基于ISM-AHP大型工程項目的風(fēng)險評價研究

何葉榮，劉 穎

（安徽建筑大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院 安徽合肥 230031）

現(xiàn)代化的工程項目向著大型化、復(fù)雜化發(fā)展，項目的周期也普遍較長，導(dǎo)致在建設(shè)過程中出現(xiàn)諸多的不確定性，給項目帶來風(fēng)險損失。為了評估大型工程項目的風(fēng)險，部分學(xué)者［1-7］運(yùn)用專家調(diào)查法、系統(tǒng)分析法、德爾菲法、文獻(xiàn)研究法等總結(jié)出工程項目的風(fēng)險要素；許炳等［8］對項目風(fēng)險識別、度量方法作了對比分析；Koulinas 等［9］以大量事故數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，采用模糊TOPSIS 和PRAT相結(jié)合的方法對未來可持續(xù)工程項目進(jìn)行風(fēng)險評估；何旭東［10］基于復(fù)雜性分析方法，提出了大型項目主體行為風(fēng)險管理綜合框架；何佰洲等［11］采用層次分析法和熵權(quán)法建立模糊綜合評價模型，并運(yùn)用到國際工程項目投資風(fēng)險的研究中；Liu 等［12］從風(fēng)險驅(qū)動的角度提出概率分析與蒙特卡洛模擬、敏感性分析相結(jié)合的方法評價國際工程項目風(fēng)險。

上述關(guān)于工程項目的風(fēng)險識別及評估研究大多集中在風(fēng)險排序及重要性上，而對風(fēng)險因素之間的傳導(dǎo)效應(yīng)研究甚少。本文選用文獻(xiàn)研究法以及專家調(diào)查法對大型工程項目進(jìn)行風(fēng)險識別；然后采用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）解決風(fēng)險因素之間的傳導(dǎo)關(guān)系；最后結(jié)合層次分析法（AHP）確定風(fēng)險因素的權(quán)重，并對大型工程項目風(fēng)險進(jìn)行評估。

1 大型工程項目的風(fēng)險因素識別

作為項目風(fēng)險管理的首要環(huán)節(jié)，項目風(fēng)險的識別在于準(zhǔn)確識別項目所面臨的潛在和現(xiàn)實(shí)風(fēng)險，以確切掌握風(fēng)險控制的最佳實(shí)施時機(jī)。由于項目風(fēng)險因素各有其特征，通常根據(jù)風(fēng)險特征將大型工程風(fēng)險因素劃分為不同的類別。本文從大型工程項目所面臨的社會環(huán)境風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險、自然環(huán)境風(fēng)險、管理組織風(fēng)險和項目實(shí)施風(fēng)險6 個維度識別出15 個風(fēng)險因素，并對風(fēng)險因子進(jìn)行編號，確定風(fēng)險維度U=（U1，U2，…，U5，U6）和風(fēng)險因素集V=（V1，V2，…，V14，V15），如表1所示。

表1 風(fēng)險因素集Table 1 Risk factor set

2 ISM法與AHP法的原理及步驟

2.1 建立解釋結(jié)構(gòu)模型

ISM 方法是基于有向圖和關(guān)聯(lián)矩陣原理，利用人們的經(jīng)驗知識以及計算機(jī)的幫助，將復(fù)雜系統(tǒng)中直接或間接的要素關(guān)系轉(zhuǎn)換為一個多級遞階結(jié)構(gòu)模型的方法。該方法比孤立的單個因素更能準(zhǔn)確合理地描述復(fù)雜系統(tǒng)，是識別項目風(fēng)險相關(guān)性的一種有效工具，它首先是由Warfield 于1974 年引入，并由美國Vanderbilt Columbus 實(shí)驗室進(jìn)一步發(fā)展，旨在識別系統(tǒng)內(nèi)復(fù)雜因素之間的相互關(guān)系或解釋問題。建立解釋結(jié)構(gòu)模型的過程如下［13］：

（1）識別風(fēng)險關(guān)系

ISM 法要求對任意兩個風(fēng)險因素之間的關(guān)系進(jìn)行分析，因此首先需要確定風(fēng)險因素之間的直接關(guān)系。風(fēng)險因素之間的直接關(guān)系一般可通過常識判定或者詢問有專業(yè)知識和經(jīng)驗的專家，也可通過對文獻(xiàn)的研究來進(jìn)行總結(jié)和歸納。

（2）建立鄰接矩陣

本文采用專家打分法對風(fēng)險集的15 個風(fēng)險因子間的直接關(guān)系進(jìn)行判定，并按照以下規(guī)則將判定結(jié)果表示成鄰接矩陣A=（aij）。

1）如果Vi對Vj有直接影響，則aij為1；

2）如果Vi對Vj沒有直接影響，則aij為0。

（3）計算可達(dá)矩陣

在鄰接矩陣的基礎(chǔ)上，對風(fēng)險因子間的傳遞關(guān)系進(jìn)行判定。如果鄰接矩陣A加單位矩陣E，其（A+E）n+1=（A+E）n≠（A+E）n-1≠…≠（A+E）2≠（A+E），則利用布爾代數(shù)運(yùn)算法則，將M=（A+E）n判定結(jié)果表示成可達(dá)矩陣M=（mij），并用MATLAB 軟件計算M。

