高速公路施工階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與指標(biāo)體系

高速公路施工階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與指標(biāo)體系

在施工領(lǐng)域，無論項(xiàng)目能在合同期間完成，都是每個(gè)投資者最關(guān)心的問題。因?yàn)轫?xiàng)目施工周期在提高項(xiàng)目收入方面發(fā)揮著非常重要的作用。以13000家火力發(fā)動(dòng)廠為例，提前每天生產(chǎn)300萬噸能源，創(chuàng)造數(shù)萬戶價(jià)值。因此,如何有效降低項(xiàng)目的施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn),如期保質(zhì)保量地完成項(xiàng)目,是理論界亟待解決一個(gè)的難題。近年來,中國學(xué)者在項(xiàng)目的施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理研究方面做了很多有益探索,取得了不少研究成果。成虎認(rèn)為工程項(xiàng)目進(jìn)度是一個(gè)綜合概念,除了工期以外,還包括實(shí)物工作量、成本、資源的消耗量等因素,所以對(duì)進(jìn)度的控制必須是綜合的、多角度的;劉洪波等考慮到單一資源沖突約束,建立項(xiàng)目的關(guān)鍵鏈,通過對(duì)各道施工工序的風(fēng)險(xiǎn)分析,實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目施工進(jìn)度的監(jiān)控管理;高俊濤為了降低大型項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃的復(fù)雜性,提出一種基于過程建模的項(xiàng)目進(jìn)度計(jì)劃方法;張建設(shè)提出工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素的多維特性描述方法,按照風(fēng)險(xiǎn)因素的重要度進(jìn)行排序,使項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理更具有針對(duì)性。由于項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和估計(jì)是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ),它需要綜合考慮各單個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的規(guī)律和特點(diǎn)、影響范圍和大小,依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)確定的風(fēng)險(xiǎn)大小或高低評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)工程項(xiàng)目目標(biāo)的影響程度,區(qū)別于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素或風(fēng)險(xiǎn)事件的預(yù)測(cè),而是運(yùn)用求得的數(shù)據(jù)對(duì)已發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)因素或事件參照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則得出風(fēng)險(xiǎn)值的一個(gè)過程。這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)值不僅是風(fēng)險(xiǎn)分析的結(jié)果,也是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的基本依據(jù)。筆者對(duì)現(xiàn)有可查項(xiàng)目施工進(jìn)度管理和風(fēng)險(xiǎn)管理資料的成果分析,認(rèn)為高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理在施工進(jìn)度指標(biāo)體系設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的可量化程度、施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法等方面還有較廣闊的研究空間,因此筆者在該領(lǐng)域進(jìn)行拓展性探究。在高速公路項(xiàng)目施工進(jìn)度的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)的基礎(chǔ)上,采用主成分分析與模糊概率分析相集成的方法構(gòu)建出高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型進(jìn)行高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)研究,并通過案例驗(yàn)證模型的可行性。一、主要成分分析與模糊概率分析(一)降維的思想主成分分析,也稱主量分析或Karhunnen-Loeve變換,是由Hotelling于1933年首先提出的,它是利用降維的思想,在損失很少信息的前提下把多個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為幾個(gè)綜合指標(biāo)的多元統(tǒng)計(jì)方法,通常把轉(zhuǎn)化生成的綜合指標(biāo)稱之為主成分,其中每個(gè)主成分都是原始變量的線性組成,且各個(gè)主成分之間不相關(guān),這就使得主成分比原始變量具有某些更優(yōu)越的性能。它能將高維空間的問題轉(zhuǎn)化到低維空間去處理,簡(jiǎn)化了變量系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)數(shù)字特征,同時(shí)還可以提供許多重要的系統(tǒng)信息,從數(shù)學(xué)角度來看,這就是降維的思想。另外,主成分分析法還有一個(gè)特殊的優(yōu)點(diǎn)即自動(dòng)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行無量綱化,使數(shù)據(jù)處理更便捷。