復雜工程項目風險傳遞機理

楊 琳，周炬諾

(武漢大學土木建筑工程學院，湖北武漢 430072)

1 研究背景

在全球一體化與生產力水平持續發展的時代背景下，國內外各種復雜工程項目的數量與規模不斷擴增，并朝著大型化、復雜化發展。復雜工程本質上是一個各部分之間相互作用、具有高度不確定性的開放動態自適應系統［1］。相對于一般工程項目而言，復雜工程項目具有規模更大、周期更長、涉及高度多元利益相關者、項目目標高度不確定、與環境產生復雜交互作用等顯著特點。

在復雜工程項目實施過程中，各類風險之間的相互作用帶來了復雜工程項目風險管控的難度。例如，貴陽地鐵3 號線在建設過程中因嚴重延誤工期，從而給項目建設地周圍居民生活帶來極大不便［2］；無錫高架橋因質量問題引發垮塌事故，造成重大傷亡［3］；北京沃德蘭游樂園因資金短缺被迫成為“爛尾工程”［4］。風險之間彼此關聯又相互影響，是各類事故發生的根源。從復雜工程項目的生產實踐來看，組織間的風險傳遞相對于風險源而言，使風險源本身的風險降低，但也帶來了鄰接組織相繼故障的產生，風險傳遞機理研究不明易導致復雜工程項目中的低風險事件動態演化為高風險的重大事件，帶來整個復雜工程項目甚至國民經濟的嚴重損失。因此，如何厘清復雜工程項目中風險要素之間的交互關系，從而分析其中的風險傳遞機理，成為當前復雜工程項目實踐情境中亟需解決的科學問題。

要解決復雜工程項目風險傳遞問題，需要研究風險節點之間的傳遞路徑和過程。目前復雜網絡理論已經在各個領域都展開了研究，作為一種前沿理論，其節點和邊可以用于描述任意研究對象及其之間關聯關系，而復雜工程項目中各風險節點之間的關聯性一旦產生，即為復雜網絡，因此，將復雜網絡的研究方法應用于復雜工程項目風險要素間關聯研究具有極大優勢。

本研究擬借助復雜網絡理論，解析復雜工程項目中各個風險要素之間的交互關系，識別出全生命周期過程中的核心起始與傳導風險要素，剖析復雜工程項目中風險傳遞的過程與機理，以期為復雜工程項目風險管理提供理論創新與技術參考。

2 理論研究現狀

2.1 復雜工程項目風險傳遞相關理論

通過查閱文獻，當今針對復雜工程項目中風險傳遞機理的研究主要集中在模型構建、數學分析等方面。就模型的構建而言，學者李存斌等［5］建立ECPS 跨空間風險傳遞模型，定量研究了風險的傳遞演化過程以及風險影響后果；李小鵬等［6］則通過構建DEMATEL-ISM 解釋結構模型來得到致因風險因素之間的層次結構以及相應復雜網絡結構模型；孫贇等［7］構建了隨機多傳遞參量圖形評審技術(URMTPGERT)網絡模型來分析風險傳遞問題；汪送等［8］應用Arena 軟件構建復雜風險網絡仿真模型，并描述分析了節點免疫力、聯結強度、風險傳遞路徑；孟祥坤等［9］則針對管道系統泄漏演化系統構建了一個無權有向網絡，通過分析節點出入度和聚類系數找出事故風險傳遞最短路徑。就數學分析而言，學者孟祥坤等［10］結合風險熵與復雜網絡理論，將給出風險傳遞路徑最大可能性轉化為線性規劃問題來研究；汪送等［11］在以上建模的基礎上結合數學理論定量分析了本質致因層、過渡致因層和近鄰致因層處不同的節點免疫力對事故網絡風險傳遞行為的影響。

