設(shè)施選址決策關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別研究
——以H設(shè)施為例

李鳴宇 陸云峰 馬馳 高金垚

(1.航天工程大學(xué)，北京 102200；2.31697部隊(duì)，遼寧 大連 116104)

0 引言

選址問(wèn)題來(lái)源于不同功能設(shè)施的勘察定點(diǎn)和工程施工建造等具體工程項(xiàng)目實(shí)際背景，是合理規(guī)劃空間、配置資源、發(fā)揮效能和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵。設(shè)施選址具有很高的風(fēng)險(xiǎn)性，不合理的選址決策會(huì)限制設(shè)施效能發(fā)揮、影響空間布局，且一旦選址位置確定，短時(shí)間內(nèi)很難變更，一系列不利影響會(huì)持續(xù)很長(zhǎng)時(shí)間。因此，設(shè)施選址的風(fēng)險(xiǎn)管理尤為重要。科學(xué)、全面地判定設(shè)施選址過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，可通過(guò)量化、科學(xué)的方法篩選確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，解決原始風(fēng)險(xiǎn)因素過(guò)多、風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重不明確的問(wèn)題，以期用少數(shù)關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素最大限度反映風(fēng)險(xiǎn)信息，為后續(xù)開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)、客觀的數(shù)據(jù)支撐，盡可能地降低風(fēng)險(xiǎn)的破壞性，提升風(fēng)險(xiǎn)的機(jī)會(huì)性，評(píng)估出最小消極風(fēng)險(xiǎn)的備選地址，完成設(shè)施選址決策。

1 因子分析法確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素

1.1 因子分析法概述

因子分析法是由英國(guó)心理學(xué)家C.E.斯皮爾曼提出的一種減少變量數(shù)目、檢驗(yàn)變量之間關(guān)系的方法，其基本思想是將原始的顯性變量按照彼此的相關(guān)性分類，將相關(guān)性強(qiáng)的原始變量歸為一類，不同類變量之間的相關(guān)性很低[1]，便于將原始的、大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)化處理，旨在以最小的信息缺失，將大量原始數(shù)據(jù)凝聚為少數(shù)幾個(gè)新概念變量，以及使新概念變量具有較強(qiáng)的解釋性[2]。原始的各變量屬于顯性變量，少數(shù)幾個(gè)新概念變量屬于潛在變量，因此稱其為因子，用于描述原始變量中具有相關(guān)性的多個(gè)變量。

1.2 確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素步驟

根據(jù)待選位置的實(shí)際情況對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素的全面識(shí)別，而后運(yùn)用因子分析法對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行處理，篩選出關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供參考。具體步驟如下。

1.2.1 統(tǒng)一原始風(fēng)險(xiǎn)因素表達(dá)形式

對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，并求其相關(guān)矩陣。設(shè)原始風(fēng)險(xiǎn)因素由兩部分組成：公共因子和特定因子。公共因子是所有原始變量共同擁有的因子，能夠解釋原始風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系；特定因子是該風(fēng)險(xiǎn)因素本身特有的因子，不能被公共因子所闡釋。

假設(shè)待選位置中有q個(gè)原始風(fēng)險(xiǎn)因素r=(r1，r2，…，rq)′，均值是μ=(μ1，μ2，…，μq)，協(xié)差陣是∑=(σij)，原始風(fēng)險(xiǎn)因素的因子模型為

r1=μ1+a11f1+a12f2+…+a1mfm+ε1

r2=μ2+a21f1+a22f2+…+a2mfm+ε2

…

rq=μq+aq1f1+aq2f2+…+aqmfm+εq

其中，f1，f2，…，fm是公共因子，是原始風(fēng)險(xiǎn)因素都包含的因子。ε1，ε2，…，εm是特定因子，是各原始風(fēng)險(xiǎn)因素各自特有的因子。公共因子和特定因子皆為不可觀測(cè)的變量，上式可以通過(guò)矩陣表示

r=μ+Af+ε

式中，f=(f1，f2，…，fm)′是公共因子向量，ε=(ε1，ε2，…，εq)′是特定因子向量;A=(aij):q×m為因子載荷矩陣。

假定

E(f)=0

E(ε)=0

V(f)=I

V(ε)=D=diag(σ12，σ22，…，σq2)

Cov(f，ε)=E(fε′)=0

各公共因子之間不相關(guān)，同時(shí)具有單位方差，各特定因子之間不相關(guān)且和公共因子也不相關(guān)。

1.2.2 分析原始風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相關(guān)性，驗(yàn)證運(yùn)用因子分析法適合與否

當(dāng)原始風(fēng)險(xiǎn)因素滿足兩個(gè)條件時(shí)，說(shuō)明適合進(jìn)行因子分析：

(1)巴特利特球體檢驗(yàn)，顯著性值<0.01。

(2)KMO檢驗(yàn)，KMO值>0.5。

KMO檢驗(yàn)用于計(jì)算原始風(fēng)險(xiǎn)因素之間的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)和偏相關(guān)系數(shù)，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

