水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險分析方法綜述

彭佳玉

水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險分析方法綜述

彭佳玉

（三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院，湖北 宜昌 443000）

在水電工程施工過程中，施工進(jìn)度計劃和風(fēng)險計算是很重要的分析工作。分析工程項目進(jìn)度風(fēng)險的基本思路是量化施工過程中可能存在的風(fēng)險，建立模型，運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)進(jìn)行模擬，刻畫出不同風(fēng)險因素導(dǎo)致進(jìn)度偏離目標(biāo)的程度或?qū)M(jìn)度計劃順利實(shí)現(xiàn)的影響。文章結(jié)合水電工程施工過程中可能存在的風(fēng)險，歸納整理計算進(jìn)度風(fēng)險的方法，為更全面地模擬現(xiàn)實(shí)情況，提高進(jìn)度計劃的可控性，保證項目工期和質(zhì)量提供參考。

水電工程；進(jìn)度風(fēng)險；關(guān)鍵鏈技術(shù)；蒙特卡洛模擬；系統(tǒng)動力學(xué)

引言

水利水電工程通過修建大壩水庫，利用河流勢能發(fā)電，同時兼有防洪、度汛、航運(yùn)、旅游、養(yǎng)殖等的綜合作用，是人類科技進(jìn)步和社會文明的象征，更是重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項目，在國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展中具有舉足輕重的作用[1]。我國擁有4.5萬余條河流（河流數(shù)量僅包括流域面積50 km2及以上的河流），目前已建成近10萬座水壩，攔蓄將近9000億m3庫容[2]。在不斷地與水旱災(zāi)害斗爭的過程中，我國已逐漸發(fā)展成為全球大型水利設(shè)施最發(fā)達(dá)的國家。

建設(shè)周期長，資源和資金投入量大，受地形地質(zhì)、水文、氣象條件影響大，施工組織復(fù)雜等都是水利水電工程的建設(shè)特點(diǎn)，在不可預(yù)見性因素繁多的情況下，實(shí)際施工進(jìn)度很難與計劃進(jìn)度保持一致，很容易導(dǎo)致工程項目工期延誤、項目質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，如何保證完工日期和工程質(zhì)量，就需要準(zhǔn)確地控制施工進(jìn)度，也就是需要周密的進(jìn)度計劃，并且盡可能提高計劃的可控性。施工進(jìn)度計劃的編制是一項關(guān)鍵且復(fù)雜的工作。其編制要從實(shí)際出發(fā)，考慮現(xiàn)場條件、施工技術(shù)水平、資源分配等有關(guān)因素，在合同工期規(guī)定的時間內(nèi)，盡可能做到保證質(zhì)量、安全、費(fèi)用等方面的情況下，提高項目竣工率，使項目如期或提前交付使用，以提高建設(shè)工程的經(jīng)濟(jì)效益。實(shí)際上，施工過程中各項工作之間的持續(xù)時間具有不確定性，工作間的邏輯關(guān)系也難以確定，極大可能導(dǎo)致施工進(jìn)度出現(xiàn)偏差，因而，在工期固定或資源有限的情況下，施工進(jìn)度計劃的準(zhǔn)確實(shí)施有難度，即具有較大的風(fēng)險。在項目建設(shè)前期，工程人員進(jìn)行大量地科學(xué)分析，多次進(jìn)行數(shù)學(xué)模擬，計算出施工進(jìn)度風(fēng)險，是決定建設(shè)項目能否順利實(shí)施的重要因素，對合理控制水電工程施工進(jìn)度具有重要意義。

對于水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險的研究前人已做了許多工作，本文在此基礎(chǔ)上對水電工程施工進(jìn)度計劃的風(fēng)險研究方法進(jìn)行綜合整理，吸收國內(nèi)外工程領(lǐng)域的優(yōu)秀思想和研究的豐富成果，了解在時代發(fā)展中不斷優(yōu)化創(chuàng)新的風(fēng)險分析理論、評估方法、應(yīng)對措施，為更全面地模擬現(xiàn)實(shí)情況，提高進(jìn)度計劃的可控性，保證項目工期和質(zhì)量提供參考，也為預(yù)防施工過程帶來的災(zāi)害，合理優(yōu)化其治理方案提供參考。

