基于共識(shí)模型和前景理論的輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

王濟(jì)干，和夢(mèng)思

(河海大學(xué)商學(xué)院，江蘇 南京 211100)

黨的十八大以來(lái)，習(xí)近平總書記多次就水利工程相關(guān)問(wèn)題發(fā)表重要講話，針對(duì)解決我國(guó)新時(shí)期水利工程存在的水安全、水資源短缺、水生態(tài)惡化以及水環(huán)境保護(hù)的四大水問(wèn)題，提出了“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”的新時(shí)期治水思路，賦予了新時(shí)期治水的新內(nèi)涵、新任務(wù)、新要求。輸水工程是大型調(diào)水工程中非常重要的組成部分，輸水渠道失穩(wěn)和運(yùn)行管理不足一直是影響輸水工程正常運(yùn)行的原因[1]，及時(shí)發(fā)現(xiàn)這兩方面存在的潛在問(wèn)題并做好預(yù)防措施對(duì)于輸水工程安全運(yùn)行意義重大。

在水利工程中，一般將風(fēng)險(xiǎn)定義為潛在災(zāi)害發(fā)生的概率及其后果的度量[2]?！端哭k公廳關(guān)于印發(fā)水利水電工程(水庫(kù)、水閘)運(yùn)行危險(xiǎn)源辨識(shí)與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)導(dǎo)則(試行)的通知》(辦監(jiān)督函〔2019〕1486號(hào))將危險(xiǎn)源定義為：在水庫(kù)、水閘工程運(yùn)行管理過(guò)程中存在的，可能導(dǎo)致人員傷亡、健康損害、財(cái)產(chǎn)損失或環(huán)境破壞，在一定的觸發(fā)因素作用下可轉(zhuǎn)化為事故的根源或狀態(tài)，包括構(gòu)(建)筑物類、金屬結(jié)構(gòu)類、設(shè)備設(shè)施類、作業(yè)活動(dòng)類、管理類和環(huán)境類6種危險(xiǎn)源類別。借鑒危險(xiǎn)源以及水利工程中風(fēng)險(xiǎn)的定義，將輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)定義為在水利工程輸水運(yùn)行中因建筑物失穩(wěn)、管理不力等潛在問(wèn)題引起輸水工程發(fā)生事故的狀態(tài)。根據(jù)輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)的定義確定其運(yùn)行過(guò)程的潛在問(wèn)題，并運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行合理的評(píng)價(jià)研究，確保輸水工程的正常運(yùn)行。

1 研究綜述

目前，已有學(xué)者對(duì)輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究。耿雷華等[2]將輸水系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)模式分為漫堤失事、滲漏失事和失穩(wěn)失事3種，采用層次-模糊綜合評(píng)估模型對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)；貢力等[3]建立了包括主體結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、自然風(fēng)險(xiǎn)、水污染風(fēng)險(xiǎn)、組織管理風(fēng)險(xiǎn)、運(yùn)行調(diào)度風(fēng)險(xiǎn)5個(gè)因子的輸水渠道風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，運(yùn)用多層次灰色評(píng)價(jià)模型確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；練繼建等[4]根據(jù)輸水工程的標(biāo)準(zhǔn)和管理規(guī)程建立了輸水建筑物安全運(yùn)行的指標(biāo)體系，運(yùn)用多層次模糊綜合評(píng)價(jià)法確定風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)。大部分文獻(xiàn)是針對(duì)輸水工程建筑物或者運(yùn)行管理風(fēng)險(xiǎn)的單一角度評(píng)價(jià)。本文從管理類、環(huán)境類以及建筑類等多角度對(duì)輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法只考慮風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和嚴(yán)重程度兩個(gè)參數(shù)，但是故障模式及影響分析法(failure mode and effect analysis， FMEA)是由發(fā)生概率(O)、嚴(yán)重程度(S)和檢測(cè)難易程度(D)3個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子來(lái)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)故障模式的一種方法，增加了評(píng)估結(jié)果的可靠性。傳統(tǒng)的FMEA法是專家用1～10的數(shù)值分別對(duì)O、S和D進(jìn)行打分，然后通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先數(shù)RPN(risk priority number)的大小對(duì)故障模式進(jìn)行排序,RPN的數(shù)值表示為O、S和D三者數(shù)值相乘。該方法在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)很多缺陷[5]，如故障模式評(píng)估信息不清晰，風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重配比相同及故障模式的排序太過(guò)粗糙等。

