王元明

（天津商業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，天津 300134）

公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作風(fēng)險(xiǎn)傳遞效應(yīng)分析

王元明

（天津商業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院，天津 300134）

公共基礎(chǔ)設(shè)施的成功對(duì)于城市規(guī)劃、社會(huì)穩(wěn)定以及國(guó)家戰(zhàn)略都具有重要意義。公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)各要素之間相互關(guān)聯(lián)性高，且由于其社會(huì)性和經(jīng)濟(jì)性的雙重屬性，風(fēng)險(xiǎn)因素多且影響關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，形成了基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)在系統(tǒng)內(nèi)部的傳遞效應(yīng)。本研究旨在將這一復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)形成過(guò)程加以描述，并對(duì)其傳遞效應(yīng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化分析。首先，基于風(fēng)險(xiǎn)形成的基本原理，描述了基于公共基礎(chǔ)設(shè)施之間關(guān)聯(lián)性的風(fēng)險(xiǎn)傳遞現(xiàn)象，其次基于Leontief投入產(chǎn)出模型構(gòu)建了公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型，最后通過(guò)實(shí)例說(shuō)明了模型的應(yīng)用性。結(jié)果表明，這一方法對(duì)于管理者在公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)動(dòng)防范措施的制定方面有借鑒意義，同時(shí)對(duì)城市建設(shè)中基礎(chǔ)設(shè)施的可操作性改善也可以起決策性輔助作用。

公共基礎(chǔ)設(shè)施;不可操作風(fēng)險(xiǎn);傳遞效應(yīng)

2012年7月北京大暴雨，為北京帶來(lái)了前所未有的困難和考驗(yàn)，城區(qū)多處積水嚴(yán)重，路面交通中斷，部分地鐵停運(yùn)，500多架次航班取消或延誤。這說(shuō)明中國(guó)城市在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，尤其是在道路、交通、排澇應(yīng)急等公共設(shè)施方面，存在很大的短板，同時(shí)也說(shuō)明公共基礎(chǔ)設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)性是造成某種自然風(fēng)險(xiǎn)因素?cái)U(kuò)散性傳遞的重要載體。作為不可抗力的風(fēng)險(xiǎn)因素，管理者并不能改變其存在和發(fā)展的客觀性，但是如果能很好地預(yù)知這類風(fēng)險(xiǎn)帶給公共基礎(chǔ)設(shè)施的損失及其擴(kuò)大路徑，對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生之后的損失控制方案制定有很大意義。因此，準(zhǔn)確把握公共基礎(chǔ)設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)性與風(fēng)險(xiǎn)形成、傳遞規(guī)律，應(yīng)當(dāng)作為城市公共工程風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)急管理的重要內(nèi)容。目前關(guān)于基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)性的研究集中于內(nèi)部關(guān)聯(lián)性特征和基于關(guān)聯(lián)性的外界互動(dòng)研究?jī)蓚€(gè)方面。研究方法則以數(shù)學(xué)模型和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)方法為主?；跀?shù)學(xué)以及模擬仿真技術(shù)針對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)狀況進(jìn)行模擬的研究，基本上統(tǒng)一于對(duì)內(nèi)部關(guān)聯(lián)性存在的認(rèn)可，并可以一定的方式進(jìn)行描述，如Nozick等利用馬爾可夫特性描述了關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)的關(guān)聯(lián)關(guān)系［1］，劉健等則采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)和Multi-Agents混合建模方法模擬了城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)關(guān)系［2］;另一類則基于這種關(guān)聯(lián)性考慮系統(tǒng)受到外部因素影響時(shí)的效應(yīng)分析，這方面研究以Haimes等將Leontief經(jīng)濟(jì)學(xué)模型應(yīng)用其中，提出失效輸入/輸出模型為主要標(biāo)志，提供了城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)與外界因素交互作用研究的新模式［3］。后續(xù)學(xué)者基于此模式具體分析了在特定外界因素作用下，城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性變化規(guī)律，如Garg等利用最小費(fèi)用流算法模擬城市基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)部分系統(tǒng)失效情況下的運(yùn)行和恢復(fù)情況［4］;吳之立等在肯定城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)存在復(fù)雜關(guān)聯(lián)的前提下，建立了供需關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模型以應(yīng)對(duì)緊急狀態(tài)下備用資源的分配問(wèn)題［5］;胡愛(ài)軍等以極端天氣這一自然風(fēng)險(xiǎn)因素為例說(shuō)明了基礎(chǔ)設(shè)施在風(fēng)險(xiǎn)影響下的間接經(jīng)濟(jì)損失的評(píng)估問(wèn)題［6］;除此之外，還包括了部分學(xué)者對(duì)公共基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)的定性分析［7］?？傮w而言，對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部關(guān)聯(lián)性的認(rèn)識(shí)是統(tǒng)一的，但缺乏針對(duì)這一系統(tǒng)面臨風(fēng)險(xiǎn)因素的影響時(shí)基于設(shè)施關(guān)聯(lián)性發(fā)生的傳遞效應(yīng)的分析，尤其是各設(shè)施本身具有的抗風(fēng)險(xiǎn)能力這一能動(dòng)性要素未被考慮。因此，本文基于公共基礎(chǔ)設(shè)施的風(fēng)險(xiǎn)傳遞機(jī)理構(gòu)建其不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的傳遞模型，以說(shuō)明基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)中風(fēng)險(xiǎn)的形成和擴(kuò)散過(guò)程。