1　水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險的定義

水電工程項目的建設(shè)具有一定的風(fēng)險，又因建設(shè)周期長、資金投入量大、影響因素多、失事后果嚴(yán)重等特點(diǎn)，所以對其進(jìn)行風(fēng)險評估具有重大意義，需要工程分析者具備良好扎實(shí)的專業(yè)知識儲備，以及對工程項目全面透徹地了解，才能做出正確、合理的風(fēng)險分析，制定適合的項目進(jìn)度計劃，進(jìn)而控制項目的完工工期和工程質(zhì)量，達(dá)到盡快實(shí)現(xiàn)投資效益的目的。

水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險是指在規(guī)定（計劃）工期內(nèi)，工程項目實(shí)際建設(shè)的過程中，該工程進(jìn)度計劃的實(shí)際完工工期超過規(guī)定（計劃）完工工期的可能性，即在規(guī)定（計劃）工期內(nèi)，比較實(shí)際完工工期和計劃完工工期之間的關(guān)系。

其數(shù)學(xué)計算式可表達(dá)為

Pr=P（TC＞TP）

式中：Pr——施工進(jìn)度風(fēng)險；TC——實(shí)際完工工期；TP——計劃完工工期。

2 水電施工進(jìn)度風(fēng)險的影響因素分析

水電工程因其建設(shè)周期長、資源投入量大、不確定性因素多、計劃可控性較弱等特點(diǎn)，容易導(dǎo)致實(shí)際工期發(fā)生變化，造成進(jìn)度風(fēng)險。風(fēng)險識別的首要是進(jìn)行風(fēng)險分析，即對水電工程施工過程中的各類影響因素進(jìn)行排查，運(yùn)用計算機(jī)、模型的分析，對相關(guān)因素進(jìn)行合理估算，獲得風(fēng)險發(fā)生的概率，進(jìn)而采取有效措施進(jìn)行風(fēng)險控制。

通過文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，在水電施工過程中，風(fēng)險因素可主要分為環(huán)境因素（包括自然環(huán)境因素、社會環(huán)境因素）、資金因素、人為因素（包括業(yè)主因素）、材料設(shè)備因素、技術(shù)因素（包括施工技術(shù)因素、勘察設(shè)計因素）。

2.1 環(huán)境因素

環(huán)境因素：水電工程建設(shè)過程中，環(huán)境風(fēng)險一般是指自然環(huán)境風(fēng)險和社會環(huán)境風(fēng)險。社會環(huán)境風(fēng)險通常取決于工程項目所處的社會環(huán)境，常見的影響因素有移民搬遷、相關(guān)的法律法規(guī)、金融危機(jī)、文化風(fēng)險（語言障礙）等。自然環(huán)境風(fēng)險指的是施工建設(shè)場地的天然狀況，包括水文條件、地形地質(zhì)、動物棲息地、氣象氣候等。環(huán)境因素對建設(shè)工程項目的影響伴隨著工程建設(shè)的整個周期。

2.2 資金因素

資金因素：資金風(fēng)險是工程項目建設(shè)過程中的重要影響因素。水電工程資金投入量大，建設(shè)周期長，需要有完善的資金鏈來保證項目的順利開展。在施工過程中，資金落實(shí)不到位、未支付工程款、施工成本與計劃相差較大等，都是產(chǎn)生資金風(fēng)險的導(dǎo)火索，若不及時采取措施，必然會影響水電工程施工的進(jìn)度。

