輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)分析與預(yù)測(cè)方法研究

陳新仁

(福建森源電力設(shè)備有限公司，福建 福州 350000)

0 引 言

在現(xiàn)代工程項(xiàng)目中，大規(guī)模、重投資以及長(zhǎng)周期項(xiàng)目日益增多，項(xiàng)目的修建環(huán)境、技術(shù)難度也日益復(fù)雜，給工程帶來(lái)了巨大的風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)[1]。輸變電工程作為現(xiàn)代基礎(chǔ)設(shè)施工程的重要組成部分，其建設(shè)程度直接關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。與其他工程建設(shè)項(xiàng)目不同，我國(guó)的資源分布不均，南北差異和東西差異均較大，需要長(zhǎng)距離地修建輸變電工程[2]。輸變電工程不可避免地要穿越江河湖海、高山峻嶺，同時(shí)涉及的專(zhuān)業(yè)眾多、設(shè)備眾多、技術(shù)密集，在投資和工期上，也表現(xiàn)出長(zhǎng)回收周期和巨大的投資額度，因此輸變電工程涉及工程風(fēng)險(xiǎn)眾多，諸如建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)、資金風(fēng)險(xiǎn)、社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等，這些都影響著輸變電工程的建設(shè)效益。

1 輸變電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的特征及識(shí)別方法

1.1 輸變電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的特征

經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展離不開(kāi)電力基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化使得電力需求激增，修建輸變電工程將是現(xiàn)階段乃至未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)我國(guó)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點(diǎn)，在穩(wěn)步發(fā)展電力網(wǎng)絡(luò)的同時(shí)，工程建設(shè)和輸變電運(yùn)營(yíng)均對(duì)電網(wǎng)供電的安全性和可靠性提出了更高的要求，輸變電的風(fēng)險(xiǎn)管理流程如圖1所示[3]。輸變電工程中涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，在正確地對(duì)各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和管理之前，需要對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的特征進(jìn)行準(zhǔn)確把握，這樣才有利于認(rèn)識(shí)風(fēng)險(xiǎn)的本質(zhì)和構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型，達(dá)到防控風(fēng)險(xiǎn)的目的。綜合目前大量的輸變電工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)研究，輸變電工程的風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)主要有以下幾個(gè)方面：

圖1 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)管理流程

(1) 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)的客觀存在性。與所有的工程建設(shè)一樣，輸變電工程建設(shè)天然存在風(fēng)險(xiǎn)，且這種風(fēng)險(xiǎn)不受人的主觀因素的影響，也不以人的意志為轉(zhuǎn)移，屬于一種必然的現(xiàn)象[4]。比如，在修建輸變電工程中，盡管已經(jīng)人為地采取了施工方案的編制、技術(shù)可行性論證等，但是受到工程建設(shè)自然環(huán)境和社會(huì)環(huán)境的影響，仍存在著發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的可能，而且這些風(fēng)險(xiǎn)具有不確定性和客觀存在性，其存在的意義使得工程風(fēng)險(xiǎn)管理成為輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)管控領(lǐng)域的重要研究?jī)?nèi)容。

(2) 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)的多發(fā)性和多樣性。在工程建設(shè)中，風(fēng)險(xiǎn)涉及建設(shè)的各個(gè)環(huán)節(jié)，從工程決策到準(zhǔn)備階段、從施工階段到竣工階段，每個(gè)環(huán)節(jié)都有多種多樣的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，比如在工程決策階段，涉及政策變化原因產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)建設(shè)項(xiàng)目的周邊環(huán)境及金融制度等信息掌握不全導(dǎo)致的信息風(fēng)險(xiǎn)、對(duì)投資決策錯(cuò)誤導(dǎo)致的投資風(fēng)險(xiǎn)；在準(zhǔn)備階段，由于輸變電工程技術(shù)人員工作效率導(dǎo)致的管理風(fēng)險(xiǎn)、投標(biāo)階段引進(jìn)不合格的設(shè)計(jì)和監(jiān)理單位等風(fēng)險(xiǎn)；在施工階段，由于設(shè)備、材料供應(yīng)不足導(dǎo)致的工期風(fēng)險(xiǎn)、由于施工工藝落后等導(dǎo)致的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)、由于極端天氣及地質(zhì)災(zāi)害導(dǎo)致的自然風(fēng)險(xiǎn)等。

(3) 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)的全局性和全過(guò)程性。輸變電工程涉及的工程量大、專(zhuān)業(yè)多，風(fēng)險(xiǎn)的潛在點(diǎn)不僅涉及某個(gè)階段，而是在項(xiàng)目的全生命周期都存在，風(fēng)險(xiǎn)因素的影響也不會(huì)集中在某個(gè)時(shí)間范圍或者某一個(gè)環(huán)節(jié)，而是相互關(guān)聯(lián)，某個(gè)方面或者環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)不僅會(huì)對(duì)這個(gè)環(huán)節(jié)本身產(chǎn)生影響，也可能不斷擴(kuò)大對(duì)整個(gè)工程產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)[5]。比如輸變電工程的工期滯后影響，不僅會(huì)導(dǎo)致建設(shè)周期的延長(zhǎng)，同時(shí)也會(huì)造成工程建設(shè)投資的成倍增加，為控制成本甚至?xí)斐晒こ藤|(zhì)量失去控制，引發(fā)投資風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 輸變電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別及預(yù)測(cè)方法