可以看出，目前結合復雜網絡理論構建的風險傳遞模型研究極少，而且缺乏風險傳遞路徑數據分析，此外針對復雜網絡風險傳遞指標體系構建的研究也較少。在此背景下，本研究將在構建風險指標體系的基礎上，同時結合復雜網絡理論來構建復雜工程項目風險傳遞網絡，對風險傳遞機理進行模型分析。

2.2 復雜網絡理論應用研究

有學者研究發現，目前國內經濟學、社會學、傳播學等領域與復雜網絡理論研究結合得較為緊密，其他領域則尚在初始階段［12］。李鋒等［13］以病毒式信息傳播模型為對象研究了小世界網絡結構特性指標與信息擴散的網絡覆蓋率指標之間的關聯。通過復雜網絡方法，阮中遠［14］深入探討了流行病傳播的現象與機理，推動了有關流行病的預測與控制相關方面的研究；馬捷等［15］將復雜網絡方法應用至智慧政務信息協同的結構與特征研究中，探討其對建設智慧政務系統的價值與意義。由此可見，復雜網絡給生活中許多實際案例的研究提供了新的理論視角，并為這些研究中存在的問題與困境提供了新的解決辦法。

除了在傳播方面的應用，復雜網絡理論還可以應用于分析現實情境。借助復雜網絡理論，學者張金林等［16］研究了金融危機下跨市場金融風險的傳染機理與途徑；尹超等［17］則構建了離散制造車間生產物流的復雜網絡模型，為生產業務的優化穩定運行提供理論指導；許葭等［18］則構建北京地鐵網格化模型研究網絡化建設對地鐵網絡性能的影響。

復雜工程項目是增強國際競爭力的國之利器，牽涉到國家的諸多決策與戰略。國內各處高樓林立、道橋縱橫、大型水庫星羅棋布 這些復雜工程項目往往具有超乎常規的時空跨度、投資規模巨大，對社會經濟具有深遠的影響，而復雜工程項目的風險一旦發生，會帶來不同程度的社會負面效應，隨之而來的治理痛點可能會在很長的時間和空間里影響社會經濟、環境的發展。因此，需在復雜工程項目風險要素識別的基礎上分析風險之間的關聯性，通過復雜工程項目組織的網絡屬性闡明風險傳遞機理。但總體上來看，目前國內對于復雜網絡的研究尚處在剛開始的階段，無論是復雜網絡特性的理論研究還是復雜網絡的應用研究都還有很多值得探索的地方。因此，本研究將復雜網絡理論與復雜工程項目風險傳遞相結合，進一步研究復雜網絡中節點與邊的性質及其交互行為，并且用實際案例檢驗模型的可行性，使模型能更好地貼近工程實際。

3 復雜工程項目風險網絡及模型構建

本研究突破傳統線性單一因果風險要素關系分析思路，借助復雜網絡來描述復雜工程項目中各風險因素間的網狀交互關系，擬實現復雜工程項目中風險要素關系網絡可視化。

3.1 風險網絡模型構建

3.1.1 風險要素的識別

復雜網絡構成要素之一的節點是用于描述研究對象的工具，網絡節點指的是復雜工程項目全生命周期中出現的風險要素。綜合使用文獻分析法、頭腦風暴法搜集現有關于復雜工程項目風險要素識別的關鍵文獻并進行分類整理，從中歸納出項目全生命周期中可能出現的所有風險要素，統計各個風險要素出現的頻次進行匯總，再進行篩選整理去除模糊項，對含義相近的風險項進行歸納整理，最終選擇頻次大于等于3 次的風險要素共34 個作為研究對象，從而得到風險要素最終清單（見表1），完成風險要素的識別工作。其中，決策與融資階段的風險要素識別主要借鑒了楊琳等［19］、王曉剛［20］和吳秀宇等［21］的做法；設計與準備階段的風險要素識別主要借鑒了烏云娜等［22］、楊威等［23］和姚明來等［24］的做法；建設與運營階段的風險要素識別主要借鑒了Li 等［25］、Val 等［26］和Hwang 等［27］的做法；運營與移交階段的風險要素識別主要借鑒了Ameyaw 等［28］、Babatunde 等［29］和Shresth 等［30］的做法；項目全階段的風險要素識別主要借鑒了Ganbat 等［31］、Mortazavi 等［32］、Valipour 等［33］和Ameyaw 等［34］的做法。復雜工程項目風險網絡中的節點即此34 個風險要素。

