基于ISM-AHP大型工程項目的風險評價研究

何葉榮，劉 穎

（安徽建筑大學經濟管理學院 安徽合肥 230031）

現代化的工程項目向著大型化、復雜化發展，項目的周期也普遍較長，導致在建設過程中出現諸多的不確定性，給項目帶來風險損失。為了評估大型工程項目的風險，部分學者［1-7］運用專家調查法、系統分析法、德爾菲法、文獻研究法等總結出工程項目的風險要素；許炳等［8］對項目風險識別、度量方法作了對比分析；Koulinas 等［9］以大量事故數據為基礎，采用模糊TOPSIS 和PRAT相結合的方法對未來可持續工程項目進行風險評估；何旭東［10］基于復雜性分析方法，提出了大型項目主體行為風險管理綜合框架；何佰洲等［11］采用層次分析法和熵權法建立模糊綜合評價模型，并運用到國際工程項目投資風險的研究中；Liu 等［12］從風險驅動的角度提出概率分析與蒙特卡洛模擬、敏感性分析相結合的方法評價國際工程項目風險。

上述關于工程項目的風險識別及評估研究大多集中在風險排序及重要性上，而對風險因素之間的傳導效應研究甚少。本文選用文獻研究法以及專家調查法對大型工程項目進行風險識別；然后采用解釋結構模型（ISM）解決風險因素之間的傳導關系；最后結合層次分析法（AHP）確定風險因素的權重，并對大型工程項目風險進行評估。

1 大型工程項目的風險因素識別

作為項目風險管理的首要環節，項目風險的識別在于準確識別項目所面臨的潛在和現實風險，以確切掌握風險控制的最佳實施時機。由于項目風險因素各有其特征，通常根據風險特征將大型工程風險因素劃分為不同的類別。本文從大型工程項目所面臨的社會環境風險、技術風險、經濟風險、自然環境風險、管理組織風險和項目實施風險6 個維度識別出15 個風險因素，并對風險因子進行編號，確定風險維度U=（U1，U2，…，U5，U6）和風險因素集V=（V1，V2，…，V14，V15），如表1所示。

表1 風險因素集Table 1 Risk factor set

2 ISM法與AHP法的原理及步驟

2.1 建立解釋結構模型

ISM 方法是基于有向圖和關聯矩陣原理，利用人們的經驗知識以及計算機的幫助，將復雜系統中直接或間接的要素關系轉換為一個多級遞階結構模型的方法。該方法比孤立的單個因素更能準確合理地描述復雜系統，是識別項目風險相關性的一種有效工具，它首先是由Warfield 于1974 年引入，并由美國Vanderbilt Columbus 實驗室進一步發展，旨在識別系統內復雜因素之間的相互關系或解釋問題。建立解釋結構模型的過程如下［13］：

（1）識別風險關系

ISM 法要求對任意兩個風險因素之間的關系進行分析，因此首先需要確定風險因素之間的直接關系。風險因素之間的直接關系一般可通過常識判定或者詢問有專業知識和經驗的專家，也可通過對文獻的研究來進行總結和歸納。

（2）建立鄰接矩陣

本文采用專家打分法對風險集的15 個風險因子間的直接關系進行判定，并按照以下規則將判定結果表示成鄰接矩陣A=（aij）。

1）如果Vi對Vj有直接影響，則aij為1；

2）如果Vi對Vj沒有直接影響，則aij為0。

（3）計算可達矩陣

在鄰接矩陣的基礎上，對風險因子間的傳遞關系進行判定。如果鄰接矩陣A加單位矩陣E，其（A+E）n+1=（A+E）n≠（A+E）n-1≠…≠（A+E）2≠（A+E），則利用布爾代數運算法則，將M=（A+E）n判定結果表示成可達矩陣M=（mij），并用MATLAB 軟件計算M。

（4）處理可達矩陣

可達矩陣的處理包含區域劃分、級位劃分、骨架矩陣提取3 個階段。通過對可達矩陣的分解，求解出包含因子自身以及它能影響的其他因子構成的可達集R（Vi）、包含因子自身以及能影響它的其他因子構成的先行集A（Vi），以及它們的共同集C（Vi）=R（Vi）∩A（Vi），從而實現區域劃分；在區域劃分基礎上通過計算得到最高要素集L（Vi），實現級位劃分；最后通過對可達矩陣的縮約和檢出得到骨架矩陣。上面進行級位劃分時，其算法如下：

設P是由區域劃分得到的某區域要素合集，L1，L2，…，Ll（0＜l≤n）分別表示從高到低的各要素合集，級位劃分就是要找出系統集合的最高要素集，然后將它們去掉，再求剩余要素集合的最高要素；以此類推，直到求出最低一級的要素集合。

為此，令L0=Ф（最高要素集合為L1，沒有零級要素），則有

式中：Ck-1（Vi）、Rk-1（Vi）是由集合P-L0-L1-…-Lk-1中的要素形成子矩陣求得的共同集和可達集。

（5）繪制解釋結構圖

根據提取的骨架矩陣，繪制多級遞階有向圖，得到解釋結構分析模型。

2.2 層次分析法確定權重

層次分析法是一種廣泛應用的多準則決策方法，是將決策目標按層次分解并采用定性分析、定量分析相結合的綜合決策方法，是在成對比較的基礎上，以結構化的方式確定準則的權重和備選方案的優先級，具有“多準則、多目標、方法性強、系統性強”的結構特點。分析過程如下［14］：

（1）創建層次模型

在風險識別的基礎上，把識別出來的風險分為若干組，形成不同層次。在層次結構模型中，最底層一般為因素層，將識別出的各類基礎性風險因素作為風險評價二級指標；中間層為準則層，將風險因素分類，作為風險評價一級指標；最高層為目標層，即風險量化需要達到的決策目標。