一、公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目及其特點(diǎn)

公共基礎(chǔ)設(shè)施是指為公眾設(shè)置，公眾可以共享，不允許某個(gè)人獨(dú)占或排他的一些基礎(chǔ)性設(shè)施，包括具有一定規(guī)模的建筑、交通、能源、通信等服務(wù)于社會(huì)公眾，與群眾日常生活聯(lián)系緊密，具有廣泛社會(huì)影響，關(guān)系城市或者區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重大工程，通常具有重要使用功能和重大社會(huì)意義的標(biāo)志性工程。除了具有一般項(xiàng)目的一次性、獨(dú)特性、投資周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，還具有公共性、服務(wù)性、社會(huì)關(guān)注度高、配套設(shè)施條件、安全性與關(guān)聯(lián)性要求高等特點(diǎn)［8］。

公共性是指公共基礎(chǔ)設(shè)施的需求根源以及委托方都是公眾，項(xiàng)目成果應(yīng)當(dāng)為公眾共同享用。服務(wù)性是指公共基礎(chǔ)設(shè)施具有為公眾的物質(zhì)文化生活提供服務(wù)的功能，是實(shí)現(xiàn)公共服務(wù)的載體。社會(huì)關(guān)注度高。一般來(lái)說(shuō)公共基礎(chǔ)設(shè)施投資多、建設(shè)規(guī)模大、公共資源消耗多，涉及社會(huì)公眾生活的各個(gè)方面，從根本上花的是納稅人的錢(qián)，對(duì)區(qū)域經(jīng)濟(jì)文化具有戰(zhàn)略意義，因此一般會(huì)受到較高的社會(huì)關(guān)注。安全性要求高。公共基礎(chǔ)設(shè)施受眾面大，一旦發(fā)生安全問(wèn)題，造成的損失將不可估量，因此要求公共基礎(chǔ)設(shè)施要保障公眾及周邊環(huán)境的安全。

需求導(dǎo)向明顯。相對(duì)于一般商業(yè)項(xiàng)目，大型公共基礎(chǔ)設(shè)施基本是完全需求導(dǎo)向型的，也就是基于公眾的需求開(kāi)發(fā)建設(shè)。

