水利工程施工進度風險分析研究

盛東偉

(山東省東明縣水務局,山東 東明 274500)

0 引 言

近年來,水利工程建設項目投資逐年增長,隨著智能化與控制技術的發展,逐步構建了區域互通、信息共享的整體框架,提升了智慧水利的發展高度。以菏澤市為例,菏澤市水利工程數量較多,項目大多面向黃河與淮河,其中小型工程存在諸多問題。在硬件設施滿足需求的情況下,各類技術與規則尚不完善,增加了水利體系改革的難度。其中,施工風險分析是管理與技術領域中需要推進的內容。因為在物料與土木方案完善的基礎上,風險控制可降低施工過程中多種因素造成的損失。在風險控制中,工程所在地的氣候和環境條件影響著大部分的風險控制。而水利工程項目一般建在相對偏遠的地區,這些地區的氣候及環境條件相對較為復雜。

為了科學而全面地評價工期風險,本文針對各種風險的權重進行探討,采用熵權法和層次分析法作為確定依據,并根據灰色理論建立組合權重的評價模型。

1 水利工程工期風險識別

1.1 工期風險識別方法

風險識別是為了保障正常施工而尋找干擾因素,結合歷史數據和現場風險對存在或可能存在的風險進行識別,其過程是通過感知和分析風險兩個環節分別進行的。作為后期評價風險的基礎,識別步驟影響著全局過程。具體來講,該過程的準確性和系統性會干擾最終決策,忽略任何一個因素都將造成工程不可估量的損失,因此從識別過程開始整個風險管理都有一定意義。

水利工程風險識別主要目的是定性找出影響施工的源因素,與其他工程不同,水利工程的風險因素是多方面的,且對不同階段的影響不盡相同。因此,現場勘查的同時還需要與一線施工人員進行交流,但若全過程覆蓋此方法,則會造成效率低下或成本過高的情況[1-2]。流程圖法是基于水利工程各負責方全過程建立的風險識別方法,該方法將特定生產活動按照多方合作的邏輯進行板塊化,逐次分析風險,還可根據維度進行調整,該方法以其多角度全過程的特點而備受關注。與之類似的模塊化識別方法還有風險解構法,該方法是在建設過程中針對風險本身進行分析,根據來源可能性將其分解,具體到若干子項。這種方法的優點在于能通過分析子項的關系而對各種風險進行內在聯系,同時項目中的潛在風險和結構不確定性將更容易暴露。風險識別會對以往案例進行總結,一些風險控制管理者會根據總結情況進行表格化的識別,這種方法稱為核查表法。而對以往經驗總結更加有效的是專家法,該方法邀請領域內資深專家對風險進行分析,對各種風險進行識別,不過該方法依賴于專家的實際情況,有一定的主觀性。水利工程的風險決策者通常會根據情況結合多種風險識別方法,以達到全面不遺漏的效果。

1.2 工期風險的因素分布

水利工程的風險因素有一定的特殊性,因此風險的因素分析需要結合實際。根據風險分布情況,可將其分為外部和內部兩種類型。其中,外部風險有環境和社會兩方面分布。根據菏澤市官方統計以及實地調研,對可能存在影響施工的環境因素進行闡述。

菏澤市地處黃河下游,屬溫帶大陸性季風氣候,夏季降水時空分布不均,屬災害多發季節,雷電、暴雨等氣象災害為影響工期的可能因素。除黃河外,菏澤市大部分區域處在淮河流域的四湖水系中,水資源總量超20×108m3。市內有大量小型水利工程和各水文站,并于2018年構建了水文檢測系統,風險評估中的相關水文數據將參考該系統。菏澤地處華北平原的沉降盆地中,從西南地區向東北逐漸降低,大部分屬于黃河沖擊平原。除可預測的自然條件外,風險評估還會加上不可抗力的自然因素和突發狀況[3-5]。社會層面的因素主要以國家和當地的水利政策為主,而新形勢下的經濟發展變化也將作為可能因素之一。

工程內部因素大多是針對施工本身而言,具有可調控的可能性,同時也是風險識別與評估最重要因素。以菏澤市小型水利工程整體情況為例,其存在的主要問題包括產權不明、疏于管理、技術力量不足與業務水平較低、施工監測有待完善等問題。風險分析應在工程項目整體視野下,對各個環節與單元進行風險評測。同時,非人為的內部因素主要是人力與物料的問題。在人力方面,若施工人員配備過多會導致預算超支,過少則會影響工作開展,且人員狀態也是需要考慮的問題之一。此外,在物料配備中,能源設施、工程材料的配備也是潛在的風險源之一。

1.3 基于組合權重的灰色評價模型構建

在確定影響因素的基礎上,采用層次分析法和熵權法確定各因素的權重,再根據灰色聚類法對工期風險進行評價。其中,層次分析法是將水利工程工期風險因素進行多層次的分解,再根據專家的建議,建立一套量化各元素的方法。該方法根據期望,將細分的因素與上層因素進行組合,根據相關度進行優劣排序[6-7]要先構建層次化結構,一般分為目標層、準則層、指標層。構建的判斷矩陣見表1。

表1 層次分析法判斷矩陣

表1中,A=(a1,a2,…am)為準則層;B=(b1,b2,…bn)為影響目標的準則數;m為指標層;n為指標數量。若兩個因素處于同一水平,則需要按照重要性進行標度量化,而量化過程是整個分析法的核心。在單層排序和檢驗的基礎上,還需要進行總層次排序,最終達到定性地對因素權重進行排列。該方法結構較為簡單,對設計因素的具體信息參數要求不高,對水利工程因素權重排列具有一定意義。因為無論是環境因素還是管理問題,都難以尋找具體參數。

