基于直觉模糊集的水利工程施工进度风险评价

张 青 周 鑫

（青州水建工程建设有限公司，山东 青州 262500）

0 引言

水利工程近年来得到了迅速发展。规模逐渐扩大，施工工艺逐渐复杂和多样，施工周期逐渐延长，已经成为目前水利工程的主要特点[1]。成本、质量以及进度是水利工程施工中主要的控制对象，三者之间存在着紧密的联系，施工进度的延长会增加施工成本，过分缩短施工进度势必会降低施工质量。因此，为有效控制水利工程施工进度，保障水利工程施工成本与质量的同时保障施工进度，对水利工程施工进度进行风险评价非常有必要。20世纪30年代，美国学者Henery Gatt提出了直觉模糊理论，该理论是介于过渡性理论与中介性理论中的模糊思维理论，认为一个客观事物的表面现象与实际存在着必然的模糊联系。该理论逐渐被应用到风险评价领域中，并且具有良好的应用效果。在国内，对直觉模糊理论的研究比较少。从目前国内水利工程施工进度风险评价现状来看，急需新的进度风险评价方法，解决传统方法在实际应用中存在的间接经济价值较低的问题。基于此，本文提出基于直觉模糊集的水利工程施工进度风险评价方法（简称直觉模糊法），以供相关施工管理人员参考。

1 直觉模糊法对施工进度风险的评价过程

1.1 选择与计算评价指标

根据水利工程施工进度的影响因素，本着一致性、综合性、代表性以及独立性原则确定评价指标。影响水利工程施工进度的因素有很多，大致可以分为人为、环境、技术、社会以及资金五大类。任何一个水利工程施工都离不开人的参与，每个施工阶段都有大量的人员参与，因此人为因素对水利工程施工进度的影响比较大，比如监理人员的业务水平、组织人员的工作效率、技术人员的熟练程度、施工队伍的经验、管理人员的业务水平等，都会影响施工进度计划的实施效果。水利工程施工能否正常运行，还会受到自然条件的限制，比如地质条件、水文条件、气象条件等。水利工程施工中需要使用多种技术，因此，技术因素也是水利工程施工进度的重要影响因素，涉及施工工艺、施工设备和施工材料[2]。水利工程建设不仅仅是一个工程施工，周围的居民和当地政府等社会因素也会对施工进度产生影响，比如周围居民是否顺利转移、居民是否会扰乱施工秩序等[3]。除此之外，水利工程施工进度还会受到资金因素的影响，比如施工方拨款效率、施工资金挪用期限等。

综合以上分析，选取人为因素H、自然因素Z、技术因素C、社会因素K以及资金因素L建立一级指标层，在此基础上建立二级指标层，如表1所示。

表1 水利工程施工进度评价指标

表1中，对于人员的业务水平可以根据人员培训考核情况确定，其计算公式如下：

式中：s——人员的业务水平等级；

n——人员培训考核等级数量；

e——人员最近一段时间内业务考核最高成绩；

r——人员最近一段时间内业务考核最低成绩；

x——业务能力考核标准[4]。

自然条件对水利工程施工进度影响程度计算公式为：

式中：w——地质、水文、气象等因素对水利工程施工进度影响程度；

m——影响程度等级数量；

b——施工区域上一年出现降雨、降雪、降雾、水文地质灾害等频率；

t——降雨、降雪、降雾、水文地质灾害持续时间。

技术因素对水利工程施工进度影响程度计算公式为：

式中：h——技术因素对水利工程施工进度影响程度；

q——施工工艺熟练度；

k——施工材料特性度；

z——施工设备使用率[5]。

社会因素对水利工程施工进度影响程度计算公式为：

式中：p——社会因素对水利工程施工进度影响程度；

y——施工前期移民率；

g——施工区域不安定程度；

d——周围居民对水利工程建设赞同率。

资金因素对水利工程施工进度影响程度计算公式为：

式中：x——资金因素对水利工程施工进度影响程度；

a——施工方拨款效率；

z——资金挪用时长；

v——预算缺口资金数量。

结合水利工程实际情况，按照上述公式计算出每个指标值，为后续直觉模糊集计算提供数据。

1.2 量化评价指标

根据水利工程施工进度管理与控制理论，结合个人工作经验，对选择的评价指标进行量化。由于水利工程施工进度评价指标具有一定的抽象性与模糊性，为了统一指标值，对指标进行归一化处理，其用公式表示如下：