關(guān)聯(lián)性高。這是公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部的重要特征，一般來(lái)說(shuō)可以分為四類［9］:（1）實(shí)體相依性。如果兩個(gè)關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)之間是實(shí)體相依性，則一系統(tǒng)依賴另一系統(tǒng)提供原料或是服務(wù)，方能運(yùn)作。如供水系統(tǒng)須依賴電力系統(tǒng)所產(chǎn)出的電力才能順利提供供水服務(wù)。（2）信息相依性。透過(guò)信息的連接將關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)連接稱為信息相依性，如一發(fā)電廠的控制訊號(hào)通過(guò)光纖等通訊網(wǎng)絡(luò)傳遞到總控制中心，才能正確配電給服務(wù)范圍內(nèi)各項(xiàng)設(shè)施，故稱兩者之間具有信息相依性。（3）地理相依性。如果本地環(huán)境事件造成本地的一些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的狀態(tài)變化，則這些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)具有地理上的相關(guān)性。舉例來(lái)說(shuō)，輸水管線與電力配送系統(tǒng)在同一條橋上，當(dāng)橋梁損毀時(shí)輸水管線與電力配送系統(tǒng)將會(huì)同時(shí)發(fā)生狀況。（4）邏輯相依性。是指不同設(shè)施所屬機(jī)關(guān)相同，當(dāng)發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事件時(shí)可能因?yàn)橘Y源分配問(wèn)題彼此之間存在間接影響。如電力系統(tǒng)與供水系統(tǒng)都由同一家公司管理，當(dāng)公司財(cái)務(wù)發(fā)生問(wèn)題時(shí)對(duì)電力系統(tǒng)與供水系統(tǒng)的監(jiān)控與注意力都會(huì)下降，就會(huì)造成供水系統(tǒng)或電力系統(tǒng)破壞的可能性大幅提高。

二、公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的形成

（一）公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的定義

綜合各主流學(xué)說(shuō)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的不同定義，風(fēng)險(xiǎn)的實(shí)質(zhì)就是一個(gè)事件發(fā)生某個(gè)后果的不確定性（或然性）及造成損失的嚴(yán)重程度，可用函數(shù)R=F（P，C）來(lái)表示，R代表風(fēng)險(xiǎn)，P代表事件發(fā)生的概率，C代表事件發(fā)生的結(jié)果。還有一種定義將風(fēng)險(xiǎn)情景因素考慮其中，給出了R=F（S，P，C），其中S為某種風(fēng)險(xiǎn)情景。

本文將公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的不可操作風(fēng)險(xiǎn)定義為不確定性事件或條件對(duì)公共基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目期望目標(biāo)值存在的影響。這種影響包含兩層含義:一是風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)公共基礎(chǔ)設(shè)施本身的直接影響;二是基于公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的復(fù)雜性和關(guān)聯(lián)性，非直接的影響作用以設(shè)施本身為載體向其他設(shè)施進(jìn)行傳遞，包括風(fēng)險(xiǎn)的放大和減弱兩種情形?；诠不A(chǔ)設(shè)施的主要功能要求，其不可操作性風(fēng)險(xiǎn)表現(xiàn)為設(shè)施受到內(nèi)部或者外界風(fēng)險(xiǎn)因素影響時(shí)，其部分或整體功能失效。我們將其定義為系統(tǒng)在行使其規(guī)定的功能時(shí)表現(xiàn)出來(lái)的無(wú)效，這一特征由于設(shè)施不同而有不同的表現(xiàn)形式，如交通中斷、電力系統(tǒng)癱瘓等。以概率方式可以表示為:

其中C為不可操作性風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，X為基礎(chǔ)設(shè)施要求的操作性水平，可以財(cái)富損失或者人員傷亡表示其風(fēng)險(xiǎn)后果。

以實(shí)物形態(tài)來(lái)說(shuō)，公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)主要表現(xiàn)為:（1）擴(kuò)散效應(yīng)。當(dāng)一設(shè)施毀壞后，與其串聯(lián)的各個(gè)設(shè)施皆會(huì)中止服務(wù)或毀壞。如通往發(fā)電廠的道路損毀，造成電力不足，電力系統(tǒng)的中斷造成通訊中斷，進(jìn)而產(chǎn)生更多問(wèn)題。（2）漸升效應(yīng)。當(dāng)一設(shè)施毀壞后，另一設(shè)施的損毀程度增加或復(fù)原時(shí)間增加。如通訊系統(tǒng)中斷，通常將使許多設(shè)施的修復(fù)時(shí)間加長(zhǎng)。（3）共同原因損壞。一些設(shè)施可能因同一原因，幾乎同時(shí)間一起損壞。

