基于元網絡分析的重大基礎設施建設項目風險評估框架與實證

汪 濤，高尚德，李桂君

(1.重慶大學公共管理學院，重慶 400044; 2.中央財經大學管理科學與工程學院，北京 100081)

1 引言

重大基礎設施是為社會生產發展和民眾生活提供基礎性公共服務的重大物質設施，是用于保證和改善國家或地區社會經濟活動的重大公共服務系統[1]，對政治、經濟、社會、科技發展、環境保護、公眾健康與國家安全等具有重要影響[2]。重大基礎設施項目通常具有如下特征：(1)戰略性。重大基礎設施項目對經濟、社會、環境[3-4]有巨大影響和外部性，對于項目所在區域乃至國家具有重要意義。(2)集成性。多主體、多階段、多專業、多界面、多目標、多文化的特點使得集成的工作至關重要[5]，信息不對稱以及溝通不暢和沖突的普遍性是其主要表征。(3)復雜性。多重內外部關聯和反饋過程、高度的動態、非線性和不確定性[6]，項目生命周期中潛在著各種各樣的不同風險[4]，這些風險之間又存在著相互影響關系。由于重大基礎設施建設項目具有以上特征，一個完善而全面的、便于決策者使用的、有效的基礎設施風險評估框架的建立是至關重要的。

目前已有較多工程項目風險管理理論，但是針對重大基礎設施建設風險的相關研究對于風險的認識并不全面，而且存在一些尚未解決的問題：(1)重大基礎設施的風險工程建設過程中存在著復雜的組織行為[7]，人、事、物等多因素之間存在不可忽視的相互影響關系，需要從系統層面進行分析并考慮到項目風險之間的關聯，但是一般工程項目風險管理的研究通常假設風險事件之間相互獨立[8]；(2)重大基礎設施項目通常不是商業盈利性項目，需要符合社會多數人的公共利益，其目標具有多元性。重大項目不同項目目標的資源配置不平衡容易導致資源配置系統失去穩態或策略失效[9]。然而，一般工程項目的目標通常集中在項目質量、成本、進度等三方面，有時甚至偏重于單一的進度目標。單目標下的風險評估和風險決策方法難以滿足重大基礎設施項目多目標決策特點的需要。(3)重大基礎設施項目從項目提出、項目決策立項、項目建設運營通常時間跨度較長，風險水平各個時期會不一樣。現有的決策模型通常會高估基礎設施在較長時間內的可靠性，從而低估了一些極端事件下所造成的災難性損失[10]。因此，系統、綜合而動態的重大基礎設施項目風險評估方法極為重要。

一些過往研究認識到單純評估風險事件的風險水平已經難以滿足風險管理的實踐需求，分析風險形成的機理[11]，找到關鍵的風險因素，有針對性地對項目進行動態風險管理[12-13]才是更為行之有效的方法。近年來，研究者們提出了以關系為導向的風險管理觀點[14-15]，應用復雜網絡結構模型[16]等多種網絡分析方法，定性或定量分析風險因素之間的關聯，已經成為基礎設施項目風險評估與風險決策的未來趨勢。風險評估網絡分析方法主要以網絡計劃圖、決策樹[17]、層次分析法[18]、網絡層次分析法[19]、貝葉斯網絡[20]等方法或這些方法的組合為主，這些網絡結構雖然在一定程度上可以將風險事件分解為具有邏輯關系的一些相關事件和相關因素，并分析它們之間的關聯，然而都存在風險因素、風險事件之間相互獨立、風險事件發生機制不能形成相互影響的回路等較強的假設，與實際情況存在較大差異。例如，用于決策過程的網絡層次分析法無法構建不同子網絡中準則集和準則之間的依賴關系[21]。

為了改進以往的缺陷，本研究以元網絡分析(Meta Network Analysis，MNA)為基礎建立了重大基礎設施風險評估體系。MNA是一種新興的網絡分析方法，可以將重大基礎設施中各個風險因素集成在同一個網絡中，并對因素之間的聯系進行定量分析，從而清晰描述項目風險因素之間的交互影響關系。MNA已經在諸多領域得到了應用，例如電子商務市場中整合社會網絡和供應鏈的動態網絡[22]、社會網絡與知識網絡融合[23]、評估公共健康系統[24]等。在基礎設施項目管理領域，已有研究將MNA方法應用于建設工程項目的績效評估[25]等問題。本研究將風險因素、風險事件看作風險系統的實體，構建重大基礎設施風險管理的元網絡，并分析項目目標與風險事件之間、風險事件與風險因素之間、項目目標之間以及風險事件之間的相互關聯，最終從風險因素的層次進行評估。重大基礎設施通常具有較大的時間跨度，風險水平也會隨時間的變化而變化，本研究提出的風險評估框架同時適用于比較不同時間跨度中項目風險系統的風險水平。

