網絡分析法在水利工程施工安全風險分析中的應用

游濤++吳雨晴++李海交++張家強

摘 要：水利工程項目在開發建設過程中往往面臨著來自自然、經濟、技術和社會環境等諸多因素的干擾和風險，其風險因素之間往往是相互關聯、相互影響的。針對此問題，提出了在層次分析法基礎上發展而來的網絡分析法對水利工程施工安全風險進行分析，首先采用德爾菲法獲取施工安全風險關鍵指標因素及指標因素間的關系；其次建立風險因素多準則、多層次的ANP結構模型，借助于Super Decision進行模型的計算和分析；最后依據所建立的模型，以大源渡二線船閘為例，應用此方法求得風險因素總排序，為工程施工風險管理和控制提供依據，得出的結論符合工程客觀實際。

關鍵詞：風險因素 網絡分析法 德爾菲法 結構模型

中圖分類號：TU723.3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）03（b）-0109-03

為保證水利工程項目順利實施，對其進行風險評價和風險管理具有重要意義。風險分析常用的方法有綜合評判法、層次分析法、模糊綜合評判法等。在眾多的風險分析方法中，層次分析法AHP（The Analytic Hierarchy Process）是目前比較常用的一種方法，但是由于AHP的應用前提是評價指標是獨立的遞階層次關系，即各層次中元素之間是相互獨立的，因此在處理復雜系統中的相互關聯元素評價問題時受到了局限。而水利工程施工中涉及的技術問題、自然環境、組織管理和社會環境等的風險往往是相互聯系、相互影響的，各安全風險因素所構成的是網絡循環結構而并不是遞階層次結構。AHP在分析這樣的問題時不能更好地反映各風險元素之間的本質聯系，因此存在缺陷。而在AHP基礎上發展起來的網絡分析法ANP（The Analysis Network Process），正好能夠將系統內各元素的關系用類似網絡結構表示，表現各風險元素之間的相互影響和反饋，不僅彌補了AHP的缺陷，而且對復雜系統的描述更深刻，模型更加接近實際情況。

1 網絡分析法簡介

1.1 ANP理論

網絡分析法ANP是美國匹茨堡大學的T.L.Saaty教授[1]于1996年在層次分析法的基礎上，考慮各因素或相鄰層次之間的相互影響，發展起來的一種適用于非獨立反饋系統的決策方法[2]。ANP的特點就是，在AHP的基礎上，既考慮同一元素集內各元素之間的相互影響，又考慮不同元素集之間的相互影響，避免了AHP在建立遞階層次結構時的假設條件，利用超矩陣對各相互影響的因素進行綜合分析得出其權重，更符合實際情況。

1.2 ANP網絡結構

ANP一般將元素劃分為控制層和網絡層2個部分?？刂茖影繕撕蜎Q策準則，所有的決策準則只受目標支配且彼此獨立，每個準則的權重均可用AHP方法獲得，控制層中可以沒有決策準則，但至少有一個目標。網絡層由所有受控制層支配的元素組成，元素之間相互影響，形成網絡結構[3]。

1.3 構造ANP的典型結構

首先構造控制層，先界定目標，再界定決策準則。其次構造網絡層，它是由所有受控制層支配的元素組成的，其內部是相互影響的網絡結構。

1.4 構造ANP超矩陣計算各元素權重

解超矩陣是ANP權重確定的核心工作，這是一個非常復雜的計算過程，手工運算難度很大，借助Super Decision軟件可以解決這個問題。

2 實例分析

2.1 工程概況

大源渡航電樞紐位于湖南省衡山縣湘江干流，距衡陽市62 km，是湘江衡陽至城陵磯439 km千噸級航道的第一個以電養航的航電樞紐工程。近年來船閘日開閘次數逐年增多，通過能力已接近飽和，為滿足經濟發展的需要和航道規劃建設的要求，確保大噸位船型能從城陵磯直接通航至衡陽，在大源渡航電樞紐建設二線2 000 t級標準的船閘已十分必要[4]。

2.2 ANP模型的建立

根據風險識別的系統性和全面性原則，采用德爾菲法對大源渡二線船閘施工安全風險因素進行識別，結合大源渡二線船閘的特點，建立大源渡二線船閘施工安全風險的ANP網絡結構模型（見圖1、表1）。