（二）公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞

風(fēng)險(xiǎn)因素、風(fēng)險(xiǎn)事故與風(fēng)險(xiǎn)損失之間的關(guān)系是風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生，風(fēng)險(xiǎn)事件在一定條件下引起風(fēng)險(xiǎn)后果。也就是說(shuō)，風(fēng)險(xiǎn)因素是造成損失的內(nèi)在原因，而風(fēng)險(xiǎn)事件則是造成損失的外在原因。關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)的形成，亨利希的骨牌理論形象地說(shuō)明了風(fēng)險(xiǎn)的形成要素之間的關(guān)系。在他的理論中，這些骨牌依次是:遺產(chǎn)及社會(huì)環(huán)境、人的缺點(diǎn)、人的不安全行為和物的不安全狀態(tài)、事故與傷害。他認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生是一連串事件互為因果按照一定順序發(fā)生的結(jié)果［10］。也就是說(shuō)，在一串骨牌中，如果一塊骨牌倒下，后面的骨牌將發(fā)生連鎖反應(yīng)順序倒下。

基于骨牌理論，我們將風(fēng)險(xiǎn)分為三種類型:一是風(fēng)險(xiǎn)的直接形成，表示風(fēng)險(xiǎn)因素直接造成風(fēng)險(xiǎn)客體的風(fēng)險(xiǎn)損失;二是由于客體之間的相關(guān)性，在直接風(fēng)險(xiǎn)形成后同時(shí)形成相關(guān)性風(fēng)險(xiǎn);三是風(fēng)險(xiǎn)的傳遞。風(fēng)險(xiǎn)的傳遞現(xiàn)象又因?yàn)檩d體的不同表現(xiàn)為兩種類型:一是由于項(xiàng)目任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性導(dǎo)致同一種風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大或減弱;二是由于人為的理解或者操作導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)的放大或減弱。前者的傳遞載體是項(xiàng)目任務(wù)之間的關(guān)聯(lián)性，后者的載體則主要是信息傳播。由于公共項(xiàng)目的屬性，經(jīng)常以基礎(chǔ)設(shè)施的形態(tài)出現(xiàn)，而基礎(chǔ)設(shè)施之間的相互依賴性和相互關(guān)聯(lián)性成為風(fēng)險(xiǎn)傳遞的載體，導(dǎo)致發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜化，這種現(xiàn)象屬于第一種風(fēng)險(xiǎn)傳遞類型。因此，基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)體的關(guān)聯(lián)性是風(fēng)險(xiǎn)傳遞的基礎(chǔ)。

我們考慮由n項(xiàng)彼此關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施組成一個(gè)公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)，每個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施可以作為一個(gè)實(shí)體，其可操作性水平取決于其他基礎(chǔ)設(shè)施所提供資源的可用性。那么這個(gè)系統(tǒng)中的要素可能遭受外界風(fēng)險(xiǎn)事件或者內(nèi)部自身功能失效的影響，造成這一要素的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)。由于不同基礎(chǔ)設(shè)施之間的直接依賴關(guān)系導(dǎo)致循環(huán)和相互依存關(guān)系等形式的關(guān)聯(lián)性關(guān)系的存在，即一個(gè)事件降低了第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的可操作性，還可能引發(fā)與第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)聯(lián)的其他基礎(chǔ)設(shè)施的可操作性水平的變化。這些變化將以關(guān)聯(lián)性的物質(zhì)載體傳遞到其他基礎(chǔ)設(shè)施。當(dāng)然基礎(chǔ)設(shè)施的不可操作性狀況在一定時(shí)間內(nèi)是穩(wěn)定的，即不考慮其自我恢復(fù)性。在這樣的系統(tǒng)中，某種風(fēng)險(xiǎn)因素可能直接影響單個(gè)的基礎(chǔ)設(shè)施，再在關(guān)聯(lián)性系統(tǒng)中進(jìn)行傳遞;也有可能是風(fēng)險(xiǎn)因素同時(shí)影響多個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施，并發(fā)生傳遞，擴(kuò)大影響的范圍。需要說(shuō)明的是風(fēng)險(xiǎn)傳遞只能說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)影響結(jié)果的擴(kuò)散性，但不一定是風(fēng)險(xiǎn)的增大。

