基于距離熵優(yōu)化HHM-ISM的大型水電項(xiàng)目建設(shè)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型研究

王宏兵，鄭雪筠，李海峰

(華能瀾滄江水電股份有限公司，云南昆明650214)

0 引 言

近年來，我國(guó)水電建設(shè)的速度持續(xù)提高。截至2016年底，水電裝機(jī)達(dá)3.32億kW，約占全國(guó)發(fā)電總裝機(jī)的20.18%。預(yù)計(jì)到2020年，我國(guó)水電裝機(jī)容量將達(dá)到3.8億kW，水電開發(fā)需求巨大[1]?？梢灶A(yù)見，在將來一段時(shí)期內(nèi)，水電項(xiàng)目將是我國(guó)能源建設(shè)領(lǐng)域的重點(diǎn)。水電工程開發(fā)建設(shè)周期長(zhǎng)、建設(shè)參與方眾多、投資金額巨大、風(fēng)險(xiǎn)來源多元化并相互交叉[2]，表現(xiàn)出極強(qiáng)的傳遞效應(yīng)[3]，風(fēng)險(xiǎn)事故極易發(fā)生[4]。因此，提升水電項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理水平，對(duì)保持我國(guó)水電行業(yè)的穩(wěn)步發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)意義。

圍繞水電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究取得了很多有價(jià)值的成果。王冬霞建立了水電工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并構(gòu)建了多層次灰色綜合評(píng)價(jià)模型，采用灰色逼近理想解排序法對(duì)水電工程多目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)決策方案進(jìn)行優(yōu)選[5]；王文飛等對(duì)水利水電項(xiàng)目開發(fā)與建設(shè)中可能存在的主要風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了篩選和識(shí)別，并基于項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理理論和我國(guó)水利水電工程項(xiàng)目實(shí)際情況，將水電項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理流程分為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)及風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控4個(gè)階段[6]；李玉欽基于WBS和RBS相結(jié)合的方法建立了多準(zhǔn)則、多層次水電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析模型[7]；李卓玉等對(duì)水電行業(yè)的55種風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了識(shí)別和篩選，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的重要性進(jìn)行了排序，并基于不同參與方視角對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了量化分析；鐘登華等建立了風(fēng)險(xiǎn)因素多準(zhǔn)則、多層次的ANP結(jié)構(gòu)模型[8]；陳志鼎等提出了基于熵權(quán)改進(jìn)AHP模型的中小型水電工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型[9]。以上研究多數(shù)基于風(fēng)險(xiǎn)獨(dú)立的假設(shè)前提，未考慮風(fēng)險(xiǎn)的交叉影響作用。此外，針對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究尚不多見。

本文以水電項(xiàng)目建設(shè)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估作為研究對(duì)象，提出了水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。建立了考慮風(fēng)險(xiǎn)間交叉影響的距離熵優(yōu)化HHM-ISM風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)影響程度的定量化評(píng)價(jià)，以黃登水電工程項(xiàng)目為例，對(duì)模型的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證，為水電建設(shè)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理提供決策參考。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

等級(jí)全息建模(Hierarchical Holographic Modeling，HHM)為一種全面的思想和方法論，其作用在于從不同方面、觀點(diǎn)、視角和維度，捕捉并展現(xiàn)復(fù)雜系統(tǒng)的內(nèi)在特征[10]。HHM理論體系中，從單一視角、以單一模型描述復(fù)雜系統(tǒng)及其組成部分不盡合理，應(yīng)基于互相補(bǔ)充、協(xié)同配合的原則將其分解成子系統(tǒng)、部件等若干層次，每一層次均為復(fù)雜系統(tǒng)的某一特定的視角結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜系統(tǒng)形態(tài)的全面、準(zhǔn)確描述。建設(shè)期大型水電項(xiàng)目是一個(gè)典型的大規(guī)模、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的系統(tǒng)，基于HHM多視角、多方位的思想，能夠更為準(zhǔn)確和全面地識(shí)別出系統(tǒng)中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素。