為了彌補(bǔ)傳統(tǒng)FMEA法在實(shí)際應(yīng)用中的缺陷，很多學(xué)者對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)于故障模式評(píng)估信息方面的研究可以分為3類：①基于隸屬度函數(shù)的語(yǔ)言方法。王睿等[6]基于直覺(jué)模糊集理論，引入隸屬度、非隸屬度及猶豫度的概念改進(jìn)了傳統(tǒng)的FMEA法；聶文濱等[7]運(yùn)用模糊關(guān)聯(lián)度來(lái)處理風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的信息。②基于序數(shù)的語(yǔ)言符號(hào)法。Zhou等[8]應(yīng)用語(yǔ)言符號(hào)描述風(fēng)險(xiǎn)因子。③基于二元語(yǔ)言組法。Liu等[9-10]提出了利用猶豫二元語(yǔ)言集處理專家的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息和區(qū)間二元語(yǔ)義和灰相關(guān)分析結(jié)合的方法。現(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重的確定方法主要有主觀權(quán)重法、客觀權(quán)重法和綜合權(quán)重法3種。直接評(píng)價(jià)法[11]、德?tīng)柗品╗12]、層次分析法(AHP)[13]、最優(yōu)最劣法(BWM)[14]等是確定主觀權(quán)重常用的方法。常用的確定客觀權(quán)重方法有數(shù)據(jù)包絡(luò)法[15]、最大偏好法[16]、熵權(quán)法[17]等。由于主觀權(quán)重和客觀權(quán)重的確定方法都有一定的局限性，所以有些學(xué)者運(yùn)用將主客觀權(quán)重結(jié)合的綜合權(quán)重法確定權(quán)重?，F(xiàn)有文獻(xiàn)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)排序通常是利用多準(zhǔn)則決策的方法。Huang等[18]構(gòu)建了語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)法和交互多準(zhǔn)則決策法(TODIM，葡萄牙語(yǔ)縮寫)的FMEA模型，用語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)信息，綜合權(quán)重法確定權(quán)重，最后用TODIM法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)排序。Vahdani等[19]利用模糊語(yǔ)言集進(jìn)行信息評(píng)價(jià)，然后用逼近理想點(diǎn)排序法(TOPSIS)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)排序。Hajiagha等[20]考慮最大化群體利益與最小化個(gè)體遺憾，提出基于多準(zhǔn)則妥協(xié)解排序法(VIKOR)的風(fēng)險(xiǎn)排序方法。周衍平等[21]猶豫的語(yǔ)言元素和前景理論被用來(lái)排序失敗模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)。還有決策與試驗(yàn)評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)室方法(DEMATEL)[22]、證據(jù)推理法[23]等多準(zhǔn)則決策的方法被應(yīng)用到FMEA中。

上述文獻(xiàn)在克服傳統(tǒng)FMEA法方面發(fā)揮了很大的作用，但還有需要優(yōu)化的地方：①現(xiàn)有關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)價(jià)中的方法，用于評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)信息的語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)出現(xiàn)的概率都是相等的，如語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)集{很高，高，一般，低，很低}，每個(gè)術(shù)語(yǔ)的概率都是0.20，但實(shí)際評(píng)價(jià)中，每個(gè)語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)所占的比例不同，會(huì)隨著評(píng)價(jià)對(duì)象的不同而變化[24]。②已有的FMEA模型往往沒(méi)有考慮專家之間的共識(shí)程度?，F(xiàn)有文獻(xiàn)很少關(guān)注專家風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息和集結(jié)后的專家們風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估信息是否達(dá)成共識(shí)的問(wèn)題，但評(píng)價(jià)過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)個(gè)別專家與整體意見(jiàn)偏離的情況，若沒(méi)有及時(shí)進(jìn)行修正，將會(huì)影響整體評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性[25]。此外，專家之間往往不是相互獨(dú)立的，沒(méi)有任何關(guān)系，在現(xiàn)實(shí)生活中專家們之間會(huì)存在一定的關(guān)系[26]，比如信任關(guān)系、情感關(guān)系。信任關(guān)系是影響群決策共識(shí)過(guò)程的一個(gè)重要因素，所以在建立共識(shí)模型中也要考慮到專家們之間的關(guān)系。③對(duì)風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先度進(jìn)行排序的方法中，很少有文獻(xiàn)考慮專家的心理行為。事實(shí)上，人都有規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的心理，專家對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)的偏好會(huì)影響故障模式的風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果。