這一傳遞過(guò)程機(jī)理如圖1所示。圖中基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)由n項(xiàng)相關(guān)聯(lián)的要素構(gòu)成，R表示基礎(chǔ)設(shè)施受到的外界風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，一般以概率分布描述;Z表示基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部任務(wù)結(jié)構(gòu)，也可以看作其抗風(fēng)險(xiǎn)能力;aij是內(nèi)部風(fēng)險(xiǎn)響應(yīng)狀態(tài)，表示第j項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性的貢獻(xiàn);Ci表示第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施在受到風(fēng)險(xiǎn)沖擊之后表現(xiàn)出來(lái)的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，是風(fēng)險(xiǎn)傳遞的階段性產(chǎn)物;基于基礎(chǔ)設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)性，Ci以傳遞的形式對(duì)系統(tǒng)中的其他基礎(chǔ)設(shè)施的可操作性造成沖擊，各自形成了一定的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果，最終形成了公共基礎(chǔ)設(shè)施的另一種操作性均衡水平［］。

圖1 基于關(guān)聯(lián)性的公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞

三、基于關(guān)聯(lián)性的公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型

（一）公共基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型

美國(guó)經(jīng)濟(jì)學(xué)家瓦西里·列昂惕夫在《美國(guó)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，1919－1929》一書(shū)中詳細(xì)介紹了“投入產(chǎn)出分析”的基本內(nèi)容［11］。這一方法是研究經(jīng)濟(jì)體中均衡行為的框架，促進(jìn)了對(duì)一個(gè)經(jīng)濟(jì)體中不同部分之間的互聯(lián)性的理解，同時(shí)說(shuō)明了某部分的變化對(duì)其他部分帶來(lái)的影響的預(yù)測(cè)。投入產(chǎn)出（IO）模型已被高度多樣化地應(yīng)用，包括評(píng)估經(jīng)濟(jì)的相互依存關(guān)系［12］、環(huán)境建模［13］以及災(zāi)害影響分析［14］。隨后，Haimes［15］與Santos［16］等在Leontief的投入產(chǎn)出模型基礎(chǔ)上，提出了不可操作投入產(chǎn)出模型（Inoperability input－output modeling，IIM）。IIM模型是Leontief投入產(chǎn)出（IO）模型的延伸，是各種故障來(lái)源包括恐怖主義、自然災(zāi)害和意外事故引發(fā)的基礎(chǔ)設(shè)施的級(jí)聯(lián)效應(yīng)評(píng)估的分析工具。

基礎(chǔ)設(shè)施面臨的第三種風(fēng)險(xiǎn)傳遞是基于基礎(chǔ)設(shè)施之間的關(guān)聯(lián)性而導(dǎo)致的設(shè)施不可操作風(fēng)險(xiǎn)的擴(kuò)大或減弱的結(jié)果，表現(xiàn)為外力作用下關(guān)聯(lián)性系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)投入和產(chǎn)出的問(wèn)題。因此，我們可以基于Leontief的IO模型建立公共基礎(chǔ)設(shè)施面臨風(fēng)險(xiǎn)時(shí)由于內(nèi)部設(shè)施關(guān)聯(lián)性導(dǎo)致的實(shí)體不可操作風(fēng)險(xiǎn)傳遞的模型。