表1 復雜工程項目風險要素最終識別清單

3.1.2 風險要素關系的識別

復雜網絡中的關系用關系數據進行表達，不同的關系需要用不同的關系數據類型來表示。從關聯程度高低的角度來看，可以將關系分為有權關系與無權關系。有權關系指的是用不同大小的數值來表示節點之間的關聯程度高低，其二者成正相關；而無權關系指的是只依據兩個節點是否存在關聯來進行判斷，也就是采用二進制賦值機制，兩個節點之間存在關聯則將其賦值為“1”，不存在關聯則將其賦值為“0”。依據節點之間是否存在因果關系，節點間的關聯又可分為兩類：有向與無向。有向關系指的是兩個節點之間存在因果、包含等類型的關系，這些關系存在明確的方向性，不能將其倒置；而無向關系則表示節點之間的關系不存在方向性。在本研究中，由于復雜工程項目風險要素數量較多且關系復雜，故難以用不同的數值對這種關系進行量化，而本研究目標是分析復雜工程項目的風險傳遞機理，即研究風險之間存在的因果關系，故這種關系是有向的，因此將采用二進制有向的關系數據。就風險要素關系的判斷而言，選擇來自復雜工程項目領域的相關專家15 位，運用專家打分法來收集專家對于風險要素之間是否存在關聯的判斷。由于選擇的專家人數為奇數，而采用的是“0、1”判斷法，故在判斷風險之間是否存在關系時只需選擇數量較多的答案，從而對風險關系進行最大化的確定，獲得風險關系要素判斷結果。為使得出的風險關系判斷結果更具有說服力，邀請了分別來自清華大學、同濟大學、華中科技大學、武漢大學等高校學者以及從事復雜工程項目建設的相關人員，有關專家的領域范圍覆蓋項目各個參與方，例如中鐵第四勘察設計院、中鐵十一局集團有限公司、中國燃氣控股有限公司以及中國農業銀行信貸部等。

3.2 風險關聯矩陣的確定

關系數據矩陣由行、列、關系數據3 個部分組成，如表2 所示，定義列代表關系的發出方，即因果關系中因的一方；行代表關系的被影響方，即因果關系中果的一方；“1”表示關系存在，“0”則表示關系不存在。設風險要素集F中有n個風險節點，為行風險要素集，為列風險要素集，aij為二進制關系數據，在矩陣中的行數為i、列數為j，i=1,2,3,,n，j=1,2,3,,n。各風險要素集的表達式分別如下：

表2 復雜工程項目風險要素關系矩陣

由于風險要素無法與其自身產生因果聯系，故關聯矩陣對角線上的值全部為“0”。將上述數據用矩陣的形式表示出來，就得到了風險因素關系矩陣A。由于兩個風險要素之間不一定互為因果關系，故鄰接矩陣A不一定對稱。

3.3 風險網絡的繪制

擬選用社會網絡分析NetMiner 軟件繪制并分析風險網絡圖。將風險網絡鄰接矩陣導入軟件，即可得到風險網絡可視化圖（見圖1），其中Ri代表風險要素編號，單向箭線表示風險要素之間存在的因果關系。

