基于模糊層次分析的水利工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估及控制研究

諸衛(wèi)衛(wèi) 南京市水務(wù)工程建設(shè)管理中心

1.引言

水利工程不僅是國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，還是帶動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要投資渠道。我國(guó)是一個(gè)水資源分布不均的國(guó)家，水利工程的建設(shè)不僅可以更加高效的利用水資源，還可以對(duì)水資源進(jìn)行有效的管理控制。水利工程是“功在當(dāng)代利在千秋”的基礎(chǔ)工程，同時(shí)也是高投資、長(zhǎng)周期工程的典型代表。水文環(huán)境、投資結(jié)構(gòu)、組織管理、經(jīng)濟(jì)、自然、技術(shù)等風(fēng)險(xiǎn)因素會(huì)在水利工程建設(shè)的不同階段對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生較大影響[1]，因此需要對(duì)水利工程項(xiàng)目進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和評(píng)價(jià)，及時(shí)做出風(fēng)險(xiǎn)控制，最大限度地減少風(fēng)險(xiǎn)對(duì)工程造成的損失，從而保證水利項(xiàng)目的順利完工。

2.水利工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系及模糊層次評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.1 水利工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)

水利工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)具有以下幾方面的特點(diǎn)：第一，工程專業(yè)性很強(qiáng)，水利工程具有較強(qiáng)的專業(yè)性，對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)方的技術(shù)和能力的要求較高。第二，項(xiàng)目責(zé)任主體多且復(fù)雜。水利工程參與方包含了政府、工程承包商、分包商、設(shè)計(jì)方等等，這些責(zé)任主體的任何一方出現(xiàn)問(wèn)題都有可能對(duì)項(xiàng)目產(chǎn)生較大的風(fēng)險(xiǎn)[2]。第三，監(jiān)管難度較大，水利工程項(xiàng)目的施工期較長(zhǎng)，并且后續(xù)管理時(shí)間長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年，而監(jiān)督需要貫穿項(xiàng)目的全生命周期，對(duì)于監(jiān)管方來(lái)說(shuō)，具有一定的難度。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)指標(biāo)體系構(gòu)建

首先需要獲取水利工程項(xiàng)目的全部數(shù)據(jù)，其次對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全方位的整理和分析，提煉出風(fēng)險(xiǎn)因素，建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別清單。最后構(gòu)建針對(duì)項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的核心[3]。通過(guò)對(duì)水利工程全周期風(fēng)險(xiǎn)事項(xiàng)的分析，同時(shí)參考覃雪瑩（2019）、周藝旋（2020）、毛媛媛（2020）等學(xué)者對(duì)于水利工程風(fēng)險(xiǎn)的研究，構(gòu)建了如表1所示的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

2.3 模糊層次評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

2.3.1 確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重

使用層次分析法確定權(quán)重的步驟流程如下：

（1）建立不同影響因素的兩兩判斷矩陣。評(píng)價(jià)指標(biāo)層級(jí)結(jié)構(gòu)確定之后，則上下級(jí)指標(biāo)的隸屬度關(guān)系也已經(jīng)確定，因此需要將同一級(jí)別指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較構(gòu)建判斷矩陣，通過(guò)該矩陣來(lái)計(jì)算各個(gè)指標(biāo)所占的權(quán)重，然后通過(guò)標(biāo)度值來(lái)對(duì)所有的指標(biāo)進(jìn)行綜合對(duì)比，并根據(jù)指標(biāo)的重要程度來(lái)最終確定權(quán)重[4]。矩陣標(biāo)度值如表2所示。

表2 判斷矩陣標(biāo)度值涵義

隸屬于同一個(gè)層次的若干個(gè)指標(biāo)，可以組成判斷矩陣A，那么

其中：aij＞0，aii=1

（2）計(jì)算權(quán)重。使用幾何平均法來(lái)計(jì)算三級(jí)指標(biāo)之間權(quán)重的相對(duì)計(jì)算。幾何平均法的計(jì)算如下：