假設(shè):xj表示第j個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施面臨的整體風(fēng)險(xiǎn)。xij表示系統(tǒng)中第j項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施受到風(fēng)險(xiǎn)因素的影響造成不可操作性對(duì)第i個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性的影響。aij為第j項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施貢獻(xiàn)的不可操作性概率，表示第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施對(duì)第j項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的依賴程度。aij=1表示兩個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施之間有明確的關(guān)聯(lián)性，即第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的不可操作風(fēng)險(xiǎn)一定會(huì)導(dǎo)致j項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的故障;而aij=aji=0表示在第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施和基礎(chǔ)設(shè)施j之間不存在物理性連接。Ci表示第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施受到風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，即不可操作性風(fēng)險(xiǎn)。

需要說(shuō)明的是，aij表示基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的傳遞系數(shù)，因此A矩陣數(shù)值的確定應(yīng)當(dāng)是這一模型精確性的關(guān)鍵所在。很多學(xué)者用專家調(diào)查法、模糊法來(lái)確定［17－18］。但是主觀判斷與客觀存在之間難免存在誤差，如果不能很好地描述公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的內(nèi)部關(guān)聯(lián)性，那么對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)將會(huì)不可避免地出現(xiàn)誤差。相比而言，公開(kāi)的投入產(chǎn)出表比實(shí)際領(lǐng)域的調(diào)查和訪談更為優(yōu)越，因此本文應(yīng)用投入產(chǎn)出表中的數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)獲得這一依賴性關(guān)系矩陣。另外，在以前IIM的應(yīng)用中，經(jīng)常假設(shè)向量C由常量元素組成。例如，電力系統(tǒng)為第i項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施，是唯一直接受影響的部門(mén)，如果20%的電力服務(wù)能力下降，將對(duì)應(yīng)Ci=0．2，所有其他元素都是零。事實(shí)上，自然災(zāi)害類的風(fēng)險(xiǎn)因素很多情況下不只對(duì)一項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施產(chǎn)生直接影響，而是同時(shí)直接影響多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施的可操作性。而且風(fēng)險(xiǎn)因素的不確定性導(dǎo)致了基礎(chǔ)設(shè)施面臨不可操作性風(fēng)險(xiǎn)損失的不確定性，應(yīng)考慮其以某種概率分布情況存在，而不是常量，且一般情況下，自然災(zāi)害的發(fā)生屬于極端事件。

（二）模型應(yīng)用

為說(shuō)明公共基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型的應(yīng)用，本文選擇5項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施:（1）電力、熱力系統(tǒng); （2）燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng);（3）供水系統(tǒng);（4）城市公共交通;（5）信息傳輸系統(tǒng)。j=1，2，3，4，5分別表示這5項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施。這些子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣（A）如表1－表3所示，根據(jù)中國(guó)2007年投入產(chǎn)出表中數(shù)據(jù)計(jì)算得出。

表1 基礎(chǔ)設(shè)施關(guān)聯(lián)系數(shù)矩陣

表2 （I－A）系數(shù)矩陣

表3 （I－A）－1系數(shù)矩陣

在基礎(chǔ)數(shù)據(jù)確定的情況下，本文假定基礎(chǔ)設(shè)施受到風(fēng)險(xiǎn)因素影響后在一定時(shí)間內(nèi)的不可操作性不變，來(lái)說(shuō)明這一模型的應(yīng)用過(guò)程。

假設(shè)第一種情況，只有供水系統(tǒng)受到襲擊，導(dǎo)致其可操作性降低了30%，即C3=0．3，其他4項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施不受風(fēng)險(xiǎn)的直接影響，有C=［000.300］T。根據(jù)式（4）可求得由于供水系統(tǒng)受到風(fēng)險(xiǎn)直接影響后，相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)不可操作風(fēng)險(xiǎn)向量為:X=［0.0920.0010.30100.001］T

這說(shuō)明在供水子系統(tǒng)可操作性降低30%之后，由于基礎(chǔ)設(shè)施的關(guān)聯(lián)性，其他設(shè)施也不可避免地受到這一風(fēng)險(xiǎn)的影響，不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞結(jié)果顯示供電和熱力子系統(tǒng)是僅次于供水系統(tǒng)本身的受害體。

如果多項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)遭受風(fēng)險(xiǎn)，則基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞的結(jié)果也可用同樣方法得到。

