的安全管理技術(shù)給項目自身帶來的安全經(jīng)濟(jì)效益和對社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)，遵循全面性、目的性、多樣性和代表性的指標(biāo)選取原則[5]，建立高速公路BOT+EPC項目安全效益評價指標(biāo)體系[6-9]，見圖1.

圖1　高速公路BOT+EPC項目安全效益評價指標(biāo)體系

2基于DEA的高速公路BOT+EPC項目安全效益評價模型

將高速公路BOT+EPC項目的安全管理看作是一個系統(tǒng)，各種管理措施和資金投入看成這個系統(tǒng)的投入，則安全效益就是該系統(tǒng)的產(chǎn)出.數(shù)據(jù)包絡(luò)分析(dataenvelopmentanalysis，DEA)特別適用于處理多輸入—多輸出的多目標(biāo)決策和多目標(biāo)評價問題.通過輸入和輸出數(shù)據(jù)的綜合分析，以“相對效率”概念為基礎(chǔ)，根據(jù)多指標(biāo)投入和多指標(biāo)產(chǎn)出應(yīng)用數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，以決策單元(decisionmakingunits，DMU)作為評價對象進(jìn)行相對有效性或效益評價的一種新的系統(tǒng)分析方法[10].

DEA方法有多種模型，如C2R的對偶輸出模型、BC2的對偶輸入模型，非阿基米德無窮小的DEA模型等.

2.1基于DEA方法的評價模型

安全效益評價是要同時評價安全投入的技術(shù)有效性和規(guī)模有效性，因此，選取C2R的對偶輸出模型對高速公路BOT+EPC項目的安全效益進(jìn)行評價[11].

設(shè)有n個決策單元DMUi(1≤i≤n)，DMUi對應(yīng)的輸入、輸出指標(biāo)向量分別為

(1)

式中：x為輸入指標(biāo)；y為輸入指標(biāo)；i為決策單元個數(shù)，i=1,2,…,m;m為輸入指標(biāo)個數(shù)；s為輸出指標(biāo)個數(shù).

以第i0個決策單元的效率指數(shù)為目標(biāo)，以所有決策單元(含第i0個決策單元)的效率指數(shù)為約束，構(gòu)造出C2R線性規(guī)劃模型為

(2)

式中：hi0為i0對應(yīng)的效率評價指數(shù)；ω為輸入指標(biāo)的一種度量；μ為輸出指標(biāo)的一種度量.

2.2改進(jìn)的C2R線性規(guī)劃模型

DEA方法中各輸入、輸出指標(biāo)的權(quán)重是通過相對效率指數(shù)進(jìn)行優(yōu)化來決定的，只表明評價單元的相對發(fā)展水平，不能真實反映各評價因素的實際重要程度和決策者對各評價因素的偏好程度.基于這種考慮，在求解DEA目標(biāo)函數(shù)中引入權(quán)重系數(shù)r‘，得到一個新的C2R線性規(guī)劃模型為：

(3)

2.3評價決策單元DMU選擇

根據(jù)所建立的高速公路BOT+EPC項目安全效益評價指標(biāo)體系，建立三個評價決策單元，即DMU1——直接經(jīng)濟(jì)效益，DMU2——間接經(jīng)濟(jì)效益，DMU3——社會環(huán)境效益.各DMU對應(yīng)評價因素見表3.

表3　各DMU 對應(yīng)評價因素

2.4DMU各單元之間的權(quán)重確定

不同的DMU單元對項目安全效益的貢獻(xiàn)程度不同，由專家根據(jù)經(jīng)驗運用層次分析法進(jìn)行主觀判斷而得到DMU各單元的權(quán)重.

1) 構(gòu)造判斷矩陣用專家咨詢法，根據(jù)指標(biāo)之間兩兩相比的關(guān)系，使用1～9標(biāo)度法，將評價指標(biāo)中的各元素進(jìn)行兩兩比較，建立判斷矩陣C.