為了彌補(bǔ)上述不足，本文在既有研究的基礎(chǔ)上，提出了基于共識(shí)模型和前景理論來(lái)改進(jìn)FMEA模型。該方法運(yùn)用語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因子，語(yǔ)言分布評(píng)估法中每個(gè)語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)隨著評(píng)價(jià)對(duì)象的不同有相應(yīng)的概率分配,構(gòu)建基于信任關(guān)系的共識(shí)模型使專家評(píng)估信息與集結(jié)后的整體評(píng)估信息達(dá)到一致，在此基礎(chǔ)上用熵權(quán)法確定風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重，最后運(yùn)用考慮專家心理行為的前景理論對(duì)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，并引入南水北調(diào)東線工程的輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)來(lái)驗(yàn)證該方法的有效性和可行性。

2 基于共識(shí)模型和前景理論的FMEA法模型構(gòu)建

模型構(gòu)建分為4個(gè)階段，包括風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估階段、共識(shí)模型構(gòu)建階段、風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重確定階段和前景理論風(fēng)險(xiǎn)排序階段?；诠沧R(shí)模型和前景理論的FMEA模型如圖1所示。

圖1 基于共識(shí)模型和前景理論改進(jìn)的FMEA法建模流程

2.1 評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因子

定義1令S={sk|k=0,1,2,…,t}是一個(gè)自然語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)集，則S的語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)可以用下式表示：

(1)

式中bk為sk比例分配。

定義2令n={(sk,bk)|k=0,1,…,t}是s的語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)，則n的期望值可表示為

(2)

定義3令n1={(sk,bk1)|k=0,1,…,t}和n2={(sk,bk2)|k=0,1,…,t}為兩個(gè)語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)，則n1和n2的距離可表示為

(3)

定義4對(duì)于兩個(gè)任意的語(yǔ)言分布評(píng)估集n1,n2，存在如下關(guān)系：①如果E(n1)>E(n2),則n1>n2；②如果E(n1)

Dw(n1,n2,…,nm)={(sk,βk)|k=0,1,…,t}

(4)

其中

步驟2集結(jié)成群體評(píng)估矩陣。將各位專家的評(píng)估信息運(yùn)用式(4)中集結(jié)算子DAWA集結(jié)成群體評(píng)估矩陣Nx=(nij,x)r×q，矩陣元素為

(5)

其中

2.2 構(gòu)建共識(shí)模型

通過(guò)上述方法得到各位專家和群體的評(píng)估信息后，需要將專家之間的共識(shí)度與設(shè)定閾值δ進(jìn)行比較。如果專家意見(jiàn)的共識(shí)度小于閾值δ，則需要對(duì)沒(méi)有達(dá)到閾值的專家評(píng)估信息進(jìn)行修改；如果專家之間的共識(shí)度達(dá)到閾值δ，則可以進(jìn)行下一步的研究。共識(shí)度的測(cè)量是由專家個(gè)人與群體評(píng)估值之間的距離來(lái)決定。

(6)

將ηxk與δ比較大小。若ηxk<δ，表示共識(shí)度未達(dá)到閾值，評(píng)估信息需要調(diào)整，反之不需要調(diào)整。

對(duì)未達(dá)共識(shí)閾值的評(píng)估信息調(diào)整時(shí)，可以考慮專家之間的信任關(guān)系。在實(shí)際情況中，同一領(lǐng)域的專家之間存在一定的關(guān)系，各專家經(jīng)驗(yàn)和背景不同，彼此之間的信任關(guān)系也不同。信任度越高，對(duì)其所給評(píng)估信息的認(rèn)可度越高，所以為了使群體評(píng)估信息達(dá)成一致，可以利用信任關(guān)系作為共識(shí)調(diào)整系數(shù)對(duì)未達(dá)到閾值的專家評(píng)估信息進(jìn)行調(diào)整。

步驟2共識(shí)模型的調(diào)整。用S={s-σ,s-σ+1,…,s-σ-1,sσ}作為專家之間的信任程度的語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)評(píng)估集，其中σ為正整數(shù)，可得到專家之間的信任關(guān)系矩陣U：

為了便于計(jì)算，本文通過(guò)下式將專家信任程度的評(píng)估信息轉(zhuǎn)換為數(shù)值：

(7)

