基于IFHA算子的水利工程總承包模式選擇

楊翠云,章恒全

(河海大學商學院,江蘇 南京　211100)

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基于IFHA算子的水利工程總承包模式選擇

楊翠云,章恒全

(河海大學商學院,江蘇 南京211100)

摘要：為了提供一種公正、合理的水利工程總承包模式選擇方法,將IFHA直覺模糊混合平均算子引入水利工程總承包模式決策模型,在建立適用于水利工程的選擇指標體系和重新對總承包模式進行細分的基礎上,利用IFHA直覺模糊混合平均算子確定指標權重,并集結各專家選擇判斷意見,利用IFWA直覺模糊加權算子集結各備選模式所有指標判斷信息,最終得到備選模式綜合指標值,確定某特定水利工程適用的總承包模式。經算例分析,驗證該模型符合工程實際,且充分削弱了專家主觀性影響,保證了判斷信息在集結過程中的完整性。

關鍵詞：水利工程;總承包模式;選擇方法;IFHA直覺模糊混合平均算子

設計、施工分離是目前我國建筑工程常用的承發包方式,但隨著工程承發包市場的逐漸成熟以及政府部門的不斷推進,工程總承包模式正越來越受到業主的青睞。目前總承包模式在電力、化工等行業應用廣泛,但在水利工程建設中卻沒有被積極采用,而其無論是設計、施工搭接帶來的高效進度控制和工期節約,還是單一的合同關系等,對于受氣候等外界環境影響較大、各參與主體關系復雜的水利工程來說都是十分有利的,因此,推進總承包模式在水利工程中的應用十分必要。依據2015《關于進一步推進工程總承包發展的若干意見(征求意見稿)》,總承包模式主要分為DB、EPC/Turnkey等形式。對于現階段水利工程總承包模式的應用來說,首先應確定某特定項目適用于何種形式的總承包模式,才能從源頭上保證該項目的成功實施。目前關于水利工程總承包模式決策的研究不多,但對于工程交易模式決策的研究較為深入,可為本文的研究提供參考。Mostafavi 等[1]建立了模糊多屬性效用決策模型,通過TOPSIS法確定各交易模式的優劣排序,為決策者提供依據;洪偉民等[2]建立了帶擺動權重的簡單多屬性評價法決策模型,為業主提供了一種簡單決策模型;劉迅等[3]提出基于FOWGA算子的工程交易模式決策模型,該模型一定程度上降低了判斷信息在集結過程中的丟失;盧亞瓊等[4]考慮了工程交易方式決策影響因素之間的關聯性,利用改進網絡分析法對決策模型進行研究,但以上各種方法都不同程度地存在專家主觀判斷影響較大的問題。Luu等[5]、胡佳[6]、孟繁盛[7]分別建立了基于經驗知識系統、樣本庫和案例推理的決策模型,但鑒于水利工程總承包模式應用經驗較少,因此該類模型并不適用。王學通[8]對總承包模式決策進行了研究,提出了基于UEOWA和ULHA算子的決策模型,引入位置權重削弱了專家意見的主觀性影響,但其假設各專家意見的重要性相同,與實際情況不符;簡迎輝等[9]建立了基于IFWA直覺模糊加權算子的水利工程總承包模式決策模型,但其利用層次分析法確定指標權重,專家意見主觀影響較大,且IFWA直覺模糊加權算子在對數據集結過程中易造成決策信息丟失。因此,本文基于IFHA直覺模糊混合平均算子(IFHA算子)建立水利工程總承包模式決策模型,通過引入位置權重,并考慮不同專家意見的重要性差異,既削弱了確定指標權重過程中的主觀性影響,又確保了各專家意見集結過程中信息的完整性,為業主提供了一種合理、高效的水利工程總承包模式決策模型。

