基于集对-层次分析法的长距离引水工程超支风险评价

(东营市利津县水利局,山东 东营 257400)

1 引 言

目前，我国水资源短缺现象十分严重，且空间分布也不均衡。因此，有必要采取科学、经济、合理的跨区域调水，解决我国水资源空间分布不平衡的问题。但是，跨区域引水远远超出了纯水利工程的范畴。施工中的不确定因素较多，往往造成成本超支。

国内许多专家学者对工程造价风险进行了研究。李晓英等通过研究大型水电工程建设项目的成本风险，为施工企业成本控制提供有效的决策信息[3]。有关专家等提出了用粗糙集和决策熵评价模型来评价水利工程监理投标风险，同时，也提出了将CIM模型与蒙特卡罗模拟技术相结合的投资风险分析方法，研究了大型水利工程投资概率风险，为成本分析提供了经验[4-6]。陈光念等基于层次分析法对工程项目超预算、超概算、超期决算问题进行了评价，并建立了基于层次分析法的项目风险评价模型[7-8]。徐娜等应用WBS-BRS对水利工程全过程管理进行风险识别，可以有效地控制水利工程实施过程中可能出现的风险[9-10]。本文研究的成本超支是指结算价格大于预算价格。

2 评价指数系统建立

结合长距离引水工程的特点，选择WBS-RBS 4作为评价指标，结合文献查阅[11-12]，对长距离引水工程全过程中的成本超支风险(结算价格大于预算价格)进行识别。WBS-RBS方法是一种有效的风险识别方法，能够对项目周期中的成本超支风险进行详细分析，掌握项目整体风险。通过WBS-RBS和文献查阅，从引水工程五个阶段共选取28个风险评价指标，建立了引水工程风险评价指标体系，见表1。

表1 基于集对-层次分析法的长距离水利枢纽引水工程风险评价指标

续表

3 项目成本超支风险评价模型

集对-层次分析法是1989年我国学者赵克勤提出的确定性、不确定性的系统分析方法[13]。区间层次分析法是层次分析法范畴中的一类，它是用相对软的区间数来表示原始数据和结果数据。集对-层级分析法相结合可以综合定量和定性方法，具有客观性和主观性[14]。

3.1 长距离引水工程成本超支风险评价标准

根据前人的研究，风险概率及其影响程度影响风险规模。因此，通过风险发生概率及其影响程度来研究长距离引水工程成本超支风险。

3.1.1 长距离引水工程成本超支风险概率标准

根据国家风险管理风险评估技术标准8，成本超支风险概率可分为五个等级，见表2。

3.1.2 长距离调水工程成本超支风险的影响评价

根据风险管理风险评估技术的国家标准，超额风险对成本的影响程度分为五个等级，见表3。

表2 长距离引水工程成本超支风险的概率评价标准

表3 长距离引水工程成本超支风险影响分级标准

风险规模定义为风险发生概率与风险损失程度的乘积。具体公式如下：

R=G(p,r)=pr

(1)

式(1)中，R为风险等级，p是风险发生概率，r是风险影响度。通过该公式可以得到风险规模的大小。为了便于集对分析和分级，本文利用模糊区间理论对风险度进行分类，详情见表4。

表4 长距离引水工程成本超支风险分级区间标准

3.2 确定风险因素权重

(2)

(3)

不确定区间数判别矩阵为

一致性数判别矩阵必须满足集对分析的对立性要求，表示为M=(mij)m×m，其中，计算公式中mij以式(4)计算：

(4)

相容数判别矩阵的权重向量M为ω=[ω1,ω2,ω3,…,ωn]，ω可以用式(5)计算，i=1,2,3…m。

(5)

(6)

(7)

距离矩阵的权重可用公式(8)计算，k=1,2,3…m。

(8)

3.3 关联度计算

关联度可以从同一性、差异性和对立性的角度来评价风险水平，并且能够较好地解决评价风险属于一定水平时的不确定性，提高评价的准确性[15]。

3.3.1 单因素联动措施的计算

假设存在P风险因素。长距离引水工程处于一定阶段，每个风险因素都有q指标。索引矩阵的构造如下：

假设q指数的风险被划分为B风险级别，并且标准矩阵值为

式中，xq0～xq1指数q的标准极限值为I级；xq1～xq2指数q标准限值为II级；xq(C-1)～xqB指标q标准限值为B级。通过专家调查和评价标准得到的样本指标集形成集对。当某一指标处于这一水平时，就视为同一，取值为1；当该指标处于两个水平以上时，就视为对立，取值为-1；当该指标处于相邻水平时，就视为差异，取值区间为[-1，1]。建立四个关联度函数，如图1所示。

