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    基于ISM-AHP大型工程项目的风险评价研究

    时间：2023-01-16 16:40:07 来源：东东创业网 本文已影响人 东东创业网手机站

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    何叶荣，刘 颖

    （安徽建筑大学经济管理学院 安徽合肥 230031）

    现代化的工程项目向着大型化、复杂化发展，项目的周期也普遍较长，导致在建设过程中出现诸多的不确定性，给项目带来风险损失。为了评估大型工程项目的风险，部分学者［1-7］运用专家调查法、系统分析法、德尔菲法、文献研究法等总结出工程项目的风险要素；
    许炳等［8］对项目风险识别、度量方法作了对比分析；
    Koulinas 等［9］以大量事故数据为基础，采用模糊TOPSIS 和PRAT相结合的方法对未来可持续工程项目进行风险评估；
    何旭东［10］基于复杂性分析方法，提出了大型项目主体行为风险管理综合框架；
    何佰洲等［11］采用层次分析法和熵权法建立模糊综合评价模型，并运用到国际工程项目投资风险的研究中；
    Liu 等［12］从风险驱动的角度提出概率分析与蒙特卡洛模拟、敏感性分析相结合的方法评价国际工程项目风险。

    上述关于工程项目的风险识别及评估研究大多集中在风险排序及重要性上，而对风险因素之间的传导效应研究甚少。本文选用文献研究法以及专家调查法对大型工程项目进行风险识别；
    然后采用解释结构模型（ISM）解决风险因素之间的传导关系；
    最后结合层次分析法（AHP）确定风险因素的权重，并对大型工程项目风险进行评估。

    作为项目风险管理的首要环节，项目风险的识别在于准确识别项目所面临的潜在和现实风险，以确切掌握风险控制的最佳实施时机。由于项目风险因素各有其特征，通常根据风险特征将大型工程风险因素划分为不同的类别。本文从大型工程项目所面临的社会环境风险、技术风险、经济风险、自然环境风险、管理组织风险和项目实施风险6 个维度识别出15 个风险因素，并对风险因子进行编号，确定风险维度U=（U1，U2，…，U5，U6）和风险因素集V=（V1，V2，…，V14，V15），如表1所示。

    表1 风险因素集Table 1 Risk factor set

    2.1 建立解释结构模型

    ISM 方法是基于有向图和关联矩阵原理，利用人们的经验知识以及计算机的帮助，将复杂系统中直接或间接的要素关系转换为一个多级递阶结构模型的方法。该方法比孤立的单个因素更能准确合理地描述复杂系统，是识别项目风险相关性的一种有效工具，它首先是由Warfield 于1974 年引入，并由美国Vanderbilt Columbus 实验室进一步发展，旨在识别系统内复杂因素之间的相互关系或解释问题。建立解释结构模型的过程如下［13］：

    （1）识别风险关系

    ISM 法要求对任意两个风险因素之间的关系进行分析，因此首先需要确定风险因素之间的直接关系。风险因素之间的直接关系一般可通过常识判定或者询问有专业知识和经验的专家，也可通过对文献的研究来进行总结和归纳。

    （2）建立邻接矩阵

    本文采用专家打分法对风险集的15 个风险因子间的直接关系进行判定，并按照以下规则将判定结果表示成邻接矩阵A=（aij）。

    1）如果Vi对Vj有直接影响，则aij为1；

    2）如果Vi对Vj没有直接影响，则aij为0。

    （3）计算可达矩阵

    在邻接矩阵的基础上，对风险因子间的传递关系进行判定。如果邻接矩阵A加单位矩阵E，其（A+E）n+1=（A+E）n≠（A+E）n-1≠…≠（A+E）2≠（A+E），则利用布尔代数运算法则，将M=（A+E）n判定结果表示成可达矩阵M=（mij），并用MATLAB 软件计算M。

    （4）处理可达矩阵

    可达矩阵的处理包含区域划分、级位划分、骨架矩阵提取3 个阶段。通过对可达矩阵的分解，求解出包含因子自身以及它能影响的其他因子构成的可达集R（Vi）、包含因子自身以及能影响它的其他因子构成的先行集A（Vi），以及它们的共同集C（Vi）=R（Vi）∩A（Vi），从而实现区域划分；
    在区域划分基础上通过计算得到最高要素集L（Vi），实现级位划分；
    最后通过对可达矩阵的缩约和检出得到骨架矩阵。上面进行级位划分时，其算法如下：

    设P是由区域划分得到的某区域要素合集，L1，L2，…，Ll（0＜l≤n）分别表示从高到低的各要素合集，级位划分就是要找出系统集合的最高要素集，然后将它们去掉，再求剩余要素集合的最高要素；
    以此类推，直到求出最低一级的要素集合。

    为此，令L0=Ф（最高要素集合为L1，没有零级要素），则有

    式中：Ck-1（Vi）、Rk-1（Vi）是由集合P-L0-L1-…-Lk-1中的要素形成子矩阵求得的共同集和可达集。

    （5）绘制解释结构图

    根据提取的骨架矩阵，绘制多级递阶有向图，得到解释结构分析模型。

    2.2 层次分析法确定权重

    层次分析法是一种广泛应用的多准则决策方法，是将决策目标按层次分解并采用定性分析、定量分析相结合的综合决策方法，是在成对比较的基础上，以结构化的方式确定准则的权重和备选方案的优先级，具有“多准则、多目标、方法性强、系统性强”的结构特点。分析过程如下［14］：

