劉 波， 姜一天， 張鄭賢， 金 婷， 姜新佩

(1.河北工程大學(xué) 水利水電學(xué)院， 河北 邯鄲 056000; 2.河北工程大學(xué) 土木工程學(xué)院， 河北 邯鄲 056000； 3.中國電建集團(tuán)北京勘測設(shè)計研究院有限公司，北京，100038； 4.武漢大學(xué) 水利水電學(xué)院，湖北 武漢430072； 5.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，北京 100083)

1 研究背景

水利事業(yè)是保障國家快速發(fā)展的基礎(chǔ)性行業(yè)，水利工程項目施工階段在整個工程建設(shè)項目中位于最重要的地位，相比于立項階段和后期管理階段要復(fù)雜的多，風(fēng)險事件頻頻發(fā)生[1]，因此，做好水利工程施工階段風(fēng)險評估具有重要的現(xiàn)實意義。

近年來，對工程項目進(jìn)行風(fēng)險評估也成為了工程建設(shè)必不可少的環(huán)節(jié)[2]。有不少學(xué)者對水利事業(yè)的不同方面進(jìn)行了風(fēng)險評估。風(fēng)險評估的重點和難點在于風(fēng)險因子權(quán)重的確定，其計算方法較多，常用的有層次分析法[3-6]、熵值法[7-8]、模糊綜合評價法[9-10]以及模糊物元法[11-12]等。上述的研究方法中指標(biāo)權(quán)重的確定均具有一定的主觀性或者客觀性[13]，忽略了指標(biāo)間相互作用的復(fù)雜性。而結(jié)構(gòu)方程模型是通過因子分析和驗證性因子分析來確定各指標(biāo)間的路徑系數(shù)[14-15]，進(jìn)而確定權(quán)重，能夠克服上述方法確定權(quán)重的不足。

本文以水利工程項目施工階段風(fēng)險作為研究對象，綜合運用結(jié)構(gòu)方程模型和模糊綜合評價方法，對現(xiàn)有項目風(fēng)險評價模型進(jìn)行了適應(yīng)性改進(jìn)，構(gòu)建出結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型，進(jìn)而對水利工程項目施工階段風(fēng)險進(jìn)行評估。

2 結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型的建立

為了對水利工程項目施工階段風(fēng)險進(jìn)行科學(xué)評估，本文在已有研究基礎(chǔ)之上，綜合運用結(jié)構(gòu)方程模型與模糊綜合評價法，構(gòu)建了適合水利工程項目施工階段風(fēng)險評估的模型，即結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型。

結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型是運用結(jié)構(gòu)方程模型確定各個風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重[16]，然后利用模糊隸屬度函數(shù)構(gòu)建出模糊綜合評價模型[17]進(jìn)行求解。其特點為：得到的評價結(jié)果明確，能夠更好地適用于各類評價問題中，能夠解決不確定因素的問題[18]。

2.1 建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系

水利工程施工階段風(fēng)險評價首先需要建立評價指標(biāo)體系，然后，需要對水利工程項目施工階段收集相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)。為了更充分體現(xiàn)風(fēng)險評價信息，在制定評價指標(biāo)體系時，需要考慮更多影響因素，進(jìn)行篩選[19]，但是如果風(fēng)險評價指標(biāo)過多，容易造成風(fēng)險評價體系的復(fù)雜性，復(fù)雜的評價體系又會帶來更多的不可控因素，所以多方面考慮影響指標(biāo)時，應(yīng)舍去影響較小的指標(biāo)[20]。

本文根據(jù)強(qiáng)躍等[6]對中小型水利工程施工指標(biāo)的選取，再結(jié)合水利工程施工階段具體情況，進(jìn)行分析，可將風(fēng)險評價指標(biāo)分為5大類風(fēng)險，其分別為質(zhì)量風(fēng)險B1、技術(shù)風(fēng)險B2、管理風(fēng)險B3、環(huán)境風(fēng)險B4和其他風(fēng)險B5。然后，結(jié)合水利工程實例，將各大類風(fēng)險再細(xì)分為不同的小風(fēng)險，即將n個風(fēng)險指標(biāo)設(shè)為Ci(i=1,2,…,n)。

2.2 確定模糊評價集

評語集是對每一因素所有可能評語的集合，根據(jù)水利工程項目施工階段風(fēng)險評估預(yù)期結(jié)果的形式來確定出評語集，如“高，中，低”。將水利工程施工階段風(fēng)險評價等級分為Ei(e1,e2,…,em)，有m個模糊評價集。