本文的結構如下：第二部分詳細闡述元網絡的構建以及基于元網絡的風險評估與相關計算方法；第三部分以我國某河流水電站的過壩建設項目為例對風險評估與應對分析模型進行應用和實證，相關結論在第四部分進行展示。

2 研究方法

本研究的風險評估框架中，風險評估框架被分解為三個層次，即風險因素(Factors)、風險事件(Events)以及項目目標(Objectives)。重大基礎設施項目通常需要多目標項目管理，項目目標之間相互影響和制約，構成了項目目標網絡(Project Objective Network)。在此基礎上，識別與分析造成項目目標網絡中各目標發生偏離的風險事件，以及風險事件之間的聯系。項目的風險被定義為“使得項目偏離目標的事件”。風險事件指風險在項目過程中的直接體現，對于項目的項目目標具有直接影響并造成目標的偏離。風險事件之間也存在相互影響關聯，通過構建風險事件網絡(Risk Event Network)，評估風險事件之間的關聯程度。風險因素指通過分析得出的間接影響項目目標的最小單元，直接導致各項風險事件的發生。風險因素可以是某個狀態、某個行為、某種環境，也可以是某個事件，所識別出來的這些風險因素通常是造成某個風險事件發生的某領域細節因素。風險因素之間可能存在一定的關聯，某個風險因素的發生可能會對其他風險因素的發生造成影響，因此我們在風險評估框架中構建了風險因素網絡(Risk Factor Network)評估風險因素之間的關聯程度。

2.1 風險識別

該風險評估框架的第一步通過風險識別構建元網絡。風險識別包括對于項目目標、風險事件、風險因素的識別并形成節點以及對各節點之間關聯的分析。不同重大基礎設施的項目目標可能有所不同，本研究結合研究案例中相關領域專業人士以及項目參與人員的識別分析，將項目目標分為項目前期的成功決策、建設期的成功設計施工、運營期的良好運行(內部效益)以及項目產生的正外部效益等四個方面。并按照上述風險目標、風險事件以及風險因素的定義進行細致的識別，形成風險清單(RiskChecklist)。

2.2 構建風險評估元網絡

根據風險清單的項目，分析風險目標、風險事件、風險因素之間的邏輯關聯和相關關系，建立包含三個層次的項目元網絡，即風險評估模型。在項目元網絡中，不同節點類型之間存在單向或者雙向的影響關系，總的來說存在以下幾種網絡，即FF網絡(Factors×Factors)、FE網絡(Factors×Events)、EE網絡(Events×Events)、EO網絡(Events×Objectives)、OO 網絡(Objectives×Objectives)五種網絡。五種網絡組合成為整個項目風險評估的元網絡。FF網絡(Factors×Factors)可以定性為風險因素網絡，其意義在于風險因素之間可能存在直接的相互關聯，某個風險因素的發生可能對其他風險因素的發生產生影響。FE網絡(Factors×Events)可以定性為風險分解網絡，其意義在于將較為直接和復雜的風險事件轉化為相對具體的、可以控制和管理的風險因素，為風險管理提供抓手。EE網絡(Events×Events)可以定性為風險事件網絡，其意義在于，風險事件可能通過共享風險因素的方式產生關聯，風險事件之間也可能具有直接的相互關聯，比如某個風險事件發生后會導致其它風險事件發生的連鎖反應。考慮風險事件之間的相互關聯，是提高風險評估可信度、使其更貼近于真實情況的關鍵，也是本研究風險評估模型較以往方法的改進之處；EO網絡(Events×Objectives)可以定性為風險影響網絡，其意義在于將較為籠統的項目目標的偏離風險用較為直觀的風險事件表達出來。OO 網絡(Objectives×Objectives)可以定性為目標網絡，其意義在于，項目目標間由于共享風險事件而會產生聯系，項目目標之間也會產生相互的制約關系。表1和圖1為風險評估元網絡各類型網絡的介紹和示例。