（4）處理可達(dá)矩陣

可達(dá)矩陣的處理包含區(qū)域劃分、級位劃分、骨架矩陣提取3 個階段。通過對可達(dá)矩陣的分解，求解出包含因子自身以及它能影響的其他因子構(gòu)成的可達(dá)集R（Vi）、包含因子自身以及能影響它的其他因子構(gòu)成的先行集A（Vi），以及它們的共同集C（Vi）=R（Vi）∩A（Vi），從而實(shí)現(xiàn)區(qū)域劃分；在區(qū)域劃分基礎(chǔ)上通過計算得到最高要素集L（Vi），實(shí)現(xiàn)級位劃分；最后通過對可達(dá)矩陣的縮約和檢出得到骨架矩陣。上面進(jìn)行級位劃分時，其算法如下：

設(shè)P是由區(qū)域劃分得到的某區(qū)域要素合集，L1，L2，…，Ll（0＜l≤n）分別表示從高到低的各要素合集，級位劃分就是要找出系統(tǒng)集合的最高要素集，然后將它們?nèi)サ?，再求剩余要素集合的最高要素；以此類推，直到求出最低一級的要素集合?/p>

為此，令L0=Ф（最高要素集合為L1，沒有零級要素），則有

式中：Ck-1（Vi）、Rk-1（Vi）是由集合P-L0-L1-…-Lk-1中的要素形成子矩陣求得的共同集和可達(dá)集。

（5）繪制解釋結(jié)構(gòu)圖

根據(jù)提取的骨架矩陣，繪制多級遞階有向圖，得到解釋結(jié)構(gòu)分析模型。

2.2 層次分析法確定權(quán)重

層次分析法是一種廣泛應(yīng)用的多準(zhǔn)則決策方法，是將決策目標(biāo)按層次分解并采用定性分析、定量分析相結(jié)合的綜合決策方法，是在成對比較的基礎(chǔ)上，以結(jié)構(gòu)化的方式確定準(zhǔn)則的權(quán)重和備選方案的優(yōu)先級，具有“多準(zhǔn)則、多目標(biāo)、方法性強(qiáng)、系統(tǒng)性強(qiáng)”的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。分析過程如下［14］：

（1）創(chuàng)建層次模型

在風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上，把識別出來的風(fēng)險分為若干組，形成不同層次。在層次結(jié)構(gòu)模型中，最底層一般為因素層，將識別出的各類基礎(chǔ)性風(fēng)險因素作為風(fēng)險評價二級指標(biāo)；中間層為準(zhǔn)則層，將風(fēng)險因素分類，作為風(fēng)險評價一級指標(biāo)；最高層為目標(biāo)層，即風(fēng)險量化需要達(dá)到的決策目標(biāo)。

復(fù)雜的問題可以分為一般目標(biāo)層、子目標(biāo)層、準(zhǔn)則層（或約束因素層）、因素層，甚至更多的層次結(jié)構(gòu)。在確定評價目標(biāo)、計劃、標(biāo)準(zhǔn)和指標(biāo)后，即可構(gòu)建系統(tǒng)的層次模型，以全面識別和分析風(fēng)險因素。

（2）建立判斷矩陣

根據(jù)建立的風(fēng)險層次結(jié)構(gòu)，采用因素之間兩兩相比，以其重要程度，按照表2的九級標(biāo)度法作出因素間的數(shù)量標(biāo)度，得到判斷矩陣。

表2 判斷矩陣標(biāo)度Table 2 Judgment of Matrix Scaling

（3）分層排序及一致性檢驗

由判斷矩陣計算各要素的相對權(quán)重，并進(jìn)行排序和一次性檢驗；然后加權(quán)計算各層要素對系統(tǒng)總目標(biāo)的相對重要性，并進(jìn)行排序和一致性檢驗；最后根據(jù)總排序結(jié)果，得到各因素的風(fēng)險程度。

各要素權(quán)重的計算采用方根法進(jìn)行，具體過程如下：

①按行計算判斷矩陣元素aij的積，得到一個新的向量Mi，即

②將新向量Mi的每個元素開n次方，得到向量ri，即

③將向量ri歸一化，得到權(quán)重向量Wi，即

一致性檢驗公式及指標(biāo)如下：

①計算判斷矩陣的最大特征根λmax

②計算一致性指標(biāo)T

③查閱表3 的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表，得到同階隨機(jī)判斷矩陣一致性指標(biāo)平均值K。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)表［15］Table 3 Average random consistency index

④計算一致性比例Q

根據(jù)一致性檢驗要求，如果Q＜0.1，則通過一致性檢驗，即判斷矩陣的不一致程度在容許范圍內(nèi)；否則認(rèn)為判斷矩陣不一致，需要重新咨詢專家，調(diào)整兩兩對比的判斷矩陣。