正由于這一點(diǎn),筆者利用該法的特性取其貢獻(xiàn)值(特征值)為權(quán)重值,求各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的概率,計(jì)算公式為:其中,p為概率值,g為貢獻(xiàn)率,n為風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)個(gè)數(shù)。用較少的綜合指標(biāo)zi(i=1,2,…,p,p≤m)反映m個(gè)原指標(biāo)xj(j=1,2,…,m)所包含的信息,實(shí)際就是建立用標(biāo)準(zhǔn)化指標(biāo)xj*表示的綜合指標(biāo)zi的方程。其中z1,z2,…,zp分別稱為第一主成分,第二主成分,…,第p主成分。z1包含原有指標(biāo)的總信息最多,即方差最大,且與其他的zi(i=2,3,…,p)無關(guān);z2是除z1外的方差最大者,且與其他的zi(i=1,3,…,p)無關(guān);其余類推。該法的核心就是通過主成分分析,選擇p個(gè)主成分z1,z2,…,zp,以每個(gè)主成分zi的方差貢獻(xiàn)率ai作為權(quán)數(shù),構(gòu)造綜合評(píng)價(jià)函數(shù):其中Zi(i=1,2,…,p)為第i個(gè)主成分的得分。(二)模糊概率分析1.考慮風(fēng)險(xiǎn)概率和潛在損失后果的概率期望概率分析法是通過研究不確定因素按照一定概率分布變動(dòng),找出風(fēng)險(xiǎn)因子變動(dòng)情況,以判別項(xiàng)目可能發(fā)生的損益或風(fēng)險(xiǎn),是建立在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的概率描述基礎(chǔ)上的。一般風(fēng)險(xiǎn)包括2個(gè)因素——風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)事件潛在損失的后果,項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的大小R是這2個(gè)因素的函數(shù),即:其中,R表示風(fēng)險(xiǎn)(風(fēng)險(xiǎn)事件),p表示風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的可能性,q表示風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生后可能引起的后果。函數(shù)R則表示風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生概率和潛在損失后果的函數(shù)。由于這種描述方法與概率論基本相似,因此,后來一些學(xué)者進(jìn)行了規(guī)范化處理,即:I表示相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)后果。這樣,風(fēng)險(xiǎn)度就表示為風(fēng)險(xiǎn)概率p和相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)后果I的乘積。從概率論角度看,風(fēng)險(xiǎn)R實(shí)際上變成了風(fēng)險(xiǎn)后果的概率期望值。在實(shí)際工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)分析中,對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因子采用函數(shù)R計(jì)算后,根據(jù)R大小排序,從而排出各風(fēng)險(xiǎn)因子的風(fēng)險(xiǎn)度優(yōu)先順序。而這種方法在實(shí)際中存在一定的局限性:一方面,要確定風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生所產(chǎn)生的后果,僅靠項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理人員與專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)是不夠的,還必須有大量的歷史資料可供參考,這一點(diǎn)在實(shí)際工程中很難滿足;另一方面,無論是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理人員與專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)還是歷史資料,在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行描述時(shí),要做到嚴(yán)格的定量化或準(zhǔn)確是不現(xiàn)實(shí)的,都具有較強(qiáng)的主觀性。2.模糊隸屬度函數(shù)法和概率分析方法的對(duì)比由于概率分析方法存在缺陷,模糊邏輯的風(fēng)險(xiǎn)分析方法應(yīng)運(yùn)而生。當(dāng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生概率和后果缺乏足夠的歷史數(shù)據(jù),需要風(fēng)險(xiǎn)分析人員和有關(guān)專家做出主觀估計(jì),或者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的估計(jì)難以用數(shù)字精確給定時(shí),往往用大小、強(qiáng)弱、高低等文字語言對(duì)風(fēng)險(xiǎn)概率和后果進(jìn)行描述。模糊邏輯概念的引入,使得能夠?qū)ξ淖终Z言估計(jì)進(jìn)行計(jì)算和分析。采用模糊邏輯法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析時(shí),首先要建立各指標(biāo)的模糊隸屬度函數(shù),一般表示為:其中,A是風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的等級(jí)集合,比如可以把風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率用很大、大、中、低、很低分為五個(gè)等級(jí),每一個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一個(gè)隸屬度函數(shù)。x是指標(biāo)的取值,μA(x)為x對(duì)應(yīng)的模糊隸屬度。