輸變電工程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別過(guò)程就是實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)控制的第一步，使得工程風(fēng)險(xiǎn)管控具有目標(biāo)明確性，全面準(zhǔn)確地對(duì)建設(shè)過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)大小、風(fēng)險(xiǎn)信息以及風(fēng)險(xiǎn)可能造成的后果進(jìn)行評(píng)價(jià)[6]。輸變電工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)具有多變性和時(shí)變性，因此需要進(jìn)行長(zhǎng)期的歸納總結(jié)和分析整理，通過(guò)各種風(fēng)險(xiǎn)管控機(jī)制建立感性認(rèn)識(shí)，也可以通過(guò)大量的風(fēng)險(xiǎn)案例建立分析模型，以防止不同風(fēng)險(xiǎn)之間的轉(zhuǎn)換、相同風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大，達(dá)到控制已發(fā)風(fēng)險(xiǎn)的影響程度，降低新風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率的目的。

對(duì)于輸變電工程的全生命周期而言，受到各種風(fēng)險(xiǎn)因素和不確定因素影響最多的階段就是輸變電工程的施工階段，因此工程的投資成本、建造質(zhì)量和建設(shè)進(jìn)度都提出了更高的風(fēng)險(xiǎn)防控要求，以實(shí)現(xiàn)工程建造能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)期的施工合同和相關(guān)圖紙文件的標(biāo)準(zhǔn)。

在輸變電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)方法中，目前發(fā)展出了大量的定性分析與定量分析方法，定量分析方法一般有經(jīng)驗(yàn)方法和數(shù)學(xué)理論方法。常用的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)分析方法有主觀評(píng)分法、模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、蒙特卡洛法、回歸分析法和灰色系統(tǒng)理論等，各種方法各有優(yōu)劣，各有千秋，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要結(jié)合實(shí)際的工程邊界條件進(jìn)行選擇[7，8]。特別地，在數(shù)學(xué)理論模型風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方法中，需要考慮計(jì)算設(shè)備的計(jì)算能力，有些計(jì)算技術(shù)涉及非線性邏輯計(jì)算，對(duì)運(yùn)算的時(shí)間成本等較高。

2 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

2.1 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法是模糊數(shù)學(xué)理論與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的綜合，它的計(jì)算核心是求解屬西數(shù)和求解隸屬度，兩者結(jié)合了模糊數(shù)學(xué)的路基推力能力，也結(jié)合了神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的自學(xué)習(xí)能力。在輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)管控領(lǐng)域，它可以應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)的排查、優(yōu)化風(fēng)險(xiǎn)管控路徑，為輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)管理人員的決策提供依據(jù)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的基本原理如圖2所示，它是正向?qū)W習(xí)的學(xué)習(xí)方法。其層次主要分為3層，分別為輸入層、隱含層(可以為多個(gè)層級(jí)，圖2中所示的是有1層隱含層)和輸出層。輸出層中包含了大量的訓(xùn)練樣本，將其與訓(xùn)練集中的樣本進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，即經(jīng)過(guò)隱藏層的運(yùn)算和傳遞，達(dá)到輸出層，輸出層參數(shù)結(jié)果與實(shí)際值進(jìn)行對(duì)比，如果兩者出現(xiàn)誤差，則通過(guò)調(diào)整隱藏層的權(quán)函數(shù)值、閾值等，直到計(jì)算結(jié)果達(dá)到精度要求，即為期望的優(yōu)化結(jié)果。

圖2 模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)的基本原理

(1)

對(duì)于第m個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素樣本，在第i個(gè)隱含層與輸出層之間的權(quán)值函數(shù)，其對(duì)應(yīng)的雅克比矩陣如方程(2)所示：

(2)

由輸入層至隱含層之間的權(quán)值函數(shù)雅克比矩陣關(guān)系如方程(3)所示：

(3)