式中H(si)為si對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

得到信任關(guān)系后，專家Tk對(duì)于上一輪評(píng)估信息的調(diào)整系數(shù)δk如下[27]：

(8)

調(diào)整后專家Tk的評(píng)估值nij,(x+1)k可由下式表示：

nij,(x+1)k=δk1nij,x1+δk2nij,x2+…+δknnij,xn

(9)

從而得到新的評(píng)估矩陣Nij,(x+1)k=(nij,(x+1)k)r×q。

步驟3新一輪共識(shí)度的計(jì)算。如步驟3共識(shí)度計(jì)算方式一樣，對(duì)新的評(píng)估矩陣的共識(shí)度進(jìn)行計(jì)算。若還有未達(dá)到設(shè)定閾值δ的評(píng)估信息，則重復(fù)步驟3、4的工作，直到所有評(píng)估信息都達(dá)到設(shè)定閾值δ。

2.3 確定風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重

風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重的確定不是本文考慮的重點(diǎn)，所以本文用最常用的熵權(quán)法來(lái)計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重。熵是系統(tǒng)無(wú)序程度的一個(gè)度量。根據(jù)信息熵的定義，對(duì)于某項(xiàng)指標(biāo)，可以用熵值來(lái)判斷某個(gè)指標(biāo)的離散程度，其信息熵值越小，指標(biāo)的離散程度越大，該指標(biāo)的權(quán)重就越大。

步驟1確定風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重。各風(fēng)險(xiǎn)因子的熵值為

(10)

其中

對(duì)上式進(jìn)行歸一化處理，得到各屬性重要性的熵值為ej=Ej/lnr。各風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重為

(11)

2.4 前景理論風(fēng)險(xiǎn)排序階段

前景理論是Tversky等[28]在1992年基于順序依賴效用理論的基礎(chǔ)上提出的一個(gè)預(yù)測(cè)個(gè)體實(shí)際決策行為的描述性理論。該理論在實(shí)證研究的基礎(chǔ)上表明，人們?cè)谧鰶Q策時(shí)，價(jià)值載體是結(jié)果的變化而不是結(jié)果的最終狀態(tài)。決策者做出選擇時(shí)對(duì)決策結(jié)果有一個(gè)預(yù)期，稱之為參考點(diǎn)，其偏好是基于參考點(diǎn)的偏差來(lái)定義。對(duì)結(jié)果偏好時(shí)，認(rèn)為是獲得，否則認(rèn)為是損失。該理論認(rèn)為決策者的心理參考點(diǎn)影響實(shí)際決策結(jié)果。本文將主要介紹前景理論的價(jià)值函數(shù)和權(quán)重函數(shù)。

(12)

式中：υ(x)為價(jià)值函數(shù)；x為評(píng)估值相對(duì)于參照點(diǎn)的差值；a、β為風(fēng)險(xiǎn)偏好系數(shù)和風(fēng)險(xiǎn)厭惡系數(shù)。Tversky等[28]認(rèn)為a>0,β<1，數(shù)值越大表示決策者越傾向于冒險(xiǎn)；θ為損失規(guī)避系數(shù)，θ>1表明決策者面對(duì)同等的損失和收益時(shí)，對(duì)損失更加敏感。

Tversky等[28]認(rèn)為在面臨收益和損失時(shí)的決策權(quán)重的形式分別為

(13)

式中：Wπj+、Wπj-分別為面臨收益和損失時(shí)的決策權(quán)重；γ+、γ-為決策權(quán)重函數(shù)中的主管系數(shù)，取值通常為γ+=0.61,γ-=0.69。

步驟1參照點(diǎn)的選擇。本文選取專家評(píng)價(jià)信息中的正負(fù)理想點(diǎn)作為雙參照點(diǎn)，F(xiàn)MEA中O、S和D是屬于成本型指標(biāo)，正理想點(diǎn)和負(fù)理想點(diǎn)計(jì)算公式分別為

(14)

(15)

步驟2正負(fù)前景決策矩陣的確定。專家對(duì)于評(píng)估信息的正前景決策矩陣υ+為

(16)

專家對(duì)于評(píng)估信息的負(fù)前景決策矩陣υ-為

υ-=-θ(d(nij,xk,εij,xk))β,nij,xk≥εij,xk

(17)

其中，學(xué)者對(duì)α,θ,β的取值做了很多的試驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)α=0.88，β=0.88和θ=2.25時(shí)與現(xiàn)實(shí)情況最為一致。

