水利工程施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)分析研究

盛東偉

(山東省東明縣水務(wù)局,山東 東明 274500)

0 引 言

近年來(lái),水利工程建設(shè)項(xiàng)目投資逐年增長(zhǎng),隨著智能化與控制技術(shù)的發(fā)展,逐步構(gòu)建了區(qū)域互通、信息共享的整體框架,提升了智慧水利的發(fā)展高度。以菏澤市為例,菏澤市水利工程數(shù)量較多,項(xiàng)目大多面向黃河與淮河,其中小型工程存在諸多問(wèn)題。在硬件設(shè)施滿足需求的情況下,各類技術(shù)與規(guī)則尚不完善,增加了水利體系改革的難度。其中,施工風(fēng)險(xiǎn)分析是管理與技術(shù)領(lǐng)域中需要推進(jìn)的內(nèi)容。因?yàn)樵谖锪吓c土木方案完善的基礎(chǔ)上,風(fēng)險(xiǎn)控制可降低施工過(guò)程中多種因素造成的損失。在風(fēng)險(xiǎn)控制中,工程所在地的氣候和環(huán)境條件影響著大部分的風(fēng)險(xiǎn)控制。而水利工程項(xiàng)目一般建在相對(duì)偏遠(yuǎn)的地區(qū),這些地區(qū)的氣候及環(huán)境條件相對(duì)較為復(fù)雜。

為了科學(xué)而全面地評(píng)價(jià)工期風(fēng)險(xiǎn),本文針對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重進(jìn)行探討,采用熵權(quán)法和層次分析法作為確定依據(jù),并根據(jù)灰色理論建立組合權(quán)重的評(píng)價(jià)模型。

1 水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 工期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法

風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是為了保障正常施工而尋找干擾因素,結(jié)合歷史數(shù)據(jù)和現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)存在或可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別,其過(guò)程是通過(guò)感知和分析風(fēng)險(xiǎn)兩個(gè)環(huán)節(jié)分別進(jìn)行的。作為后期評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ),識(shí)別步驟影響著全局過(guò)程。具體來(lái)講,該過(guò)程的準(zhǔn)確性和系統(tǒng)性會(huì)干擾最終決策,忽略任何一個(gè)因素都將造成工程不可估量的損失,因此從識(shí)別過(guò)程開(kāi)始整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)管理都有一定意義。

水利工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別主要目的是定性找出影響施工的源因素,與其他工程不同,水利工程的風(fēng)險(xiǎn)因素是多方面的,且對(duì)不同階段的影響不盡相同。因此,現(xiàn)場(chǎng)勘查的同時(shí)還需要與一線施工人員進(jìn)行交流,但若全過(guò)程覆蓋此方法,則會(huì)造成效率低下或成本過(guò)高的情況[1-2]。流程圖法是基于水利工程各負(fù)責(zé)方全過(guò)程建立的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法,該方法將特定生產(chǎn)活動(dòng)按照多方合作的邏輯進(jìn)行板塊化,逐次分析風(fēng)險(xiǎn),還可根據(jù)維度進(jìn)行調(diào)整,該方法以其多角度全過(guò)程的特點(diǎn)而備受關(guān)注。與之類似的模塊化識(shí)別方法還有風(fēng)險(xiǎn)解構(gòu)法,該方法是在建設(shè)過(guò)程中針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)本身進(jìn)行分析,根據(jù)來(lái)源可能性將其分解,具體到若干子項(xiàng)。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于能通過(guò)分析子項(xiàng)的關(guān)系而對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行內(nèi)在聯(lián)系,同時(shí)項(xiàng)目中的潛在風(fēng)險(xiǎn)和結(jié)構(gòu)不確定性將更容易暴露。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別會(huì)對(duì)以往案例進(jìn)行總結(jié),一些風(fēng)險(xiǎn)控制管理者會(huì)根據(jù)總結(jié)情況進(jìn)行表格化的識(shí)別,這種方法稱為核查表法。而對(duì)以往經(jīng)驗(yàn)總結(jié)更加有效的是專家法,該方法邀請(qǐng)領(lǐng)域內(nèi)資深專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析,對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別,不過(guò)該方法依賴于專家的實(shí)際情況,有一定的主觀性。水利工程的風(fēng)險(xiǎn)決策者通常會(huì)根據(jù)情況結(jié)合多種風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法,以達(dá)到全面不遺漏的效果。