2) 將判斷矩陣C按列歸一化后各行相加

(4)

3) 對向量M各行除以n，即得到權(quán)重向量

(5)

4) 進(jìn)行一致性檢驗根據(jù)公式

(6)

(7)

2.5C2R線性規(guī)劃模型中權(quán)重系數(shù)r‘的確定

權(quán)重系數(shù)r‘的確定可采用灰關(guān)聯(lián)法.

表4　平均隨機一致性指標(biāo)

1) 針對BOT+EPC安全效益評價DMU對應(yīng)的評價因素，采用專家打分法對各因素進(jìn)行評價，將評價結(jié)果分為差、中、良、優(yōu)4類，其評分標(biāo)準(zhǔn)見表5.

表5　評分因素的標(biāo)準(zhǔn)分值

2) 選定母指標(biāo)假設(shè)第i個DMU決策單元的評價指標(biāo)是Ui1,Ui2,…，Uim，其中如果Ui1被認(rèn)為比其他指標(biāo)含有更多的信息量，則可以將Ui1作為母指標(biāo)(基準(zhǔn)指標(biāo))，其他指標(biāo)為子指標(biāo)(對照指標(biāo)).

Ui1=(Ui1(1),Ui1(2),…,Ui1(m+n))為基準(zhǔn)數(shù)列

Ui2=(Ui2(1),Ui2(2),…,Ui2(m+n))

Uij=(Uij(1),Uij(2),…,Uij(m+n))

Uik=(Uik(1),Uik(2),…,Uik(m+n))為對照數(shù)列

3) 對原始指標(biāo)進(jìn)行量綱一的量化處理由于各指標(biāo)的量綱不同，指標(biāo)值的數(shù)量級差別很大，必須對各指標(biāo)進(jìn)行量綱一的量化處理，得到相應(yīng)的新數(shù)列.記處理好的數(shù)值為U'ij(t).

(8)

(8)

式中：ρ為分辨率，一般可取0.5.

(9)

(10)

2.6安全效益評價

將式(10)的計算結(jié)果代入C2R線性規(guī)劃模型(3)中進(jìn)行求解，得到各評價指標(biāo)C2R線性規(guī)劃模型的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值，再將各決策單元評價值進(jìn)行加權(quán)匯總，得最終安全效益的綜合評價結(jié)果：

針對各決策單元DMU對應(yīng)的評價指標(biāo)，將評價結(jié)果分為優(yōu)、良、中、差四個等級，并定義出與每個評價等級相對應(yīng)的安全效益綜合評估值區(qū)間，見表6.

表6　評價等級與評價結(jié)果對應(yīng)表

3實例驗證

重慶沿江高速公路是 “重慶市高速公路網(wǎng)規(guī)劃(2003-2020)”中新增的一條射線，是重慶市長江三峽旅游資源開發(fā)的主要通道，也是重慶連接西北地區(qū)的輔助通道，該高速公路的建設(shè)對完善重慶市高速公路網(wǎng)和區(qū)域公路網(wǎng)、促進(jìn)區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展意義重大.其中主城至涪陵段是我國最早采用BOT+EPC模式開工建設(shè)的高速公路之一.與傳統(tǒng)模式的高速公路建設(shè)相比，BOT+EPC模式使沿江高速公路有條件在建設(shè)與運營的安全管理上克服傳統(tǒng)建設(shè)模式的局限，帶來管理上的創(chuàng)新.

3.1輸入輸出指標(biāo)建立

DEA方法要求評價系統(tǒng)的決策單元都應(yīng)有輸入和輸出指標(biāo).由于高速公路BOT+EPC項目安全效益分析的初衷是希望最后能有較好的結(jié)果，因此在決策單元中將優(yōu)、良作為評價系統(tǒng)的輸出指標(biāo)，而將中、差作為系統(tǒng)的輸入指標(biāo).

3.2AHP法確定DMU各單元之間的權(quán)重

用專家咨詢法，根據(jù)指標(biāo)之間兩兩相比的關(guān)系，使用1～9標(biāo)度法，各DMU單元比較結(jié)果見表7.

