基于DEMATEL-ISM 的W 市高速公路改扩建工程风险因素研究

曾继辉 ZENG Ji-hui；何峰 HE Feng

（新疆农业大学，乌鲁木齐 830000）

0 引言

交通基础设施建设是经济发展的重要基础，在国家的大力支持下，交通基础建设处于高速发展的状态，至2022年末，我国综合交通网累计达到600 万公里以上，在世界排名中名列前茅。在高速发展交通基础建设的同时，也需要理性客观地看待将要面临的一系列问题与挑战。公路工程建设项目具有施工周期长、作业地区地质条件复杂、施工工艺复杂、所处环境复杂且变化快、施工参与人员多、难管理等特点。因此，施工阶段的风险管理也成为了工程建设不可或缺的一环。

通常对一个项目或工程进行风险控制管理需要从以下方面展开，识别风险因素、风险评估、提出风险应对策略及风险监控[1]。在风险识别过程中本项目采用WBS-RBS分解法。在风险评估阶段选择DEMATEL-ISM 两个模型联用进行分析计算，DEMATEL-ISM 模型的数据需要专家进行打分来提供原始的数据，该数据构成风险因素的直接影响矩阵。通过行业内专家的经验和知识判断各风险因素间是否互相影响，该数据也为风险应对阶段提供参考性，根据风险评估的结果，将核心的风险因素重点关注，有针对性地提出合理的措施建议，从而降低风险或降低风险带来的损失。

1 风险识别阶段

1.1 基于WBS-RBS 的风险辨识

WBS-RBS 方法的原理是使用WBS 分解工作，RBS 分解风险因素，随后进行WBS 和RBS 的矩阵耦合，以表格的形式将风险与工程作业一一对应，最后以WBS-RBS 所呈现的树状结构图为基准。该方法需要在建立工作包与风险要素矩阵后进行专家打分，判定风险要素与工作包是否能建立对应关系，从而建立该工程项目的风险要素清单。

在阅读大量文献后，从人员风险、材料设备风险、环境风险、管理风险、技术风险五个方面对W 市公路桥梁工程的施工阶段进行风险分析。初步识别的风险因素详见表1。

表1 W 市工程项目公路桥梁工程风险因素初步表

1.2 风险因素清单修正

根据WBS-RBS 分解项目得到表1 中的5 项风险指标及24 项风险因素。通过对负责该高速公路改扩建工程的政府主管单位、施工企业、监理单位及设计单位的专家进行问卷调查，根据统计结果最终确认了5 项风险指标及16 项风险因素，如表2 所示。

表2 W 市工程项目公路桥梁工程最终风险因素表

2 风险评估阶段

DEMATEL（Decision -making Trial and Evaluation Laboratory）决策实验室分析法，一种使用图论以及矩阵论原理的计算方法，该方法的核心是找出各要素之间的直接、间接联系，依据这种联系建立直接影响矩阵[2]。

DEMATEL 的计算步骤如下：

①将进行评价的风险要素按照F1，F2，F3…，Fn编制。

②构建一个直接影响矩阵A，用于确认各指标之间影响程度，设置专家打分的标准原则，按照风险因素Fi对Fj的影响程度进行打分评价，分数为0-4 分，0 为无影响，1为较小程度的影响，2 为小程度的影响，3 为一般程度的影响，4 为较高程度的影响。

设A 为直接影响矩阵，A=[aij]n×n，aij（i=1，2，3…，n；j=1，2，3…n，i≠j）则表示其中的影响因素fi对fj的影响程度。如果i=j，aij=0。

随后对A 矩阵进行规范化处理，如公式（1）所示，将各行元素相加取最大值，再使用每个元素除以该最大值，得到规范化后的矩阵G。

③在G 矩阵的基础上，综合各风险因素间的直接影响和间接影响，通过式（2）计得到综合影响矩阵T。T=[Tij]n×n，I 是单位阵，公式如下：

④定义风险要素的影响度为Y、被影响度为B，那么中心度mi为Y+B，原因度ni为Y-B，公式如下：

中心度mi表示某项风险要素在整个工程项目中所产生的影响力的大小，原因度ni则表示某项风险要素对其他风险要素的影响程度。如果ni的值为正，那么称其为原因度为正，表示该风险要素的确影响了其他风险要素，若ni的值为负，则说明该风险要素受是其他风险要素的影响。

ISM（Interpretiv Structural Modeling）为解释结构模型，是定性、定量分析结合的方法，通常运用于分析系统结构内部各要素之间的关系。下面将具体描述ISM 模型的构建步骤[3]。