1.2 工期風(fēng)險(xiǎn)的因素分布

水利工程的風(fēng)險(xiǎn)因素有一定的特殊性,因此風(fēng)險(xiǎn)的因素分析需要結(jié)合實(shí)際。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分布情況,可將其分為外部和內(nèi)部?jī)煞N類型。其中,外部風(fēng)險(xiǎn)有環(huán)境和社會(huì)兩方面分布。根據(jù)菏澤市官方統(tǒng)計(jì)以及實(shí)地調(diào)研,對(duì)可能存在影響施工的環(huán)境因素進(jìn)行闡述。

菏澤市地處黃河下游,屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候,夏季降水時(shí)空分布不均,屬災(zāi)害多發(fā)季節(jié),雷電、暴雨等氣象災(zāi)害為影響工期的可能因素。除黃河外,菏澤市大部分區(qū)域處在淮河流域的四湖水系中,水資源總量超20×108m3。市內(nèi)有大量小型水利工程和各水文站,并于2018年構(gòu)建了水文檢測(cè)系統(tǒng),風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中的相關(guān)水文數(shù)據(jù)將參考該系統(tǒng)。菏澤地處華北平原的沉降盆地中,從西南地區(qū)向東北逐漸降低,大部分屬于黃河沖擊平原。除可預(yù)測(cè)的自然條件外,風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估還會(huì)加上不可抗力的自然因素和突發(fā)狀況[3-5]。社會(huì)層面的因素主要以國(guó)家和當(dāng)?shù)氐乃邽橹?而新形勢(shì)下的經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化也將作為可能因素之一。

工程內(nèi)部因素大多是針對(duì)施工本身而言,具有可調(diào)控的可能性,同時(shí)也是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)估最重要因素。以菏澤市小型水利工程整體情況為例,其存在的主要問(wèn)題包括產(chǎn)權(quán)不明、疏于管理、技術(shù)力量不足與業(yè)務(wù)水平較低、施工監(jiān)測(cè)有待完善等問(wèn)題。風(fēng)險(xiǎn)分析應(yīng)在工程項(xiàng)目整體視野下,對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)與單元進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)測(cè)。同時(shí),非人為的內(nèi)部因素主要是人力與物料的問(wèn)題。在人力方面,若施工人員配備過(guò)多會(huì)導(dǎo)致預(yù)算超支,過(guò)少則會(huì)影響工作開(kāi)展,且人員狀態(tài)也是需要考慮的問(wèn)題之一。此外,在物料配備中,能源設(shè)施、工程材料的配備也是潛在的風(fēng)險(xiǎn)源之一。

1.3 基于組合權(quán)重的灰色評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

在確定影響因素的基礎(chǔ)上,采用層次分析法和熵權(quán)法確定各因素的權(quán)重,再根據(jù)灰色聚類法對(duì)工期風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。其中,層次分析法是將水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行多層次的分解,再根據(jù)專家的建議,建立一套量化各元素的方法。該方法根據(jù)期望,將細(xì)分的因素與上層因素進(jìn)行組合,根據(jù)相關(guān)度進(jìn)行優(yōu)劣排序[6-7]要先構(gòu)建層次化結(jié)構(gòu),一般分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層。構(gòu)建的判斷矩陣見(jiàn)表1。

表1 層次分析法判斷矩陣

表1中,A=(a1,a2,…am)為準(zhǔn)則層;B=(b1,b2,…bn)為影響目標(biāo)的準(zhǔn)則數(shù);m為指標(biāo)層;n為指標(biāo)數(shù)量。若兩個(gè)因素處于同一水平,則需要按照重要性進(jìn)行標(biāo)度量化,而量化過(guò)程是整個(gè)分析法的核心。在單層排序和檢驗(yàn)的基礎(chǔ)上,還需要進(jìn)行總層次排序,最終達(dá)到定性地對(duì)因素權(quán)重進(jìn)行排列。該方法結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單,對(duì)設(shè)計(jì)因素的具體信息參數(shù)要求不高,對(duì)水利工程因素權(quán)重排列具有一定意義。因?yàn)闊o(wú)論是環(huán)境因素還是管理問(wèn)題,都難以尋找具體參數(shù)。