表1 節點以及網絡類型

圖1 組成項目元網絡的風險網絡

2.3 風險定量分析與評估

在構建完善風險評估元網絡基礎上，對于網絡之間的關聯關系以及節點風險水平評估進行分析，使風險因素對于項目的影響的形成量化數值，為風險評估提供結果。分析算法如下：

首先，對不同的風險影響因素對于其所對應的風險事件的影響強度予以賦值，這里的數據來源主要來自于對專家進行的風險問卷調查，得到以下的風險因素向量factors：

factors=(f1,f2,…,fn)

(1)

之后建立風險事件向量events以及項目目標向量objectives，其值在后續計算中得出：

events=(e1,e2,…,en)

(2)

objectives=(o1,o2,…,on)

(3)

之后可以建立風險因素與風險事件之間的單向關系網絡FE以及風險事件與項目目標之間的單向關系網絡EO，以及風險因素之間、風險事件之間以及項目目標之間的雙向FF網絡、EE網絡和OO網絡。這里不同網絡中的連接(link)具有不同的權重，以體現不同的聯系在影響水平的傳遞方面作用是不同的。通過網絡，不同向量之間存在以下關聯：

events=factors×FF×FE×EE

(4)

objectives=events×EO×OO

(5)

通過對于較低層次的風險因素的影響水平予以賦值，再通過項目元網絡的傳遞，最終可以得出項目目標的水平。在元網絡之中，可以較為清晰地發現節點與連接的變化對于目標水平的擾動影響。即通過減少(或者增加)一個節點(或者連接)，其所在的factors向量或events向量以及其相關的FF、FE、EE、EO或OO網絡均會發生改變。同樣，如果通過有效的風險控制措施，使得某項風險因素得到有效的控制，或者讓某項風險因素與風險事件之間的關聯被打斷，元網絡中各網絡也會相應地發生改變，項目目標所受到的風險影響將降低。

3 案例分析

為驗證風險評估框架的可行性與科學性，本研究將我國某河流水電站的過壩方案風險評估作為案例予以討論。作為總體規模堪比三峽工程的重大水利基礎設施，該項目具有不可重復性、漸進明細性、團隊的臨時性、利益相關方的多樣性、資源的有限性以及受多種項目目標的限制等特點。在案例研究中，我們運用基于元網絡分析的重大基礎設施風險評估框架比較了三種過壩方式——翻壩方案、通航建筑物方案的升船機運輸方案和船閘運輸方案在不同的時間跨度中分別進行了風險評估。

3.1 項目元網絡的構建

首先以項目期望實現的目標為出發點進行考慮，分析導致項目目標無法實現的項目風險事件，并分析導致這些風險事件發生的風險因素，考慮不同項目目標、風險事件之間的關聯，形成風險事件及各層風險因素的網絡關系。其中，項目前期的決策風險、建設期的設計施工風險都是一次性的風險評估，故僅考慮當前項目所面臨的風險；而運營期的運行風險(內部效益風險)以及項目產生的負外部效益風險隨著時間的變化，造成的風險程度和概率會發生變化，本研究中對運營期的運行風險(內部效益風險)以及項目產生的負外部效益風險的分析分為10年、30年、50年、100年。本研究的風險評估案例研究對象為：A、B、C、D等4個梯級水電站可能采用的過壩運輸方案，重點對水電站可能存在的2種過壩運輸方案(通航建筑物方案和翻壩運輸方案)進行分別評估，下文以A水電站為例進行說明。

首先，風險體系被分為三個層次：項目目標，風險事件以及風險因素。風險評估的數據來源為針對某河流電站過壩方案決策的參與人員中的相關領域專家的問卷調查，即收集不同專家對于項目中風險因素層次風險水平的判斷以及四個網絡中各個連接的權重的判斷。參與本研究的問卷調查的專家共有23名，分別來自于政府綜合運輸研究部門、社會經濟發展研究部門、生態環境以及災害研究部門的決策人員12人，以及來自大型水電站建設承包單位、水利規劃設計部門的研究人員11人。這些專家中具有高級職稱的人數為15人，企事業單位副主任以上職務的人數為11人，正軍職務2人。他們對于地質地震、氣象水文、生態環境、經濟影響、社會評價、政治軍事、政策法律、工程建設、項目管理、決策管理等10余個領域較為熟悉，對于此類基礎設施建設項目有較為豐富的經驗。元網絡體系中的項目目標、風險事件以及風險因素具體內容如圖2所示。得到專家打分后通過ORA-NetScenes[26]將網絡進行可視化，項目元網絡如圖3所示。