式中：aij表示因素i與因素j的重要性之比。

公式（1）的計(jì)算步驟為：

①計(jì)算判斷矩陣的每一行的乘積M。即：

②計(jì)算Mi的n次方根：

③將方根向量歸一化：

最終歸一化的Wi就是各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

（3）計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax

矩陣最大特征值的計(jì)算公式如下：

2.3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的構(gòu)建

根據(jù)上文已經(jīng)構(gòu)建的水利工程風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，構(gòu)建不同層級(jí)的評(píng)價(jià)指標(biāo)集X，X={X1，X2，X3，X4，X5，X6}，其中X1-6是表1中所列出的六個(gè)風(fēng)險(xiǎn)大類，同理，構(gòu)建三級(jí)指標(biāo)的評(píng)價(jià)因素子集，記為Xi，則

表1 水利工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

上式中，i=1，2，3，4，5，6。j=1，2，3，…，n。j的具體取值取決于構(gòu)建的表格中的三級(jí)指標(biāo)數(shù)量。

評(píng)語(yǔ)集主要表示的是不同風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果的集合，本文構(gòu)建的評(píng)語(yǔ)集為V=（v1，v2，v3，...vn），一般情況下，評(píng)語(yǔ)集共設(shè)置五個(gè)維度的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，因此評(píng)語(yǔ)集V=（v1，v2，v3，v4，v5）=(非常安全，安全，一般，危險(xiǎn)，非常危險(xiǎn))。每一個(gè)等級(jí)分別對(duì)應(yīng)模糊子集。

通過(guò)百分制的分?jǐn)?shù)將定性的風(fēng)險(xiǎn)因素劃分為五個(gè)等級(jí)，分別是：

非常安全=[80，100]，安全[60，80]，一般[40，60]，危險(xiǎn)[20，40]，非常危險(xiǎn)[0，20]，通過(guò)專家的評(píng)分建立了等級(jí)模糊子集之后，確定隸屬度函數(shù)[5]。

隸屬度函數(shù)表示第i個(gè)一級(jí)指標(biāo)中的第j個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素屬于第k級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的隸屬度。利用專家投票表決人數(shù)除以專家總?cè)藬?shù)，最終得到隸屬度，即

確定了所有因素的隸屬度之后，可以建立模糊矩陣：

經(jīng)過(guò)層次分析法得到最終的權(quán)重矩陣Wi。

在完成上述計(jì)算步驟之后，通過(guò)合成算子得到最終的評(píng)價(jià)結(jié)果：

將最終計(jì)算出的S數(shù)值進(jìn)行排列就能得出所有評(píng)價(jià)對(duì)象的優(yōu)劣，而后通過(guò)優(yōu)劣結(jié)果進(jìn)一步的提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

3.工程案例

為了確保分析方法的可行性，以某地區(qū)水利灌溉二期工程為例，工程渠系總長(zhǎng)179.687km，其中：明渠長(zhǎng)81.614km，暗渠長(zhǎng)14.716km，渡槽127座，長(zhǎng)10.604km，隧洞76座，長(zhǎng)65.983k m，倒虹管5座，長(zhǎng)6.771km。工程建設(shè)完畢之后，可以新增灌溉面積33.64萬(wàn)畝，改善灌溉面積12.21萬(wàn)畝。

根據(jù)層次分析法構(gòu)建的指標(biāo)體系來(lái)進(jìn)行相關(guān)資料的搜集，并邀請(qǐng)專家對(duì)相關(guān)二級(jí)指標(biāo)進(jìn)行兩兩判斷，以金融風(fēng)險(xiǎn)為例具體見(jiàn)表3所示。

