基于模糊层次分析法对水利水电工程施工风险分析

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摘要：水利水电工程项目在施工过程中蕴藏着许多不确定的风险因素，本文选取了 12 个影响水利工程施工风险的评价因子，根据水利工程项目施工风险的自身的特殊性，采用模糊层次分析法建立了相应风险评价理论体系模型，并以实例说明这种方法在工程项目施工风险分析评价中的可行性。

关键词：水利水电工程；施工；风险；模糊层次分析法

中图分类号： TV文献标识码： A

引言

水利水电施工工程建设规模大、施工环境恶劣、施工强度高，工程建设参与单位多、立体交叉作业复杂、大型施工设备应用广，人员流动性大，且大多数属于野外作业和洞室作业，受地形、地质、气候影响较大，工程项目的复杂性和多元化的危险性，决定了施工过程中的风险因素很多。这一系统的安全性和可靠性既取决于施工工程各单元的风险性，还与各种施工机具、材料、技术措施、施工环境、监督管理、施工人员等施工企业的综合安全生产能力有关。因此，要准确、客观地描述重大风险因素是比较困难的。

众多的风险评价方法中，模糊层次分析法由于能有效地将定性和定量相结合来处理各种评价因素及系统灵活的优点，得到广泛的应用。由于影响大型水利工程项目建设的风险因素具有很大的模糊性和未知性，所以很难进行定量分析与计算，为了客观而又全面地评价水利工程建设的风险危害程度，采用模糊层次分析法，建立层次分析结构模型，在定性分析的基础上再进行定量计算。

一、 模糊层次分析法基本原理

模糊层次分析是在层次分析的基础上，通过专家调查并打分评价，运用模糊数学的方法来确定权重，对工程施工风险作模糊综合评价，最终对风险等级进行划分，确定风险大小，进而对各风险因素进行排序。

1 模糊层次分析法步骤

① 风险因素层次分析结构模型建立

风险因素层次分析结构模型的建立是在风险识别的基础上，把识别出来的风险分成若干个组，然后根据模型层次结构模型的建立规则，形成不同层次。在层次结构模型中，一般地，最底层为因素层，包含所有要进行排序的风险因素；中间层为准则层，对下层元素起支配作用，同时又受到上层元素的支配，来确定元素排序的准则；最高层只有一个元素，称为目标层。

针对建设工程施工项目中风险识别因素的特点，可以建立如下的层次分析结构模型：

1）目标层（A）：表示风险量化要达到的目标。

2）准则层（B）：一般从风险发生概率和发生风险的后果影响程度作为准则。

3）因素层（C）：建设工程项目存在的风险因素，也就是在风险识别阶

段识别的风险因素。

② 模糊互补判断矩阵的构造

在第一步建立了个风险因素层次分析结构模型后，上下层次之间的隶属关系就随之确定了，接下来就是要构造各层次元素的模糊判断矩阵。本文因素间的两两对比，采用的是一个因素和另一个因素相比的重要程度的定量比较，从而可以得到模糊判断矩阵。通常用表 1 的 0.1―0.9 九标度法作出因素间的数量标度。

表1重要性标度【3】

对模糊判断矩阵R进行行和归一化处理，得到因素排序向量，其中W向量满足

（i=1,2,…,n）。具体的证明过程见参考文献【4】。

③ 模糊互补判断矩阵一致性检验

判断得到的因素的重要性权重值是否合理，还应该对模糊互补判断矩阵进行一致性检验。

模糊判断矩阵，对矩阵的各行求和则有：，(其中i=1,2,3,…,n)。作数学变换，得到模糊一致性矩阵。

矩阵和均为模糊判断矩阵，称

为 A 与 B 的相容性指标。

当相容性指标I [A,W]

④ 排序

风险因素层次总排序指计算所有元素相对于目标层的相对重要性的排序权重，这一过程从最高层开始逐层向最低层进行。

其余层的权重也是按照这样的方法逐层计算，至到最底层为止，可以得到所有风险因素相对于最高层，也就是目标层的权重排序，可以实现所有风险因素的重要性排序。模糊层次分析法的主要步骤如图 1所示。