步驟3收益和損失的決策權(quán)重的確定。根據(jù)公式(13)求得收益時(shí)的決策權(quán)重Wπ+和損失時(shí)的決策權(quán)重Wπ-。

步驟4綜合前景矩陣及風(fēng)險(xiǎn)排序。綜合前景值具體可表示為

(18)

根據(jù)綜合前景值V(f)的大小對(duì)各故障模式Fi風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)排序。

3 案例分析

南水北調(diào)東線工程即國(guó)家戰(zhàn)略東線工程，簡(jiǎn)稱東線工程，是指從江蘇省揚(yáng)州市江都水利樞紐提水，途徑江蘇、山東、河北三省，向華北地區(qū)輸送生產(chǎn)生活用水的國(guó)家級(jí)跨省界區(qū)域工程。本文案例選自南水北調(diào)東線工程輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)問(wèn)題，通過(guò)該案例驗(yàn)證本文方法的可行性和有效性?；谝延形墨I(xiàn)[3,29]的研究，再結(jié)合運(yùn)行管理和構(gòu)建物等方面對(duì)南水北調(diào)東線工程的輸水工程運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)的分析，確定以下的主要故障模式：防汛度汛不及時(shí)(F1)、地基缺陷(F2)、應(yīng)急反應(yīng)不及時(shí)(F3)、冰期輸水不暢(F4)、異常滲透(F5)和水質(zhì)安全出現(xiàn)問(wèn)題(F6)。各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的失效原因及失效效果如表1所示。

表1 6種故障模式的失效原因及失效效果

故障模式風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估的3位專家成員由參與南水北調(diào)東線工程的工程師、管理人員和科研人員組成。3位專家雖然具有不同的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)和背景，但是重要性不分伯仲，所以分配給各位專家的權(quán)重Wλk為(1/3，1/3，1/3)。根據(jù)步驟1，可得到3位專家給出的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表2～4。

表2 專家T1提供的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息

表3 專家T2提供的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息

表4 專家T3提供的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息

得到3位專家的風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息后，為了確保評(píng)估信息的準(zhǔn)確性，將集結(jié)的群體評(píng)估信息與各位專家評(píng)估信息對(duì)比，計(jì)算個(gè)人與群體評(píng)估信息之間的共識(shí)度。若共識(shí)度達(dá)到設(shè)定閾值，則不需要修改，反之需要利用調(diào)整系數(shù)對(duì)其風(fēng)險(xiǎn)因子評(píng)估信息修改。根據(jù)步驟2可得到集結(jié)的群體評(píng)估矩陣，結(jié)果見(jiàn)表5。專家給出評(píng)估信息集結(jié)成群體評(píng)估信息后，根據(jù)式(6)計(jì)算每個(gè)元素的共識(shí)度，結(jié)果見(jiàn)表6。

表5 群體評(píng)估信息

本文設(shè)定共識(shí)閾值為0.95，從表6中可以看出專家T2對(duì)故障模式F4的風(fēng)險(xiǎn)因子S，故障模式F5、F6中的風(fēng)險(xiǎn)因子D的評(píng)估值小于設(shè)定閾值0.95；還有專家T3對(duì)故障模式F1中的風(fēng)險(xiǎn)因子O和S也低于設(shè)定閾值。對(duì)于表6中未達(dá)到閾值的評(píng)估信息引入信任關(guān)系作為調(diào)整系數(shù)進(jìn)行修改。專家間的信任關(guān)系矩陣U如下:

表6 共識(shí)度

為了方便后續(xù)的計(jì)算，根據(jù)式(7)把信任矩陣U轉(zhuǎn)換成數(shù)值:

依據(jù)式(8)得到各位專家的調(diào)整系數(shù)，專家T1的調(diào)整系數(shù)為10/31，專家T2的調(diào)整系數(shù)為9/31，專家T3的調(diào)整系數(shù)為12/31。根據(jù)公式(9)利用調(diào)整系數(shù)修改評(píng)估信息得到調(diào)整后的專家評(píng)估信息。調(diào)整后的群體評(píng)估矩陣如表7所示。