圖1 復雜工程項目風險要素網絡分布

4 城市地下管廊項目案例分析

4.1 案例背景

廈門市是國內地下綜合管廊建設項目體系較為成熟的城市。至今，廈門市已有長達24.5 8 km 的干支線綜合管廊投入使用，完成投資約23.97 億元。為實現住建部和財政部關于城市地下綜合管廊績效評價所要求的年度考核指標，廈門市選擇最具代表性的翔安新機場片區綜合管廊作為試點工程項目（以下簡稱“項目”），并響應政策號召，采用PPP 項目“投資+施工總承包”的建設模式，以廈門管廊公司和社會資本成立的特殊目的主體（SPV）公司（以下簡稱“PPP項目公司”）作為投資、建設和運營主體。采用該模式后，項目實施主體從廈門管廊公司變更為PPP 項目公司，主要負責項目設計、投融資、建設、運營以及維護工作等。PPP 項目公司由廈門市政集團代表廈門市政府委托其全資子公司廈門管廊公司出資3 000 萬元，占股10%；中國鐵建通過公開招標形式成為PPP 項目公司的社會資本方，出資2.7 億元，占股90%。項目合作期為20 年，包括建設期4 年和運營期16 年。項目合作期結束后，管廊全部資產劃歸廈門管廊公司。

城市地下綜合管廊建設項目是典型的復雜工程項目，涉及單位多元、資金花費大、耗時周期長、施工技術要求精準等都是此類PPP 項目常具有的特征，因此其中存在的風險要素也相應具有種類雜且數量多等特征。例如，由于各個參與方利益復雜交互形成的組織協調風險、作為公益類性質項目易受到政策影響、由于施工難度大易遇到技術風險等，這些特征都與前文研究識別出來的復雜工程項目風險要素清單相吻合。故本研究選擇廈門市政綜合管廊項目作為案例來研究復雜工程項目中的風險傳遞機理具有足夠說服力與契合度。

4.2 風險網絡參數分析

直接運行NetMiner 軟件可以得到大量網絡參數統計數據，分析網絡整體特征參數可以掌握該網絡的整體性質，分析網絡局部參數性質即可對網絡局部分布特性作出判斷并發現該項目風險傳遞過程中的關鍵風險因素。首先就表征復雜網絡整體特征的參數進行分析，得出復雜網絡的整體性質；再針對復雜網絡局部特征的參數進行分析，得到項目復雜網絡中最為關鍵的風險起始節點與傳導節點。其中，網絡整體特征參數的分析包括平均路徑長度、聚類系數以及網絡密度；局部特征參數則包括度與度分布、兩種中心度、特征向量中心性以及PageRank 算法分析。

4.2.1 網絡整體參數分析

（1）平均路徑長度可以用于衡量復雜網絡中節點的分隔距離。使用NetMiner 軟件計算得出的風險傳遞網絡模型平均路徑長度為3.058，由此可見項目風險網絡的連接較為松散，任意兩個風險要素之間平均最少經過3 個節點形成聯系。

（2）網絡聚類系數的大小反映了網絡的集聚程度與連通性，較大的網絡聚類系數代表了網絡集聚性與連通性較強。使用NetMiner 軟件計算得出的網絡平均聚類系數為0.390 0，而節點的聚類系數分布區間是0.126 8～0.790 0 之間，由此可見項目風險網絡的整體集聚程度與連通性處在較低水平，而且各個節點聚類系數由低至中間水平均勻分布說明了網絡中存在的小社團分布也較少，各個風險要素之間存在的類似性質較少。

（3）網絡整體密度等于節點間實際存在的邊的數量與節點間可能存在的關系總數之比，也是用來衡量復雜網絡中節點之間連通性的參數，網絡密度越大則說明節點間的連通路徑越多，網絡連通性越強。使用NetMiner 軟件計算得出的網絡平均密度為0.31，說明項目風險網絡的連通性較弱，與聚類系數分析結構相吻合。

