ANP—決策樹分類在多項目風險評價中的應(yīng)用

姜東民

摘要：建筑工程領(lǐng)域大型施工企業(yè)存在數(shù)量眾多、性質(zhì)迥異的項目，由此造成項目風險評價過程的不確定性及評價方法的復(fù)雜低效性。文章建立了基于網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）與決策樹分類的多項目風險評價模型。在建立項目風險評價指標體系基礎(chǔ)之上，通過ANP確定各風險因素發(fā)生的可能性及其權(quán)重。應(yīng)用“康斯坦茨信息挖掘工具”KNIME軟件進行決策樹分類，建立多項目風險等級評價模型，快速高效的應(yīng)用于后續(xù)多個新項目風險等級評估。算例驗證結(jié)果表明，該模型在準確評估多項目風險因素權(quán)重、快速確定多項目風險等級方面具有較強的實用性，為大型施工企業(yè)、政務(wù)部門提供科學(xué)依據(jù)。

Abstract： Because of the uncertainty of the risk evaluation process and the complex inefficiency of evaluation method which due to the large number and nature of different projects in large-scale construction enterprise， this paper establishes the risk evaluation model of multi-project based on analytic hierarchy process （ANP） and decision tree classification. Based on the characteristic project risk assessment index system of construction， through ANP which determines the possibility of risk factors and weights， combining with KNIME software to deal with decision tree classification， finally this paper builds multi-project risk assessment model which will be applied to multiple new multi-project risk assessment fast and efficient. The numerical example results show that the model has a stronger practicability in assess of multi-project risk factors accurately and determining the risk level of multi-project quickly， which will provide a scientific basis for large-scale construction enterprises and government departments.

關(guān)鍵詞：多項目風險評價模型；網(wǎng)絡(luò)層次分析法；決策樹分類；KNIME

Key words： risk evaluation model of multi-project；ANP；decision tree classification；KNIME

中圖分類號：F284 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）02-0012-04

0 引言

建筑工程項目具有投資規(guī)模大、參與方眾多、建設(shè)周期長等特征，大型施工企業(yè)一般具有多個參建項目。通常多項目的同時施工增大了實際管理者對每一個項目協(xié)調(diào)管理的難度，并且在其建設(shè)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)由各類風險引發(fā)的種種事故。因此，多項目或單一項目的風險管理、評價一直是學(xué)者關(guān)注研究的重心。如陳勇強，顧偉在對相關(guān)項目風險管理文獻的統(tǒng)計總結(jié)基礎(chǔ)上指出了目前工程項目風險管理研究的不足及未來發(fā)展方向[1]；如王冬霞以灰色系統(tǒng)理論為主，結(jié)合德爾菲法、層次分析法以及項目管理、風險管理、工程項目評價等方面的理論，對水電工程項目風險評價管理進行研究[2]。但較多評價方法在運用過程中均存在較強的主觀性，且僅對某單一項目展開評價分析，評價方法的擴展性差，不利于企業(yè)多個參建項目整體風險的把控。隨著學(xué)者不斷的深入研究，評價方法的擴展性得到一定提高，如網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）結(jié)合誤差反向傳播（BP）神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型能較為高效的解決有關(guān)風險評價的擴展問題?？紤]到目前建筑工程領(lǐng)域中較多文獻僅就單一項目進行風險評估，并且評估過程較為局限。為解決多項目風險因素評估的客觀性差、風險等級評價模型欠缺等問題，本文以項目主要參與方作為風險來源，提出了項目風險評價指標體系，建立了基于ANP的項目風險評價模型，在此基礎(chǔ)之上，應(yīng)用“康斯坦茨信息挖掘工具”KNIME軟件構(gòu)造決策樹分類模型，兩者的有效結(jié)合使得多項目風險因素評價的客觀性得到提高、多項目風險等級的評價更加高效。

1 基于ANP的項目風險評價體系

1.1 ANP的基本理論與解決方法

1.1.1 ANP的基本理論

網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP）是美國匹茲堡大學(xué)的Saaty教授于1996年在AHP基礎(chǔ)上提出的一種適用于非獨立的遞階層次結(jié)構(gòu)的決策方法。相對于AHP，ANP更多的考慮了指標相互之間的影響與反饋性。ANP通過建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模型，將決策系統(tǒng)分為控制層和網(wǎng)絡(luò)層：控制層一般由目標和準則組成，控制層允許沒有準則，但至少有一個目標；網(wǎng)絡(luò)層包含受控制層支配的元素組，組內(nèi)元素相互影響與支配，形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