表3 金融風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣

經(jīng)過(guò)公式1-5的計(jì)算可以最終得到W1=[0.2790.2690.2770.215]，其中四個(gè)權(quán)重分別對(duì)應(yīng)金融風(fēng)險(xiǎn)中的資金可獲得性風(fēng)險(xiǎn)、利率風(fēng)險(xiǎn)、融資成本風(fēng)險(xiǎn)、通貨膨脹風(fēng)險(xiǎn)。將所有的指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行計(jì)算之后得到結(jié)果（表4）。

表4 水利工程評(píng)價(jià)體系權(quán)重表

根據(jù)相關(guān)專家的打分可以得到模糊關(guān)系矩陣分別是：

計(jì)算出六個(gè)維度的矩陣之后，根據(jù)表4中所得出的各個(gè)影響指標(biāo)的權(quán)重，應(yīng)用公式（8），可以得到對(duì)應(yīng)的數(shù)值：

在得到每一部分指標(biāo)的評(píng)價(jià)矩陣之后，建立總評(píng)價(jià)矩陣S，計(jì)算得出總評(píng)價(jià)矩陣S=[0.51860.40960.080800]，根據(jù)最大隸屬度原則，判定該水利工程二期工程的風(fēng)險(xiǎn)水平的最終評(píng)語(yǔ)，需要尋找到S數(shù)值中最大的元素所對(duì)應(yīng)的評(píng)語(yǔ)集，在最終計(jì)算的結(jié)果中S1數(shù)值最大，因此對(duì)應(yīng)評(píng)語(yǔ)集V中的V1，V1在評(píng)語(yǔ)集中所代表的的評(píng)語(yǔ)是“非常安全”，因此可以得出本工程的綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果是非常安全。

4.工程風(fēng)險(xiǎn)控制措施

工程風(fēng)險(xiǎn)控制是明確工程風(fēng)險(xiǎn)之后的控制措施。第一，金融風(fēng)險(xiǎn)的控制措施，首先，融資成本風(fēng)險(xiǎn)，水利工程的融資成本主要與銀行的利率波動(dòng)以及公司信譽(yù)有關(guān)聯(lián)，因此可以探索除了銀行之外的企業(yè)債券、股權(quán)融資、中期票據(jù)等多樣化市場(chǎng)化融資方式。其次，水利項(xiàng)目可以考慮引入更多的社會(huì)資本，共同參與項(xiàng)目的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，通過(guò)這種方式落實(shí)資金，增加資金的獲得渠道。第二，建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的控制措施，首先，在工程建設(shè)中要避免施工方案的變更。其次，在保證工期的前提下適當(dāng)加快施工進(jìn)度，同時(shí)要探索是否能同時(shí)開(kāi)工，節(jié)省建設(shè)時(shí)間。第三，運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的控制，水利項(xiàng)目建設(shè)完成之后要聘請(qǐng)專業(yè)的運(yùn)營(yíng)團(tuán)隊(duì)來(lái)運(yùn)營(yíng)項(xiàng)目，保障水庫(kù)后續(xù)的高質(zhì)量運(yùn)轉(zhuǎn)，同時(shí)還可以依托于水利工程建設(shè)之后的自然環(huán)境開(kāi)發(fā)生態(tài)旅游、生態(tài)養(yǎng)老以及農(nóng)家樂(lè)等項(xiàng)目，增加運(yùn)營(yíng)的收入來(lái)源。

5.結(jié)語(yǔ)

水利工程建設(shè)投資金額大、投資時(shí)間長(zhǎng)、回報(bào)較低、參與主體多，因此在建設(shè)過(guò)程中可能會(huì)面臨較多的風(fēng)險(xiǎn)，為了確保水利工程項(xiàng)目的良好運(yùn)行，需要對(duì)水利工程項(xiàng)目全周期內(nèi)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估并判斷。本文使用層次分析法加模糊綜合評(píng)價(jià)的方法對(duì)水利工程的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)價(jià)，通過(guò)分析證明了該方法的科學(xué)性和有效性。