本文運(yùn)用HHM理論，構(gòu)建了水電工程項(xiàng)目3層風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。①第1層(目標(biāo)層)，即水電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，追求項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)值最?。虎诘?層(類別層)，主要分為自然風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、組織管理風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)政治風(fēng)險(xiǎn)等5類；③第3層(指標(biāo)層)，針對(duì)每類風(fēng)險(xiǎn)提出的對(duì)應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系見圖1。

2 模型構(gòu)建

2.1 模型選擇

2.1.1 解析結(jié)構(gòu)模型

解析結(jié)構(gòu)模型(Interpretive Structural Modeling，ISM)由華費(fèi)爾(J.Warfield)提出[11]，其特點(diǎn)是將復(fù)雜系統(tǒng)分解成若干的子系統(tǒng)要素，判斷不同要素之間是否有聯(lián)系以及如何聯(lián)系，并從信息中得到系統(tǒng)的完整結(jié)構(gòu)，最終將系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和要素間的關(guān)系用圖像形式表現(xiàn)出來，構(gòu)成一個(gè)多級(jí)遞階模型[12]。本文將借鑒基于驅(qū)動(dòng)力和依賴性的ISM算法，將大型水電項(xiàng)目建設(shè)期各風(fēng)險(xiǎn)因素依據(jù)其驅(qū)動(dòng)力和依賴性進(jìn)行歸類，從而識(shí)別出各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的內(nèi)在屬性及相互之間的影響關(guān)系。

2.1.2 距離熵

用Euclid距離衡量系統(tǒng)中各元單位間的距離，并通過距離的比值表示系統(tǒng)中各元單位出現(xiàn)的概率，由此計(jì)算得到的熵即為距離熵[13]。距離熵的值愈大，則說明各單元在系統(tǒng)中出現(xiàn)的概率愈接近，即表示各單元與最優(yōu)值之間的差異愈小，愈接近于最佳單元。因此，可以將該方法應(yīng)用于不確定偏好的客觀賦權(quán)。本文引入距離熵，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中的權(quán)重估計(jì)進(jìn)行改進(jìn)，從而得到更加合理、客觀的評(píng)價(jià)結(jié)果。

2.2 構(gòu)建步驟

(1)判斷各因素之間的影響和聯(lián)系。根據(jù)對(duì)各因素之間的影響和聯(lián)系的判斷結(jié)果，構(gòu)建各因素間的結(jié)構(gòu)自影響矩陣(Structural Self-Interaction Matrix， SSIM)，即

式中，dij表示結(jié)構(gòu)自影響矩陣中第i行第j列的元素；V、A、X、O表示各因素間的影響和聯(lián)系。

(2)建立初始可達(dá)矩陣(Initial Reachability Matrix)。以結(jié)構(gòu)自影響矩陣為基礎(chǔ)，按以下轉(zhuǎn)換原則，描述各因素間兩兩相互影響關(guān)系，得到初始可達(dá)矩陣AIRM。若dij=V，則aij=1，aji=0；若dij=A，則aij=0，aji=1；若dij=X，則aij=aji=1；若dij=O，則aij=aji=0，式中，aij為初始可達(dá)矩陣中第i行第j列的元素；aji為初始可達(dá)矩陣中第j行第i列的元素。

(3)建立可達(dá)矩陣(Reachability Matrix)?？蛇_(dá)矩陣通過矩陣形式描述有向連接圖各節(jié)點(diǎn)經(jīng)過一定長(zhǎng)度的通路后可到達(dá)的程度。計(jì)算方法為：基于初始可達(dá)矩陣AIRM，依據(jù)布爾矩陣的運(yùn)算性質(zhì)(Boolean Algebra)，令A(yù)=AIRM+I。式中，I為單位矩陣。若有ARM=Ak+1=Ak≠Ak-1≠…≠A，則稱ARM為AIRM的可達(dá)矩陣。