3.3.2 计算风险综合关联度与评价风险水平

3.3.2.1 单层次集对评价

单级评价指标体系关联度和指标权重的乘积为总风险关联度，见表5。

μ(1)j=11-2(yj-xj(1))xj(2)-xj(1)-1ìîíïïïïï yj∈[xj(0),xj(1)]yj∈[xj(1),xj(2)]yj∈[xj(2),xj(4)]μ(2)j=1-2(xj(1)-yj)xj(1)-xj(0)11-2(yj-xj(2))xj(3)-xj(2)-1ìîíïïïïïïïï yj∈[xj(0),xj(1)]yj∈[xj(1),xj(2)]yj∈[xj(2),xj(3)]yj∈[xj(3),xj(4)]μ(3)j=-11-2(xj(2)-yj)xj(2)-xj(1)11-2(yj-xj(3))xj(4)-xj(3)ìîíïïïïïïïï yj∈[xj(0),xj(1)]yj∈[xj(1),xj(2)]yj∈[xj(2),xj(3)]yj∈[xj(3),xj(4)]μ(4)j=-11-2(xj(3)-yj)xj(3)-xj(2)-1ìîíïïïïï yj∈[xj(0),xj(2)]yj∈[xj(2),xj(3)]yj∈[xj(3),xj(4)]

图1 Ⅰ～Ⅳ级风险关联度计算函数

表5 单级集对

3.3.2.2 多级集对评价

远程引水工程成本超支风险评价是多级集对评价。计算方法是按单层次对评价指标的各类风险要素进行评价，并按上级权重综合评价结论，完成基于低级综合评价的高级评价，逐步计算到最终，这类评价即Y型多级集对评价。

4 案例分析

山东省胶东地区引黄调水工程全系统始于山东省引黄济青工程渠首博兴县引黄闸，最终到达威海市米山水库，输水工程干渠总长526km，涉及215栋不同规模的建筑物。总投资413亿元，其中静态投资225亿元(主项目175亿元，水库及上游水污染防治水土保持项目40亿元)。

4.1 确定和排序指标权重

可以获得一致性判别矩阵权重，如下：

ω=(0.4760,0.1667,0.2480,0.1090)

距离矩阵的权向量为

Δ1ωj=[0.068,0.033,0.034,0.013]

Δ2ωj=[0.034,0.043,0.086,0.049]

根据式(8)和式(9)，使用集对法构建4个指标关联区间，并将权重值传递和排序来确定决策风险因子下4个指标的区间不确定性权重，如下：

某些部分的相对权重、不确定部分的权重和上述两者的综合权重如下：

ωCE=(0.45,0.17,0.27,0.11)

ωUNCE=(0.44,0.18,0.29,0.09)

ω=(0.63,0.09,0.25,0.03)

4.2 关联度计算

聘请5位专家对二级指标进行初步风险评价。基于评价指标的分类标准与关联度函数获得风险关联度数值与风险水平，见表6。

表6 长距离引水工程成本超支风险因素的关联度与风险评价

续表

单因素关联度计算结果风险级别等级“高”的因素为：投资估算B11、引水工程建设不经济标准B12、引水不利线路选择B13、引水工程B22调查数据错误、引水工程设计错误B31、中标价低于结算价B43、合同文件内容缺陷B53、施工单位造假成本B82；处于“很高”等级的因素为：价格(劳动力、材料、机械)B71、施工变更风险B91、设计变更风险B92；其他风险因素属于中等水平。

根据关联度，在施工期的五个阶段中，成本决策和施工阶段的超限风险较高。更高层次风险是不可接受的风险，是造成成本超支的主要原因。建设方必须采取相应的转移措施规避风险。设计阶段的超额风险，投标和竣工验收阶段虽处于中等水平，在可接受范围内，但为了防止风险发展到较高或更高水平，有必要对投标和竣工验收阶段成本控制措施进行跟踪观察。

5 结 论

通过WBS-RBS和文献查阅，对长距离引水工程成本超支风险进行了全面、系统的分析，建立了长距离引水工程成本超支评价指标体系，采用集对-层次分析法进行了计算。以远距离引水工程成本超支风险指标权重为视角，结合关联度计算各风险因素的风险水平。

计算结果表明，引水工程造价超支风险主要发生在决策和施工阶段。结合实际情况，引水工程已基本完成，超限严重。此外，成本超支的主要原因是在决策和施工阶段没有规避和转移风险。

研究得出的结论与实际情况相符，说明本研究具有一定的现实意义。同时，希望通过研究，为建设单位提供有效的成本超支风险决策信息，防止成本超支，为建设部门节约投资。