顯然,不同風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及其后果的隸屬度函數(shù)是不同的。隸屬度函數(shù)建立后,就可將風(fēng)險(xiǎn)分析人員和有關(guān)專家對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的文字性估計(jì)結(jié)果與隸屬度函數(shù)對(duì)應(yīng)起來,文字描述性估計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)化為數(shù)字描述。然后,按照模糊關(guān)系運(yùn)算規(guī)則進(jìn)行各風(fēng)險(xiǎn)因素的組合,獲得整個(gè)工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)度模糊邏輯數(shù)字描述。最后,將該結(jié)果與隸屬度函數(shù)進(jìn)行對(duì)照,得出整體風(fēng)險(xiǎn)度。這種方法避開了精確描述風(fēng)險(xiǎn)概率及其后果的困難,同時(shí)文字性的估計(jì)結(jié)果在某種程度上會(huì)比概率方法包含更多的信息,不僅包含風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率及后果,還包含其他不確定性內(nèi)容。但該法在實(shí)際操作中也存在一些問題,如隸屬度函數(shù)確定有一定的困難等。綜上分析可知,概率分析法和模糊邏輯法有很好的互補(bǔ)性,兩者的對(duì)比見表1?；诖?筆者將兩者結(jié)合,揚(yáng)長(zhǎng)避短,既利用概率分析法比較成熟的計(jì)算方法,又利用模糊邏輯法處理文字估計(jì)性描述的優(yōu)勢(shì),運(yùn)用于高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)。二、該設(shè)計(jì)在高速公路上的應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型中(一)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的一般方法高速公路項(xiàng)目施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)建立在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上,而風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別是從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā),從項(xiàng)目所涉及的各個(gè)方面以及項(xiàng)目建設(shè)過程,將引起風(fēng)險(xiǎn)的復(fù)雜事物進(jìn)行簡(jiǎn)化分解,找出其中的主要因素單元。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法有許多常規(guī)的技術(shù)和工具,如趙振宇、劉伊生,趙鑫等提出運(yùn)用可靠性工程研究中的故障樹分析法,盧有杰、盧家儀提出的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別專題討論會(huì)、頭腦風(fēng)暴法、德爾菲法、WBS法、敏感性分析法,T.M.Williams提出的風(fēng)險(xiǎn)登記表法等。筆者根據(jù)高速公路項(xiàng)目的特點(diǎn),結(jié)合對(duì)相關(guān)文獻(xiàn)的研究,根據(jù)全面、動(dòng)態(tài)、經(jīng)濟(jì)的原則,運(yùn)用頭腦風(fēng)暴法、風(fēng)險(xiǎn)登記表法對(duì)高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別,分別從硬、軟兩方面,結(jié)合質(zhì)量、安全、成本以及收益四個(gè)層次風(fēng)險(xiǎn)構(gòu)建出高速公路施工進(jìn)度的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系,如圖1所示。(二)指數(shù)化和資料獲取方法上述構(gòu)建的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為大量定性和定量指標(biāo)構(gòu)成的大型復(fù)雜綜合評(píng)價(jià)體系,同時(shí),由于高速公路建設(shè)項(xiàng)目是一個(gè)多主體參與、多因素影響的復(fù)雜開放系統(tǒng),因此,各級(jí)指標(biāo)之間的關(guān)系比較模糊和復(fù)雜,另外指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的獲得均為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查的第一手資料數(shù)據(jù),樣本空間相對(duì)較小。基于此,筆者構(gòu)建的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型如圖2所示。該模型既考慮了將龐大繁雜的指標(biāo)體系適當(dāng)整合歸并,以反映不重疊且重點(diǎn)的信息,也適應(yīng)了當(dāng)前在中國進(jìn)行高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理的約束條件,同時(shí),利用相應(yīng)計(jì)算軟件可以使評(píng)價(jià)簡(jiǎn)便易行,可以預(yù)見在實(shí)際應(yīng)用中能取得較為理想的評(píng)價(jià)結(jié)果。三、質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主成分分析京滬高速公路(天津段)是交通部規(guī)劃的“五縱七橫”國道主干線之一,是天津市公路發(fā)展規(guī)劃確定的“一環(huán)、七射、四主、二連”主構(gòu)架的重要組成部分。該工程自西青區(qū)京滬高速一、二期分界點(diǎn)(當(dāng)城互通),終止于靜?？h大張屯南(京滬高速公路津冀主線收費(fèi)站北側(cè)漸變段起點(diǎn)),路線全長(zhǎng)55.406公里(其中京滬正線48.536公里,丹拉支線6.870公里)。