2.3 人為因素

人為因素：主要體現(xiàn)在業(yè)主因素和組織管理因素兩方面。例如，業(yè)主使用要求發(fā)生變更，致使設(shè)計也要進(jìn)行相應(yīng)的變更；應(yīng)提供的施工場地或所提供的場所不滿足工程正常施工需要；審批手續(xù)的延誤；計劃安排不周密，組織協(xié)調(diào)不順利等。即施工全過程有大量的人員參與，人參與全程，也影響著整個工程，因此必須考慮建設(shè)過程中的人為因素影響。

2.4 材料、設(shè)備因素

材料、設(shè)備因素：如材料、設(shè)備、機(jī)具等缺乏供應(yīng)；在品種、數(shù)量、質(zhì)量等方面不滿足施工組織設(shè)計要求或與實(shí)際所需不符，導(dǎo)致施工設(shè)備型號選擇有誤；材料使用的不合理等等均會影響工程的施工進(jìn)度和施工質(zhì)量。

2.5 技術(shù)因素

技術(shù)因素：主要包括勘察設(shè)計因素和施工技術(shù)因素。水電工程在設(shè)計勘察階段，若資料收集有疏漏，未能設(shè)計準(zhǔn)確，作出的施工設(shè)計無法落地實(shí)施，則必須進(jìn)行整改，極有可能導(dǎo)致延誤工期；在工程施工階段，施工工藝不滿足要求，施工技術(shù)方案不合理，缺乏施工安全性的考慮等，都會影響工程的施工進(jìn)度。

3　水電工程施工進(jìn)度風(fēng)險分析方法

水電工程施工過程中具有諸多不可預(yù)見性，產(chǎn)生風(fēng)險的影響因素復(fù)雜繁多，進(jìn)度計劃的管控較難。在制定工程項目的施工進(jìn)度計劃時，不僅要考慮資源的分配問題、工序間的搭接與制約關(guān)系等，更要及時進(jìn)行風(fēng)險分析，對可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(jìn)行正確的認(rèn)識以及提前做好應(yīng)對措施，提高計劃實(shí)現(xiàn)的可能性，保證項目的工期。由此，合理的風(fēng)險評估在工程項目實(shí)施階段，是編制準(zhǔn)確施工進(jìn)度計劃、選擇合適風(fēng)險管理對策的重要依據(jù)。在建設(shè)工程的進(jìn)度控制中，采用了較多的風(fēng)險分析方法，以下將分別簡述網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)、關(guān)鍵鏈技術(shù)、蒙特卡洛模擬、故障樹分析法、系統(tǒng)動力學(xué)及其他方法（DEMATEL-ISM 結(jié)合法、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的施工進(jìn)度完工概率分析方法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)度分析、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次－熵值分析組合方法）。

3.1　網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)

3.1.1關(guān)鍵路徑法

關(guān)鍵路徑法（Critical Path Method，CPM）是指工作與工作之間的邏輯關(guān)系肯定的網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)。在項目管理中，常常結(jié)合PERT法和CPM法對項目的工期和進(jìn)度進(jìn)行估算，先用 CPM 法求出關(guān)鍵路徑，再利用 PERT法計算關(guān)鍵路徑上的各個工作的期望和方差，進(jìn)而得出項目在某時段內(nèi)完成的概率，從而確定施工進(jìn)度計劃存在的風(fēng)險[3]。

3.1.2計劃評審技術(shù)

計劃評審技術(shù)（Program Evaluation and Review Technique，PERT）是一種雙代號非肯定型網(wǎng)絡(luò)分析方法，該方法主要處理工作邏輯關(guān)系確定、工作時間不確定的網(wǎng)絡(luò)計劃，運(yùn)用“三時法”估計工作的持續(xù)時間，根據(jù)關(guān)鍵線路算得完工概率，進(jìn)而確定進(jìn)度風(fēng)險。經(jīng)典PERT法的假設(shè)條件存在一定的局限性，難以反映復(fù)雜多變的工程實(shí)際問題。國內(nèi)外的學(xué)者從多方面對傳統(tǒng)PERT法進(jìn)行改進(jìn)與完善，得到更多更切合實(shí)際的風(fēng)險計算方法。