綜上分析可以看出，廈門市地下綜合管廊項目風險網絡整體連通性較弱，節點之間連接較為松散，網絡集聚性也較低，且不存在網絡中社團聚集現象。

4.2.2 網絡局部參數分析

（1）度（Degree）以及度分布。一個節點的度值愈大，反映了與其連接的其他節點就愈多，也側面證明此節點在網絡中的影響能力越大。在有向網絡中，節點的度包括出度與入度。出度指的是由該點指向其他點的數量，在風險傳遞分析中，點具有出度說明它會催生其他風險節點；點的入度則指的是它會被其他節點影響的數量。由NetMiner 軟件可以得到項目中各個節點的度值排序（見表3）以及度分布圖（見圖2 至圖4）。

圖2 案例項目風險網絡度分布

表3 案例項目風險網絡節點特征參數

表3（續）

圖4 案例項目風險網絡出度分布

1）從點的出度來看，出度中心度越高的點說明在其影響下產生的風險要素數量越多，在本研究構建的復雜工程項目風險網絡中，可以初步認為出度值較大而入度值較小的節點為風險傳遞過程中的起始節點，因此項目公司應該多關注此類節點，以達到預防風險傳遞到目的。

2）從點的入度來看，一個節點的入度中心度值越高，說明其受其他節點影響的程度越大。在本研究構建的復雜工程項目風險網絡中，可以認為出度值與入度值均較大的節點為網絡中重要的傳導節點。由此，選擇項目風險網絡中出度比較高的幾個節點來分析。

（2）接近中心度。接近中心度是反映節點離網絡中心遠近程度的特征值，它等于該節點與其他各個節點所有路徑之和的倒數，其值越大則說明該點到到其他節點路徑之和越小，即該節點處在越靠近網絡中心的位置。由此，將項目風險網絡的接近中心度作為判斷節點是否為整體網絡重心節點的依據。

（3）中介中心度。中介中心度衡量的是復雜網絡中節點的運輸能力大小，中介中心度越高則節點就越有影響力。由此，認為項目風險網絡中中介中心度值大的節點具有較強的風險傳導能力。

（4）特征向量中心性。特征向量中心性是測量節點對網絡影響力大小的一個參數，可用以描述某個節點的關鍵程度。由此，項目風險網絡中若某節點的特征向量中心性越大，說明該節點在網絡中處在越關鍵的地位。與度值類似的是，特征向量中心性的值也在一定程度上反映節點的重要程度，但其考慮到了節點的鄰居節點的重要程度以及鄰居節點的差異，而非將鄰居節點“一視同仁”，因此能更客觀地反映風險網絡的實際重要節點。

（5）PR 值。PageRank 算法是谷歌公司研究出的一種基于網頁之間的鏈接關系來評判網頁重要性的方法，它的基本思想是運用網站的外部鏈接和內部鏈接的數量和質量來衡量網頁的質量，因此一個網頁的PR 值是衡量網頁內外部連接數量與連接質量的綜合指數。一個網頁的PR 值越高，則證明連接的網頁數量越多，反之亦然；同時，若一個網頁被另一個PR 值很高的網頁連接，則其PR 值也會相應提高。由此，項目風險網絡中PR 值較大的節點也相應更重要。

圖3 案例項目風險網絡入度分布

4.3 關鍵風險確定

在判斷節點重要性時，綜合考慮節點的度值、接近中心度、PR 值以及特征向量中心性4 個指標。選擇項目風險網絡中這幾個指標排名前十的風險要素，將其列如表4 所示；再統計出現頻次大于等于3 次的風險要素，確定為網絡中的關鍵節點，依據出度值與入度值的大小判斷關鍵傳導節點、特征向量中心性以及PR 值等值判斷關鍵傳導節點，具體結果如表5 所示。