在信息熵的基礎上,生成一種具有客觀性的權重確定方法。這種熵權法根據指標變異程度,計算各因素的熵權,再根據熵權對權重進行修正,從而保證權重的客觀性,修正層次分析法的權重分布[8-10]。設若干個評價對象和指標,標準化后將構成初始矩陣,使用范圍有限,但對于水利工程工期分析而言,能在層次分析法的基礎上去除專家的主觀干擾。需要說明的是,該方法對樣本數據有一定要求:樣本數量充足;無量綱歸一化時具有單調性;在評價過程中,保證數據必須大于零,以避免計算時遇到過多的極值情況。

最后采用灰色系統理論完成風險評估工作。該系統對同時存在未知和已知信息、樣本數量小的數據存在較好效果,整體路徑是通過分析已知信息的規律來處理未知信息,最終將代表未知的灰色變為已知形態的白色[11-12]。聚類能將工期風險因素合成特定類別,通過關聯聚類將系統中的元素關聯程度組合起來。

水利工程工期風險評價模型是通過上述識別方法進行識別,再按照層次分析法初步確定權重,通過熵權法進行優化,將確定好權重的風險類型加入灰色聚類進行最終評價。見圖1。

圖1 水利工程風險分析路徑圖

在此路徑下,通過各種識別方法得到不同類型風險因素,由于風險具有不確定性,需要建立科學的評價指標體系。在權重確定前,該體系分為目標層(A)、準則層(B1-B4)、方案層(C11-C43),通過專家建議和實際調查,評價體系見圖2。

圖2 水利工程工期風險指標體系

在指標體系建立之后,應構建風險評價等級,以確定級次。本研究根據風險大小,構建等級為1-5的評價體系。在確定權重時,還需要進行主客觀賦值。采用線性加權的方式進行組合權重求值,計算公式如下:

Yij=aWij+(1-a)Wij′

(1)

式中:Yij為指標ij的組合權重;Wij和Wij′為指標ij的主觀權重和客觀權重;i為具體指標所在準則層編號;j為指標序號;a∈[0,1],通常采用式(2)的差異系數法計算。

(2)

式中:n為指標數量;P1,P2,...,Pn為基于主觀權重的排序值。

在確定組合權重后,進行灰色聚類評價。該評價將確定每個風險等級的情況,再根據各等級,確定對應的白化權函數,通過計算灰色聚類系數和層次權向量,得到灰色綜合權向量矩陣。

2 基于組合權重的灰色評價在水利工程工期風險分析中的應用

根據菏澤市的情況,進行初步風險識別。在層次分析法的基礎上,邀請6位專家對風險進行賦值,結果見表2。

根據表2的數據情況,確定判斷矩陣。再按照方根法,計算特征向量與特征值。通過歸一化處理,得到矩陣的最大特征根λmax,經一致性檢驗后,權重將被接受。結果見圖3。

圖3 層次分析法權重分配結果

圖3結果的最大特征值λmax為4.214,一致性指標CI值為0.041,隨機一致性指標RI為0.89,檢驗系數CR為0.056。按照同樣的方法,對指標層風險因素進行分析,得到的最終結果見表3。

表3 各層次權重計算結果

根據表3的層次分析法計算結果,引入熵權法進行權重確定。就方法而言,層次分析法的某些指標權重與熵權法差異較大。前者多以經驗為主,后者以數據信息為主,互相彌補,在兩者之間確定的線性組合權重法能兼顧兩者的長處。該過程將先計算指標權重,再將水利工程工期風險樣本轉化為標準矩陣,最后計算熵權。當各權重與熵值計算之后將進行組合權重計算,采用線性組合法進行計算,結果將作為灰色綜合評價的數據源。在進行灰色評價時,將計算各等級對應的評價系數,再將各系數進行求和,各指標體系均是按照同樣路徑計算,最終得到關于準則層的灰色向量矩陣。

將工期風險評價值設為E,根據所構建的灰色聚類方法,指標層的風險評分結果見圖4。

圖4 灰色聚類對工期風險的評價結果

根據圖4的灰色評價結果可知,位于菏澤市的水利工程工期風險等級為中等。經過專家再次檢驗,評價結果與實際情況相符。根據風險等級分類,較高風險為氣候影響、組織架構。中等風險為水文條件、政策影響、施工技術、管理監督、人員物料、資金情況。較低風險為突發情況、物價情況、當地生活影響以及基礎設施情況。

根據風險權重分析和評價結果可知,需要注意幾個風險等級較高的因素,即氣候和組織架構的影響(評價值分別為3.621、3.619)。其中,人為因素的風險最大,占比重最多。自然環境的影響和社會情況是可見的,可通過相關技術防范進行管控,而人為因素大多趨于隱蔽,難以發現,從風險識別開始就為評估工作帶來阻礙。因此,建議加強人員技術培訓,提高管理人員及一線人員的業務能力,加強管理與施工之間的溝通與銜接,選拔人才以能力為本位,充分發揮主觀能動性。

3 結 論

水利工程施工需結合多方面因素進行風險決策,本研究設計評價模型,從風險識別到各因素權重分析再到風險評價,以防止因遺漏帶來的損失。在此路徑下構建的權重組合,是利用層次分析法構建評價體系,準則層數量為4,下級指標層共9個,通過熵權理論,降低該權重體系中的主觀因素,將確定好的權重體系加入灰色聚類。結果表明,氣候條件影響和管理監督的風險評價值最高,分別為3.621和3.619。從準則來看,人為因素影響最大,所占比重最多,應當引起注意。該風險評價模型做到了主觀與客觀兼顧,為水利工程施工的工期風險評估工作提供了思路。