(4)層級(jí)劃分。根據(jù)可達(dá)矩陣ARM，對(duì)其中的各因素進(jìn)行整理歸納，最終將所有因素劃分為若干層級(jí)。將影響因素Vi的因素集合定義為先行集，以S(Vi)表示；將受因素Vi影響的因素集合定義為可達(dá)集，以E(Vi)表示；定義先行集和可達(dá)集的交集為共同集，表示為T(Vi)=S(Vi)∩E(Vi)。若某一因素的共同集與其先行集相同，即T(Vi)=S(Vi)，則將該因素定義為ISM層級(jí)的頂端，并在下一次迭代時(shí)將其排除。不斷重復(fù)上述迭代計(jì)算過程，依次確定各ISM層級(jí)所包括的因素，直至所有因素的層級(jí)劃分全部完成。

(5)繪制解析結(jié)構(gòu)圖。依據(jù)層級(jí)劃分結(jié)果，輸出包含全部因素的解析結(jié)構(gòu)模型。

上述步驟流程見圖2。

圖2 模型建立流程

3 實(shí)證分析

3.1 項(xiàng)目背景

黃登水電站為瀾滄江上游河段的第5個(gè)梯級(jí)，位于云南省蘭坪縣境內(nèi)，以發(fā)電為主，兼有防洪等綜合效益，裝機(jī)容量1 900 MW，屬一等大(Ⅰ)型工程。工程樞紐主要由擋水建筑物和地下引水發(fā)電系統(tǒng)組成。大壩為碾壓混凝土重力壩，最大壩高203 m。泄洪表孔、泄洪放空底孔和引水發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)水口均布置在壩體內(nèi)。水庫(kù)總庫(kù)容15.49×108m3，調(diào)節(jié)庫(kù)容8.28×108m3，具有季調(diào)節(jié)能力。

表1 各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相互影響關(guān)系

表2 初始可達(dá)矩陣AIRM

3.2 模型求解

(1)各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相互影響關(guān)系見表1。

(2)建立初始可達(dá)矩陣。根據(jù)步驟(2)，建立初始可達(dá)矩陣AIRM，見表2。

(3)建立可達(dá)矩陣。根據(jù)布爾矩陣的運(yùn)算性質(zhì)，計(jì)算得到可達(dá)矩陣ARM，見表3。

(4)對(duì)可達(dá)矩陣風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行層次化處理，整理后的風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系集合見表4。

(5)構(gòu)建水電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的解析結(jié)構(gòu)圖。通過上述步驟，實(shí)現(xiàn)了水電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的層次化處理，18個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素被劃分為6個(gè)層級(jí)。風(fēng)險(xiǎn)因素解析結(jié)構(gòu)模型見圖3。第1層的風(fēng)險(xiǎn)因素表示該風(fēng)險(xiǎn)因素在所有風(fēng)險(xiǎn)因素里對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響最多，但受其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響最少；第6層表示該風(fēng)險(xiǎn)因素在所有風(fēng)險(xiǎn)因素里對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響最少，但受其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響最多。L1、L2、L5、L6是單因素層級(jí)，不存在權(quán)重差異。在此，采用模糊綜合評(píng)價(jià)中常用的九階評(píng)分法對(duì)L3、L4層內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)因素影響程度進(jìn)行評(píng)分，標(biāo)準(zhǔn)化后的評(píng)分結(jié)果見表5、6。

表3 可達(dá)矩陣ARM

圖3 風(fēng)險(xiǎn)因素解析結(jié)構(gòu)模型

(6)基于距離熵計(jì)算指標(biāo)客觀賦權(quán)值，可得wL3={0.340，0.338，0.323}；wL4={0.091，0.0907，0.0899，0.0896，0.0911，0.0953，0.0897，0.0911，0.0913，0.0904，0.0895}。令α和β均取中性值0.5，可計(jì)算得到L3和L4層加權(quán)評(píng)價(jià)集如下：GL3=(0.366，0.340，0.294)；GL4=(0.092，0.082，0.100，0.102，0.094，0.073，0.091，0.080，0.080，0.094，0.112)。所有層級(jí)加權(quán)評(píng)價(jià)結(jié)果見圖3。

