三角模糊數在水利工程建設項目風險評估中的應用

柏 茜 劉 波 姜新佩

(1.河北工程大學水利水電學院，河北 邯鄲 056038；2.河北工程大學土木工程學院，河北 邯鄲 056038)

隨著我國水利事業發展日趨成熟，相應項目建設技術以及項目風險評估方法也逐漸趨于成熟穩定，但其項目風險評估方法仍然十分欠缺[1]。水利工程是一項十分復雜的建設項目，風險影響因素來自多方面，所以，水利工程建設項目風險評估在政府、學界和社會中引起廣泛關注[2]。

水利工程建設項目的風險評估是水利工程建設項目管理的基礎和核心[3]。模糊綜合評價法是目前風險評估的主要方法之一，它運用多值邏輯有效處理評估語言的不確定性，也已經運用于水利工程建設項目風險評估[4-5]。概率統計法能夠計算出目標因子的概率分布[6-8]，在水文、水資源等風險評估問題中可以適當運用。上述風險評估的方法能夠在水利工程建設項目的風險評估中起到一定的評估作用，但是水利工程建設項目的影響因素不單是某一方面的，而是多元多方面的，主要表現在其項目周期過長、參與主體多元化等，因此，急需建立一種適用于水利工程建設項目的風險評估模型。

1 風險評估模型的建立

為了滿足水利工程建設項目的風險評估需要，結合現有的研究基礎，本文通過模糊評價集以及語義還原的方法，構建出一個適用于水利工程建設項目風險的評估模型[9-12]。該評估模型的優點在于：?模型中的專家庫由水利行業研究院校的科研人員、水利行業施工單位管理人員和技術人員、水利行業設計單位設計人員等多元主體構成，來自水利工程事業各分支領域的專家觀點能將更多方面的影響因素考慮在內，使得結果更加全方位多角度，可有效降低因歷史資料匱乏帶來的問題；?通過處理多元主體的風險評估語言找到相應的風險綜合影響，由此也可以對各類風險對水利工程建設項目的影響程度作出評估，具體操作步驟如下。

1.1 建立項目風險清單

當前，水利工程建設項目風險來源已被深入研究。例如，艾世攀[13]和楊建斌[14]等將水利工程建設項目風險分為五大類風險，利用灰色聚類法和模糊層次綜合評價法分別對水利工程建設項目風險進行評估。本文結合相關研究，根據水利工程建設項目的立項、建設和管理三個階段，將水利工程建設項目風險指標初步劃分為項目立項階段項目的可行性風險、項目的招標風險、資金的投資風險、合同的違約風險，項目建設階段施工技術的支持風險、施工進度的控制風險、工程質量的控制風險、工程建設的資金風險、運營維護的成本風險，項目管理階段人員和設備的管理風險、自然災害風險以及財務管理風險。

1.2 構建風險指標模糊評價集

首先，需要對項目風險發生的可能性建立評定體系，用“不可能”“可能”以及“中等”等模糊性語言評估[11-12]，同時將模糊評價集轉換為數學語言，即為模糊語言賦值。因此，建立起由模糊評價集和模糊語言賦值組成的水利工程建設項目風險指標發生的模糊評價體系。則模糊評價集Hp={極不可能，不可能，中等，可能，很可能}，模糊評價集中對應的評估語言賦值為{1，2，3，4，5}。

其次，需要對風險發生的影響程度進行評定。在此，以“高”“低”等模糊性語言評估風險影響的大小，類似地，組成一個水利工程建設項目各風險發生時對工程項目影響程度的模糊評價集He={極低，低，中等，高，極高}，也將其對應地賦值為{1，2，3，4，5}。

用三角模糊數表示風險發生的模糊評價集Hp和結果影響程度的模糊評價集He時，Hp、He與α截集之間的關系見表1。

表1 模糊評語的三角模糊數及α截集表示形式

1.3 評估風險發生概率與風險影響程度

根據上述構建的風險模糊評價集，把已建立的風險發生模糊評價集HP，通過評價集對應的模糊語言賦值轉化為專家評估矩陣P[15]，矩陣P的行和列分別由m位專家和n類風險構成。

類似地，將結果影響程度模糊評價集He轉化為專家評估矩陣C，矩陣C的行、列分別由m位專家和n類風險構成。

根據比率分配法(LEE等)[6]，通過利用三角模糊數計算各風險會發生的概率，就能得到每個模糊數的精確值。

1.4 還原風險綜合影響評估結果

通過以上述步驟得出風險綜合評估結果的模糊數形式，利用求解兩集合間距離的歐幾里德和改進的歐幾里德方法求解出模糊數間的語義距離，就可將風險評估結果轉換為自然語言。具體步驟如下：

