基于AHP-熵權法與物元可拓理論的大中型水庫工程社會穩定風險評估方法研究

王黎陽，馬 凌，王鵬飛，張璐瑤

(1.中國電建集團西北勘測設計研究院有限公司，西安 710065；2.西安建筑科技大學 資源工程學院，西安 710055)

0 前 言

根據《大中型水利水電工程建設征地移民補償和移民安置條例》(國務院令第679號)、《國家發展改革委重大固定資產投資項目社會穩定風險分析暫行辦法》(發改投資[2012]2492號)、《國家發展改革委辦公廳關于印發重大固定資產投資項目社會穩定風險分析篇章和分析報告編制大綱(試行)的通知》(發改辦投資[2013]428號)，從源頭上預防大中型水庫建設過程中可能出現的不穩定因素，社會穩定風險評估已經成為必不可少的前置條件。因此，構建一種適用于新時期大中型水庫建設的社會穩定風險評估方法是對大中型水庫工程的合法性、合理性、可行性和可控性評估的重要途徑。對此在評價中，應考慮多個因素對大中型水庫建設的影響，做出全面的綜合評價，保障地方持續發展，促進庫區、移民安置區和地方經濟、社會及生態環境的協調發展[1]。

目前，關于大中型水庫工程社會穩定風險評估已經引起國內外學者的廣泛關注，王鵬飛等使用模糊綜合評價法對水庫移民社會風險進行了定量評估[2]；張丹等建立了風險評估的模糊灰關聯故障樹模型[3]；陳艷等提出針對水庫移民安置風險定性評估采用了德爾菲法[4]；上述研究多集中于單一風險因素識別、分析，忽略了大中型水庫工程建設的社會穩定風險因素具有模糊性和隨機性，未深入考慮多種風險因素復雜耦合作用，難以從系統角度評判風險水平，未達到綜合評價大中型水庫工程社會穩定風險評估的目的，具有一定局限性。

鑒于此，本文通過構建大中型水庫社會穩定風險評價指標體系，應用AHP-熵權法確定評價指標權重，建立基于物元可拓理論的風險評價具體模型，提出基于AHP-熵權法與物元可拓理論的大中型水庫工程社會穩定風險評估方法，以期為大中型水庫社會穩定風險評估提供方法支持。

1 建立AHP熵權法組合權重模型

1.1 風險評價流程

圖1為大中型水庫社會穩定風險評估的具體流程。首先，收集大中型水庫工程建設相關資料，包括工程建設預可行性研究報告、可行性研究報告和對應批復意見，移民安置總體規劃、環境保護與水土保持、建設選址等相關前置專題報告和對應批復意見，當地政府辦、統計局、發展和改革委員會、林業局、交通局、水利局、氣象局、自然資源局、旅游局、農業農村局、住建局、新聞媒體中心等相關政府部門報告和突發公共事件綜合應急預案等文件；其次，通過識別、分析風險因素，確定各個因素間的相互關系，構建大中型水庫社會穩定風險評估指標體系；再次，采用AHP-熵權法構造判斷矩陣，計算各項評價指標的信息熵，確定指標權重；然后，根據物元可拓理論確定經典域、節域，建立待評物元，計算評價指標關于各風險等級的關聯度；最后，基于指標權重和指標風險關聯度，確定大中型水庫社會穩定風險等級，并據此針對設計單位提交的報告數據提出需要補充的側重點，針對項目業主提出整體工程建設風險需要關注的風險耦合效應關鍵點，以及針對地方政府的風險管控措施需要完善的遺漏點。

圖1 大中型水庫社會穩定風險評估流

1.2 AHP-熵權法

1.2.1AHP法

模糊評價法等單一權重計算方法具有片面性，AHP(Analytic Hierarchy Process)法又名層次分析法，與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等多個層次，以建立判斷矩陣的方式確定層次中諸因素的相對重要性[5]，再綜合判斷來確定決策諸因素相對重要性的總排序，AHP法有效避免專家確定權重過程中人為因素的影響，使權重賦值更加全面合理。其計算步驟為：