第二種情況，基礎(chǔ)設(shè)施面臨的風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生服從某種概率分布，因此只能得到某項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施遭受的不可操作風(fēng)險(xiǎn)的概率分布，而不是點(diǎn)估計(jì)值，即自然風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率分布假設(shè)為g，則基礎(chǔ)設(shè)施不可操作性風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率分布為f（g）。這種情況下，其他基礎(chǔ)設(shè)施的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)水平也以一種新的概率分布發(fā)生。

假設(shè)供水子系統(tǒng)受到風(fēng)險(xiǎn)因素影響之后不可操作性風(fēng)險(xiǎn)降低f1，其他設(shè)施不受風(fēng)險(xiǎn)因素的直接影響，則同理可得，基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的不可操作性水平變?yōu)?X=［0.307f10.003f11.004f100.004f1］T

同時(shí)可知f1的取值范圍是0≤f1≤0.996，因?yàn)閒1＞0.996，在f1＞0.996的情形下，供水子系統(tǒng)將全面崩潰。

如果多項(xiàng)以上基礎(chǔ)設(shè)施同時(shí)受到風(fēng)險(xiǎn)因素的直接影響，在一定時(shí)間內(nèi)不考慮恢復(fù)效應(yīng)，假定供水子系統(tǒng)和通信子系統(tǒng)同時(shí)受到侵襲，這種侵襲的風(fēng)險(xiǎn)來(lái)源可能是相同的一種，也可能是不同的風(fēng)險(xiǎn)因素，其各自的不可操作性向量分別為f1和f2，同樣可以得到整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)向量為:

此時(shí)由于風(fēng)險(xiǎn)因素的組合效應(yīng)，f1和f2的取值范圍為:0≤f1≤0.994，0≤f2≤0.988。

這一方法除了能有效預(yù)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)不可操作性風(fēng)險(xiǎn)的傳遞效應(yīng)之外，還可以逆向考慮，即可獲知當(dāng)某幾項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施性能水平提高的情況下整個(gè)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)性能的改善情況。如要求提升某城市整體基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的穩(wěn)定性水平20%，那么基于這種關(guān)聯(lián)性的傳遞效應(yīng)，我們可以用同樣的方法獲知在基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)內(nèi)部，各項(xiàng)基礎(chǔ)設(shè)施功能可操作性的有效提升空間。

四、結(jié)論

系統(tǒng)內(nèi)部的關(guān)聯(lián)性對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施面臨的風(fēng)險(xiǎn)形成和發(fā)展造成了更大的傳遞性和復(fù)雜性。本文在分析了公共基礎(chǔ)設(shè)施風(fēng)險(xiǎn)傳遞的特性之后，基于Leontief投入產(chǎn)出模型，構(gòu)建了基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)不可操作風(fēng)險(xiǎn)的傳遞模型，并以實(shí)例說(shuō)明模型的應(yīng)用性。公共基礎(chǔ)設(shè)施的不可操作性風(fēng)險(xiǎn)傳遞模型為管理者提供了一個(gè)框架，幫助管理者分析如何對(duì)存在關(guān)聯(lián)性的基礎(chǔ)設(shè)施（或部門(mén)）系統(tǒng)進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管理，尤其是為建立基礎(chǔ)設(shè)施之間的風(fēng)險(xiǎn)聯(lián)動(dòng)防范機(jī)制提供了參考依據(jù)，同時(shí)也為基礎(chǔ)設(shè)施改善性功能分配建設(shè)提供了借鑒。

［1］NOZICK L K，TURNQUIST M A，JONES D A，et al．Assessing the performance of interdependent infrastructures and optimizing investments［J］．International Journal of Critical Infrastructure，2005，1（2）:144－154．

［2］劉健，劉曉，吳之立．網(wǎng)絡(luò)化關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施依存關(guān)系建模與仿真方法研究［J］．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，21（10）:29－37．

［3］HAIMES Y，JIANG P．Leontief-based model of risk in complex interconnected infrastructures［J］．Journal of Infrastructure System，2001，7（1）:1－12．