2.2 基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

模數(shù)綜合法是一種給定多影響參數(shù)的綜合全面評(píng)價(jià)方法，是根據(jù)事物存在概念邊界模糊時(shí)，通過(guò)模糊集合的數(shù)學(xué)計(jì)算方式，將不確定的數(shù)學(xué)方式轉(zhuǎn)化為確定的、可量化的計(jì)算，也是將單因素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估得到多因素風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重，達(dá)到多參數(shù)、多層次的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，屬于模糊數(shù)學(xué)理論在具體工程實(shí)踐中的應(yīng)用。模糊綜合法通常用來(lái)優(yōu)選數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)判準(zhǔn)則和評(píng)判權(quán)重，其基本的數(shù)學(xué)實(shí)現(xiàn)是在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程中，針對(duì)多個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，采用綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)建，將各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題以隸屬度函數(shù)建立相互關(guān)系，采用退化原理對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素矩陣的某些問(wèn)題進(jìn)行減法運(yùn)算，將求解的目標(biāo)函數(shù)作為極值問(wèn)題的計(jì)算，達(dá)到問(wèn)題的最佳求解。模糊綜合法是屬于定量和定性相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法，在具體的工程實(shí)踐中，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)事故的描述往往不能精確界定，往往采用“良好”“一般”“較差”等定性詞匯進(jìn)行描述，而模糊綜合法則是通過(guò)建立定量評(píng)價(jià)與這些定性指標(biāo)之間的隸屬函數(shù)到達(dá)定性分析與定量分析的統(tǒng)一。

基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)過(guò)程，首先是確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的指標(biāo)集，如方程(4)所示：

(4)

式中：X={x1,x2,…xn}為模糊綜合法的評(píng)價(jià)目標(biāo)；xi={xi1,xi2,…xin}則為評(píng)價(jià)目標(biāo)X的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)；n為風(fēng)險(xiǎn)因素的總數(shù)目。

由于各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素在整個(gè)評(píng)價(jià)集中的地位是不同的，即每個(gè)指標(biāo)之前在評(píng)價(jià)目標(biāo)X中的比重是有所不同的，為了更好地描述這種風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的比重差異，一般需要用到權(quán)重函數(shù)，如方程(5)所示：

(5)

為了實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事故的不確定性和模糊性進(jìn)行定量化的賦值，對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素采用人為的數(shù)值評(píng)價(jià)用于描述模糊的定性分析，如“良好”“一般”“較差”等，評(píng)價(jià)集的表達(dá)式如方程(6)所示：

θ=(θ1,θ2,…,θp)

(6)

式中：θ為“良好”“一般”“較差”等評(píng)價(jià)結(jié)果。

對(duì)準(zhǔn)則層的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)建立評(píng)價(jià)矩陣，如方程(7)所示：

(7)

對(duì)指標(biāo)層的風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)建立評(píng)價(jià)矩陣，如方程(8)所示：

(8)

基于模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算，結(jié)果如方程(9)所示：

(9)

式中：B=(b1,b2…bp)；Bi=(bi1,bi2…bip)；Ξ為加權(quán)平均算子。即可以得到每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合評(píng)分如方程(10)所示：

(10)

3 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估應(yīng)用實(shí)例

某市為滿(mǎn)足電網(wǎng)發(fā)展和供電需求，電力公司需在區(qū)域內(nèi)新建輸變電工程，線路長(zhǎng)度約529 km，為500 kV輸電壓和變電站。變電站的選址位于城區(qū)北側(cè)，占地為荒地，按照建設(shè)情況需展開(kāi)征地約5.01 hm2，場(chǎng)區(qū)內(nèi)建設(shè)條件較好，地坪高程起伏較小，土方量不大，變電站的新建總建筑面積約1 347 m2。輸變電工程的主要指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 輸變電工程建設(shè)指標(biāo)

基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)輸變電工程建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將輸變電工程的風(fēng)險(xiǎn)分為6大類(lèi)，如圖3所示，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

圖3 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)分類(lèi)

表2 基于模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)對(duì)比

從表2中可以看，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子的預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測(cè)結(jié)果范圍從0.123 7到0.567 2，最小的風(fēng)險(xiǎn)因素為環(huán)境因數(shù)(0.123 7)，最大的風(fēng)險(xiǎn)因素為技術(shù)因數(shù)(0.567 2)；類(lèi)似地，模糊綜合評(píng)價(jià)法的預(yù)測(cè)結(jié)果從0.142 3到0.552 3，最小的風(fēng)險(xiǎn)因素為環(huán)境因數(shù)(0.142 3)，最大的風(fēng)險(xiǎn)因素為技術(shù)因數(shù)(0.552 3)。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素預(yù)測(cè)中差別最大的是管理因素，模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法的預(yù)測(cè)結(jié)果為0.141 6，而模糊綜合評(píng)價(jià)法的預(yù)測(cè)結(jié)果為0.234 2。模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與模糊綜合評(píng)價(jià)法的總體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果基本一致，前者的預(yù)測(cè)結(jié)果為0.134 1，后者的預(yù)測(cè)結(jié)果為0.138 7。

4 結(jié) 論

以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，在分析輸變電工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的特征基礎(chǔ)上，采用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法和模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別和預(yù)測(cè)，得到以下結(jié)論：

(1) 輸變電工程風(fēng)險(xiǎn)具有客觀存在性、多發(fā)性和多樣性、全局性和全過(guò)程性等特點(diǎn)；

(2) 糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法與模糊綜合評(píng)價(jià)法在各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素和總體風(fēng)險(xiǎn)因素的預(yù)測(cè)結(jié)果上基本一致，對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素預(yù)測(cè)中差別最大的是管理因素。