表7 調(diào)整后的群體評(píng)估信息

新一輪的共識(shí)度的計(jì)算。同步驟3的計(jì)算方式一樣，得到調(diào)整后的新一輪的共識(shí)度，新一輪的共識(shí)度都達(dá)到了閾值0.95，表示專家之間對(duì)于評(píng)估信息一致認(rèn)可，可以進(jìn)行下一步風(fēng)險(xiǎn)因子權(quán)重的計(jì)算。根據(jù)公式(10～11)可得到各風(fēng)險(xiǎn)因子的權(quán)重Wj=(0.346 2,0.339 2,0.314 6)。

前景理論中參考點(diǎn)的確定(參考步驟7)。本文選取的參考點(diǎn)是正負(fù)理想點(diǎn)，根據(jù)式(14～15)可得本案例的正負(fù)參照點(diǎn)(表8)。

表8 正負(fù)理想點(diǎn)

前景理論中收益和損失決策權(quán)重的確定。根據(jù)式(13)得到收益時(shí)的決策權(quán)重Wπ+=(0.662 7,0.655 2,0.628 7)，損失時(shí)的決策權(quán)重Wπ-=(0.568 2,0.560 8,0.534 6)。根據(jù)式(16～17)得到各個(gè)故障模式的綜合前景值，根據(jù)綜合前景值V對(duì)各故障模式Fi進(jìn)行排序，結(jié)果如表9所示。

表9 綜合前景值及風(fēng)險(xiǎn)排序

由表9得到的綜合前景值對(duì)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排序，可得到全部故障模式的風(fēng)險(xiǎn)排序?yàn)椋篎5>F2>F1>F3>F6>F4。其中異常滲漏(F5)的風(fēng)險(xiǎn)最大，冰期輸水不暢(F4)風(fēng)險(xiǎn)最小(表10)。

表10 不同F(xiàn)MEA法風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)排序的對(duì)比分析

4 對(duì)比分析

為了驗(yàn)證本文方法的有效性和可行性，選取傳統(tǒng)RPN法、傳統(tǒng)共識(shí)調(diào)整系數(shù)法和TOPSIS法和本文方法進(jìn)行對(duì)比。

a.在傳統(tǒng)的RPN法中，風(fēng)險(xiǎn)的優(yōu)先級(jí)排序是通過(guò)RPN值決定。根據(jù)Yazdi等[30]提出的原理，O、S和D值可由群體評(píng)估值(表7)表示，三者相乘可計(jì)算每種失效模式的RPN值，排序結(jié)果見(jiàn)表10。

b.傳統(tǒng)的共識(shí)調(diào)整模型[29]中對(duì)未達(dá)到閾值的評(píng)估信息按照公式nij,(x+1)k=φnij,xk+(1-φ)nij,x進(jìn)行調(diào)整，其中φ是調(diào)整系數(shù)，是由管理人員根據(jù)自身的偏好決定，nij,xk為專家Tk的評(píng)估信息，nij,x為群體評(píng)估信息。對(duì)表6中未達(dá)到閾值的評(píng)估信息用傳統(tǒng)的調(diào)整系數(shù)法修改，其中設(shè)定專家的第一輪調(diào)整系數(shù)分別為0.5、0.5和0.5。第一輪調(diào)整過(guò)后的共識(shí)度仍有未達(dá)到設(shè)定閾值0.95的評(píng)估信息，對(duì)未達(dá)到閾值0.95的評(píng)估信息進(jìn)行第二輪調(diào)整。設(shè)定專家T3的調(diào)整系數(shù)為0.4，二輪調(diào)整后共識(shí)度都達(dá)到閾值(因篇幅原因結(jié)果略去)，可進(jìn)行下一步的計(jì)算。風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果見(jiàn)表10。

c.TOPSIS的對(duì)比采用Liu等[31]的方法，該方法利用直覺(jué)模糊和TOPSIS法相結(jié)合來(lái)改進(jìn)FMEA，用直覺(jué)模糊集來(lái)評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)信息，用TOPSIS法對(duì)故障模式的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行排序。具體排序結(jié)果見(jiàn)表10和圖2。

圖2 不同F(xiàn)MEA法風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)排序的對(duì)比