KMO的值越大，越適合采用因子分析的方法，其標(biāo)準(zhǔn)為：>0.9,非常適合；0.8～0.9適合,0.7～0.8,一般適合；0.5～0.7，不太適合，比較勉強(qiáng)；<0.5，不適合。兩種檢驗(yàn)方法均可運(yùn)用SPSS軟件進(jìn)行驗(yàn)證。

1.2.3 提取公共因子，選擇合適的公共因子的數(shù)量表達(dá)原始風(fēng)險(xiǎn)因素信息

1.2.4 進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)，使公共因子對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素具有較強(qiáng)的解釋能力

因子解釋起來(lái)帶有主觀性，可通過(guò)因子旋轉(zhuǎn)促成原始風(fēng)險(xiǎn)因素的分類，減少主觀性使公共因子易于解釋，這一過(guò)程能否適用關(guān)鍵在于因子載荷矩陣A的元素結(jié)構(gòu)。假設(shè)A是從R出發(fā)求得的，則有|aij|≤1，如果矩陣A中所有的元素都接近0或±1，那么模型因子就易于解釋。此時(shí)將r1，r2，…，rq分為m個(gè)部分，分別對(duì)應(yīng)f1，f2，…，fm，稱其為簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)。

正交旋轉(zhuǎn)：f*=T′f，相應(yīng)地有A*=AT，記

A′=(a1，a2，…，aq)，A*′=(a1*，a2*，a3*，…，aq*)

因A*′=T′A′，即

(a1*，a2*，…，aq*)=T′(a1，a2，…，aq)ai1*

故ai*=T′a(i=1，2，…，q)

對(duì)m=2時(shí)的一般情況，假設(shè)按照逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)的角度為θ(如果是負(fù)數(shù)，則為順時(shí)針)，則旋轉(zhuǎn)前后的因子載荷有如下關(guān)系式

當(dāng)因子數(shù)m>2時(shí)，運(yùn)用最大方差旋轉(zhuǎn)法，令

若A*=(a*ij)，則A*的第j列元素平方的相對(duì)方差可以定義為

選擇正交矩陣T，使得m個(gè)列元素平方的相對(duì)方差之和V=V1+V2+…+Vm達(dá)到最大。

1.2.5 對(duì)公共因子進(jìn)行定義

根據(jù)原始風(fēng)險(xiǎn)因素的分類情況，對(duì)公共因子所表示的類別進(jìn)行重新定義和命名。

1.2.6 計(jì)算各因子得分，對(duì)結(jié)果進(jìn)行解釋

公共因子能夠反映出原始風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相關(guān)關(guān)系，采用公共因子作為原始風(fēng)險(xiǎn)因素的代表時(shí)，更加有利于對(duì)研究對(duì)象的特征進(jìn)行描述。因此，可以將公共因子用原始風(fēng)險(xiǎn)因素的線性組合形式表示

fj=bj1r1+bj2r2+… +bjqrq(j=1，2，…，m)

稱f為因子得分函數(shù)，用來(lái)計(jì)算因子得分，進(jìn)而進(jìn)行后續(xù)統(tǒng)計(jì)分析。

rj的因子得分可用回歸法計(jì)算，如下

2 實(shí)例分析

2.1 項(xiàng)目概況

H設(shè)施是為了實(shí)現(xiàn)天然氣鉆探的地質(zhì)目標(biāo)所建設(shè)的鉆前工程，是為油氣勘探開發(fā)提供設(shè)備基礎(chǔ)、進(jìn)場(chǎng)道路、鉆井場(chǎng)地、池類以及供電、供水等的臨時(shí)工程，是鉆井工程順利實(shí)施的保障。由于地理、水文和人文方面選址的制約因素多，選址決策比較困難。

2.2 確定原始風(fēng)險(xiǎn)因素

H設(shè)施現(xiàn)有3個(gè)待選位置，通過(guò)查閱相關(guān)資料和整理專家的意見建議[3-7]，初步識(shí)別出4類共9個(gè)原始風(fēng)險(xiǎn)因素，見表1。

表1 H設(shè)施待選位置原始風(fēng)險(xiǎn)因素清單

2.3 因子分析法篩選確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素

采用專家評(píng)分法對(duì)地質(zhì)、水文和油氣勘探領(lǐng)域150名經(jīng)驗(yàn)豐富的專家進(jìn)行問(wèn)卷調(diào)查，給上述原始風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)待選地址決策的影響程度進(jìn)行打分。打分規(guī)則：“風(fēng)險(xiǎn)巨大”計(jì)9分；“風(fēng)險(xiǎn)較大”計(jì)7分；“風(fēng)險(xiǎn)一般”計(jì)5分；“風(fēng)險(xiǎn)較小”計(jì)3分；“風(fēng)險(xiǎn)可忽略不計(jì)”計(jì)1分。發(fā)放問(wèn)卷150份，回收問(wèn)卷116份，有效問(wèn)卷108份，有效問(wèn)卷率為93.1%。運(yùn)用SPSS軟件對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素問(wèn)卷進(jìn)行分析：