復雜的問題可以分為一般目標層、子目標層、準則層（或約束因素層）、因素層，甚至更多的層次結構。在確定評價目標、計劃、標準和指標后，即可構建系統的層次模型，以全面識別和分析風險因素。

（2）建立判斷矩陣

根據建立的風險層次結構，采用因素之間兩兩相比，以其重要程度，按照表2的九級標度法作出因素間的數量標度，得到判斷矩陣。

表2 判斷矩陣標度Table 2 Judgment of Matrix Scaling

（3）分層排序及一致性檢驗

由判斷矩陣計算各要素的相對權重，并進行排序和一次性檢驗；然后加權計算各層要素對系統總目標的相對重要性，并進行排序和一致性檢驗；最后根據總排序結果，得到各因素的風險程度。

各要素權重的計算采用方根法進行，具體過程如下：

①按行計算判斷矩陣元素aij的積，得到一個新的向量Mi，即

②將新向量Mi的每個元素開n次方，得到向量ri，即

③將向量ri歸一化，得到權重向量Wi，即

一致性檢驗公式及指標如下：

①計算判斷矩陣的最大特征根λmax

②計算一致性指標T

③查閱表3 的平均隨機一致性指標表，得到同階隨機判斷矩陣一致性指標平均值K。

表3 平均隨機一致性指標表［15］Table 3 Average random consistency index

④計算一致性比例Q

根據一致性檢驗要求，如果Q＜0.1，則通過一致性檢驗，即判斷矩陣的不一致程度在容許范圍內；否則認為判斷矩陣不一致，需要重新咨詢專家，調整兩兩對比的判斷矩陣。

3 基于ISM-AHP模型的風險評估

以合肥軌道交通6 號線為例。合肥軌道交通6 號線是合肥軌道交通第三輪規劃中的一條線路，起著東西向快速走廊的作用。其一期工程為6 號線的初期工程，全長35.1 km，投資205.85 億元，計劃建設工期為5 a；線路均為地下線，共設22座車站，其中新建17 座。現對該工程項目采用ISM-AHP的方法進行風險評估。

3.1 基于解釋結構模型的風險分析

3.1.1 鄰接矩陣的建立

采用專家調查法對合肥軌道交通6 號線一期工程的15個風險因素的相互關系進行評定，并最終得出鄰接矩陣A，如表4所示。

表4 鄰接矩陣ATable 4 Neighborhood matrix A

3.1.2 可達矩陣的計算

運用MATLAB 軟件對建立的可達矩陣進行輔助求解，可得n=5 時的可達矩陣M，如表5所示。

表5 n=5時的可達矩陣MTable 5 Reachable matrix M at n=5

3.1.3 層級劃分及繪制解釋結構圖

通過MATLAB 軟件可以得出各風險元素對應的R（Vi）、A（Vi）、C（Vi），其級位劃分如表6所示，解釋結構模型如圖1所示。

表6 級位劃分表Table 6 Level classification table

3.2 基于層次分析法的風險分析

3.2.1 建立風險層次分析模型

將合肥軌道交通6 號線一期工程的6 個風險維度、15 個風險因素，以分類方式形成目標層、準則層和指標層，如圖2所示。

3.2.2 建立判斷矩陣

根據ISM 模型及專家打分結果，得到各因素的相對重要程度，建立遞階層次判斷矩陣，結果如下：

（1）目標層，判斷矩陣為A

（2）準則層，判斷矩陣為Ui（i=1、2，…，6）

3.2.3 計算判斷矩陣權重

根據層次分析法的權重計算規則，運用MATLAB軟件計算各判斷矩陣權重，結果如下：

以上結果經Q值計算，均滿足一致性檢驗。

3.2.4 計算組合權重

根據各判斷矩陣的權重，可以得到總排序組合權重：

W=（0.042 35，0.006 05，0.209 33，0.069 78，0.089 52，0.029 84，0.029 84，0.013 5，0.054，0.018995，0.00673，0.003575，0.09797，0.27649，0.052 03）

其Q=0.002 6＜0.1，通過一致性檢驗。

從總排序組合權重可以看出，各風險因素重要性從大到小排序為工程變更風險（0.276 49）、設計技術風險（0.209 33）、工程質量安全風險（0.097 97）、資金供應風險（0.089 52）、施工技術風險（0.069 78）、不利地質水文條件風險（0.05 4）、設備材料供應及質量風險（0.052 03）、政策穩定風險（0.042 35）、利率變動風險（0.029 84）＝通貨膨脹風險（0.029 84）、組織結構風險（0.018 995）、自然災害風險（0.013 5）、管理專業化不足風險（0.006 73）、社會穩定風險（0.006 05）、溝通協調風險（0.003 575）。顯然，工程變更風險、設計技術風險、工程質量安全風險是3 個較為重要的風險因素，更容易造成工程的直接風險損失并且可能產生較大的損失；此外，資金供應也應有合理的規劃，以保證工程質量安全，防止風險沿著傳導路徑產生不良影響。

4 結論

基于風險傳導的角度，選用解釋結構模型以及層次分析法探索大型工程項目風險損失的預防路徑，并以合肥市軌道交通工程6 號線項目為例，指出了該項目中的可控風險，以及造成項目發生經濟損失的重要風險因素，證明了該模型的可行性。通過對大型工程項目的評估，提出并確定風險傳導過程及風險權重排序，從而在風險管理過程中，應該對風險傳導中權重較大的風險采取有效措施，切實減少大型工程的風險損失。