圖2清晰地表示了各方法故障模式的排序，雖然每個(gè)方法的故障模式風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)排序不完全相同，但風(fēng)險(xiǎn)最大的故障模式都是F5，風(fēng)險(xiǎn)最小的故障模式都是F4，可表明本文提出的方法是有效的。在傳統(tǒng)的RPN法中F3的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)別排序?yàn)?，而在本文提出的方法中F3的優(yōu)先級(jí)別低于傳統(tǒng)FMEA法兩個(gè)排名，這是因?yàn)閭鹘y(tǒng)FMEA法中賦予風(fēng)險(xiǎn)因子O、S和D相同的權(quán)重，而本文基于熵權(quán)法確定的權(quán)重結(jié)果是S的權(quán)重低于O，傳統(tǒng)方法高估了風(fēng)險(xiǎn)因子S的權(quán)重，導(dǎo)致F3風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別上升。在圖2中只看到3條曲線，是因?yàn)閭鹘y(tǒng)共識(shí)調(diào)整系數(shù)法與本文的方法呈現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別排序完全一致，可證明本文方法的可行性和有效性。但本文方法優(yōu)于傳統(tǒng)共識(shí)調(diào)整系數(shù)法的原因在于本文方法僅經(jīng)過(guò)一輪的調(diào)整，使共識(shí)度達(dá)到設(shè)定的閾值，傳統(tǒng)的共識(shí)調(diào)整系數(shù)法根據(jù)管理者提供的調(diào)整系數(shù)經(jīng)過(guò)兩輪的調(diào)整才達(dá)到設(shè)定的閾值。傳統(tǒng)的共識(shí)調(diào)整系數(shù)法根據(jù)管理者提供的調(diào)整系數(shù)的不同，調(diào)整的次數(shù)也不同，這樣的調(diào)整系數(shù)法既浪費(fèi)時(shí)間也消耗精力。TOPSIS法和本文方法的F5、F4、F2和F6的風(fēng)險(xiǎn)排序結(jié)果是相同的，F(xiàn)1(防汛度汛不及時(shí))和F3(應(yīng)急反應(yīng)不及時(shí))的排序結(jié)果相反，是因?yàn)槲墨I(xiàn)[30]中的TOPSIS法未考慮專家和群體之間達(dá)成共識(shí)的問(wèn)題，導(dǎo)致專家對(duì)于最終的決策結(jié)果的接受度存在偏差；此外TOPSIS方法根據(jù)失效模式與正負(fù)理想點(diǎn)的貼近度排序，得出F3的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)大于F1，是沒(méi)有考慮專家在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的心理行為，人都有規(guī)避高風(fēng)險(xiǎn)，尋求低風(fēng)險(xiǎn)的心理行為。在實(shí)際的輸水風(fēng)險(xiǎn)管理中，防汛工作新機(jī)制還處于磨合期，再加之存在工程防汛壓力大、工作任務(wù)復(fù)雜等問(wèn)題，因此本文得出F1的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)別高于F3是合適的。

5 結(jié) 論

a.針對(duì)傳統(tǒng)FMEA法的缺陷和不足，本文利用語(yǔ)言分布評(píng)價(jià)法評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)信息，該方法既能很好地匹配人類表達(dá)習(xí)慣和應(yīng)用特征方面的情況，又能解決表達(dá)模糊和模糊邏輯中信息丟失等問(wèn)題；利用基于信任關(guān)系的共識(shí)調(diào)整法來(lái)調(diào)整共識(shí)系數(shù)，以便更快地達(dá)到設(shè)定的共識(shí)閾值；基于前景理論確定風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先系數(shù)充分考慮專家在面臨決策時(shí)的心理行為。將改進(jìn)的FMEA法與其他方法進(jìn)行對(duì)比，并引入南水北調(diào)東線工程輸水安全實(shí)例進(jìn)行計(jì)算，結(jié)論表明，運(yùn)用本文改進(jìn)的FMEA法得出的風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)先級(jí)排序更加科學(xué)合理。

b.梳理了南水北調(diào)東線輸水工程運(yùn)行安全存在的6種故障模式，防汛度汛不及時(shí)、地基缺陷、應(yīng)急反應(yīng)不及時(shí)、冰期輸水不暢、異常滲透和水質(zhì)安全出現(xiàn)問(wèn)題。用改進(jìn)的FMEA法對(duì)6種故障模式的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，風(fēng)險(xiǎn)從大到小順序?yàn)楫惓B透、地基缺陷、防汛度汛不及時(shí)、應(yīng)急反應(yīng)不及時(shí)、水質(zhì)安全出現(xiàn)問(wèn)題、冰期輸水不暢，異常滲漏的風(fēng)險(xiǎn)最大，冰期輸水不暢風(fēng)險(xiǎn)最小。因此，在水利工程輸水過(guò)程中要更加關(guān)注異常滲漏帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，采取必要措施防患于未然。