2.3 構(gòu)建風(fēng)險指標(biāo)評判矩陣

確定模糊評價集之后，運用模糊評價集[21]對每個被評價事物從每個風(fēng)險指標(biāo)Xi(i=1,2,…n)上進(jìn)行量化，即收集和整理各個風(fēng)險指標(biāo)的等級劃分?jǐn)?shù)據(jù)，來確定等級模糊子集的隸屬度(R|Xi)，進(jìn)而得到模糊關(guān)系矩陣:

(1)

式中：R為各個風(fēng)險指標(biāo)的隸屬度集合；rij為某個風(fēng)險評價指標(biāo)Xi對風(fēng)險指標(biāo)的評價等級為Ej的模糊評價子集的隸屬度。

2.4 確定評價因素的權(quán)重

確定各風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)向量Wi(w1,w2,…,wn)。本文通過設(shè)計調(diào)查問卷的形式，利用結(jié)構(gòu)方程模型確定風(fēng)險評價指標(biāo)間的路徑作用系數(shù)，并對路徑作用系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而確定各個風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重。

結(jié)構(gòu)方程模型[15](SEM)是第二代多變量數(shù)據(jù)分析方法，通常用來測量顯變量與隱變量的關(guān)系。它可以用于測試?yán)碚撝С值木€性和非線性因果模型。SEM可用于處理研究性問題，處理不可觀測的、難以測量的潛在變量。聯(lián)立方程組為：

測量方程

x=Λxξ+δ

(2)

y=Λyη+ε

(3)

結(jié)構(gòu)方程

η=Ψη+Γξ+ζ

(4)

式中：x、y為觀測變量；Λx、Λy、Ψ和Γ為系數(shù)矩陣;η、ξ為潛在變量；ε、δ、ζ為誤差項。

本文將目標(biāo)層(A)和風(fēng)險層(Bi,i=1,2,…,5)作為潛在變量，子風(fēng)險層(Ci,i=1,2,…,19)作為觀測變量。

一般運用Amos軟件對結(jié)構(gòu)方程模型進(jìn)行計算，得到每個風(fēng)險指標(biāo)的協(xié)方差矩陣作用系數(shù)，即可得到各風(fēng)險指標(biāo)間的路徑作用系數(shù)，即為協(xié)方差作用系數(shù)。然后根據(jù)公式(5)對協(xié)方差作用系數(shù)進(jìn)行歸一化處理，進(jìn)而得到相應(yīng)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)[16]，其各個風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)重組合記為W。

(5)

式中:WXi為風(fēng)險因素X的第i個指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；λxi為風(fēng)險因素B的第i個指標(biāo)作用路徑系數(shù)；X為風(fēng)險因素(Bi,i=1,2,…,5)和子風(fēng)險(Ci,i=1,2,…,5)；Xi為第i個指標(biāo)的實際值；i為風(fēng)險指標(biāo)序號。

2.5 合成模糊綜合評判結(jié)果向量

將水利工程項目風(fēng)險指標(biāo)的權(quán)向量W與各個風(fēng)險指標(biāo)的模糊隸屬度關(guān)系矩陣R進(jìn)行乘積，進(jìn)而構(gòu)建各風(fēng)險指標(biāo)的評判結(jié)果向量D即：

D=W×R

=(d1,d2,…,dn)

(6)

式中：di為被評價的水利工程風(fēng)險評價指標(biāo)對工程風(fēng)險等級。

2.6 對評判結(jié)果分析

在工程風(fēng)險評價算例中，最大隸屬度原則是主要的參考依據(jù)，但由于水利工程項目在施工階段的風(fēng)險評估難以構(gòu)成明顯的數(shù)學(xué)函數(shù)關(guān)系，從而造成普通的最低隸屬度原則難以合理評估出評價結(jié)果，因此本文提出運用加權(quán)平均的方法來求隸屬度風(fēng)險評價等級。

3 實例應(yīng)用——M水庫工程

M水庫工程建于2016年，主要以防洪發(fā)電、節(jié)水灌溉等為主要任務(wù)，其最大壩高36.8 m，水庫總庫容為1.15×108m3，工程總投資18×108元，電站裝機(jī)容量為7 MW。

3.1 建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系

根據(jù)上述指標(biāo)選取原則，結(jié)合該水庫工程實例，將項目施工階段的主要流程進(jìn)行詳細(xì)分析。本次具體從質(zhì)量風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和其他風(fēng)險5大類中細(xì)分為表1所示的19個子風(fēng)險指標(biāo)，并對每個風(fēng)險指標(biāo)進(jìn)行編號，將風(fēng)險層編號為B，子風(fēng)險層編號為C。