3.1.3圖示評審技術(shù)

圖示評審技術(shù)（Graphical Evaluation and Review Technique，GERT）是處理邏輯關(guān)系不確定、持續(xù)時間不肯定的網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)，通常運(yùn)用計算機(jī)仿真技術(shù)來模擬項目的實(shí)際情況。作為分析對象的工作并非全都要實(shí)現(xiàn)，僅需符合邏輯關(guān)系即可，例如，某些工作可能不進(jìn)行，某些工作可能只有部分進(jìn)行，某些工作可能進(jìn)行多次，某些工作可能存在回路等[4]。

3.2　關(guān)鍵鏈技術(shù)

1997年，Golratt提出了基于約束理論的關(guān)鍵鏈項目管理方法。關(guān)鍵鏈進(jìn)度管理方法（Critical chain project management，CCPM）是基于約束理論的一種工程項目管理新方法[5]，該方法充分考慮了工作與工作之間的邏輯關(guān)系，資源沖突和人的行為因素等約束條件。基于“三時法”估算，利用最短路徑法的對偶思想給出關(guān)鍵路徑及期望工期最簡單的矩陣表達(dá)式，采用以資源優(yōu)先分配即從末尾往前進(jìn)行分配調(diào)整的原則，通過啟發(fā)式算法進(jìn)一步確定關(guān)鍵鏈；結(jié)合定量和定性分析，從項目內(nèi)部和外部兩個方面，考慮多種不確定性因素對緩沖區(qū)設(shè)置的影響，使得設(shè)置的緩沖區(qū)更具有合理性，從而盡可能全面地吸收項目的不確定性，確保項目按時完工[6]。

黃建文等[5]考慮施工過程中的施工難度、風(fēng)險偏好度以及工序復(fù)雜程度這三個影響因素，對關(guān)鍵鏈技術(shù)中緩沖區(qū)的設(shè)置方法進(jìn)行改進(jìn)，在執(zhí)行改進(jìn)關(guān)鍵鏈進(jìn)度計劃的基礎(chǔ)上，選取進(jìn)度偏差率作為監(jiān)控指標(biāo)構(gòu)建了建設(shè)工程進(jìn)度風(fēng)險動態(tài)預(yù)警控制模型。根據(jù)實(shí)例分析表明，在保證較高完工概率的前提下采用改進(jìn)關(guān)鍵鏈技術(shù)能有效縮短工程項目計劃總工期，利用進(jìn)度風(fēng)險動態(tài)預(yù)警控制模型對進(jìn)度執(zhí)行情況進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，可以為項目決策者高效準(zhǔn)確地提供進(jìn)度管理決策信息[4]。采用事前事后控制相結(jié)合的手段能有效控制不確定性影響因素對工程進(jìn)度的影響。

3.3　蒙特卡洛模擬

蒙特卡洛法（Monte Carlo Method，MC）以大量影響水電工程施工進(jìn)度計劃的因素為樣本，通過隨機(jī)抽樣，建立相關(guān)模型，并對各種影響因素發(fā)生的概率模型進(jìn)行試驗(yàn)，通過大量計算機(jī)仿真模擬，計算項目的完工概率，合理安排進(jìn)度，最后將試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)用于解決現(xiàn)實(shí)施工中的問題。MC法的限制條件少，方法簡單靈活，易于實(shí)現(xiàn)和改進(jìn)，只要模擬次數(shù)足夠多就可得到比較精確的數(shù)字特征。同時，MC法的局限在于沒有準(zhǔn)確的答案，給出的是參數(shù)的區(qū)間估計。