表4 案例項目風險網絡節點

表5 案例項目風險網絡關鍵節點

4.4 結論

綜合以上分析結果，從風險相關方來看，由于項目公司是PPP 模式中項目建設與運營的主體，因此其是項目風險的主要來源方，其次分別是政府與施工單位；從風險產生的階段來看，項目風險網絡中的關鍵風險主要出現在項目全生命周期的第3 個階段，也就是建設與運營階段，此階段是項目全生命周期中最為關鍵的階段，時間跨度最長，參與方數量最多且各方交互作用最強，因此在這個階段風險要素數量極速增長，并且各個節點之間的相互作用明顯增強，風險要素呈現一個涌現的態勢。由前文分析結果可知，組織協調風險、施工質量風險、運營效率低風險等都是建設與運營階段涌現出來的重要風險，這些網絡節點與周圍較多風險節點之間都存在交互關系，因此在風險傳遞過程中起到了重要作用。此外，除了第3 階段，竣工與驗收階段的工期延誤風險也是不可忽視的重要傳導節點，在此階段網絡的入度值極高，表明項目全生命周期中其他階段風險的發生都會導致這一風險發生，且其也會反作用于其他風險，若去除此類重要節點，整個風險網絡的連通性與緊密性將大大降低。因此，從風險網絡的關鍵節點出發，尋找防范風險產生的方法途徑是項目風險控制工作的重要內容。

4.5 風險防范建議

通過案例分析已經識別出了項目全生命周期中的關鍵起始風險要素與傳導要素，因此在制定風險防范策略時應該重點從這兩個方面著手。

4.5.1 起始因素

（1）組織協調風險?；诓煌慕ㄔO目標，項目各參與方如廈門管廊公司、中國鐵建等在建設過程中的利益目標極難達到一致，當各自的利益出現沖突時，相關參與方之間難免會產生矛盾，此時項目公司就有責任采取合理的預防和控制措施?？梢栽O立項目信息公開平臺，保障信息交流的充分性，促進施工單位、設計單位等參與方之間的信息交流；其次可以設立可靠第三方，通過第三方來實現各個單位之間的溝通協調，降低溝通協調中發生風險的可能。

（2）政策風險。政策風險是影響廈門市地下綜合管廊項目風險傳遞途徑的重要因素，項目自立項至竣工，期間各項生產活動都會受到各方面政策的影響，因此項目公司在項目全生命周期中應隨時密切關注政策變動，一方面要及時有效地針對政策變動作出適當調整，另一方面需要與政府方面提前協調，減輕政策風險給項目帶來的不利影響。

4.5.2 關鍵傳導因素

（1）施工質量風險。項目的施工質量風險與施工單位存在直接關系，因此項目公司需要將防范中心放在施工單位上，可以通過制定合同來制約施工單位，要求施工單位按照約定工序與技術進行施工，并實施賠償金等懲罰性措施，將施工質量風險轉移至施工單位身上。

（2）運營成本超支風險。項目屬于準經營性質，若運營成本超支則會導致各參與方的經濟利益受損，因此項目公司首先需要在項目預算中預留部分資金用以抵抗運營成本超支風險，其次應該加強項目財務管理，嚴格監控項目資金流向并保證專項資金的?？顚Ｓ茫约凹訌妼\營過程中資金支付事項的監督。

5 總結及展望

本研究從網絡化的視角構建了復雜工程項目全生命周期過程的風險要素關聯網絡模型，通過參數分析及可視化模型方法等精確地捕捉了復雜工程項目建設全過程關鍵起始風險與傳導風險，發現了復雜工程項目全生命周期中建設與運營階段是呈現關鍵風險要素涌現與傳導現象的突出階段，并通過案例研究證實了項目公司、政府與施工單位依次是復雜工程項目中的主要風險來源方。研究得到的結果可為復雜工程項目的風險管理拓展思路與視角提供參考。

本研究構建的網絡是將節點之間的關系考慮為有向無權的，但在工程實踐中風險要素之間的關系要更為復雜，在以后的研究中應把邊的權重考慮其中，使結論更適用于實際情況；且現實的復雜工程項目風險網絡是動態、多變的，其中的風險要素可能會隨著時間增加、減少或變動，但本研究僅分析了靜態網絡結構，之后可以將風險的動態變化納入研究范圍。