在信息熵的基礎(chǔ)上,生成一種具有客觀性的權(quán)重確定方法。這種熵權(quán)法根據(jù)指標(biāo)變異程度,計(jì)算各因素的熵權(quán),再根據(jù)熵權(quán)對(duì)權(quán)重進(jìn)行修正,從而保證權(quán)重的客觀性,修正層次分析法的權(quán)重分布[8-10]。設(shè)若干個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象和指標(biāo),標(biāo)準(zhǔn)化后將構(gòu)成初始矩陣,使用范圍有限,但對(duì)于水利工程工期分析而言,能在層次分析法的基礎(chǔ)上去除專家的主觀干擾。需要說(shuō)明的是,該方法對(duì)樣本數(shù)據(jù)有一定要求:樣本數(shù)量充足;無(wú)量綱歸一化時(shí)具有單調(diào)性;在評(píng)價(jià)過(guò)程中,保證數(shù)據(jù)必須大于零,以避免計(jì)算時(shí)遇到過(guò)多的極值情況。

最后采用灰色系統(tǒng)理論完成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作。該系統(tǒng)對(duì)同時(shí)存在未知和已知信息、樣本數(shù)量小的數(shù)據(jù)存在較好效果,整體路徑是通過(guò)分析已知信息的規(guī)律來(lái)處理未知信息,最終將代表未知的灰色變?yōu)橐阎螒B(tài)的白色[11-12]。聚類能將工期風(fēng)險(xiǎn)因素合成特定類別,通過(guò)關(guān)聯(lián)聚類將系統(tǒng)中的元素關(guān)聯(lián)程度組合起來(lái)。

水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型是通過(guò)上述識(shí)別方法進(jìn)行識(shí)別,再按照層次分析法初步確定權(quán)重,通過(guò)熵權(quán)法進(jìn)行優(yōu)化,將確定好權(quán)重的風(fēng)險(xiǎn)類型加入灰色聚類進(jìn)行最終評(píng)價(jià)。見(jiàn)圖1。

圖1 水利工程風(fēng)險(xiǎn)分析路徑圖

在此路徑下,通過(guò)各種識(shí)別方法得到不同類型風(fēng)險(xiǎn)因素,由于風(fēng)險(xiǎn)具有不確定性,需要建立科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。在權(quán)重確定前,該體系分為目標(biāo)層(A)、準(zhǔn)則層(B1-B4)、方案層(C11-C43),通過(guò)專家建議和實(shí)際調(diào)查,評(píng)價(jià)體系見(jiàn)圖2。

圖2 水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

在指標(biāo)體系建立之后,應(yīng)構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí),以確定級(jí)次。本研究根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小,構(gòu)建等級(jí)為1-5的評(píng)價(jià)體系。在確定權(quán)重時(shí),還需要進(jìn)行主客觀賦值。采用線性加權(quán)的方式進(jìn)行組合權(quán)重求值,計(jì)算公式如下:

Yij=aWij+(1-a)Wij′

(1)

式中:Yij為指標(biāo)ij的組合權(quán)重;Wij和Wij′為指標(biāo)ij的主觀權(quán)重和客觀權(quán)重;i為具體指標(biāo)所在準(zhǔn)則層編號(hào);j為指標(biāo)序號(hào);a∈[0,1],通常采用式(2)的差異系數(shù)法計(jì)算。

(2)

式中:n為指標(biāo)數(shù)量;P1,P2,...,Pn為基于主觀權(quán)重的排序值。

在確定組合權(quán)重后,進(jìn)行灰色聚類評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)將確定每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的情況,再根據(jù)各等級(jí),確定對(duì)應(yīng)的白化權(quán)函數(shù),通過(guò)計(jì)算灰色聚類系數(shù)和層次權(quán)向量,得到灰色綜合權(quán)向量矩陣。

2 基于組合權(quán)重的灰色評(píng)價(jià)在水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)分析中的應(yīng)用

根據(jù)菏澤市的情況,進(jìn)行初步風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。在層次分析法的基礎(chǔ)上,邀請(qǐng)6位專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行賦值,結(jié)果見(jiàn)表2。