KMO值為0.816，適合；Bartlett檢驗(yàn)的顯著性0.000<0.01，說(shuō)明原始風(fēng)險(xiǎn)因素之間存在相關(guān)性，可以運(yùn)用因子分析法進(jìn)行問(wèn)題研究。表2為KMO和Bartlett檢驗(yàn)值。

表2 KMO和Bartlett檢驗(yàn)值

通過(guò)公因子方差的值體現(xiàn)對(duì)公共因子的解釋能力，除了滑坡R1和洪水災(zāi)害R7的公因子方差較小，其余風(fēng)險(xiǎn)因素的公因子方差值均在0.75以上，說(shuō)明公因子整體上對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素的解釋能力較強(qiáng)，滑坡R1和洪水災(zāi)害R7公因子方差<0.4，予以剔除。公因子方差值見表3。

表3 公因子方差值

在主成分分析法的基礎(chǔ)上，選取特征根>1的因子，通過(guò)主成分因子的特征值和方差貢獻(xiàn)度可以看出，因子1～3的特征值>1，原始風(fēng)險(xiǎn)因素可以提取為3個(gè)公共因子，這3個(gè)公共因子可以解釋86.747%的信息，且公共因子負(fù)荷系數(shù)絕對(duì)值高，說(shuō)明原始風(fēng)險(xiǎn)因素相關(guān)性顯著?？偡讲罱忉屢姳?。

表4 總方差解釋

通過(guò)表5確定公因子中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因子及公因子所代表的風(fēng)險(xiǎn)。第一個(gè)公因子貢獻(xiàn)率為36.463%，負(fù)荷系數(shù)在鉆前工程活動(dòng)、鉆井(試油)作業(yè)、后期油氣開發(fā)生產(chǎn)三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素上分別是0.902、0.881、0.713，負(fù)荷系數(shù)較高，且與環(huán)境危害風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)應(yīng)，表明了環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)對(duì)該項(xiàng)目選址決策的影響；第二個(gè)公因子貢獻(xiàn)率為24.807%，負(fù)荷系數(shù)在礦井(坑道)風(fēng)險(xiǎn)和溶洞風(fēng)險(xiǎn)上為0.835和0.828，這兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)應(yīng)礦井(坑道)、溶洞危害風(fēng)險(xiǎn)；第三個(gè)公因子貢獻(xiàn)率為16.493%，負(fù)荷系數(shù)在泥石流和巖石崩塌上分別為0.894、0.791，這兩個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素與地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)應(yīng)。表6進(jìn)一步總結(jié)了H設(shè)施待選地址風(fēng)險(xiǎn)因素的公因子及其貢獻(xiàn)率和構(gòu)成公因子的主要風(fēng)險(xiǎn)因子指標(biāo)。

表5 旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣

表6 公共因子及其貢獻(xiàn)率

確定公因子在H設(shè)施選址風(fēng)險(xiǎn)中的所占因子權(quán)重。因子權(quán)重為因子貢獻(xiàn)率和因子累計(jì)貢獻(xiàn)率的比值。從表7可以看出，該設(shè)施選址決策項(xiàng)目受環(huán)境危害風(fēng)險(xiǎn)的影響最大，其因子權(quán)重達(dá)到46.890%；其次是礦井(坑道)、溶洞危害風(fēng)險(xiǎn)，因子權(quán)重為31.901%；再次是地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，因子權(quán)重為21.209%。

表7 因子權(quán)重

通過(guò)因子分析法，剔除H設(shè)施待選地址中滑坡和洪水災(zāi)害兩個(gè)非關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素，確定H設(shè)施待選地址風(fēng)險(xiǎn)因素按照重要程度從高到低為：環(huán)境危害風(fēng)險(xiǎn)>礦井(坑道)和溶洞危害風(fēng)險(xiǎn)>地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，可為后續(xù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供科學(xué)依據(jù)和參考。

3 結(jié)語(yǔ)

對(duì)待選位置的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行科學(xué)識(shí)別和評(píng)價(jià)，是有效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和后期設(shè)施建設(shè)運(yùn)營(yíng)的前提。本文提出運(yùn)用因子分析法對(duì)設(shè)施選址決策進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，并以H設(shè)施選址項(xiàng)目為例，采用問(wèn)卷調(diào)查的方法咨詢專家，結(jié)合文獻(xiàn)資料查閱結(jié)果，運(yùn)用因子分析法對(duì)原始風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析處理，篩選并確定關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素及其排序，旨在提高設(shè)施選址風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別能力，具有一定的實(shí)踐價(jià)值。需要注意的是，在運(yùn)用因子分析法時(shí)，需要有足夠的樣本量作為數(shù)據(jù)支撐，樣本數(shù)要大于100份，樣本數(shù)應(yīng)為原始變量數(shù)的5倍以上，否則將出現(xiàn)因子分析結(jié)果不穩(wěn)定、缺乏說(shuō)服力等情況。