网络分析法在水利工程施工安全风险分析中的应用

游涛++吴雨晴++李海交++张家强

摘 要：水利工程项目在开发建设过程中往往面临着来自自然、经济、技术和社会环境等诸多因素的干扰和风险，其风险因素之间往往是相互关联、相互影响的。针对此问题，提出了在层次分析法基础上发展而来的网络分析法对水利工程施工安全风险进行分析，首先采用德尔菲法获取施工安全风险关键指标因素及指标因素间的关系；其次建立风险因素多准则、多层次的ANP结构模型，借助于Super Decision进行模型的计算和分析；最后依据所建立的模型，以大源渡二线船闸为例，应用此方法求得风险因素总排序，为工程施工风险管理和控制提供依据，得出的结论符合工程客观实际。

关键词：风险因素 网络分析法 德尔菲法 结构模型

中图分类号：TU723.3 文獻标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）03（b）-0109-03

为保证水利工程项目顺利实施，对其进行风险评价和风险管理具有重要意义。风险分析常用的方法有综合评判法、层次分析法、模糊综合评判法等。在众多的风险分析方法中，层次分析法AHP（The Analytic Hierarchy Process）是目前比较常用的一种方法，但是由于AHP的应用前提是评价指标是独立的递阶层次关系，即各层次中元素之间是相互独立的，因此在处理复杂系统中的相互关联元素评价问题时受到了局限。而水利工程施工中涉及的技术问题、自然环境、组织管理和社会环境等的风险往往是相互联系、相互影响的，各安全风险因素所构成的是网络循环结构而并不是递阶层次结构。AHP在分析这样的问题时不能更好地反映各风险元素之间的本质联系，因此存在缺陷。而在AHP基础上发展起来的网络分析法ANP（The Analysis Network Process），正好能够将系统内各元素的关系用类似网络结构表示，表现各风险元素之间的相互影响和反馈，不仅弥补了AHP的缺陷，而且对复杂系统的描述更深刻，模型更加接近实际情况。

1 网络分析法简介

1.1 ANP理论

网络分析法ANP是美国匹茨堡大学的T.L.Saaty教授[1]于1996年在层次分析法的基础上，考虑各因素或相邻层次之间的相互影响，发展起来的一种适用于非独立反馈系统的决策方法[2]。ANP的特点就是，在AHP的基础上，既考虑同一元素集内各元素之间的相互影响，又考虑不同元素集之间的相互影响，避免了AHP在建立递阶层次结构时的假设条件，利用超矩阵对各相互影响的因素进行综合分析得出其权重，更符合实际情况。

1.2 ANP网络结构

ANP一般将元素划分为控制层和网络层2个部分。控制层包括目标和决策准则，所有的决策准则只受目标支配且彼此独立，每个准则的权重均可用AHP方法获得，控制层中可以没有决策准则，但至少有一个目标。网络层由所有受控制层支配的元素组成，元素之间相互影响，形成网络结构[3]。

1.3 构造ANP的典型结构

首先构造控制层，先界定目标，再界定决策准则。其次构造网络层，它是由所有受控制层支配的元素组成的，其内部是相互影响的网络结构。

1.4 构造ANP超矩阵计算各元素权重

解超矩阵是ANP权重确定的核心工作，这是一个非常复杂的计算过程，手工运算难度很大，借助Super Decision软件可以解决这个问题。

2 实例分析

2.1 工程概况

大源渡航电枢纽位于湖南省衡山县湘江干流，距衡阳市62 km，是湘江衡阳至城陵矶439 km千吨级航道的第一个以电养航的航电枢纽工程。近年来船闸日开闸次数逐年增多，通过能力已接近饱和，为满足经济发展的需要和航道规划建设的要求，确保大吨位船型能从城陵矶直接通航至衡阳，在大源渡航电枢纽建设二线2 000 t级标准的船闸已十分必要[4]。

2.2 ANP模型的建立

根据风险识别的系统性和全面性原则，采用德尔菲法对大源渡二线船闸施工安全风险因素进行识别，结合大源渡二线船闸的特点，建立大源渡二线船闸施工安全风险的ANP网络结构模型（见图1、表1）。

