水利工程施工进度风险分析研究

盛东伟

(山东省东明县水务局,山东 东明 274500)

0 引 言

近年来,水利工程建设项目投资逐年增长,随着智能化与控制技术的发展,逐步构建了区域互通、信息共享的整体框架,提升了智慧水利的发展高度。以菏泽市为例,菏泽市水利工程数量较多,项目大多面向黄河与淮河,其中小型工程存在诸多问题。在硬件设施满足需求的情况下,各类技术与规则尚不完善,增加了水利体系改革的难度。其中,施工风险分析是管理与技术领域中需要推进的内容。因为在物料与土木方案完善的基础上,风险控制可降低施工过程中多种因素造成的损失。在风险控制中,工程所在地的气候和环境条件影响着大部分的风险控制。而水利工程项目一般建在相对偏远的地区,这些地区的气候及环境条件相对较为复杂。

为了科学而全面地评价工期风险,本文针对各种风险的权重进行探讨,采用熵权法和层次分析法作为确定依据,并根据灰色理论建立组合权重的评价模型。

1 水利工程工期风险识别

1.1 工期风险识别方法

风险识别是为了保障正常施工而寻找干扰因素,结合历史数据和现场风险对存在或可能存在的风险进行识别,其过程是通过感知和分析风险两个环节分别进行的。作为后期评价风险的基础,识别步骤影响着全局过程。具体来讲,该过程的准确性和系统性会干扰最终决策,忽略任何一个因素都将造成工程不可估量的损失,因此从识别过程开始整个风险管理都有一定意义。

水利工程风险识别主要目的是定性找出影响施工的源因素,与其他工程不同,水利工程的风险因素是多方面的,且对不同阶段的影响不尽相同。因此,现场勘查的同时还需要与一线施工人员进行交流,但若全过程覆盖此方法,则会造成效率低下或成本过高的情况[1-2]。流程图法是基于水利工程各负责方全过程建立的风险识别方法,该方法将特定生产活动按照多方合作的逻辑进行板块化,逐次分析风险,还可根据维度进行调整,该方法以其多角度全过程的特点而备受关注。与之类似的模块化识别方法还有风险解构法,该方法是在建设过程中针对风险本身进行分析,根据来源可能性将其分解,具体到若干子项。这种方法的优点在于能通过分析子项的关系而对各种风险进行内在联系,同时项目中的潜在风险和结构不确定性将更容易暴露。风险识别会对以往案例进行总结,一些风险控制管理者会根据总结情况进行表格化的识别,这种方法称为核查表法。而对以往经验总结更加有效的是专家法,该方法邀请领域内资深专家对风险进行分析,对各种风险进行识别,不过该方法依赖于专家的实际情况,有一定的主观性。水利工程的风险决策者通常会根据情况结合多种风险识别方法,以达到全面不遗漏的效果。

1.2 工期风险的因素分布

水利工程的风险因素有一定的特殊性,因此风险的因素分析需要结合实际。根据风险分布情况,可将其分为外部和内部两种类型。其中,外部风险有环境和社会两方面分布。根据菏泽市官方统计以及实地调研,对可能存在影响施工的环境因素进行阐述。

菏泽市地处黄河下游,属温带大陆性季风气候,夏季降水时空分布不均,属灾害多发季节,雷电、暴雨等气象灾害为影响工期的可能因素。除黄河外,菏泽市大部分区域处在淮河流域的四湖水系中,水资源总量超20×108m3。市内有大量小型水利工程和各水文站,并于2018年构建了水文检测系统,风险评估中的相关水文数据将参考该系统。菏泽地处华北平原的沉降盆地中,从西南地区向东北逐渐降低,大部分属于黄河冲击平原。除可预测的自然条件外,风险评估还会加上不可抗力的自然因素和突发状况[3-5]。社会层面的因素主要以国家和当地的水利政策为主,而新形势下的经济发展变化也将作为可能因素之一。

工程内部因素大多是针对施工本身而言,具有可调控的可能性,同时也是风险识别与评估最重要因素。以菏泽市小型水利工程整体情况为例,其存在的主要问题包括产权不明、疏于管理、技术力量不足与业务水平较低、施工监测有待完善等问题。风险分析应在工程项目整体视野下,对各个环节与单元进行风险评测。同时,非人为的内部因素主要是人力与物料的问题。在人力方面,若施工人员配备过多会导致预算超支,过少则会影响工作开展,且人员状态也是需要考虑的问题之一。此外,在物料配备中,能源设施、工程材料的配备也是潜在的风险源之一。

1.3 基于组合权重的灰色评价模型构建

在确定影响因素的基础上,采用层次分析法和熵权法确定各因素的权重,再根据灰色聚类法对工期风险进行评价。其中,层次分析法是将水利工程工期风险因素进行多层次的分解,再根据专家的建议,建立一套量化各元素的方法。该方法根据期望,将细分的因素与上层因素进行组合,根据相关度进行优劣排序[6-7]要先构建层次化结构,一般分为目标层、准则层、指标层。构建的判断矩阵见表1。

表1 层次分析法判断矩阵

表1中,A=(a1,a2,…am)为准则层;B=(b1,b2,…bn)为影响目标的准则数;m为指标层;n为指标数量。若两个因素处于同一水平,则需要按照重要性进行标度量化,而量化过程是整个分析法的核心。在单层排序和检验的基础上,还需要进行总层次排序,最终达到定性地对因素权重进行排列。该方法结构较为简单,对设计因素的具体信息参数要求不高,对水利工程因素权重排列具有一定意义。因为无论是环境因素还是管理问题,都难以寻找具体参数。