表4 可達(dá)矩陣ARM各風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系集合

表5 L3層風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)化后)

4 結(jié)果分析

L1層中僅有1個(gè)元素，即人員行為與素質(zhì)S14，說明其對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素有最為廣泛而深刻的影響。人員行為及素質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)控制不好，將可能導(dǎo)致工程項(xiàng)目的安全、質(zhì)量、進(jìn)度及投資目標(biāo)失控，給工程建設(shè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)業(yè)主單位來說，首先應(yīng)加強(qiáng)自身項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)建設(shè)，做到人員充足，專業(yè)配置合理，確保成員間的團(tuán)結(jié)與協(xié)調(diào)，以保持團(tuán)隊(duì)的效率與積極性，并維持團(tuán)隊(duì)的相對(duì)穩(wěn)定；其次應(yīng)在承包商的選擇上嚴(yán)格把關(guān)，選擇技術(shù)能力強(qiáng)、商業(yè)信譽(yù)好的承包商，在現(xiàn)今低價(jià)中標(biāo)的大潮流下，尤其要引起足夠的重視。

表6 L4層風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)分結(jié)果(標(biāo)準(zhǔn)化后)

L2層中僅有1個(gè)元素，即勘測(cè)不足風(fēng)險(xiǎn)S5，說明其對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素有著較為廣泛的影響。勘測(cè)結(jié)果不夠準(zhǔn)確，將導(dǎo)致工程建設(shè)中的不確定性大量增加，如設(shè)計(jì)變更數(shù)量上升，現(xiàn)場(chǎng)的組織協(xié)調(diào)工作增加，并進(jìn)一步引發(fā)施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、施工事故風(fēng)險(xiǎn)和合同變更風(fēng)險(xiǎn)，甚至增大地質(zhì)災(zāi)害和其他突發(fā)事件風(fēng)險(xiǎn)的概率。因此，在工程建設(shè)前期應(yīng)投入足夠的資源，將勘測(cè)工作做細(xì)、做實(shí)，盡量減少工程建設(shè)的不確定性，有效控制勘測(cè)不足風(fēng)險(xiǎn)。

L3層中共有3個(gè)元素，即電力市場(chǎng)改革風(fēng)險(xiǎn)S10(0.366)、行業(yè)政策變化風(fēng)險(xiǎn)S17(0.340)和宏觀經(jīng)濟(jì)調(diào)控風(fēng)險(xiǎn)S18(0.294)，說明其對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響的廣泛性略低于上層的元素。這3個(gè)元素在該層級(jí)所占的權(quán)重依次降低，但差距不大，都屬于政策層面的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)的各個(gè)方面均有不同程度的影響。水電行業(yè)眾多參與者中，對(duì)上述政策層面風(fēng)險(xiǎn)因素施加直接影響的能力極其有限，唯一能做的就是時(shí)刻關(guān)注市場(chǎng)和政策的現(xiàn)狀，提前研判其變化趨勢(shì)的各種可能情況，精心策劃、提前制定切實(shí)可行的應(yīng)對(duì)措施，以盡量降低政策層面風(fēng)險(xiǎn)因素的不利影響。