图1模糊层次分析法的步骤

二、 应用实例分析

以西宁市某水库为例进行施工风险分析，该水库属于大（2）型水利枢纽，水库工程由拦河坝、导流隧洞、溢洪道和电厂组成。是以城市和农业灌溉供水为主，兼顾防洪和发电的大型水利枢纽。钢筋混凝土面板堆石坝。采用模糊层次分析法对该水库作出风险评价。

①风险因素层次分析结构模型建立

对水利水电工程施工风险因素分析后，根据问题复杂程度和分解程度，获取各个元素，按照属性差异进行分组，形成不同层次结构，同一层次元素之间相互独立，在竖向关系上为支配关系，也对下一层次元素起支配作用。

②模糊互补判断矩阵的构造

A 层和B 层的隶属关系已确定，根据表1（0.1―0.9 九标度法）的打分方法，专家通过B层的四种因素进行两两因素比较，最后得到模糊互补判断矩阵B1、B2、B3和B4。

，，

。

进而得到模糊互补判断矩阵B1、B2、B3和B4的权重向量WB1、WB2、WB3和WB4：

， ， ，

③模糊互补判断矩阵一致性检验

模糊互补判断矩阵B1、B2、B3和B4的特征矩阵计算结果为：， ，，

分别来计算模糊互补判断矩阵B1、B2、B3和B4与其特征矩阵WB1*，WB2*，WB3*和WB4*的相容性，得出I(B1,WB1*)=0.075< 0.1，I(B2,WB2*)=0.069< 0.1， I(B3,WB3*)=0.085< 0.1， I(B4,WB4*)=0.081< 0.1，由于其相容性指标均小于决策者的态度 （一般），所以模糊判断矩阵B1、B2、B3和B4均是满意一致的，

从而验证了其权重集WB1、WB2、WB3和WB4的权重分配的合理性。B和 C 层的各风险因素，同样可用上述方法计算出其各自的权重向量。

因素B1，C1，C2，C3的模糊互补判断矩阵：

，，。

因素B2，，C4，C5，C6的模糊互补判断矩阵：

，，。

因素B3，C7，C8，C9的模糊判断矩阵：

，，。

因素B4，C10，C11，C12的模糊判断矩阵：

，，。

进而得到模糊互补判断矩阵C1、C2…C10的权重向量WC1、WC2…WC12：

,,,,,,,,

,,,.

经计算，这些模糊互补判断矩阵与其特征矩阵的相容性指标均小于0.1（决策者的态度一般小于0.1），所以模糊互补矩阵满足一致性。从而验证了权重分配的合理性。

④排序

计算结果得到的权重是本层次相对于上层次有关的各元素间的相对权重，由公式，可得到最底层的各风险元素按不同的标准的排序向量。

风险元素 A 的重要度排序向量: WA=(0.108，0.066，0.079，0.098，0.062，0.053，0.081，0.080，0.101，0.054，0.0119，0.090) 。

在按风险因素进行排序时，该水库的风险因素中：地质条件（C1）、承包商施工技术和管理水平（C4）、合同签订的合理性（C9）、设计图质量（C11）的权重系数相对于其他风险因素权重要大，为此，我们可根据这些数据对该水库在施工时期着重防范这些权重系数相对于较大的风险因素，避免在施工期间造成不必要的损失。

结论

在按风险因素进行排序时，排出水利水电工程施工风险因素的优先顺序，根据其顺序可得到一些关键因素，对此，在水利水电工程施工风期间应着重防范这些关键风险因素，避免在施工期间造成不必要的损失。在对水利水电施工风险进行分析和评价的过程中，参照其本身的模糊性以及风险信息的不确定性。对项目进行详细的分析和风险因素的权重向量计算，以及整体工程项目的风险因素总排序，分析项目的风险因素为项目的控制和管理提供了一个重要的参考依据，说明模糊层次分析方法的可行性和有效性。

参考文献

［1］谢季坚，刘承平.模糊数学方法及其应用［M］. 武汉:华中科技大学出版社，2000.

［2］杜栋.AHP 判断矩阵一致性问题的数学变换解决方法决策科学及其应用［M］.北京:海洋出版社，1996.

［3］元云丽，基于模糊层次分析法_FAHP_的建设工程项目风险管理研究.硕士学位论文，重庆大学，2013

［4］徐泽水.模糊互补判断矩阵排序的一种算法[J].系统工程学报,2001，16( 4):311-314.