1水利工程總承包模式相關概念

1.1分類

學術界目前并沒有關于工程總承包模式分類的統一定論,各學者從不同角度出發,建立了不同的總承包模式分類。大多學者僅從項目建設實施的角度出發,依據總承包商對設計、采購、施工等階段工作承擔范圍的大小,將總承包模式分為DB(design-build)、EPC(engineer-purchase-construct)/Turnkey等形式;部分學者將總承包范圍向前延伸到項目融資階段,向后拓展到項目建成運營階段,將BOT(build-operate-transfer)、DBO(design-build-operate)等形式也納入了工程總承包范圍;國家住房和城鄉建設部2015年《關于進一步推進工程總承包發展的若干意見(征求意見稿)》中也將我國總承包模式主要分為DB、EPC/Turnkey等形式。EPC和Turnkey模式在多數場合被看作是同種總承包模式的不同表述,但筆者認為在實際工作中這兩種模式存在本質區別,Turnkey模式不僅涵蓋了設計、采購、施工、試運行等階段工作,其承包范圍還延伸到項目決策階段,總承包商在項目可行性研究甚至立項階段就已參與到業主的工作中,其總承包業務范圍更廣,更能發揮設計優化的優勢。因此本文結合文獻[9-10]和工程實際,將工程總承包模式分為DB、EPC、Turnkey3種模式。為了提供具備更精確輸出結果的決策模型,又進一步將工程總承包模式分為DBⅠ、DBⅡ、DBⅢ、EPCⅠ、EPCⅡ以及Turnkey等6種類型,具體分類情況見圖1。

圖1　工程總承包模式分類

將項目建設實施分為可行性研究、概念設計、初步設計、詳細設計、采購、施工、試運行等7個階段,依據總承包商的承包范圍和業主的參與程度對工程總承包模式進行細分。

a. DBⅠ模式:總承包商承擔從概念設計開始的設計及施工工作,由業主負責主要材料、設備的采購工作,總承包商設計工作任務較重,需要其具備較高的設計能力,業主單位不需具備較高的管理能力和技術經驗,但需要有參與采購工作的意愿和能力。

b. DBⅡ模式:業主提出項目的概念設計,由總承包商從詳細設計階段負責設計工作,設計能力要求低于DBⅠ模式,但需要業主具備一定的設計能力和工程技術經驗。

c. DBⅢ模式:業主完成項目的初步設計,由總承包商負責詳細設計工作,業主具備較高的設計能力和技術經驗。由于業主完成了初步設計工作,限定了工程設計的大致方向,因此總承包商發揮設計創新的空間不大,難以利用設計創新為項目降低經濟成本或者創造經濟收益。

d. EPCⅠ模式:由總承包商從概念設計階段開始負責項目的設計、采購、施工、試運行工作,業主視情況參與總承包商的采購和施工工作,進行積極干預。需要業主具備一定的管理能力和技術經驗以及參與采購和施工工作的意愿。

e. EPCⅡ模式:傳統的EPC模式,由總承包商負責從概念設計階段開始的設計、采購、施工、試運行工作,相比于EPCⅠ模式,EPCⅡ模式下的業主管理能力和技術經驗要求較低,且不需要有參與項目實施過程的意愿。

f. Turnkey模式:總承包商從決策階段開始介入項目工作,并從可行性研究階段開始負責項目工作的開展,直至試運行服務結束將工程移交業主。對業主管理能力和技術經驗要求較低,但對總承包商的能力和信譽要求極高。

對于某項具體工程來說,總承包范圍并非越大或者越小越好,采取合適的工程總承包模式才能有助于業主單位揚長避短,充分利用總承包商的優勢,發揮總承包模式設計優化、進度控制、降低交易成本等多方面的優勢,否則極易引發總承包商的道德風險或者造成管理混亂的局面。

1.2選擇指標體系

由于水利工程規模大、工期長、極易受外界環境的影響,因此影響承發包模式選擇的因素眾多,目前雖然沒有一套業內公認的影響指標體系,但不同學者確定的影響指標之間都存在一定的重合。本文依據文獻[9,11-14]并結合水利工程實際,確定了如表1所示的水利工程總承包選擇指標體系。

影響工程總承包模式選擇的指標主要分為與項目自身相關的特性、與業主相關的特性和來自項目外部因素的影響。與項目相關的特性決定了該工程適宜選擇何種總承包模式,與業主相關的特性決定了業主傾向于采取某種總承包模式,項目外部因素則在政策和市場環境方面決定了不同總承包模式的可行性。綜合以上三方面,才能選擇出科學、合理、適用的工程承發包方式。

表1　水利工程總承包模式選擇指標體系

2基于IFHA算子的水利工程總承包模式選擇模型

傳統交易模式選擇方法多使用三角模糊數反映專家意見,但其隸屬函數值僅是一個單一的值,不能直觀反映出肯定、否定和猶豫3種判斷態度。引入IFHA算子,不僅可以反映出專家意見的隸屬度、非隸屬度和猶豫度,同時依據各專家經驗水平賦予其意見不同的權重,避免了決策信息的丟失,且通過賦予數據位置權重進行有序加權,削弱了過于樂觀和過于悲觀的專家意見對決策結果的影響,提供了一個主觀性影響較小、輸出結果較精確的決策模型。