3.2 利用風險評估模型進行風險評估

風險因素的風險水平的打分以及風險評估體系的相關連接的權重的賦值來自于對于項目管理者以及相關領域專家的問卷調查。在問卷中，專家對各個具體風險給出風險因素發生的概率和影響大小，之后風險水平通過風險因素發生的概率以及其影響大小的乘積計算得出。對于A水電站而言，一共有三種過壩方式，分別為通航建筑物方案中的升船機方案和船閘方案以及翻壩方案。三種方案在10年內的風險水平的問卷結果中風險因素的風險水平如圖4所示。

可以看出，兩種通航建筑物方案各風險因素的風險水平大致相同，且風險水平分布較為均勻，大多在20至30左右，且位于30以上的風險因素較少；對于翻壩方案，其風險水平大多低于通航建筑物方案，只有極個別的風險因素(Factor_12：防災救援方案設計不合理)的風險水平較高，達到50，其余大多在10至20左右。以上為風險因素層次的分析，風險水平并不能較為真實地表示風險因素對于項目目標的影響，因為各個風險因素的風險水平向項目目標的傳遞程度是不同的，這表現在項目元網絡中各連接的權重上，權重越高，風險水平的傳遞越充分。同時，風險事件層次中不同風險事件之間存在相互關系，這也會影響到風險因素的影響水平。因此，在構建起元網絡之后，可以依據方程式(4)、(5)在風險系統中計算出不同的風險因素對于整個目標層次的

圖2 項目元網絡中的層次以及各層次包含的內容

圖3 項目元網絡(A水電站通航升船機方案)

圖4 A水電站三種過壩方式風險水平

影響情況。元網絡中各網絡的連接權重數據來源于對于專家的問卷調查。通過網絡之間的運算我們可以得出各風險因素對于項目目標的影響矩陣，如圖5所示：

圖5 A水電站風險因素對于項目目標的影響矩陣

為找出需要重點關注的風險因素，我們采取帕累托二八原則，即選擇影響水平居前20%的風險因素作為關鍵風險因素。從風險影響矩陣我們可以看出，風險因素Factor_1(對經濟社會環境的發展態勢判斷失誤)、Factor_3(決策體制機制缺陷)、Factor_4(相關法律法規政策缺陷)、Factor_29(次生自然災害)、Factor_31(破壞生態系統)、Factor_34(損害相關行業經濟利益)、Factor_35(引發群眾集體上訪、群體性事件)等風險因素的風險水平傳遞程度是最高的，分析如下：前二者為前期決策中的風險因素，該項目決策影響因素復雜，涉及多個領域，決策者受認識水平限制或偏重某一領域而忽視其它因素所造成的決策失誤風險是客觀存在的，且項目前期的決策對于后續工作的開展以及項目目標的最終實現相比于其他工作影響較大；Factor_4為法律政策背景因素，其影響主要表現在，此項目為大型基礎設施建設項目，涉及多項目干系人且對于周邊區域影響極大，如果沒有健全的法律法規作為輔助則難以實現項目目標；Factor_29和Factor_31為環境相關因素，其影響水平主要表現在，A水電站建設可能會對項目影響區生態系統產生破壞，進而有可能誘發氣象地質地震、水文災害、生物災害等次生自然災害。此外，施工建設和運營還有可能造成水體、土壤污染。Factor_34和Factor_35為項目的社會影響和經濟影響，主要表現在，水電站的建成可能帶來不良社會影響，存在不同程度的社會風險，包括當地群眾利益和商業利益，引發群眾集體上訪、群體性事件，以及破壞社會環境穩定，甚至引發社會危機。在得到風險因素與項目目標之間的影響矩陣之后，通過將專家對于三個過壩方案的各風險因素在10年，30年，50年和100年等時間跨度內風險水平的打分情況利用方程(4)(5)進行計算，可以得出三個過壩方案的項目目標的實現情況。如下圖所示。

圖6 A水電站不同過壩方案在10年、30年、50年和100年范圍內的各項目目標的風險水平

由此我們可以看出，在三種過壩方案中，兩種通航建筑物方案的風險水平略高于翻壩方案，其中升船機方案的風險水平最高。其原因在于，通航建筑物方案涉及的工程技術中包含高水頭船閘關鍵技術、垂直升船機關鍵設備技術和垂直升船機抗震技術。上述關鍵技術的可行性存在較大不確定性，可視為影響方案可能性的潛在顛覆性風險因素。此外，通航建筑物方案涉及在河流上進行作業，施工過程中對于環境的影響以及受自然條件的制約較大，因而導致通航建筑物方案總體風險水平較高。相比之下，翻壩方案施工難度較低，潛在顛覆性影響的因素較少，因而總體風險水平低于通航建筑物方案。由此可以得出結論，在10年的范圍內，A水電站使用通航建筑物——升船機方案的風險水平最高，而使用翻壩方案的風險水平最低。同時，在四個項目目標中，Objective_4(正的外部性)的風險水平最高，其所指的是項目建設對于所在地的周邊社會、環境具有正的外部性，而以重大基礎設施建設項目為首的大型工程項目對于社會、經濟和環境的外部性大多為負外部性且影響程度較高，這說明通過該模型計算后得出的結果是基本符合實際的。