(1)建立問題的遞階層次結構

本文以圖2所示的3層評價指標體系為例建立綜合評價模型。自上而下通常包括目標層、準則層和方案層，其中目標層是指層次結構中的最高層次，是大中型水庫社會穩定風險評估所追求的最高目標。準則層是指評判方案優劣的準則，即風險影響大類，可再細分為子準則層、亞準則層。方案層是指可實行的方案，即具體的工程社會穩定風險影響因素。

圖2 AHP評價指標體系

(2)構造判斷矩陣

采用普適性較強的九級標度兩兩比較評分標準確定判斷準則，評價大中型水庫社會穩定風險因素之間風險水平的相對重要性。AHP評價指標體系見表1。

表1 AHP評價指標體系

建立判斷矩陣：

A=(aij)n×m

(1)

公式(1)中:aij為Ai比Aj的重要程度。

(3)計算相對權重

由判斷矩陣計算被比較元素相對權重.根據特征向量計算公式如下：

AW=λmaxW

(2)

公式(2)中：λmax為最大特征根，W為權重向量，計算得到W，并將其歸一化，可以得到各指標對應的權重。

(4)一致性檢驗

計算各層元素組合權重，并進行一致性檢驗。為了檢驗各評價指標之間重要程度的協調性，避免出現A1比A2重要，A2比A3重要，而A3又比A1重要這樣的矛盾情況出現，還要進行矩陣的一致性檢驗。即計算一致性標準

(3)

當λmax=1，C.I.=0為完全一致；C.I.值越大，判斷矩陣的完全一致性越差，一般只要C.I.≤0.1，認為判斷矩陣的一致性可以接受，否則重新進行兩兩比較判斷。并引入修正值R.I,本文為取更合理的C.R.為衡量判斷矩陣一致性的指標,公式如下：

(4)

即只要C.R.≤0.1，認為判斷矩陣的一致性可以接受[6]。

1.2.2熵權法

熵權法是一種客觀賦權方法，在具體使用過程中，根據各指標的數據的分散程度，利用信息熵計算出各指標的熵權，再根據各指標對熵權進行一定的修正，從而得到較為客觀的指標權重[7]。將其應用到大中型水庫社會穩定風險評估方面，如果某項風險因素指標的變異程度越大，信息熵就越小，表明該針對項風險因素相關的資料文件提供的信息量就越多，因此在綜合評價中所起的作用也就越大; 反之，某項風險因素指標變異程度越小，信息熵就越大，表明針對該項風險因素相關資料文件提供的信息量就越少，在綜合評價中所起的作用越小[8]。因此，再具體的評價過程，針對工程項目設計提供的相關報告質量以及完整度，利用熵權法來計算各個指標的權重，具體步驟如下：

(1)構造水平矩陣

基于AHP法的指標體系，構建熵權法的水平矩陣R′。

(5)

(2)水平矩陣標準化

對水平矩陣進行標準化處理得到矩陣R

R=[rij]n×m

(6)

計算每個指標的信息熵：

因為大中型水庫社會穩定風險評估涉及到的風險因素數據信息，越完備越好，所以此處采用正向指標計算。

(7)

計算每個指標的信息熵為：

(8)

(9)

(3)計算指標的權重

計算出各個指標的信息熵為H1,H2,…,Hn,通過信息熵計算各指標的權重。

(10)

1.2.3AHP-熵權法

AHP法反應評價指標之間相互作用下的影響，熵權法反應評價指標的客觀信息完整度，把AHP法與熵權法獲得的權重結合起來，采用線性加權的方法確定評價指標的綜合權重。計算方法為：

(11)

其中α為風險偏好系數，取值為0≤α≤1[9]，文本根據大中型水庫社會穩定風險歷來主觀評估經驗，取0.5。

2 可拓學評價模型的建立

物元可拓理論能夠系統、科學地表示多因素作用關系，通過定性描述評價對象與定量計算評價對象關聯性，解決評價對象的不確定性矛盾問題。在大中型水庫社會穩定風險評估中可以確定每個指標和結合AHP-熵權法得到的每層指標的風險水平，以及最終的綜合風險水平。物元是描述事物的有序三元組N={Q,C,V}，其中Q為事物名稱，C為特征集，V為特征量值[10-12]。其步驟為：