1.1.2 ANP的解決方法

ANP不再單一考慮各指標的上下層次關(guān)系，而是綜合考慮不同層次之間的信息反饋和同層次元素之間的相互依存關(guān)系。學(xué)者王蓮芬曾提到，ANP的解決主要是通過超矩陣與加權(quán)超矩陣[3]。本文，筆者通過ANP，將計算獲得的二級指標權(quán)重匯總得到超矩陣，繼續(xù)對各相互影響的因素進行綜合分析并應(yīng)用Super Decision[4]及MATLAB軟件得到極限超矩陣，獲得各元素指標的極限權(quán)重。進一步處理，即可得到后續(xù)研究所需的各指標綜合權(quán)重。

1.2 構(gòu)建項目風險評價指標體系

筆者遵循系統(tǒng)全面性原則，綜合分析了周榮喜[5]、唐小麗[6]等人關(guān)于項目風險評價指標體系的研究成果，在此基礎(chǔ)之上，通過案例研究、訪談?wù){(diào)查等方式全面搜集項目風險評價的資料，咨詢相關(guān)建筑工程領(lǐng)域的專家獲取經(jīng)驗，結(jié)合現(xiàn)行法律法規(guī)及相關(guān)項目實際管理者對項目風險的具體管理情況，獲得數(shù)量眾多的風險評價指標。如按照項目風險承擔主體分類，可以劃分為業(yè)主、承包商、設(shè)計方、監(jiān)理方風險等評價指標；按照風險特征分類，可以劃分為工期、質(zhì)量、費用、安全性風險評價指標等。整體來說，任何項目風險因素都可能影響項目的目標，但并不是所有風險因素都能對項目產(chǎn)生顯著影響。因此，筆者遵循指標的科學(xué)性篩選原則，突出各參與方對項目風險的影響、突出本文研究的重點，考慮到后續(xù)軟件的應(yīng)用，經(jīng)仔細斟酌，最終確定項目風險評價的一級指標即施工方風險A1、業(yè)主方風險A2、設(shè)計方風險A3、監(jiān)理方風險A4、環(huán)境風險A5五大類，并確定相應(yīng)20個內(nèi)部相互依存與反饋的二級指標。綜合各評價指標，形成項目風險評價指標體系，如圖1項目風險評價指標體系所示。

2 算例分析

2.1 基于ANP的各級指標判斷矩陣

①一級指標判斷矩陣：本文建立的判斷矩陣均是通過集成多位專家的學(xué)識與經(jīng)驗，是在對各指標因素進行兩兩比較的基礎(chǔ)之上，結(jié)合1～9標度方法[7]打分而成的。換言之，判斷矩陣的原始數(shù)據(jù)是由多位專家根據(jù)經(jīng)驗給出，這樣每一個指標對項目風險的影響程度都具有較強的表達性。本文集合五位權(quán)威專家的學(xué)識經(jīng)驗，由每位專家針對項目的5個一級指標包括施工方風險A1、業(yè)主方風險A2、設(shè)計方風險A3、監(jiān)理方風險A4、環(huán)境風險A5進行兩兩比較，最終得到一級指標判斷矩陣（后續(xù)五位專家對每個項目各二級指標的打分亦采用同樣的方法進行處理）。再利用“特征根”法[7]，結(jié)合MATLAB軟件計算出判斷矩陣的最大特征根，求出特征向量（后續(xù)二級指標判斷矩陣亦采用相同方式求得相應(yīng)指標權(quán)重），如表1一級指標的判斷矩陣所示。

②元素組內(nèi)部判斷矩陣：元素組內(nèi)部的指標相互影響相互依存，因此對于矩陣的構(gòu)造，原理與上述方法類似?；贏NP，五位專家們利用1～9標度方法[7]以A1為準則，其中的元素P1為次準則為例，將P2、P3、P4、P5進行兩兩比較[3]，形成五組判斷矩陣。經(jīng)過對類似上述一級指標的五組判斷矩陣數(shù)據(jù)的一致性驗證處理，形成如表2 P1下的判斷矩陣所示。相應(yīng)我們可以得到在A1準則之下，分別以P2、P3、P4、P5為次準則，兩兩比較其他的元素關(guān)系，建立判斷矩陣，通過對數(shù)據(jù)的處理保證矩陣數(shù)據(jù)的一致性，利用特征根法[14]、MATLAB軟件計算得到各二級指標權(quán)重（其他元素組內(nèi)部的判斷矩陣建立方法相同）。