在信息熵的基础上,生成一种具有客观性的权重确定方法。这种熵权法根据指标变异程度,计算各因素的熵权,再根据熵权对权重进行修正,从而保证权重的客观性,修正层次分析法的权重分布[8-10]。设若干个评价对象和指标,标准化后将构成初始矩阵,使用范围有限,但对于水利工程工期分析而言,能在层次分析法的基础上去除专家的主观干扰。需要说明的是,该方法对样本数据有一定要求:样本数量充足;无量纲归一化时具有单调性;在评价过程中,保证数据必须大于零,以避免计算时遇到过多的极值情况。

最后采用灰色系统理论完成风险评估工作。该系统对同时存在未知和已知信息、样本数量小的数据存在较好效果,整体路径是通过分析已知信息的规律来处理未知信息,最终将代表未知的灰色变为已知形态的白色[11-12]。聚类能将工期风险因素合成特定类别,通过关联聚类将系统中的元素关联程度组合起来。

水利工程工期风险评价模型是通过上述识别方法进行识别,再按照层次分析法初步确定权重,通过熵权法进行优化,将确定好权重的风险类型加入灰色聚类进行最终评价。见图1。

图1 水利工程风险分析路径图

在此路径下,通过各种识别方法得到不同类型风险因素,由于风险具有不确定性,需要建立科学的评价指标体系。在权重确定前,该体系分为目标层(A)、准则层(B1-B4)、方案层(C11-C43),通过专家建议和实际调查,评价体系见图2。

图2 水利工程工期风险指标体系

在指标体系建立之后,应构建风险评价等级,以确定级次。本研究根据风险大小,构建等级为1-5的评价体系。在确定权重时,还需要进行主客观赋值。采用线性加权的方式进行组合权重求值,计算公式如下:

Yij=aWij+(1-a)Wij′

(1)

式中:Yij为指标ij的组合权重;Wij和Wij′为指标ij的主观权重和客观权重;i为具体指标所在准则层编号;j为指标序号;a∈[0,1],通常采用式(2)的差异系数法计算。

(2)

式中:n为指标数量;P1,P2,...,Pn为基于主观权重的排序值。

在确定组合权重后,进行灰色聚类评价。该评价将确定每个风险等级的情况,再根据各等级,确定对应的白化权函数,通过计算灰色聚类系数和层次权向量,得到灰色综合权向量矩阵。

2 基于组合权重的灰色评价在水利工程工期风险分析中的应用

根据菏泽市的情况,进行初步风险识别。在层次分析法的基础上,邀请6位专家对风险进行赋值,结果见表2。

根据表2的数据情况,确定判断矩阵。再按照方根法,计算特征向量与特征值。通过归一化处理,得到矩阵的最大特征根λmax,经一致性检验后,权重将被接受。结果见图3。

图3 层次分析法权重分配结果

图3结果的最大特征值λmax为4.214,一致性指标CI值为0.041,随机一致性指标RI为0.89,检验系数CR为0.056。按照同样的方法,对指标层风险因素进行分析,得到的最终结果见表3。

表3 各层次权重计算结果

根据表3的层次分析法计算结果,引入熵权法进行权重确定。就方法而言,层次分析法的某些指标权重与熵权法差异较大。前者多以经验为主,后者以数据信息为主,互相弥补,在两者之间确定的线性组合权重法能兼顾两者的长处。该过程将先计算指标权重,再将水利工程工期风险样本转化为标准矩阵,最后计算熵权。当各权重与熵值计算之后将进行组合权重计算,采用线性组合法进行计算,结果将作为灰色综合评价的数据源。在进行灰色评价时,将计算各等级对应的评价系数,再将各系数进行求和,各指标体系均是按照同样路径计算,最终得到关于准则层的灰色向量矩阵。

将工期风险评价值设为E,根据所构建的灰色聚类方法,指标层的风险评分结果见图4。

图4 灰色聚类对工期风险的评价结果

根据图4的灰色评价结果可知,位于菏泽市的水利工程工期风险等级为中等。经过专家再次检验,评价结果与实际情况相符。根据风险等级分类,较高风险为气候影响、组织架构。中等风险为水文条件、政策影响、施工技术、管理监督、人员物料、资金情况。较低风险为突发情况、物价情况、当地生活影响以及基础设施情况。

根据风险权重分析和评价结果可知,需要注意几个风险等级较高的因素,即气候和组织架构的影响(评价值分别为3.621、3.619)。其中,人为因素的风险最大,占比重最多。自然环境的影响和社会情况是可见的,可通过相关技术防范进行管控,而人为因素大多趋于隐蔽,难以发现,从风险识别开始就为评估工作带来阻碍。因此,建议加强人员技术培训,提高管理人员及一线人员的业务能力,加强管理与施工之间的沟通与衔接,选拔人才以能力为本位,充分发挥主观能动性。

3 结 论

水利工程施工需结合多方面因素进行风险决策,本研究设计评价模型,从风险识别到各因素权重分析再到风险评价,以防止因遗漏带来的损失。在此路径下构建的权重组合,是利用层次分析法构建评价体系,准则层数量为4,下级指标层共9个,通过熵权理论,降低该权重体系中的主观因素,将确定好的权重体系加入灰色聚类。结果表明,气候条件影响和管理监督的风险评价值最高,分别为3.621和3.619。从准则来看,人为因素影响最大,所占比重最多,应当引起注意。该风险评价模型做到了主观与客观兼顾,为水利工程施工的工期风险评估工作提供了思路。