假設存在模糊數A、B、C和D，其中，將A和B定義為三角模糊數，將D為預定模糊評語，并假設C=AB。再把A、B和D分別表示為模糊數(l1,m1,n1)、(l2,m2,n2)和(l3,m3,n3)，先根據語義距離計算公式計算出Cmin(i)和Cmax(i)(i=α，α取0或1)，Cmin(0)=l1l2,Cmax(0)=n1n2,Cmin(1)=Cmax(1)=m1m2。根據以下公式計算出C與D之間的語義距離為

(1)

最后，取每個風險指標語義距離dCD的最小值，即認為該風險指標最接近自然語言距離。

2 水利工程建設項目風險評估實證分析

本節通過運用上述所建立的模型，結合實例，對安徽省績溪抽水蓄能電站建設項目的風險進行評估。

2.1 項目概況

安徽省績溪抽水蓄能電站始建于2012年11月，位于安徽省績溪縣境內。該蓄能電站上庫總庫容1059.890萬m3，下庫總庫容1094.480萬m3。抽水蓄能電站位于登源河的北支流，赤石坑溝口的上嶺前、下嶺前村所在的山間盆地，電站裝機容量1800MW(6臺×300MW)，水輪機額定水頭599m，為大(1)型工程。

2.2 項目風險評估結果

為了對項目的風險狀況進行評估，本研究選擇了來自設計、施工、建設單位和水利行業主管部門等6類水利工程領域或相關領域的專家進行風險問卷調查。

2.2.1 建立風險清單

根據專家調查結果，結合水利建設項目的特點，選擇立項階段、建設階段和管理階段三個階段中的12個風險影響因子進行研究，見表2。

表2 水利工程建設項目風險清單

2.2.2 構建風險模糊評價集

結合風險清單，從科研院校等單位選擇了科研類專家E1、技術類專家E2、管理類專家E3、經濟類專家E4、設計類專家E5、質量類專家E6等6類專家，通過對12種風險因子進行預判，構建出風險發生可能性模糊評價集Hp和風險后果影響程度的模糊評價集He。

由表3可知，施工技術支持風險、工程質量控制風險和工程建設資金風險是12種風險因子中發生概率最大的3種風險因子。

表3 風險發生概率

確定風險發生的概率值與風險影響程度概率值的計算方法類似，C(Xi)表示第i類風險(i=1,2,…,12)對項目后果的影響程度。項目中各種風險的影響結果見表4。

表4 項目風險后果影響程度

由表4可知，12種風險因子中對項目后果影響最大的分別是以下4種：投資資金、施工技術支持、工程質量控制和自然災害對項目結果的影響風險。

2.2.3 還原風險綜合影響評估結果

根據水利工程建設項目風險評估中的式(1)，本文以項目可行性風險對項目的影響為例，計算模糊評語中的語義距離。得到P(X1)、C(X1)的模糊數：P(X1)=(0.435,0.685,0.853)，C(X1)=(0.395,0.645,0.808)。則

(2)

同理可求出與低、中等、高、極高的語義距離分別為：0.373、0.129、0.628、1.027，用其中的語義距離最小值作為判斷風險影響的依據，由上述計算結果顯然可知項目可行性風險對項目的影響為中等。

用相同的方法，對其他語義還原的結果見表5。

表5 語義還原

從表5可以看出，對項目綜合影響程度高的是施工技術支持風險和工程質量控制風險；綜合影響程度低的主要是項目招標風險和財務管理風險；綜合影響程度極低的為人員和設備管理風險；其余的皆對項目的綜合影響程度為中等。

3 主要結論

通過將三角模糊數應用到水利工程建設項目施工期風險評估中，可得出以下結論：

a.水利工程建設中最重要的階段是建設階段，政府、建設和監理單位應在該階段增加工程質量監管；施工單位應提高施工技術、改善施工設備等。

b.在項目立項階段，政府及相關部門應加強對項目的審核，可行性不足的項目不予通過；建設單位應在招標前預留足夠的建設資金，完善招標制度。

c.三角模糊數評估模型能夠對各個風險因子分別進行評價，并劃分風險高低的評價等級，為相關單位提供參照。