2.1IFHA算子概述

a. IFHA算子集結過程[15]:

(1)

式中:w=(w1,w2,…,wn)T為IFHA算子的加權向量,即位置權重,與數據本身無關，只與位置排序有關。其中

(2)

b. 位置權重確定方法:采用正態分布賦權法確定位置權重[16-17],w=(w1,w2,…,wn),由式(3)給定。

(3)

其中:

式中:i為數據所在位置排序。

2.2IFWA算子概述

利用IFWA直覺模糊加權算子(IFWA算子)對各方案的指標值進行集結,其集結過程如下:

(4)

2.3基于IFHA算子的水利工程總承包模式選擇步驟

a. 由業主選擇若干專家判斷各指標對水利工程總承包選擇的影響程度,得到各專家直覺模糊判斷信息,并由業主賦予各專家意見不同權重;

b. 利用正態分布賦權法確定各專家意見集結過程中的位置權重;

c. 利用IFHA算子集結各專家意見,得到關于各指標對水利工程總承包模式選擇影響程度的群直覺模糊判斷信息;

d. 由群直覺模糊判斷信息得到各指標得分函數值,依據得分函數值,確定各指標權重;

e. 由專家給出各備選工程總承包模式滿足各選擇指標的直覺模糊判斷信息;

f. 利用IFHA算子集結各專家意見,得到關于各備選工程總承包模式對選擇指標體系滿足程度的群直覺模糊判斷信息;

g. 利用IFWA算子對各備選方案的各指標直覺模糊判斷信息進行集結,得到各備選方案綜合指標值;

h. 依據各備選方案的綜合指標值得到其得分函數值,并據此對各備選方案進行優劣排序,確定最終方案。

3算例分析

以馬鹿塘水電站二期工程[18]為例。馬鹿塘水電站位于云南省文山州麻栗坡縣境內的盤龍河上,距縣城34 km,電站為混合式開發,二期工程電站裝機容量300 MW,水庫正常蓄水位為高程627 m,總庫容5.5億m3,具有年調節能力。二期電站樞紐工程主要由混凝土面板堆石壩、溢洪道、防空洞、引水隧洞、地下發電廠房等組成,工程等別為Ⅱ等大(2)型。該工程業主為云南大唐國際文山水電開發有限公司,由于工程規模較大,進度控制要求較高,業主欠缺足夠的管理能力和技術經驗,因此擬采用工程總承包模式進行項目實施,從DBⅠ、DBⅡ、DBⅢ、EPCⅠ、EPCⅡ及Turnkey模式中選擇最佳模式。該項目特征見表2。

3.1基于IFHA算子確定指標權重

邀請5位專家分別評判各選擇指標對工程總承包方式選擇的影響程度,給出直覺模糊判斷信息,見表3。5位專家意見的權重向量為w=(0.15,0.20,0.30,0.25,0.10)。

表2　馬鹿塘水電站二期工程項目特征

表3　各專家關于指標重要性程度判斷信息

通過正態分布賦權法,利用式(3)確定位置權重向量為w=(0.112,0.236,0.304,0.236,0.112)。

由于指標數量眾多,因此僅以指標C1為例介紹權重的確定過程。

同理得基于IFHA算子的各指標得分函數值依次為0.255,0.476,0.470,0.307,0.190,0.589,0.482,0.401,0.302,0.192,0.444,0.226,0.326,0.314,歸一化處理后得指標權重向量r=(0.051,0.096,0.095,0.062,0.038,0.117,0.097,0.081,0.061,0.039,0.089,0.045,0.066,0.063)。可見,經專家判斷,指標C6、C7、C2對水利工程總承包模式選擇的影響較大,C5影響最小,這與實際情況相符:業主的經驗能力決定了其能承擔的設計工作范圍大小以及是否承擔采購工作,項目技術難度決定了項目需要由總承包商統籌設計、施工以提高工程可施工性的程度,即決定了總承包商對設計工作的介入時間,則從根本上決定了某項目適用于何種形式的總承包模式;而由于總承包模式均適用于外部依賴性較強的項目,因此各種總承包模式在此指標上區分度較小,權重較小。