2.3 ANP模型的计算

（1）确定未加权超矩阵。基于网络模型中各要素间的相互作用，通过专家问卷调查得各要素之间的关联情况（见表2）。对各风险因素采用1～9标度法进行重要度判断打分，建立判断矩阵。例如，在元素集A（建设规模）中，以元素A1（船闸等级）为准则，元素A2（船闸线数）、A3（单级船闸水头高度）按照其对A1（船闸等级）的影响大小进行优势度比较，获得判断矩阵，然后根据判断矩阵得出排序向量。同理，以A2（船闸线数）、A3（单级船闸水头高度）为准则获得在各准则下的排序向量，再将获得的排序向量得到元素集A（建设规模）的排序矩阵W11。按照同样的方法，求得对元素集B、C、D、E的排序矩阵，从而构造出未加权的超矩阵W。

（2）确定加权超矩阵。对未加权超矩阵进行加权得到加权超矩阵。

（3）计算极限超矩阵。加权超矩阵的列向量反映出的是各元素在各自作为次准则下的优势度，并不能反映出整个系统的整体相对排序。这时需要对加权超矩阵求极限。由ANP的基本原理可知，列向量相同的超矩阵是，此时各元素的最终排序向量就是极限超矩阵的单列向量。

由于ANP的计算极为复杂且难度较大，该文借助美国Super Decision公司联合Satty教授编制的专门用于ANP的决策软件Super Decision，完成从模型的所有计算任务。经过Super Decision计算后获得结果见表3。

3 结论

（1）由表3中的权重值可以看出，在众多风险因素中，C1（勘察不足）、B2（气候条件不良）、B1（地质条件不良）、C2（设计不当）、E4（管理力度）、E2（安全及组织机构不健全）是水利工程施工安全中最重要、最关键的风险因素。结合我国近年来发生的水利工程施工安全各类风险事故，绝大部分都是由以上风险因素引起的，这表明ANP在水利工程施工安全风险分析中，是一种行之有效的方法，其分析结果也为水利工程施工风险管理指明了方向。在工程开展过程中要加强前期调查、预测和预防；在选址时应做好地质勘测，绕避不良地质地段；在建设过程中应运用动态控制原理加强对施工过程的管理；要建立健全安全及组织机构，工程规模巨大、参与方众多等特点给项目的顺利实施带来了巨大的挑战，如果缺乏有效的组织管理工作，将不利于项目各参与方的团结协作，甚至给项目造成严重的进度拖延和经济损失。

（2）其次，比较重要的风险有：D5（国家宏观经济政策）、B3（周围环境条件不利）、C3（施工质量控制不合格）、B4（突发事件影响）、D4（通货膨胀）、D1（费用超支）。这些风险虽然不是关键风险，但是风险一旦发生，对项目的影响也是重大的，必须予以重视。这些风险在项目开展过程中要对其进行预防控制和监测管理。

（3）风险的可变性决定了其会随着时间和环境的改变而变化，所以尽管其余的风险发生概率都较小，但也不能不予关注或忽略，这些风险在项目开展过程中要对其进行监测。

（4）在构建ANP模型时，由于需要凭借专家经验对各风险因素进行比较判断，因此分析结果的准确性在一定程度上依赖于专家的主观偏好。所以，在应用ANP法进行风险评价时，应充分考虑专家可信度因素，从而使模型更为客观准确。

该文结合ANP的理论方法，以某船闸施工安全风险分析为例，针对工程本身的特点，采用德尔菲法对工程施工安全风险因素进行识别，建立风险因素多准则、多层次的ANP结构模型，借助于Super Decision进行模型的计算和分析。通过对总排序结果的分析，表明ANP在工程风险分析中能夠有效地处理各种风险因素之间复杂的相互影响关系，从而发现其关键的风险因素，分析结果能为工程项目风险控制和管理提供重要参考，表明了该方法的可行性和有效性。

参考文献

[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] 钟登华，蔡绍宽，李玉钦.基于网络分析法（ANP）的水电工程风险分析及其应用[J].水力发电学报，2008，1（27）：11-17.

[4] 任启明，刘晓平，赵江，等.大源渡枢纽上游引航道隔水墙布置方式研究[J].长江科学院院报，2015（1）：88-91.