①建立可达矩阵K，K=K[kij]n×n，若kij=0，（i=1，2，3…，n；j=1，2，3…n）则表示要素fi和fj不存在路径，若kij≠0，则表示两个要素之间存在一条路径。矩阵I 为单位阵，公式如下：

②规定阈值λ，阈值λ 的规定一般由专家根据实际问题设定。阈值λ 的设定目的是将fi对fj影响较小的值忽略不计，简化系统内指标的要素关系。若系统中n 值较小，则不属于复杂系统，此时可将阈值λ 的值设置为0。标准化可达矩阵H 公式如下：

③得到可达矩阵H 后，若某i 元素的值为1，则该元素的所在行的所有值为1 的元素构成可达集合Ri；而先行集合Qi指的是可达矩阵H 中，某元素的i 值为1，该元素所在的这一列值为1 的元素构成。交集Ji其表示可达集合Ri和先行集合Qi的交集，交集J 中的要素表示该系统中的顶层因素。公式如下：

④划分可达矩阵的层次，如果Qi和Ji满足下式，表面风险因素fi可以在Ji中找到前因，该因素fi位于高层次风险因素，随后在可达矩阵H 中将该元素对应的i 行和j 列删除。

⑤根据上述计算得到要素之间的层次关系，得到层次结构模型。

3 W 市高速公路改扩建项目风险评估阶段

3.1 风险评估过程

根据DEMATEL 计算步骤，收集专家对W 市高速公路改扩建项目风险因素之间关系的调查结果，得到直接影响矩阵A 后，通过公式（1）计算得到规范后的影响矩阵G，再通过公式（2）计算得到综合影响矩阵T，根据公式（3），（4），（5），（6），计算出两个核心指标，原因度mi，原因度ni，详见表3。

表3 影响度和中心度

根据表3 可知，影响度排名前三的风险因素分别为F43 施工现场管理不当（影响度1.261）、F41 管理机制未落实（影响度0.955）、F42 教育培训未落实（0.887），影响度值大小反映出这三项风险因素对于其他风险因素的影响程度。

中心度排名前三的风险影响因素分别是F51 施工质量缺陷（中心度1.366）、F43 施工现场管理不当（1.348）和F21 机械设备损坏或故障（1.229），中心度的大小反映出在该项目中，这三项风险因子的重要程度极高，影响力极大，在本项目中应对其提出具有针对性措施手段去降低风险影响的因素。

从原因度的正负值来分类，若原因度ni值为正，在该模型中被认为是原因因素。而ni值为负，则认为是结果因素。

根据ISM 模型计算步骤，运用公式（7）计算出可达矩阵K。由于风险清单中风险因素较少，所以此时将阈值λ的值设置为0，通过公式（8），（9），（10），（11），得出层次分解表，详见表4，和层次关系图，详见图1。

图1 层次关系图

表4 层次分解表

3.2 风险评估结果

依据ISM 模型的计算分析，结合数据表格和图中所含信息可以得出，根据ISM 模型得出的层次关系图分析，位于第一层和第二层的5 项风险因素（F24、F34、F51、F21、F23）是出现风险事件的直接原因，通常对本层级的风险因素采取措施能收到不错的效果。而处在底层的第五和第六层的风险因素（F31、F41、F43），它们不属于直接导致风险事件发生的风险因素，但却在项目中是本质致因，是发生风险事件的底层逻辑，对这一层级的风险因素采取措施不一定能产生立竿见影的效果，但能从事物的根本上解决问题。处于中间层第三层和第四层的8 项风险因素，属于过渡的风险因素，虽然这一层级的风险因素不属于导致风险事件发生的直接原因或底层致因，但具备间接传递的属性，对这一类型的风险通过也需要采取适当的措施，提升项目的稳定性。

4 结论

①针对W 市高速公路改扩建项目风险管理因素的，采用DEMATEL-ISM 模型进行数据分析研究可得有5 项风险因素是导致风险事件发生的致因因素，有3 项风险因素是该项目中的本质致因，还有8 项风险因素为过渡因素，通过模型的层次图也能清晰地观察出风险因素间的联系。②根据DEMATEL 和ISM 模型相结合分析，分层处理后，再根据中心度及影响度确定出风险因素中的核心，以便后续针对关键风险因素提出应对策略。③本次重点研究了W 市高速公路改扩建项目风险因素间的关系，但并未提出风险应对的策略和监控风险的建议，其次在使用DEMATEL-ISM 模型中，基础数据来源于专家的打分，存在一定程度上的主观性，对于如何增加数据的客观性，仍需要进一步深入研究。