3.2 建立風(fēng)險指標(biāo)評價集

根據(jù)M水庫工程實例，將風(fēng)險評價等級分為3個等級[9]，分別為高、中和低。根據(jù)專家經(jīng)驗給出了各子風(fēng)險3種等級的分?jǐn)?shù)值的判斷矩陣，各個風(fēng)險指標(biāo)風(fēng)險等級評判矩陣見表1。

表1 各個風(fēng)險指標(biāo)風(fēng)險等級評判矩陣

3.3 子風(fēng)險層指標(biāo)綜合評價

(1)確定評價指標(biāo)集。由表1可知，風(fēng)險層評價指標(biāo)有5個，即W={質(zhì)量風(fēng)險B1，技術(shù)風(fēng)險B2，管理風(fēng)險B3，環(huán)境風(fēng)險B4，其他風(fēng)險B5}；風(fēng)險指標(biāo)評價集有3個，即E={高，中，低}。

(2)確定各風(fēng)險指標(biāo)隸屬度。以質(zhì)量風(fēng)險類為例，施工材料質(zhì)量不合格風(fēng)險隸屬度為(R|X1)=(0.182, 0.273, 0.545)；施工質(zhì)量問題返修補(bǔ)修風(fēng)險隸屬度為(R|X2)=(0.182, 0.364, 0.455)；施工質(zhì)量問題工期延誤風(fēng)險隸屬度為(R|X3)=(0.091, 0.273, 0.636)；施工質(zhì)量問題經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險隸屬度為(R|X4)=(0.091, 0.364, 0.545)。在質(zhì)量風(fēng)險中各個風(fēng)險因子的評價集為：

其他所有子風(fēng)險層風(fēng)險因子評價集為：

圖1 各個風(fēng)險指標(biāo)路徑系數(shù)

(3)確定各風(fēng)險因子權(quán)重。在水利工程項目施工階段風(fēng)險評價研究中，按照表1中所羅列的指標(biāo)對M水庫工程的專家進(jìn)行了問卷調(diào)查。為了保證數(shù)據(jù)的有效性，需要對調(diào)查的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的數(shù)據(jù)檢驗[22]。首先對數(shù)據(jù)進(jìn)行信度檢驗，本次利用SPSS 22.0軟件對M水庫工程風(fēng)險評估專家訪談表進(jìn)行信度檢驗，α系數(shù)等于0.7352，表明風(fēng)險指標(biāo)數(shù)據(jù)可以接受，即信度檢驗效果較好。對數(shù)據(jù)進(jìn)行KMO檢驗，檢驗值為0.8261；對數(shù)據(jù)進(jìn)行Bartlett檢驗，得到的統(tǒng)計量sig值為0.00。因此本組數(shù)據(jù)可以用于研究分析。

利用Amos 22.0軟件對結(jié)構(gòu)方程進(jìn)行了求解，求解時，首先將每一組的其中一個指標(biāo)的路徑系數(shù)設(shè)為1.0，進(jìn)行運算求解得到其他所有指標(biāo)的路徑系數(shù)，選擇標(biāo)準(zhǔn)化的路徑系數(shù)如圖1所示，圖1中ei為誤差項；λbi、λci分別為風(fēng)險因素B、C的第i個指標(biāo)作用路徑系數(shù)；λbibj(i=1,2,…,5;j=1,2,…,5;i≠j)為協(xié)方差作用系數(shù)。

根據(jù)圖1中各風(fēng)險指標(biāo)之間的路徑作用系數(shù)，運用公式(5)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到風(fēng)險層和子風(fēng)險層的各個指標(biāo)的權(quán)重，見表2。

表2 各個指標(biāo)計算權(quán)重(結(jié)構(gòu)方程模型)

以表2中質(zhì)量風(fēng)險為例，由4個權(quán)重因子組成的一個向量，WB1=(0.207,0.344,0.188,0.261)，采用加權(quán)平均算法計算質(zhì)量風(fēng)險等級的綜合評價結(jié)果為：

D1=WB1RB1=[0.141,0.328,0.531]其中，0.141+0.328+0.531=1，說明該風(fēng)險評價類型為歸一的結(jié)果。

同理可得，技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和其他風(fēng)險類的風(fēng)險因子綜合評價結(jié)果為：

D2=WB2RB2=[0.228，0.288，0.484]

D3=WB3RB3=[0.150，0.330，0.520]

D4=WB4RB4=[0.052，0.239，0.709]

D5=WB5RB5=[0.124，0.205，0.671]