2.3 ANP模型的計算

（1）確定未加權超矩陣。基于網絡模型中各要素間的相互作用，通過專家問卷調查得各要素之間的關聯情況（見表2）。對各風險因素采用1～9標度法進行重要度判斷打分，建立判斷矩陣。例如，在元素集A（建設規模）中，以元素A1（船閘等級）為準則，元素A2（船閘線數）、A3（單級船閘水頭高度）按照其對A1（船閘等級）的影響大小進行優勢度比較，獲得判斷矩陣，然后根據判斷矩陣得出排序向量。同理，以A2（船閘線數）、A3（單級船閘水頭高度）為準則獲得在各準則下的排序向量，再將獲得的排序向量得到元素集A（建設規模）的排序矩陣W11。按照同樣的方法，求得對元素集B、C、D、E的排序矩陣，從而構造出未加權的超矩陣W。

（2）確定加權超矩陣。對未加權超矩陣進行加權得到加權超矩陣。

（3）計算極限超矩陣。加權超矩陣的列向量反映出的是各元素在各自作為次準則下的優勢度，并不能反映出整個系統的整體相對排序。這時需要對加權超矩陣求極限。由ANP的基本原理可知，列向量相同的超矩陣是，此時各元素的最終排序向量就是極限超矩陣的單列向量。

由于ANP的計算極為復雜且難度較大，該文借助美國Super Decision公司聯合Satty教授編制的專門用于ANP的決策軟件Super Decision，完成從模型的所有計算任務。經過Super Decision計算后獲得結果見表3。

3 結論

（1）由表3中的權重值可以看出，在眾多風險因素中，C1（勘察不足）、B2（氣候條件不良）、B1（地質條件不良）、C2（設計不當）、E4（管理力度）、E2（安全及組織機構不健全）是水利工程施工安全中最重要、最關鍵的風險因素。結合我國近年來發生的水利工程施工安全各類風險事故，絕大部分都是由以上風險因素引起的，這表明ANP在水利工程施工安全風險分析中，是一種行之有效的方法，其分析結果也為水利工程施工風險管理指明了方向。在工程開展過程中要加強前期調查、預測和預防；在選址時應做好地質勘測，繞避不良地質地段；在建設過程中應運用動態控制原理加強對施工過程的管理；要建立健全安全及組織機構，工程規模巨大、參與方眾多等特點給項目的順利實施帶來了巨大的挑戰，如果缺乏有效的組織管理工作，將不利于項目各參與方的團結協作，甚至給項目造成嚴重的進度拖延和經濟損失。

（2）其次，比較重要的風險有：D5（國家宏觀經濟政策）、B3（周圍環境條件不利）、C3（施工質量控制不合格）、B4（突發事件影響）、D4（通貨膨脹）、D1（費用超支）。這些風險雖然不是關鍵風險，但是風險一旦發生，對項目的影響也是重大的，必須予以重視。這些風險在項目開展過程中要對其進行預防控制和監測管理。

（3）風險的可變性決定了其會隨著時間和環境的改變而變化，所以盡管其余的風險發生概率都較小，但也不能不予關注或忽略，這些風險在項目開展過程中要對其進行監測。

（4）在構建ANP模型時，由于需要憑借專家經驗對各風險因素進行比較判斷，因此分析結果的準確性在一定程度上依賴于專家的主觀偏好。所以，在應用ANP法進行風險評價時，應充分考慮專家可信度因素，從而使模型更為客觀準確。

該文結合ANP的理論方法，以某船閘施工安全風險分析為例，針對工程本身的特點，采用德爾菲法對工程施工安全風險因素進行識別，建立風險因素多準則、多層次的ANP結構模型，借助于Super Decision進行模型的計算和分析。通過對總排序結果的分析，表明ANP在工程風險分析中能夠有效地處理各種風險因素之間復雜的相互影響關系，從而發現其關鍵的風險因素，分析結果能為工程項目風險控制和管理提供重要參考，表明了該方法的可行性和有效性。

參考文獻

[1] Satty T.L.Decision Making with Dependence and Feedback[M].RWS Publication：Pittsburgh，1996.

[2] Saaty T.Fundamentals of the Analytic network Process Dependence and Feedback in Decision Making with a Single Network[J].Journal of Systems Science and Systems Engineering，2004，13（2）：129-157.

[3] 鐘登華，蔡紹寬，李玉欽.基于網絡分析法（ANP）的水電工程風險分析及其應用[J].水力發電學報，2008，1（27）：11-17.

[4] 任啟明，劉曉平，趙江，等.大源渡樞紐上游引航道隔水墻布置方式研究[J].長江科學院院報，2015（1）：88-91.