表7　判斷矩陣U-Ui

根據(jù)式(5),(6) 得

λmax=3.003 7，CI=0.001 8

3.3灰關(guān)聯(lián)法確定各DMU下的評價指標(biāo)權(quán)重

灰色系統(tǒng)關(guān)聯(lián)分析法的數(shù)據(jù)來源于實測資料.將各評價結(jié)果直接分成不同的水平等級，選取20 名業(yè)內(nèi)專家按表5對各指標(biāo)進(jìn)行評價.根據(jù)實際獲得的數(shù)據(jù)資料經(jīng)統(tǒng)計整理見表8.

表8　評價因素考核結(jié)果統(tǒng)計表

表9　各指標(biāo)權(quán)重統(tǒng)計表

3.4運用引進(jìn)權(quán)重系數(shù)的C2R模型進(jìn)行評價

針對DMU1企業(yè)發(fā)展U1評價而言，對應(yīng)4個因素的專家評價值見表10.

表10　直接經(jīng)濟(jì)效益的評價結(jié)果

對于直接經(jīng)濟(jì)效益U11評價來說，可以得到一個C2R線性規(guī)劃模型如下.

max 0.33×(5p1+12p2)

同理可得到其他11個評價因素(U12-U34)的線性規(guī)劃模型.所得C2R線性規(guī)劃模型的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值見表11.

表11　C2R線性規(guī)劃模型的最優(yōu)目標(biāo)函數(shù)值

安全效益的綜合評價值為

從評價等級與評估值對應(yīng)表可以看出，高速公路BOT+EPC項目安全效益的綜合評價值3.59位于評價結(jié)果“優(yōu)”的評估值之間.

4結(jié)論

1)BOT+EPC項目一體化的設(shè)計—采購—施工體系、協(xié)同的安全管理技術(shù)和參與主體一致的利益目標(biāo)給項目帶來了顯著的安全效益，其評價指標(biāo)應(yīng)該包括項目自身的安全經(jīng)濟(jì)效益，對行業(yè)、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)以及人文環(huán)境保護(hù)等方面.

2) 應(yīng)用C2R模型對BOT+EPC項目進(jìn)行效益評價，在模型中引入AHP-灰關(guān)聯(lián)確定權(quán)重系數(shù)，更真實的反映了評價因素的實際重要程度，可為安全效益評價提供一種新的評價模型.

3)重慶沿江高速公路BOT+EPC項目的安全效益綜合評價結(jié)果為“優(yōu)”的評估結(jié)果表明BOT+EPC模式對高速公路建設(shè)與運營安全效益提升有重要的作用和意義.

參 考 文 獻(xiàn)

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SafetyBenefitEvaluationsofExpressway

中圖法分類號：U491

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.044

收稿日期：2014-11-12

BOT+EPCProjectBasedontheDEA
CAOXuejuan1)HONGLiu2)MANXianhui2)GAOJianping1)
(School of Civil Engineering & Architecture，

Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)1)

(Chongqing CITIC Shanghai-Chongqing Highway Co.，Ltd.，Chongqing 401147，China)2)

Abstract：Through comparing and analyzing the safety capital on BOT + EPC mode and the traditional mode， aiming at the economic safety benefit and contribution to the social economic development which are brought by the BOT + EPC’s cooperative safety management technology，a system of safety benefit evaluation index can be carried out．By applying AHP-grey correlation to determine the weights，then the C2R model which brings in the weight coefficient is established，moreover a living example evaluation of expressway project with BOT + EPC along the Yangtze river in Chongqing．According to the research，the BOT + EPC mode of expressway construction and operation safety management have efficient effects on the promotion of the safety benefits．

Key words：expressway； BOT+EPC； benefit evaluation；data envelopment analysis

*重慶市交通建設(shè)科技項目資助(批準(zhǔn)號：CJ2011-32)