以上的分析是在10年的范圍內對于A水電站進行風險評估。運用同樣的分析流程，我們可以比較A水電站不同建設方案在10年、30年、50年以及100年的不同時間周期內的風險水平。總體上講，對于A水電站而言，通航建筑物方案和翻壩方案的總體風險水平均隨著時間的增長而有輕微的上漲趨勢，這是由于在具體的風險因素中，環境相關的風險因素以及前期決策相關的風險因素的風險水平最高，這些風險因素造成的負面影響隨著時間的增長會更加明顯；四個項目目標中項目的正外部性總體風險水平最高，項目的負外部性影響也會隨著項目運營時間的增長而逐漸擴大。此外，隨著項目時間周期的增長，項目的不確定性增加，各風險因素的風險水平相應發生改變。因此在本研究考慮的10年、30年、50年和100年的范圍中，A水電站的三種過壩方案的總體風險水平呈現隨時間增長而上漲的趨勢。

4 結語

本研究基于元網絡方法構建了重大基礎設施風險評估框架，并以我國某河流水電站過壩運輸項目的風險評估為案例進行應用分析和實證。本研究的貢獻在于，將元網絡分析法應用于重大基礎設施建設項目的風險管理過程中，識別出了此類項目在項目前期、建設期、運營期以及外部效應方面可能存在關鍵風險因素，豐富了重大基礎設施項目建設風險管理的知識體系。本研究以我國某河流水電站的4個梯級水電站的過壩方案風險評估作為案例，使用元網絡分析風險評估模型對其中一個水電站的建設項目進行研究。結果顯示，對經濟社會環境的發展態勢判斷失誤、決策體制機制缺陷、相關法律法規政策缺陷、次生自然災害、破壞生態系統、損害相關行業經濟利益、引發群眾集體上訪、群體性事件等項目前期決策與負外部性相關的風險因素對于項目目標的實現影響最大。通過比較各建設方案的項目總體風險水平可知，在通航建筑物方案與翻壩方案之中，翻壩方案的風險水平最低，通航建筑物方案中的升船機方案和船閘方案風險水平相近。此外，本研究使用元網絡分析法計算了不同時間跨度各種水電站過壩建設方案的總體風險水平，結果顯示，隨時間變化，項目在10年、30年、50年、100年中的風險水平會產生變化，各種建設方案的總體風險水平呈現上漲趨勢。通過在案例中的應用可以看出，該框架通過識別出的風險因素并逐級確定影響權重，對每個風險因素所能夠導致項目全局各目標產生的影響進行了定量評價，使風險評估結果更具有全面性和真實性。運用項目元網絡對于風險因素對于項目目標的影響情況予以分析與評估，可以在項目多方案比選時為決策過程提供更為全面的指導，也能夠更有目的性地對項目最重要的風險因素進行干預管理。

相比以往風險評估方法，本研究提出的重大基礎設施建設項目元網絡分析方法的優勢在于，在多目標風險管理的背景下，元網絡可以較為直觀而客觀地發現對于項目目標有重要影響的風險因素，為決策者進行有效的風險管理提供了切實可行的抓手。同時，本研究提出的模型操作較為簡單，可以較為方便地將與重大基礎設施決策相關的各專業技術、經濟、法律、政治、軍事等領域專家的意見集成起來，處理涉及大量風險因素的多目標風險管理過程。

本研究為風險管理提供了新穎而實用的想法，適用于工程建設項目前期的風險識別、評估過程，特別是評估重大基礎設施建設項目的風險管理。在基于元網絡的風險研究框架應用過程中，風險管理人員需要結合項目實際識別出項目目標、風險事件、風險因素，并對于來自于多領域多背景的專家知識和意見進行科學的整合，有效避免主觀意見表述方式不同造成的誤差，評估項目實際情況對元網絡進行賦值。在需要進行關鍵因素識別并對不同的建設方案比選時，元網絡分析可成為項目決策階段的有效工具。