三角模糊数在水利工程建设项目风险评估中的应用

柏 茜 刘 波 姜新佩

(1.河北工程大学水利水电学院，河北 邯郸 056038；2.河北工程大学土木工程学院，河北 邯郸 056038)

随着我国水利事业发展日趋成熟，相应项目建设技术以及项目风险评估方法也逐渐趋于成熟稳定，但其项目风险评估方法仍然十分欠缺[1]。水利工程是一项十分复杂的建设项目，风险影响因素来自多方面，所以，水利工程建设项目风险评估在政府、学界和社会中引起广泛关注[2]。

水利工程建设项目的风险评估是水利工程建设项目管理的基础和核心[3]。模糊综合评价法是目前风险评估的主要方法之一，它运用多值逻辑有效处理评估语言的不确定性，也已经运用于水利工程建设项目风险评估[4-5]。概率统计法能够计算出目标因子的概率分布[6-8]，在水文、水资源等风险评估问题中可以适当运用。上述风险评估的方法能够在水利工程建设项目的风险评估中起到一定的评估作用，但是水利工程建设项目的影响因素不单是某一方面的，而是多元多方面的，主要表现在其项目周期过长、参与主体多元化等，因此，急需建立一种适用于水利工程建设项目的风险评估模型。

1 风险评估模型的建立

为了满足水利工程建设项目的风险评估需要，结合现有的研究基础，本文通过模糊评价集以及语义还原的方法，构建出一个适用于水利工程建设项目风险的评估模型[9-12]。该评估模型的优点在于：ⓐ模型中的专家库由水利行业研究院校的科研人员、水利行业施工单位管理人员和技术人员、水利行业设计单位设计人员等多元主体构成，来自水利工程事业各分支领域的专家观点能将更多方面的影响因素考虑在内，使得结果更加全方位多角度，可有效降低因历史资料匮乏带来的问题；ⓑ通过处理多元主体的风险评估语言找到相应的风险综合影响，由此也可以对各类风险对水利工程建设项目的影响程度作出评估，具体操作步骤如下。

1.1 建立项目风险清单

当前，水利工程建设项目风险来源已被深入研究。例如，艾世攀[13]和杨建斌[14]等将水利工程建设项目风险分为五大类风险，利用灰色聚类法和模糊层次综合评价法分别对水利工程建设项目风险进行评估。本文结合相关研究，根据水利工程建设项目的立项、建设和管理三个阶段，将水利工程建设项目风险指标初步划分为项目立项阶段项目的可行性风险、项目的招标风险、资金的投资风险、合同的违约风险，项目建设阶段施工技术的支持风险、施工进度的控制风险、工程质量的控制风险、工程建设的资金风险、运营维护的成本风险，项目管理阶段人员和设备的管理风险、自然灾害风险以及财务管理风险。

1.2 构建风险指标模糊评价集

首先，需要对项目风险发生的可能性建立评定体系，用“不可能”“可能”以及“中等”等模糊性语言评估[11-12]，同时将模糊评价集转换为数学语言，即为模糊语言赋值。因此，建立起由模糊评价集和模糊语言赋值组成的水利工程建设项目风险指标发生的模糊评价体系。则模糊评价集Hp={极不可能，不可能，中等，可能，很可能}，模糊评价集中对应的评估语言赋值为{1，2，3，4，5}。

其次，需要对风险发生的影响程度进行评定。在此，以“高”“低”等模糊性语言评估风险影响的大小，类似地，组成一个水利工程建设项目各风险发生时对工程项目影响程度的模糊评价集He={极低，低，中等，高，极高}，也将其对应地赋值为{1，2，3，4，5}。

用三角模糊数表示风险发生的模糊评价集Hp和结果影响程度的模糊评价集He时，Hp、He与α截集之间的关系见表1。

表1 模糊评语的三角模糊数及α截集表示形式

1.3 评估风险发生概率与风险影响程度

根据上述构建的风险模糊评价集，把已建立的风险发生模糊评价集HP，通过评价集对应的模糊语言赋值转化为专家评估矩阵P[15]，矩阵P的行和列分别由m位专家和n类风险构成。