3.4　故障樹分析法

故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是通過繪制倒立樹狀邏輯因果關(guān)系圖，評估復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性、安全性與預(yù)測風(fēng)險的一種系統(tǒng)安全分析方法，包括定性分析和定量分析。FAT法的關(guān)鍵在于分析頂上事件發(fā)生的可能性，通過定性分析，考慮影響進(jìn)度風(fēng)險影響因素，逐級找出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生的基本事件，從而確定優(yōu)化順序；通過定量分析，根據(jù)各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度，計算出頂上事件的發(fā)生概率，量化風(fēng)險，進(jìn)而提出各種風(fēng)險控制方案。

3.5　系統(tǒng)動力學(xué)

系統(tǒng)動力學(xué)（System Dynamics，DS）是一種從系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)來尋找問題發(fā)生根源的預(yù)測和仿真方法。以基于系統(tǒng)動力學(xué)分析高拱壩施工為例。首先，通過系統(tǒng)分析，得出施工工藝、工作間的邏輯關(guān)系。其次，在施工系統(tǒng)分析基礎(chǔ)上，逐層分解施工進(jìn)度風(fēng)險，明確因素間的本質(zhì)聯(lián)系，找出主要風(fēng)險影響因素，并進(jìn)行量化分析，從而得到施工進(jìn)度風(fēng)險指標(biāo)體系。之后，基于系統(tǒng)動力學(xué)構(gòu)建施工進(jìn)度風(fēng)險演化模型，步驟包括模型假設(shè)、進(jìn)度風(fēng)險演化因果關(guān)系分析、進(jìn)度風(fēng)險演化模型構(gòu)建、模型檢驗(yàn)。

陳萌等[7]以高拱壩混凝土施工為例，識別進(jìn)度風(fēng)險因素，定性分析風(fēng)險因素間的因果演化關(guān)系，采用系統(tǒng)動力學(xué)構(gòu)建高拱壩施工進(jìn)度風(fēng)險演化模型，并針對具體工程對進(jìn)度風(fēng)險演化路徑和不同演化路徑下的施工進(jìn)度進(jìn)行仿真模擬，得出結(jié)論，風(fēng)險因素間的動態(tài)演化作用對高拱壩施工進(jìn)度具有較大影響，不同的風(fēng)險演化路徑對施工進(jìn)度影響也不同，為施工管理者提供了決策依據(jù)。

3.6　其他方法

3.6.1 DEMATEL-ISM 結(jié)合法

黃建文等[8]針對高拱壩混凝土初期澆筑階段施工進(jìn)度風(fēng)險因素復(fù)雜且不確定性強(qiáng)的問題，提出了基于決策試驗(yàn)與評價實(shí)驗(yàn)室（DEMATEL）和解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）相結(jié)合的施工進(jìn)度風(fēng)險分析方法，該法可以有效識別施工進(jìn)度風(fēng)險關(guān)鍵因素和關(guān)鍵作用路徑，為高拱壩混凝土初期澆筑段施工進(jìn)度風(fēng)險分析提供了新的解決思路。

3.6.2 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的施工進(jìn)度完工概率分析方法

黃建文等[9]結(jié)合貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與進(jìn)度計劃網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建貝葉斯進(jìn)度網(wǎng)絡(luò)，并且考慮貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在節(jié)點(diǎn)取值和概率計算方面的優(yōu)越性，并結(jié)合工程項目的不確定性及復(fù)雜性特點(diǎn)，建立該模型。陳瑞等[10]基于模糊貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的工程項目進(jìn)度完工概率分析，先根據(jù)專家的模糊語言描述及積分值法確定根節(jié)點(diǎn)的概率和各父節(jié)點(diǎn)的條件概率，然后將其運(yùn)用到貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理計算網(wǎng)絡(luò)計劃完工概率[9]。