(1)劃分風險等級，根據《國家發展改革委辦公廳關于印發重大固定資產投資項目社會穩定風險分析篇章和分析報告編制大綱(試行)的通知》(發改辦投資[2013]428號)文件，采用3個等級評價大中型水庫社會穩定風險水平，依次為Ⅰ級“低風險”、Ⅱ級“中風險”、Ⅲ級“高風險”，大中型水庫社會穩定風險等級見表2[13]。

表2 大中型水庫社會穩定風險等級

(2)確定經典域Nj，經典域Nj定義為：

(12)

公式(12)中:Qj為大中型水庫社會穩定風險評價所劃分的風險等級；C為風險評價指標集；Vj為C關于Qj的量值范圍；bij，aij為指標集C在Qj風險等級的上下限值。

(3)確定節域Nd，節域Nd定義為：

(13)

公式(13)中：Vd為風險評價指標集C關于大中型水庫社會穩定風險等級域Q的量值范圍;bdi，adi為指標集C在總風險等級的上下限值。

(4)確定待評物元Ni，待評物元Ni定義為：

(14)

公式(14)中:Ri為大中型水庫社會穩定風險因素第i個二級指標，Ci={Ci1,Ci2,…,Cim}為Ri的三級指標集，vip為Ri的三級指標Ci的量值。

(5)計算關聯度，在物元可拓理論中引入距的概念，計算三級指標量值vip與經典域Vj、節域Vd之間的距離ρ(vip，Vj)、ρ(vip，Vd)：

(15)

(16)

據此，計算三級指標關于各風險等級的關聯度Kj(Cjp)：

(17)

二級指標關于各風險等級的關聯度矩陣K(Ci)可由式(10)得出：

(18)

公式(18)中:wip表示三級指標權重；K(Cip)=(Kj(Cip))表示三級指標關于各風險等級的關聯度矩陣。

基于二級指標權重wi和二級指標關于各風險等級的關聯度矩陣K(Ci)，計算大中型水庫社會穩定風險關聯度矩陣K(C)：

(19)

(6)確定風險等級，若Kj(C)=maxK(C)，{j=1,2,…,5}，則判定待評對象風險等級為j級[14]。

3 實例分析

QJ水電站是N河段規劃的第6座梯級電站，位于D縣上游約13.6 km的N河干流上。需要對項目可能存在的社會穩定風險進行分析和評價。

3.1 項目風險因素分析

分別從征地拆遷及補償、經濟社會影響、環境影響、項目組織與施工管理安全以及媒體輿論5個方面對本項目存在的社會穩定風險因素進行分析。通過實地調查和資料收集，本項目5個風險大類中存在16個主要風險影響因素，將其分為3個層次，即目標層、準則層和方案層，形成本項目社會穩定風險分析指標體系[15]。

圖3 QJ水電站社會穩定風險分析指標體系

3.2 采用AHP法計算評價指標權重

采用AHP法確定權重的關鍵是判斷矩陣的構造，5名專家對各層模型內指標進行兩兩比較，按照AHP的比例尺度(見表3)得到指標間的判斷矩陣。通過對5位專家構造的判斷矩陣進行加權平均，得到每層模型的判斷矩陣，并求解各判斷矩陣得出相應的權重向量，最終結果如表4～8所示。表4～8直觀顯示了項目社會穩定風險因素中各指標的風險重要性程度。

表3 目標層QJ水電站社會穩定風險判斷矩陣及權重向量

表4 準則層征地拆遷及補償風險判斷矩陣及權重向量

表5 準則層經濟社會影響風險判斷矩陣及權重向量

表6 準則層環境影響風險判斷矩陣及權重向量

表7 準則層項目組織與施工管理安全風險判斷矩陣及權重向量

表8 準則層媒體輿論風險判斷矩陣及權重向量

(1)QJ水電站社會穩定特征風險，一致性比例：0.0774; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：1.0000;λmax：5.3468。

(2)征地拆遷及補償，一致性比例：0.0088; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：0.2365;λmax：3.0092。

(3)經濟社會影響，一致性比例：0.0000; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：0.1122;λmax：2.0000。

(4)環境影響，一致性比例：0.0516; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：0.3328;λmax：3.0536。

(5)項目組織與施工管理安全，一致性比例：0.0800; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：0.2271;λmax：6.5038。