类似地，将结果影响程度模糊评价集He转化为专家评估矩阵C，矩阵C的行、列分别由m位专家和n类风险构成。

根据比率分配法(LEE等)[6]，通过利用三角模糊数计算各风险会发生的概率，就能得到每个模糊数的精确值。

1.4 还原风险综合影响评估结果

通过以上述步骤得出风险综合评估结果的模糊数形式，利用求解两集合间距离的欧几里德和改进的欧几里德方法求解出模糊数间的语义距离，就可将风险评估结果转换为自然语言。具体步骤如下：

假设存在模糊数A、B、C和D，其中，将A和B定义为三角模糊数，将D为预定模糊评语，并假设C=AB。再把A、B和D分别表示为模糊数(l1,m1,n1)、(l2,m2,n2)和(l3,m3,n3)，先根据语义距离计算公式计算出Cmin(i)和Cmax(i)(i=α，α取0或1)，Cmin(0)=l1l2,Cmax(0)=n1n2,Cmin(1)=Cmax(1)=m1m2。根据以下公式计算出C与D之间的语义距离为

(1)

最后，取每个风险指标语义距离dCD的最小值，即认为该风险指标最接近自然语言距离。

2 水利工程建设项目风险评估实证分析

本节通过运用上述所建立的模型，结合实例，对安徽省绩溪抽水蓄能电站建设项目的风险进行评估。

2.1 项目概况

安徽省绩溪抽水蓄能电站始建于2012年11月，位于安徽省绩溪县境内。该蓄能电站上库总库容1059.890万m3，下库总库容1094.480万m3。抽水蓄能电站位于登源河的北支流，赤石坑沟口的上岭前、下岭前村所在的山间盆地，电站装机容量1800MW(6台×300MW)，水轮机额定水头599m，为大(1)型工程。

2.2 项目风险评估结果

为了对项目的风险状况进行评估，本研究选择了来自设计、施工、建设单位和水利行业主管部门等6类水利工程领域或相关领域的专家进行风险问卷调查。

2.2.1 建立风险清单

根据专家调查结果，结合水利建设项目的特点，选择立项阶段、建设阶段和管理阶段三个阶段中的12个风险影响因子进行研究，见表2。

表2 水利工程建设项目风险清单

2.2.2 构建风险模糊评价集

结合风险清单，从科研院校等单位选择了科研类专家E1、技术类专家E2、管理类专家E3、经济类专家E4、设计类专家E5、质量类专家E6等6类专家，通过对12种风险因子进行预判，构建出风险发生可能性模糊评价集Hp和风险后果影响程度的模糊评价集He。

由表3可知，施工技术支持风险、工程质量控制风险和工程建设资金风险是12种风险因子中发生概率最大的3种风险因子。

表3 风险发生概率

确定风险发生的概率值与风险影响程度概率值的计算方法类似，C(Xi)表示第i类风险(i=1,2,…,12)对项目后果的影响程度。项目中各种风险的影响结果见表4。

表4 项目风险后果影响程度

由表4可知，12种风险因子中对项目后果影响最大的分别是以下4种：投资资金、施工技术支持、工程质量控制和自然灾害对项目结果的影响风险。

2.2.3 还原风险综合影响评估结果

根据水利工程建设项目风险评估中的式(1)，本文以项目可行性风险对项目的影响为例，计算模糊评语中的语义距离。得到P(X1)、C(X1)的模糊数：P(X1)=(0.435,0.685,0.853)，C(X1)=(0.395,0.645,0.808)。则

(2)

同理可求出与低、中等、高、极高的语义距离分别为：0.373、0.129、0.628、1.027，用其中的语义距离最小值作为判断风险影响的依据，由上述计算结果显然可知项目可行性风险对项目的影响为中等。

用相同的方法，对其他语义还原的结果见表5。

表5 语义还原

从表5可以看出，对项目综合影响程度高的是施工技术支持风险和工程质量控制风险；综合影响程度低的主要是项目招标风险和财务管理风险；综合影响程度极低的为人员和设备管理风险；其余的皆对项目的综合影响程度为中等。

3 主要结论

通过将三角模糊数应用到水利工程建设项目施工期风险评估中，可得出以下结论：

a.水利工程建设中最重要的阶段是建设阶段，政府、建设和监理单位应在该阶段增加工程质量监管；施工单位应提高施工技术、改善施工设备等。

b.在项目立项阶段，政府及相关部门应加强对项目的审核，可行性不足的项目不予通过；建设单位应在招标前预留足够的建设资金，完善招标制度。

c.三角模糊数评估模型能够对各个风险因子分别进行评价，并划分风险高低的评价等级，为相关单位提供参照。