表5　基于IFHA算子的各專家判斷信息集結

3.2基于IFHA算子集結專家判斷信息

由同樣5位專家分別給出對DBⅠ、DBⅡ、DBⅢ、EPCⅠ、EPCⅡ及Turnkey模式滿足以上指標特征的評判信息。基于IFHA算子對各專家判斷信息進行集結,得到各備選模式相應指標的模糊判斷信息。由于數據量較大,限于篇幅,以DBⅠ模式滿足C1指標程度的評判信息集結為例介紹基于IFHA算子的專家判斷信息集結過程,評判信息見表4。

表4　各專家關于DBⅠ模式滿足指標C1程度的評判信息

可見基于IFHA算子的集結過程既考慮了各專家能力、經驗的差異,賦予不同專家意見相應的權重,同時還考慮了各專家在面對同一決策問題時表現出的主觀好惡傾向,并利用位置權重進行有序加權,削弱了專家主觀好惡對決策結果的影響,充分體現了該決策模型的公正性。

3.3基于IFWA算子集結各指標判斷信息

經IFHA算子集結的各專家對各備選模式滿足指標特征的判斷信息已充分考慮并削弱了專家自身差異和主觀好惡的影響,因此,采用IFWA算子對各指標判斷信息進行集結,得到各備選模式的最終綜合指標值以選出最適宜的總承包模式。指標權重向量為r=(0.051,0.096,0.095,0.062,0.038,0.117,0.097,0.081,0.061,0.039,0.089,0.045,0.066,0.063),依據式(4)對表5中數據進行集結,得各備選模式方案最終綜合指標值,見表6。

表6　各備選模式綜合指標值

依據各備選模式最終得分函數值大小,得EPCⅡ模式優于EPCⅠ模式優于Turnkey模式優于DBⅠ模式優于DBⅡ模式優于DBⅢ模式。可見最適宜馬鹿塘水電站二期工程采用的總承包模式為EPCⅡ模式,即傳統的EPC模式,由總承包商負責從概念設計階段開始的設計、采購、施工、試運行工作,并且業主只負責采購和施工過程必要的審核工作,不對其進行干預。這與該項目實際采用的總承包模式相符。由于投資和工程等別均較高,該工程規模較大,管理界面較多,協調工作較復雜,加上業主方管理能力及技術經驗較欠缺,又對質量、進度、交易成本等要求較高,而業主參與項目實施過程的意愿較低,因此該工程適宜承包范圍較廣的總承包模式。但是由于項目所在地優質的地質條件降低了技術難度、項目交付成果較小的不確定性使得業主有能力主導項目前期工作的開展。而該工程外部依賴性較強,由業主對征地、移民等外部影響進行處理,效率更高,因此將設計、采購、施工、試運行工作包攬,而由業主獨立完成可行性研究階段工作的EPCⅡ模式是適宜該工程的最佳總承包模式,驗證了該決策模型的準確性。

4結語

目前,總承包模式在水利工程建設中應用較少,其突出的優點是發揮設計、施工搭接的優勢,讓設計工作為施工階段服務,提高工程的可施工性,大大降低項目的技術難度,保證工程質量,同時有利于進度控制,縮短工期,也有助于總承包商在設計階段實施創新,提升整個建筑行業的技術水平。因此,總承包模式合理應用于水利工程建設,既可以克服水利工程普遍存在的技術難度較大、進度控制和工程質量要求較高的問題,同時當工程業主缺位或經驗能力嚴重不足時,可以充分利用總承包商經驗、能力的優勢,轉移項目風險。運用公正、合理的總承包模式選擇方法為某特定水利工程選擇適合其應用的總承包模式是保證總承包模式成功實施、促進其在水利工程建設中應用的關鍵。基于IFHA直覺模糊混合平均算子的決策模型不僅對水利工程總承包模式進行了細分,建立了適用于水利工程總承包模式選擇的指標體系,且在決策過程中考慮了專家意見的重要性差異,利用位置權重削弱了專家主觀好惡的影響,集結了完整的決策信息,充分保證了決策過程的公正和輸出結果的合理性,并經算例驗證符合工程實際情況,可為業主提供一個較好的水利工程總承包模式選擇方法。

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作者簡介：楊翠云(1991—),女,江蘇揚州人,碩士研究生,主要從事工程管理研究。E-mail:94295261@qq.com 通信作者：章恒全(1957—),男,安徽績溪人,教授,主要從事工程項目管理和投資管理研究。E-mail:hqzhang630@163.com

DOI：10.3880/j.issn.1003-9511.2016.03.007

中圖分類號：F407.9

文獻標識碼：A

文章編號：1003-9511(2016)03-0025-06

(收稿日期：2015-10-12編輯：胡新宇)