3.4 風(fēng)險層風(fēng)險指標(biāo)綜合評價

風(fēng)險層的風(fēng)險指標(biāo)為質(zhì)量風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險、管理風(fēng)險、環(huán)境風(fēng)險和其他風(fēng)險，其模糊權(quán)向量W=(0.272,0.242,0.193,0.165,0.128)，則風(fēng)險指標(biāo)綜合評價結(jié)果為：

由以上結(jié)果可以得到，評定為高風(fēng)險的比重為14.7%，評定為中等風(fēng)險的比重為28.8%，評定為低風(fēng)險的比重為56.5%。所以該水利工程施工階段風(fēng)險評價等級為低，該結(jié)果與實際評價結(jié)果一致。

3.5 層次分析模糊綜合評價對比分析

利用層次分析法(AHP)[3-4]，建立與上述相同的評價指標(biāo)體系，利用MATLAB 2014軟件計算得到各個指標(biāo)權(quán)重如表3所示。

表3 各個指標(biāo)計算權(quán)重(層次分析法)

運用AHP求解出了各個風(fēng)險因子權(quán)重，下面結(jié)合模糊綜合評價法對風(fēng)險層的風(fēng)險因子評估，其評估結(jié)果(計算方法同上，不再贅述)為：

D1=WB1RB1=[0.141，0.328，0.531]

D2=WB2RB2=[0.224，0.290，0.486]

D3=WB3RB3=[0.150，0.329，0.521]

D4=WB4RB4=[0.050，0.238，0.712]

D5=WB5RB5=[0.126，0.204，0.670]

最終，風(fēng)險層的模糊權(quán)向量為：W=(0.328, 0.276, 0.150, 0.157, 0.089)，綜合評價結(jié)果為：D*=[0.150, 0.292, 0.558]。

由上述計算結(jié)果得到該工程的施工階段評定為低風(fēng)險的比重為55.8%，所以該工程風(fēng)險評價等級為低，與結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型結(jié)果一致。進(jìn)一步驗證了結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型可以應(yīng)用在水利工程建設(shè)項目的風(fēng)險評估領(lǐng)域。

通過結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型計算不僅得到了水利工程施工階段各風(fēng)險指標(biāo)權(quán)重，而且得到了風(fēng)險層風(fēng)險指標(biāo)Bi(i=1,2,…,5 )之間的協(xié)方差作用系數(shù)λbibj(i=1,2,3,4,5;j=1,2,3,4,5;i≠j)。由λb1b2=0.18、λb1b3=0.13可見技術(shù)風(fēng)險對質(zhì)量風(fēng)險影響較大，管理風(fēng)險對質(zhì)量風(fēng)險影響也相對較大；λb3b5=0.02表明管理風(fēng)險對其他風(fēng)險影響相對很小。所以在加強(qiáng)質(zhì)量風(fēng)險管理的同時也應(yīng)加強(qiáng)技術(shù)風(fēng)險和管理風(fēng)險的管理。

在子風(fēng)險層模糊綜合評價時，發(fā)現(xiàn)新工藝及方法使用不當(dāng)風(fēng)險和施工質(zhì)量問題經(jīng)濟(jì)損失風(fēng)險的綜合評價值最高，可見工藝方法和質(zhì)量問題在施工階段的重要性；在風(fēng)險層模糊綜合評價時，發(fā)現(xiàn)質(zhì)量風(fēng)險的綜合評價值最大，說明質(zhì)量風(fēng)險造成的損失可能是最大的。因此，在水利工程項目施工階段，應(yīng)重點加強(qiáng)技術(shù)建設(shè)和質(zhì)量建設(shè)，降低其風(fēng)險影響程度。

4 結(jié) 論

本文運用結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型對水利工程施工階段的風(fēng)險進(jìn)行了評估，并應(yīng)用到M水庫工程的施工階段，得到以下結(jié)論：

(1)整個M水庫工程的施工階段風(fēng)險評價等級為低，模型結(jié)果與實際工程和層次分析模糊綜合評價結(jié)果一致，說明該模型可以較好地運用到水利工程項目施工階段。

(2)根據(jù)模型計算得到風(fēng)險層指標(biāo)之間的協(xié)方差作用系數(shù)，能夠發(fā)現(xiàn)指標(biāo)間的相互影響程度，進(jìn)而找到指標(biāo)間的內(nèi)在聯(lián)系，為制定合適的規(guī)避方案提供依據(jù)。

(3)結(jié)構(gòu)方程模型確定指標(biāo)權(quán)重簡單方便，比層次分析法節(jié)省大量計算步驟，從而可提高水利工程項目管理水平。對結(jié)構(gòu)方程模糊評估模型在水利工程中的運用僅進(jìn)行了初步探討，在未來需要進(jìn)行進(jìn)一步研究。