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)情況,確定判斷矩陣。再按照方根法,計(jì)算特征向量與特征值。通過(guò)歸一化處理,得到矩陣的最大特征根λmax,經(jīng)一致性檢驗(yàn)后,權(quán)重將被接受。結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 層次分析法權(quán)重分配結(jié)果

圖3結(jié)果的最大特征值λmax為4.214,一致性指標(biāo)CI值為0.041,隨機(jī)一致性指標(biāo)RI為0.89,檢驗(yàn)系數(shù)CR為0.056。按照同樣的方法,對(duì)指標(biāo)層風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析,得到的最終結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 各層次權(quán)重計(jì)算結(jié)果

根據(jù)表3的層次分析法計(jì)算結(jié)果,引入熵權(quán)法進(jìn)行權(quán)重確定。就方法而言,層次分析法的某些指標(biāo)權(quán)重與熵權(quán)法差異較大。前者多以經(jīng)驗(yàn)為主,后者以數(shù)據(jù)信息為主,互相彌補(bǔ),在兩者之間確定的線性組合權(quán)重法能兼顧兩者的長(zhǎng)處。該過(guò)程將先計(jì)算指標(biāo)權(quán)重,再將水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)樣本轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)矩陣,最后計(jì)算熵權(quán)。當(dāng)各權(quán)重與熵值計(jì)算之后將進(jìn)行組合權(quán)重計(jì)算,采用線性組合法進(jìn)行計(jì)算,結(jié)果將作為灰色綜合評(píng)價(jià)的數(shù)據(jù)源。在進(jìn)行灰色評(píng)價(jià)時(shí),將計(jì)算各等級(jí)對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)系數(shù),再將各系數(shù)進(jìn)行求和,各指標(biāo)體系均是按照同樣路徑計(jì)算,最終得到關(guān)于準(zhǔn)則層的灰色向量矩陣。

將工期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值設(shè)為E,根據(jù)所構(gòu)建的灰色聚類方法,指標(biāo)層的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 灰色聚類對(duì)工期風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)圖4的灰色評(píng)價(jià)結(jié)果可知,位于菏澤市的水利工程工期風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中等。經(jīng)過(guò)專家再次檢驗(yàn),評(píng)價(jià)結(jié)果與實(shí)際情況相符。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分類,較高風(fēng)險(xiǎn)為氣候影響、組織架構(gòu)。中等風(fēng)險(xiǎn)為水文條件、政策影響、施工技術(shù)、管理監(jiān)督、人員物料、資金情況。較低風(fēng)險(xiǎn)為突發(fā)情況、物價(jià)情況、當(dāng)?shù)厣钣绊懸约盎A(chǔ)設(shè)施情況。

根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析和評(píng)價(jià)結(jié)果可知,需要注意幾個(gè)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)較高的因素,即氣候和組織架構(gòu)的影響(評(píng)價(jià)值分別為3.621、3.619)。其中,人為因素的風(fēng)險(xiǎn)最大,占比重最多。自然環(huán)境的影響和社會(huì)情況是可見(jiàn)的,可通過(guò)相關(guān)技術(shù)防范進(jìn)行管控,而人為因素大多趨于隱蔽,難以發(fā)現(xiàn),從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別開(kāi)始就為評(píng)估工作帶來(lái)阻礙。因此,建議加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn),提高管理人員及一線人員的業(yè)務(wù)能力,加強(qiáng)管理與施工之間的溝通與銜接,選拔人才以能力為本位,充分發(fā)揮主觀能動(dòng)性。

3 結(jié) 論

水利工程施工需結(jié)合多方面因素進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)決策,本研究設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)模型,從風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別到各因素權(quán)重分析再到風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),以防止因遺漏帶來(lái)的損失。在此路徑下構(gòu)建的權(quán)重組合,是利用層次分析法構(gòu)建評(píng)價(jià)體系,準(zhǔn)則層數(shù)量為4,下級(jí)指標(biāo)層共9個(gè),通過(guò)熵權(quán)理論,降低該權(quán)重體系中的主觀因素,將確定好的權(quán)重體系加入灰色聚類。結(jié)果表明,氣候條件影響和管理監(jiān)督的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值最高,分別為3.621和3.619。從準(zhǔn)則來(lái)看,人為因素影響最大,所占比重最多,應(yīng)當(dāng)引起注意。該風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型做到了主觀與客觀兼顧,為水利工程施工的工期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作提供了思路。