    （1）创建层次模型

    在风险识别的基础上，把识别出来的风险分为若干组，形成不同层次。在层次结构模型中，最底层一般为因素层，将识别出的各类基础性风险因素作为风险评价二级指标；
    中间层为准则层，将风险因素分类，作为风险评价一级指标；
    最高层为目标层，即风险量化需要达到的决策目标。

    复杂的问题可以分为一般目标层、子目标层、准则层（或约束因素层）、因素层，甚至更多的层次结构。在确定评价目标、计划、标准和指标后，即可构建系统的层次模型，以全面识别和分析风险因素。

    （2）建立判断矩阵

    根据建立的风险层次结构，采用因素之间两两相比，以其重要程度，按照表2的九级标度法作出因素间的数量标度，得到判断矩阵。

    表2 判断矩阵标度Table 2 Judgment of Matrix Scaling

    （3）分层排序及一致性检验

    由判断矩阵计算各要素的相对权重，并进行排序和一次性检验；
    然后加权计算各层要素对系统总目标的相对重要性，并进行排序和一致性检验；
    最后根据总排序结果，得到各因素的风险程度。

    各要素权重的计算采用方根法进行，具体过程如下：

    ①按行计算判断矩阵元素aij的积，得到一个新的向量Mi，即

    ②将新向量Mi的每个元素开n次方，得到向量ri，即

    ③将向量ri归一化，得到权重向量Wi，即

    一致性检验公式及指标如下：

    ①计算判断矩阵的最大特征根λmax

    ②计算一致性指标T

    ③查阅表3 的平均随机一致性指标表，得到同阶随机判断矩阵一致性指标平均值K。

    表3 平均随机一致性指标表［15］Table 3 Average random consistency index

    ④计算一致性比例Q

    根据一致性检验要求，如果Q＜0.1，则通过一致性检验，即判断矩阵的不一致程度在容许范围内；
    否则认为判断矩阵不一致，需要重新咨询专家，调整两两对比的判断矩阵。

    以合肥轨道交通6 号线为例。合肥轨道交通6 号线是合肥轨道交通第三轮规划中的一条线路，起着东西向快速走廊的作用。其一期工程为6 号线的初期工程，全长35.1 km，投资205.85 亿元，计划建设工期为5 a；
    线路均为地下线，共设22座车站，其中新建17 座。现对该工程项目采用ISM-AHP的方法进行风险评估。

    3.1 基于解释结构模型的风险分析

    3.1.1 邻接矩阵的建立

    采用专家调查法对合肥轨道交通6 号线一期工程的15个风险因素的相互关系进行评定，并最终得出邻接矩阵A，如表4所示。

    表4 邻接矩阵ATable 4 Neighborhood matrix A

    3.1.2 可达矩阵的计算

    运用MATLAB 软件对建立的可达矩阵进行辅助求解，可得n=5 时的可达矩阵M，如表5所示。

    表5 n=5时的可达矩阵MTable 5 Reachable matrix M at n=5

    3.1.3 层级划分及绘制解释结构图

    通过MATLAB 软件可以得出各风险元素对应的R（Vi）、A（Vi）、C（Vi），其级位划分如表6所示，解释结构模型如图1所示。

    表6 级位划分表Table 6 Level classification table

    3.2 基于层次分析法的风险分析

    3.2.1 建立风险层次分析模型

    将合肥轨道交通6 号线一期工程的6 个风险维度、15 个风险因素，以分类方式形成目标层、准则层和指标层，如图2所示。

    3.2.2 建立判断矩阵

    根据ISM 模型及专家打分结果，得到各因素的相对重要程度，建立递阶层次判断矩阵，结果如下：

    （1）目标层，判断矩阵为A

    （2）准则层，判断矩阵为Ui（i=1、2，…，6）

    3.2.3 计算判断矩阵权重

    根据层次分析法的权重计算规则，运用MATLAB软件计算各判断矩阵权重，结果如下：

    以上结果经Q值计算，均满足一致性检验。

    3.2.4 计算组合权重

    根据各判断矩阵的权重，可以得到总排序组合权重：

    W=（0.042 35，0.006 05，0.209 33，0.069 78，0.089 52，0.029 84，0.029 84，0.013 5，0.054，0.018995，0.00673，0.003575，0.09797，0.27649，0.052 03）

    其Q=0.002 6＜0.1，通过一致性检验。

    从总排序组合权重可以看出，各风险因素重要性从大到小排序为工程变更风险（0.276 49）、设计技术风险（0.209 33）、工程质量安全风险（0.097 97）、资金供应风险（0.089 52）、施工技术风险（0.069 78）、不利地质水文条件风险（0.05 4）、设备材料供应及质量风险（0.052 03）、政策稳定风险（0.042 35）、利率变动风险（0.029 84）＝通货膨胀风险（0.029 84）、组织结构风险（0.018 995）、自然灾害风险（0.013 5）、管理专业化不足风险（0.006 73）、社会稳定风险（0.006 05）、沟通协调风险（0.003 575）。显然，工程变更风险、设计技术风险、工程质量安全风险是3 个较为重要的风险因素，更容易造成工程的直接风险损失并且可能产生较大的损失；
    此外，资金供应也应有合理的规划，以保证工程质量安全，防止风险沿着传导路径产生不良影响。

    基于风险传导的角度，选用解释结构模型以及层次分析法探索大型工程项目风险损失的预防路径，并以合肥市轨道交通工程6 号线项目为例，指出了该项目中的可控风险，以及造成项目发生经济损失的重要风险因素，证明了该模型的可行性。通过对大型工程项目的评估，提出并确定风险传导过程及风险权重排序，从而在风险管理过程中，应该对风险传导中权重较大的风险采取有效措施，切实减少大型工程的风险损失。

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