該工程作為國家立項(xiàng)重點(diǎn)工程,于2004年11月底開工,2006年11月底通車,工程總投資41.21億人民幣。通過對(duì)已構(gòu)建的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的分析,考慮到其風(fēng)險(xiǎn)的變化特點(diǎn),根據(jù)施工過程中以及以往的施工經(jīng)驗(yàn)并且考慮評(píng)價(jià)的可比性和客觀性,采集到有關(guān)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值的原始數(shù)據(jù)。由于高速公路施工項(xiàng)目進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系由4個(gè)一級(jí)指標(biāo)、12個(gè)二級(jí)指標(biāo)、44個(gè)三級(jí)指標(biāo)組成,指標(biāo)數(shù)量較多并且關(guān)系復(fù)雜。筆者首先利用主成分分析法將得到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理,同時(shí)利用貢獻(xiàn)率值得到各風(fēng)險(xiǎn)的概率。具體的操作步驟如下。第一步,將質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)9個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)代入到SPSS13.5軟件中提取主成分;首先進(jìn)行指標(biāo)的相關(guān)性分析,指標(biāo)的相關(guān)性矩陣表如表2所示。第二步,計(jì)算質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的特征值及其貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率(表3)。根據(jù)表3,可以看到前面的兩個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率和累計(jì)貢獻(xiàn)率的比例為81.965%,選取X111作為第一主成分,X112作為第二主成分,且這兩個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為81.965%,接近85%,即基本保留了原來指標(biāo)的信息,解釋了大部分方差的信息量,是影響質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的主要成分。同時(shí),質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的前三個(gè)指標(biāo)概率值為0.554、0.266、0.180,而其余的概率值很小,近乎為零。第三步,本研究中對(duì)于安全風(fēng)險(xiǎn)、成本風(fēng)險(xiǎn)和收益風(fēng)險(xiǎn)三個(gè)層次指標(biāo)的主成分提取方法和上述質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的相同,限于文章篇幅省略掉計(jì)算過程。安全、成本和收益指標(biāo)的貢獻(xiàn)率和概率值見表4。第四步,利用模糊邏輯法,請(qǐng)專家對(duì)經(jīng)過降維并得出概率值的各風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行估計(jì)(表5)。第五步,對(duì)文字性模糊估計(jì)進(jìn)行量化,量化公式采用常用的平均數(shù)法,即:q為風(fēng)險(xiǎn)損失值,qmin為估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)損失最小值,qmax為估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)損失最大值。具體見表6。第六步,根據(jù)得到的概率值和風(fēng)險(xiǎn)損失值,利用概率分析法給出的公式計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率期望值并排序,對(duì)影響高速公路施工進(jìn)度較大的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行嚴(yán)密管理與控制,以保證施工進(jìn)度順利進(jìn)行(表7)。表7可以得出安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)對(duì)高速公路施工進(jìn)度的影響最大,且安全風(fēng)險(xiǎn)中的施工人身傷亡事故的發(fā)生對(duì)施工進(jìn)度的影響最大,風(fēng)險(xiǎn)期望值為81.27;質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)中的進(jìn)場(chǎng)材料不合格所造成的風(fēng)險(xiǎn)次之,期望值為47.6;其次冬季施工造成的進(jìn)度拖延和合同糾紛導(dǎo)致費(fèi)用成本損失也是不可小視的風(fēng)險(xiǎn)因素。四、高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系筆者提出了新的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法——基于主成分分析法和模糊概率分析法的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型,并結(jié)合京滬高速公路(天津段)二期工程進(jìn)行了實(shí)證應(yīng)用。在充分收集和整理資料的基礎(chǔ)上,針對(duì)高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)管理的現(xiàn)狀,構(gòu)建出以軟硬兩個(gè)方面,質(zhì)量、安全、成本、收益四個(gè)層次為主體的高速公路施工進(jìn)度風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。依據(jù)對(duì)構(gòu)建的指標(biāo)體系的分析,充分利用主成分分析法和模糊概率分析法處理噪聲數(shù)據(jù)和復(fù)雜、模糊、不確定的指標(biāo)關(guān)系的優(yōu)勢(shì),同時(shí),