3.6.3 模糊綜合評價法

模糊綜合評價法是以模糊數(shù)學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用模糊關(guān)系合成的原理，將一些不易描述的因素定量化，進(jìn)行綜合評價的一種方法[10]。其基本思想是利用模糊線性變換和隸屬函數(shù)作為橋梁，將不確定的、模糊的非量化因素加以量化，進(jìn)而運(yùn)用傳統(tǒng)數(shù)學(xué)方法對事物及其相關(guān)因素做出合理的綜合評價[11]。該方法廣泛應(yīng)用于經(jīng)濟(jì)管理、氣象預(yù)報以及施工風(fēng)險分析等眾多領(lǐng)域。

3.6.4 灰色關(guān)聯(lián)度分析

李浩平等[12]以灰色關(guān)聯(lián)度為標(biāo)準(zhǔn)確定影響中小型水庫大壩安全的主要因子，構(gòu)建合理的中小型水庫大壩安全評價指標(biāo)體系，為大壩安全評價的指標(biāo)優(yōu)化提供了新的思路與研究方向，具有較高的理論與實(shí)用價值[13]。

3.6.5 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

劉帥等[14]基于模糊綜合評價和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立了水電工程施工安全隱患評價模型，構(gòu)建了一個具有多層次和多指標(biāo)特性的水電工程施工安全隱患診斷指標(biāo)體系，提出了重大、較大、一般、較小以及輕微的5個等級劃分。

3.6.6 層次－熵值分析組合方法

呂剛[15]應(yīng)用層次－熵值分析組合方法，對水利工程施工進(jìn)度風(fēng)險模糊因子動態(tài)識別，以遼寧某水利工程為實(shí)例，研究影響施工精度各風(fēng)險因素的組合權(quán)重，并對主要風(fēng)險因子進(jìn)行了動態(tài)識別，針對風(fēng)險影響因子提出相應(yīng)的解決措施，為水利工程施工提供風(fēng)險防御及進(jìn)度控制的分析依據(jù)。

4　結(jié)束語

隨著風(fēng)險管理理論和實(shí)踐研究不斷地取得較大進(jìn)展，尤其是計算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及對模型研究的不斷深入，工程施工進(jìn)度風(fēng)險的研究方法也在不斷地優(yōu)化創(chuàng)新，本文較為全面地整理了水電工程的進(jìn)度風(fēng)險評估方法，包括網(wǎng)絡(luò)計劃技術(shù)、關(guān)鍵鏈技術(shù)、蒙特卡洛模擬、故障樹分析法、系統(tǒng)動力學(xué)和其他方法（DEMATEL-ISM 結(jié)合法、基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的施工進(jìn)度完工概率分析方法、模糊綜合評價法、灰色關(guān)聯(lián)度分析、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次－熵值分析組合方法），這些方法不僅是科學(xué)的分析方法，同時也是科學(xué)的動態(tài)控制方法，可為施工管理者在工程項目的規(guī)劃、工程進(jìn)度計劃的制定、進(jìn)度完成情況的監(jiān)測等方面提供可靠的參考依據(jù)。未來更多的實(shí)際工程中將采用更多層出不窮的新方法，我國水電工程項目的進(jìn)度風(fēng)險分析方法無疑將更加豐富。

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Review on Risk Analysis Methods for Construction Schedule of Hydropower Projects

In the process of hydropower project construction, construction schedule and risk calculation are very important analysis work. The basic idea of analyzing the project schedule risk is to quantify the possible risks in the construction process, establish a model, use computer simulation technology to simulate, and describe the degree of schedule deviation caused by different risk factors or the impact on the smooth realization of the schedule. Combined with the possible risks in the construction process of hydropower projects, this paper summarizes and sorts out the methods of calculating the schedule risk, so as to provide reference for more comprehensively simulating the actual situation, improving the controllability of the schedule and ensuring the construction period and quality of the project.

hydropower projects; schedule risk; critical chain technology; Monte Carlo simulation; system dynamics

TV5

A

1008-1151(2022)06-0034-04

2022-03-06

彭佳玉（2001－），女，三峽大學(xué)水利與環(huán)境學(xué)院學(xué)生，研究方向?yàn)楣こ坦芾盹L(fēng)險評估與決策。