2.2 項目風險評價指標的超矩陣

將各二級指標變換次準則相互比較，經(jīng)計算驗證獲得的各二級指標權(quán)重，整理得到評價指標的超矩陣。如表3項目風險評價指標的部分超矩陣所示。

2.3 綜合權(quán)重的確定

綜合權(quán)重的確定是依據(jù)ANP的超矩陣和加權(quán)矩陣[3]獲得的，通過建立判斷矩陣、運用特征根法[7]獲得各指標權(quán)重，綜合后應(yīng)用Super Decision[4]及MATLAB軟件得到極限超矩陣即可獲得各二級指標極限權(quán)重，與相應(yīng)一級指標對應(yīng)相乘，即得綜合權(quán)重。上述評價指標超矩陣，每一列已經(jīng)過歸一化處理，繼續(xù)運用MATLAB軟件編寫程序求得極限超矩陣，得到各二級指標的極限權(quán)重。將一級指標權(quán)重與二級指標權(quán)重對應(yīng)相乘，即得綜合權(quán)重。如表4評價指標的綜合權(quán)重所示。

3 應(yīng)用KNIME軟件的多項目風險決策樹分類模型

“康斯坦茨信息挖掘工具”KNIME軟件是基于Eclipse環(huán)境的模塊化智能工具，用戶通過工作流來控制數(shù)據(jù)的集成、清洗、轉(zhuǎn)換、過濾，再到統(tǒng)計、數(shù)據(jù)挖掘。大多基于ANP所得到的各指標權(quán)重的評價方法，對新項目的深入評估沒有較高的擴展性。為將ANP方法進一步擴大應(yīng)用，筆者通過五位專家進行打分（10分制），再結(jié)合二級指標綜合權(quán)重，對應(yīng)相乘求和得到項目風險評價的綜合評分。為使多項目的風險等級具有一定的可比性，基于同樣的方法體系，專家繼續(xù)給出不同項目各指標的分數(shù)，最終結(jié)合綜合權(quán)重，得到不同項目的綜合評分。進一步應(yīng)用KNIME軟件的決策樹分類功能，訓(xùn)練項目風險評價等級模型，便于高效的對后續(xù)多項目進行更為完善的項目風險評價。

3.1 數(shù)據(jù)采集及處理

為提高軟件的訓(xùn)練精度，本文選取20家大型建筑施工企業(yè)各10個項目作為模擬對象，通過ANP得到項目的綜合評分進行風險等級的分類模擬。原始數(shù)據(jù)處理的過程是基于ANP開展而來，200個項目的基本建設(shè)情況不同，但面臨的風險是類似的。因此，基于本文建立的項目風險評價指標體系，專家組根據(jù)實際情況對每一個項目的二級指標進行打分，經(jīng)過一致性檢驗，歸一化后，結(jié)合二級指標綜合權(quán)重，對應(yīng)相乘求和，即可作為軟件運行的原始數(shù)據(jù)。原始數(shù)據(jù)的具體確定過程以某項目為例，如下所示：

3.3 結(jié)果分析及建議

①基于ANP確定得出的各指標權(quán)重，以項目各主要參與方為風險來源，幫助實際管理者了解每個指標對項目風險影響的程度。根據(jù)表1中的權(quán)重，一級指標施工方風險A1對項目風險影響程度最為顯著，在項目的建設(shè)過程中，要加強對施工方的管理，落實安全生產(chǎn)責任制。其他指標對項目風險影響程度的排序依次是業(yè)主方風險A2、環(huán)境風險A5、設(shè)計方風險A3、監(jiān)理方風險A4，鑒于此，項目管理者對不同項目參與方的管理協(xié)調(diào)應(yīng)予以重視，從實際出發(fā)。

②應(yīng)用KNIME軟件的決策樹分類，如圖3 Scorer結(jié)果顯示，決策樹分類模型的正確率達到97.561%，錯誤率為2.439%，分類精度達到0.966，表明分類效果較好。本訓(xùn)練模型精度較高，適用于后續(xù)多項目風險等級評價。

4 結(jié)束語

筆者將網(wǎng)絡(luò)層次分析法應(yīng)用到項目風險評價領(lǐng)域中，以建筑工程項目為例，以項目建設(shè)過程的主要參與方作為風險來源，科學(xué)的建立評價體系。通過超矩陣結(jié)合實際專家意見得到項目的綜合評分。為提高大型施工企業(yè)、政務(wù)部門的實際管理者對多項目風險級別劃分的效率，更有效的管理參建的多項目，本文將ANP模型進一步擴大，引入KNIME軟件的應(yīng)用?；贏NP獲得的各項目綜合評分，應(yīng)用KNIME中的決策樹分類功能，一方面經(jīng)過算例分析、軟件的運行，結(jié)果表明兩者的有效結(jié)合可以解決大規(guī)模數(shù)據(jù)問題，減少人為因素的評價偏差，提高工作效率；另一方面經(jīng)過科學(xué)的驗證，即評價模型的高效、評價結(jié)果的準確，使得多項目風險等級評價、風險因素評估有了依據(jù)，該模型較為新穎，對后續(xù)多項目風險的全面評價具有更為完善的指導(dǎo)意義。

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