(6)媒體輿論，一致性比例：0.0000; 對“QJ水電站社會穩定特征風險”的權重：0.0914;λmax：2.0000。

(7)方案層中要素對決策目標的排序權重，將得到的準則層權重向量歸一化，得到方案層中要素對決策目標的排序權重，如表9所示，最終得到QJ大中型水庫社會穩定風險評價指標權重，如表10所示。

表9 方案層中要素對決策目標的排序權重

表10 QJ水電站社會穩定特征風險因素AHP法權重計算結果

3.3 采用熵權法計算評價指標權重

本文收集了可行性研究專題報告以及地方相關政府部門的應急預案，結合報告提供的數據信息，按建立的報告質量標準進行評分，采用公式將準則層和因素層各項指標因素構成的原始數據矩陣進行標準化處理，得標準化將矩陣，然后計算各項評價指標的信息熵及客觀權重，如表11所示。

表11 QJ水電站社會穩定特征風險因素熵權法權重計算結果

3.4 采用AHP-熵權法計算評價指標綜合權重

聯立綜合權重公式與最小二乘函數公式,并將側重數據之間相互關系的AHP法權重和側重數據信息來源質量的熵權法權重代入,求出β=0.5,最終算出QJ水電站社會穩定特征風險因素評價指標的綜合權重，如表12所示。

表12 QJ水電站社會穩定特征風險因素AHP-熵權法權重計算結果

3.5 計算關聯度

根據所劃分的QJ水電站社會穩定特征風險等級與量值范圍，確定經典域、節域，通過多位專家按照風險量值標準評價三級指標風險性，取均值后得到指標初始風險值，為{4.200，2.300，3.100；2.600，1.500；2.000，4.000，3.600；3.400，2.200，1.700，1.000，0.500，1.500；2.600，3.100}，據此建立待評物元，計算三級指標關于各風險等級的關聯度。

以A11為例，A11初始風險值為4.2，則：

A11初始風險值與經典域之間的距離：

ρ(v11,V1)=1.2

ρ(v11,V2)=-1.2

ρ(v11,V3)=1.8

A11初始風險值與節域之間的距離：

ρ(v11,Vd)=-4.2

計算該指標關于各風險等級的關聯度：

同理，可求得因素層其他三級指標關于各風險等級的關聯度，如表13所示。

表13 三級指標風險關聯度以及風險水平

進而可求得準則層其他二級指標關于各風險等級的關聯度，如表14所示。

表14 二級指標風險關聯度以及風險水平

最終QJ水電站社會穩定風險等級的關聯度，如表15所示。

表15 QJ水電站社會穩定風險關聯度以及風險水平

4 結 論

(1)通過大中型水庫工程分析和社會穩定風險因素識別，構建了大中型水庫社會穩定風險評價指標體系，應用AHP-熵權法對評價指標進行賦權，建立了基于物元可拓理論的大中型水庫社會穩定風險評估模型，為保證大中型水庫工程建設的社會穩定提供方法支撐。

(2)采用AHP法與熵權法相結合的方法確定綜合權重，分析了評價指標間的相互關聯影響以及隸屬關系，熵權法彌補了針對評價指標研究資料存在遺漏不足的信息質量的影響，提高了權重確定的準確性。

(3)采用物元可拓理論用形式化的工具從定性和定量兩個角度去研究大中型水庫社會穩定風險問題，辯證地反映評價指標的真實狀態，科學得出每一個層級的風險等級。

(4)應用AHP-熵權法和物元可拓理論建立評價模型，對QJ水電站進行社會穩定風險評估，從征地搬遷及補償、經濟社會影響、環境影響、項目組織與施工管理安全和媒體影響5個維度選取了16個評價指標，構建了評價指標體系，通過AHP-熵權法對評價指標進行了綜合賦權，并根據物元可拓理論實現了3層指標社會穩定風險的關聯度以及風險水平計算。根據評估結果顯示，QJ水電站社會穩定風險等級為“低風險”，與QJ水電站實際情況一致。

(5)根據評價指標權重與風險等級，確定大中型水庫工程建設風險管控薄弱環節，提出針對性安全措施，為大中型水庫社會穩定風險預警提供科學參考，防止因素惡化，確保工程安全，維護社會穩定。