L4層中共有11個(gè)元素，即自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)S1(0.092)、其他突發(fā)事件風(fēng)險(xiǎn)S2(0.082)、施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)S3(0.100)、施工事故風(fēng)險(xiǎn)S4(0.102)、設(shè)計(jì)變更風(fēng)險(xiǎn)S6(0.094)、物價(jià)變化風(fēng)險(xiǎn)S9(0.073)、組織協(xié)調(diào)風(fēng)險(xiǎn)S11(0.091)、合同缺陷與變更S12(0.080)、施工違約與索賠S13(0.080)、環(huán)境治理風(fēng)險(xiǎn)S15(0.094)和移民安置風(fēng)險(xiǎn)S16(0.112)。該層元素對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響力居中。從各元素的影響權(quán)重來看，可以大致將這11個(gè)元素劃分個(gè)3個(gè)層級(jí)。移民安置風(fēng)險(xiǎn)S16所占權(quán)重最高，位于第1層級(jí)，說明移民問題是該層元素中影響最大的風(fēng)險(xiǎn)因素；施工事故風(fēng)險(xiǎn)S4和施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)S3位于第2層級(jí)，權(quán)重略低于移民安置風(fēng)險(xiǎn)S16，這2項(xiàng)因素從本質(zhì)上看都屬于安全方面的風(fēng)險(xiǎn)，前者為施工過程中人員、設(shè)備和設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)，后者為由于施工質(zhì)量問題而導(dǎo)致的后續(xù)施工或運(yùn)營(yíng)階段人員、設(shè)備和設(shè)施的安全隱患，也說明了安全問題一直應(yīng)是黃登水電站建設(shè)過程中的重中之重，不容忽視；其他8個(gè)元素的影響權(quán)重為第3層級(jí)，分別從自然災(zāi)害、突發(fā)事件、設(shè)計(jì)變更、物價(jià)變化、組織協(xié)調(diào)、合同糾紛和環(huán)境治理等方面對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)產(chǎn)生不同程度的影響?；谏鲜鲲L(fēng)險(xiǎn)分析結(jié)果，建議如下：針對(duì)影響程度最大的移民安置風(fēng)險(xiǎn)S16，要超前開展庫(kù)區(qū)移民規(guī)劃設(shè)計(jì)，加強(qiáng)與各級(jí)政府的協(xié)調(diào)聯(lián)系，確保資金及時(shí)到位，采用短期、長(zhǎng)期扶持安置手段相結(jié)合的措施，從而實(shí)現(xiàn)有效規(guī)避移民安置風(fēng)險(xiǎn)的目標(biāo)；對(duì)于施工事故風(fēng)險(xiǎn)S4，可通過加強(qiáng)參建人員安全教育，完善安全管理規(guī)章制度，嚴(yán)抓規(guī)章制度的執(zhí)行力度，強(qiáng)化規(guī)章制度執(zhí)行情況的監(jiān)督，有效管控風(fēng)險(xiǎn)；對(duì)于施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)S3，則應(yīng)從設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理、設(shè)備制造、原材料采購(gòu)等方面，全方位、全流程嚴(yán)格做好質(zhì)量管控，確保水電項(xiàng)目施工質(zhì)量可控、在控；而對(duì)于第3層級(jí)的各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，雖然其個(gè)體所占的權(quán)重相對(duì)較低，但其權(quán)重的總和占到該層風(fēng)險(xiǎn)因素的6成以上，仍應(yīng)給予足夠的重視，提前做好風(fēng)險(xiǎn)管控，積極應(yīng)對(duì)。

L5層中僅有1個(gè)元素，即投資超概風(fēng)險(xiǎn)S8，說明其對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響力較小，而受其他風(fēng)險(xiǎn)因素影響較大，若能實(shí)現(xiàn)對(duì)L1～L4層風(fēng)險(xiǎn)因素的有效管控，則可有效規(guī)避投資超概風(fēng)險(xiǎn)S8。

L6層中僅有1個(gè)元素，即融資風(fēng)險(xiǎn)S7，說明其對(duì)水電項(xiàng)目建設(shè)期內(nèi)的其他風(fēng)險(xiǎn)因素的影響力最小，且受其他風(fēng)險(xiǎn)因素直接或者間接地影響。對(duì)其他風(fēng)險(xiǎn)因素的有效管理是有效降低融資風(fēng)險(xiǎn)S7的前提條件。

5 結(jié) 語(yǔ)

本文基于HHM思想，提出了大型水電項(xiàng)目建設(shè)期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，構(gòu)建了基于距離熵優(yōu)化HHM-SIM的大型水電項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并以黃登水電工程為例，對(duì)模型運(yùn)用進(jìn)行了檢驗(yàn)，檢驗(yàn)結(jié)果與項(xiàng)目的實(shí)際狀況吻合度較高，比較真實(shí)地反映了項(xiàng)目的真實(shí)情況，證明了模型的有效性和實(shí)用性。

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