3 基于ISM-AHP模型的風(fēng)險評估

以合肥軌道交通6 號線為例。合肥軌道交通6 號線是合肥軌道交通第三輪規(guī)劃中的一條線路，起著東西向快速走廊的作用。其一期工程為6 號線的初期工程，全長35.1 km，投資205.85 億元，計劃建設(shè)工期為5 a；線路均為地下線，共設(shè)22座車站，其中新建17 座?，F(xiàn)對該工程項目采用ISM-AHP的方法進(jìn)行風(fēng)險評估。

3.1 基于解釋結(jié)構(gòu)模型的風(fēng)險分析

3.1.1 鄰接矩陣的建立

采用專家調(diào)查法對合肥軌道交通6 號線一期工程的15個風(fēng)險因素的相互關(guān)系進(jìn)行評定，并最終得出鄰接矩陣A，如表4所示。

表4 鄰接矩陣ATable 4 Neighborhood matrix A

3.1.2 可達(dá)矩陣的計算

運(yùn)用MATLAB 軟件對建立的可達(dá)矩陣進(jìn)行輔助求解，可得n=5 時的可達(dá)矩陣M，如表5所示。

表5 n=5時的可達(dá)矩陣MTable 5 Reachable matrix M at n=5

3.1.3 層級劃分及繪制解釋結(jié)構(gòu)圖

通過MATLAB 軟件可以得出各風(fēng)險元素對應(yīng)的R（Vi）、A（Vi）、C（Vi），其級位劃分如表6所示，解釋結(jié)構(gòu)模型如圖1所示。

表6 級位劃分表Table 6 Level classification table

3.2 基于層次分析法的風(fēng)險分析

3.2.1 建立風(fēng)險層次分析模型

將合肥軌道交通6 號線一期工程的6 個風(fēng)險維度、15 個風(fēng)險因素，以分類方式形成目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和指標(biāo)層，如圖2所示。

3.2.2 建立判斷矩陣

根據(jù)ISM 模型及專家打分結(jié)果，得到各因素的相對重要程度，建立遞階層次判斷矩陣，結(jié)果如下：

（1）目標(biāo)層，判斷矩陣為A

（2）準(zhǔn)則層，判斷矩陣為Ui（i=1、2，…，6）

3.2.3 計算判斷矩陣權(quán)重

根據(jù)層次分析法的權(quán)重計算規(guī)則，運(yùn)用MATLAB軟件計算各判斷矩陣權(quán)重，結(jié)果如下：

以上結(jié)果經(jīng)Q值計算，均滿足一致性檢驗。

3.2.4 計算組合權(quán)重

根據(jù)各判斷矩陣的權(quán)重，可以得到總排序組合權(quán)重：

W=（0.042 35，0.006 05，0.209 33，0.069 78，0.089 52，0.029 84，0.029 84，0.013 5，0.054，0.018995，0.00673，0.003575，0.09797，0.27649，0.052 03）

其Q=0.002 6＜0.1，通過一致性檢驗。

從總排序組合權(quán)重可以看出，各風(fēng)險因素重要性從大到小排序為工程變更風(fēng)險（0.276 49）、設(shè)計技術(shù)風(fēng)險（0.209 33）、工程質(zhì)量安全風(fēng)險（0.097 97）、資金供應(yīng)風(fēng)險（0.089 52）、施工技術(shù)風(fēng)險（0.069 78）、不利地質(zhì)水文條件風(fēng)險（0.05 4）、設(shè)備材料供應(yīng)及質(zhì)量風(fēng)險（0.052 03）、政策穩(wěn)定風(fēng)險（0.042 35）、利率變動風(fēng)險（0.029 84）＝通貨膨脹風(fēng)險（0.029 84）、組織結(jié)構(gòu)風(fēng)險（0.018 995）、自然災(zāi)害風(fēng)險（0.013 5）、管理專業(yè)化不足風(fēng)險（0.006 73）、社會穩(wěn)定風(fēng)險（0.006 05）、溝通協(xié)調(diào)風(fēng)險（0.003 575）。顯然，工程變更風(fēng)險、設(shè)計技術(shù)風(fēng)險、工程質(zhì)量安全風(fēng)險是3 個較為重要的風(fēng)險因素，更容易造成工程的直接風(fēng)險損失并且可能產(chǎn)生較大的損失；此外，資金供應(yīng)也應(yīng)有合理的規(guī)劃，以保證工程質(zhì)量安全，防止風(fēng)險沿著傳導(dǎo)路徑產(chǎn)生不良影響。

4 結(jié)論

基于風(fēng)險傳導(dǎo)的角度，選用解釋結(jié)構(gòu)模型以及層次分析法探索大型工程項目風(fēng)險損失的預(yù)防路徑，并以合肥市軌道交通工程6 號線項目為例，指出了該項目中的可控風(fēng)險，以及造成項目發(fā)生經(jīng)濟(jì)損失的重要風(fēng)險因素，證明了該模型的可行性。通過對大型工程項目的評估，提出并確定風(fēng)險傳導(dǎo)過程及風(fēng)險權(quán)重排序，從而在風(fēng)險管理過程中，應(yīng)該對風(fēng)險傳導(dǎo)中權(quán)重較大的風(fēng)險采取有效措施，切實(shí)減少大型工程的風(fēng)險損失。