式中：α——归一化处理后的指标值；

κ——归一化系数，通常情况下该系数取值为0.1；

Xmin——水利工程施工进度指标的最小值；

Xmax——水利工程施工进度指标的最大值；

υ——水利工程施工进度指标的中值。

根据水利工程施工进度评价需求，将选择的评价指标划分为一级、二级、三级、四级、五级五个等级，归一化处理后的指标值在40～50 为一级，指标值在50～60 为二级，指标值在60～70 为三级，指标值在70～80 为四级，指标值在80～90为五级，按照该标准对评估指标进行量化。

1.3 分析评价指标权重

利用直觉模糊集对量化后的指标进行权重分析，分析过程如下：

假设水利工程施工进度是一个模糊域U，评价指标是模糊域U中的一个元素M，由二级指标建立的集合为模糊子集，分别将0和1两个数赋值给模糊域中的共维差异里的中介过渡的两个极点[6]。在模糊域U中建立水平坐标系，在坐标轴的正向数轴上建立一个范围在0-1的闭区间，在该区间内对于任意一个模糊子集中任意一个元素都可以指定一个数u，该数为元素的绝对隶属度，即评价指标的绝对隶属度[7]。利用直觉模糊集的隶属度函数求出每个指标的绝对隶属度，对任意两个指标的绝对隶属度进行差值计算，得到指标的相对隶属度，表示为对于水利工程施工进度评价指标的相对重要程度。在直觉模糊集的语气算子中设立了同样、稍微、略微、较为、明显、十分、非常、极其、极端十个程度语气，根据指标的相对隶属度确定程度语气，再根据程度语气确定指标的标度，三者之间的关系如表2所示。

表2 基于直觉模糊集模型的指标标度

用确定的指标标度建立标度集合P，利用模糊距离表示两个指标之间的差异性，将标度集合中数据带入到直觉模糊集中，利用模糊函数求出指标权重：

式中：ϖM——指标权重值；

γ——指标标度；

i——标度集合P中标度数量；

ε1——指标绝对隶属度；

ε2——指标相对隶属度；

l——指标欧式距离。

1.4 施工进度风险评价

根据指标权重值，利用评估函数对水利工程施工进度风险进行综合分析，计算公式为：

式中：ϑ——水利工程施工进度风险系数；

k——评估指标数量；

τ——评估指标的量化值；

μ——评估指标实际值。

结合计算出的风险系数确定风险等级，此次设定了非常低、比较低、一般、比较高以及非常高五个等级。风险系数小于0.2，表示水利工程施工进度风险非常低，不需要采取任何措施；风险系数在0.2～0.4 之间，表示水利工程施工进度风险比较低，可以采取一些小的措施；风险系数在0.4～0.6 之间，表示水利工程施工进度风险一般，需要采取一些措施对进度风险进行控制；风险系数在0.6～0.8 之间，表示水利工程施工进度风险比较高，需要加大施工进度风险的控制力度；风险系数大于0.8，表示水利工程施工进度风险非常高，必须采取有效措施和手段进行控制。按照上述标准确定水利工程施工进度风险等级，完成对水利工程施工进度风险定性评价。

2 直觉模糊法评价施工风险的实例

某水利工程预计施工周期为125d，人员数量为234人，资金为1936.16万元，施工面积为2341.16m²，属于中小型水利工程。利用直觉模糊法与传统方法对该水利工程施工进度风险产生的间接经济价值进行计算和比较。将该水利工程施工分成8个阶段，按照直觉模糊集的施工风险评价过程对每个阶段施工进度进行指标量化、权重分析、综合评价，利用OUD软件计算出2种方法产生的间接经济价值。间接经济价值是指按照评价结果对进度风险进行控制与管理后节省的施工成本价值，其计算公式为：

式中：y——间接经济价值；

p——水利工程日施工成本；

t——风险控制后节省的施工天数；

u——进度风险会造成的经济损失。

实验将间接经济价值作为实验结果，对2种方法进行对比分析，如表3所示。

从表3 中可以看出，本文采用方法相比于传统方法，间接经济价值比较高，间接经济价值与水利工程施工预计进度风险损失基本一致，说明直觉模糊法可以有效降低水利工程施工进度风险成本，同时也验证了直觉模糊集在水利工程施工进度风险评价中具有良好的应用价值。

表3 2种方法间接经济价值对比（单位：万元）

3 结束语

合理安排水利工程施工进度，准确评价施工进度风险以及有效控制施工进度风险，是水利工程施工进度管理的重要内容。本文结合水利工程施工进度管理的实际需求，针对传统风险评价方法中存在的问题，将直觉模糊法运用到水利工程施工进度管理中，提供了新的施工进度风险评价思路，降低了施工进度风险，保证水利工程施工可以按照计划进度顺利进行，对于水利工程建设而言具有十分重要的意义。