［4］GARG M，SMTTH J C．Models and algorithms for the design of survivable multi-commodity flow networks with general failure scenarios［J］．International Journal of Management Science，2008，36（6）:1057－1071．

［5］吳之立，劉曉．突發(fā)事件下城市關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)急策略研究［J］．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2011，21（6）:168－176．

［6］胡愛(ài)軍，李寧，史培軍，等．極端天氣事件導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施破壞間接經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估［J］．經(jīng)濟(jì)地理，2009，29（4）:529－535．

［7］韓豫，陳亮，成虎．大型公共建筑風(fēng)險(xiǎn)的系統(tǒng)分析［J］．現(xiàn)代城市研究，2010（10）:92－96．

［8］王元明，徐大海．大型公共項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)分析［J］．北京理工大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2012（5）:84－88．

［9］RINALDI S，PEERENBOOM J，KELLY T．Identifying，understanding，and analyzing critical infrastructure independencies［J］．IEEE Control Systems Magazine，2001（21）:11－25．

［10］HEINRICH H W．Industrial accident prevention:A safety management approach［M］．NewYork:McGraw-Hill，1979:14－19．

［11］LEONTIEF，WASSILY W．structure of American economy，1919－1939:An empirical application of equilibrium analysis［M］．New York:Oxford University Press，1951．

［12］MIDMORE P，MUNDAY M，ROBERTS A．Assessing industry linkages using regional input-output tables［J］．Regional Studies，2006，40:329－343．

［13］HOEKSTRA R，JANSSEN M．Environmental responsibility and policy in a two-country dynamic input－output model［J］．Economic Systems Research，2006，18:61－84．

［14］ROSE A．Economic principles，issues，and research priorities in hazard loss estimation［M］//OKUYAMA Y，CHANG S．Modeling spatial and economic impacts of disasters．New York:Springer－Verlag，2004．

［15］HAIMES Y，HOROWITZ B，LAMBERT J，et al．Inoperability input－output model（IIM）for interdependent infrastructure sectors:Theory and methodology［J］．Journal of Infrastructure Systems，2005（11）:67－79．

［16］SANTOS J．Inoperability input－output modeling of disruptions to interdependent economic systems［J］．Systems Engineering，2006（9）:20－34．

［17］魏海蕊．分布式能源供應(yīng)鏈的規(guī)劃與魯棒運(yùn)作研究［M］．上海:上海交通大學(xué)出版社，2010．

［18］李鵬，易立新，王曉榮，等．重要基礎(chǔ)設(shè)施的依賴性模型及應(yīng)用［J］．中國(guó)安全科學(xué)學(xué)報(bào)，2010，20（2）:59－63．

（責(zé)任編輯 傅旭東）

Analysis of Public Infrastructure Inoperability Risk Transmission Effect

WANG Yuanming

（School of Public Management，Tianjin University of Commerce，Tianjin 300134，P．R．China）

The success of public infrastructure has great significance in terms of urban planning，social stability and national strategies．Interconnectedness between the various elements within the public infrastructure system is high，and its society and economy attributes and the complexity of the system risk lead to the risk transmission effect within the public infrastructure system．This study aims to describe the formation of risk transmission effect．Based on the basic principles of risk formation，this paper describes the public infrastructure inoperability risk transmission effect，then build public infrastructure inoperability risk transmission model based on the Leontief input－output model，and finally shows the application of this model by example．This method has meaning for managers to learn in public infrastructure inoperability risk linkage formulation，at the same time，can play the same decision-making support role in improving the operability of public infrastructure in urban construction．

public infrastructure;inoperability risk;transmission effect

F272.3

A

1008-5831（2014）05-0064-06

10．11835/j．issn．1008－5831．2014．05．009

2013－09－26

教育部人文社會(huì)科學(xué)研究青年基金項(xiàng)目“大型公共項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)傳遞機(jī)制及其防控研究”（10YJC630264）

王元明（1980－），女，山西沁縣人，天津商業(yè)大學(xué)公共管理學(xué)院講師，博士，主要從事公共項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理研究。