基于模糊层次分析的水利工程建设风险评估及控制研究

诸卫卫 南京市水务工程建设管理中心

1.引言

水利工程不仅是国家基础设施建设的重要组成部分，还是带动国民经济发展的重要投资渠道。我国是一个水资源分布不均的国家，水利工程的建设不仅可以更加高效的利用水资源，还可以对水资源进行有效的管理控制。水利工程是“功在当代利在千秋”的基础工程，同时也是高投资、长周期工程的典型代表。水文环境、投资结构、组织管理、经济、自然、技术等风险因素会在水利工程建设的不同阶段对项目产生较大影响[1]，因此需要对水利工程项目进行风险的识别和评价，及时做出风险控制，最大限度地减少风险对工程造成的损失，从而保证水利项目的顺利完工。

2.水利工程建设风险评价体系及模糊层次评价模型构建

2.1 水利工程项目风险特点

水利工程项目风险具有以下几方面的特点：第一，工程专业性很强，水利工程具有较强的专业性，对于项目建设方的技术和能力的要求较高。第二，项目责任主体多且复杂。水利工程参与方包含了政府、工程承包商、分包商、设计方等等，这些责任主体的任何一方出现问题都有可能对项目产生较大的风险[2]。第三，监管难度较大，水利工程项目的施工期较长，并且后续管理时间长达数十年，而监督需要贯穿项目的全生命周期，对于监管方来说，具有一定的难度。

2.2 风险评级指标体系构建

首先需要获取水利工程项目的全部数据，其次对数据进行全方位的整理和分析，提炼出风险因素，建立风险识别清单。最后构建针对项目的风险评价指标体系，风险评价指标体系的建立是风险识别的核心[3]。通过对水利工程全周期风险事项的分析，同时参考覃雪莹（2019）、周艺旋（2020）、毛媛媛（2020）等学者对于水利工程风险的研究，构建了如表1所示的风险评价指标体系。

2.3 模糊层次评价模型构建

2.3.1 确定风险评价指标权重

使用层次分析法确定权重的步骤流程如下：

（1）建立不同影响因素的两两判断矩阵。评价指标层级结构确定之后，则上下级指标的隶属度关系也已经确定，因此需要将同一级别指标进行两两比较构建判断矩阵，通过该矩阵来计算各个指标所占的权重，然后通过标度值来对所有的指标进行综合对比，并根据指标的重要程度来最终确定权重[4]。矩阵标度值如表2所示。

表2 判断矩阵标度值涵义

隶属于同一个层次的若干个指标，可以组成判断矩阵A，那么

其中：aij＞0，aii=1

（2）计算权重。使用几何平均法来计算三级指标之间权重的相对计算。几何平均法的计算如下：

式中：aij表示因素i与因素j的重要性之比。

公式（1）的计算步骤为：

①计算判断矩阵的每一行的乘积M。即：

②计算Mi的n次方根：

③将方根向量归一化：

最终归一化的Wi就是各个指标的权重系数。

（3）计算判断矩阵的最大特征值λmax

矩阵最大特征值的计算公式如下：

2.3.2 模糊综合评价模型的构建

根据上文已经构建的水利工程风险指标，构建不同层级的评价指标集X，X={X1，X2，X3，X4，X5，X6}，其中X1-6是表1中所列出的六个风险大类，同理，构建三级指标的评价因素子集，记为Xi，则

表1 水利工程风险评价指标体系

上式中，i=1，2，3，4，5，6。j=1，2，3，…，n。j的具体取值取决于构建的表格中的三级指标数量。

评语集主要表示的是不同风险结果的集合，本文构建的评语集为V=（v1，v2，v3，...vn），一般情况下，评语集共设置五个维度的评价标准，因此评语集V=（v1，v2，v3，v4，v5）=(非常安全，安全，一般，危险，非常危险)。每一个等级分别对应模糊子集。

通过百分制的分数将定性的风险因素划分为五个等级，分别是：

非常安全=[80，100]，安全[60，80]，一般[40，60]，危险[20，40]，非常危险[0，20]，通过专家的评分建立了等级模糊子集之后，确定隶属度函数[5]。

隶属度函数表示第i个一级指标中的第j个风险因素属于第k级评价标准的隶属度。利用专家投票表决人数除以专家总人数，最终得到隶属度，即

确定了所有因素的隶属度之后，可以建立模糊矩阵：

经过层次分析法得到最终的权重矩阵Wi。

在完成上述计算步骤之后，通过合成算子得到最终的评价结果：

将最终计算出的S数值进行排列就能得出所有评价对象的优劣，而后通过优劣结果进一步的提出相应的风险控制措施。

3.工程案例

为了确保分析方法的可行性，以某地区水利灌溉二期工程为例，工程渠系总长179.687km，其中：明渠长81.614km，暗渠长14.716km，渡槽127座，长10.604km，隧洞76座，长65.983k m，倒虹管5座，长6.771km。工程建设完毕之后，可以新增灌溉面积33.64万亩，改善灌溉面积12.21万亩。

根据层次分析法构建的指标体系来进行相关资料的搜集，并邀请专家对相关二级指标进行两两判断，以金融风险为例具体见表3所示。

表3 金融风险判断矩阵

经过公式1-5的计算可以最终得到W1=[0.2790.2690.2770.215]，其中四个权重分别对应金融风险中的资金可获得性风险、利率风险、融资成本风险、通货膨胀风险。将所有的指标权重进行计算之后得到结果（表4）。

表4 水利工程评价体系权重表

根据相关专家的打分可以得到模糊关系矩阵分别是：

计算出六个维度的矩阵之后，根据表4中所得出的各个影响指标的权重，应用公式（8），可以得到对应的数值：

在得到每一部分指标的评价矩阵之后，建立总评价矩阵S，计算得出总评价矩阵S=[0.51860.40960.080800]，根据最大隶属度原则，判定该水利工程二期工程的风险水平的最终评语，需要寻找到S数值中最大的元素所对应的评语集，在最终计算的结果中S1数值最大，因此对应评语集V中的V1，V1在评语集中所代表的的评语是“非常安全”，因此可以得出本工程的综合风险评价结果是非常安全。

4.工程风险控制措施

工程风险控制是明确工程风险之后的控制措施。第一，金融风险的控制措施，首先，融资成本风险，水利工程的融资成本主要与银行的利率波动以及公司信誉有关联，因此可以探索除了银行之外的企业债券、股权融资、中期票据等多样化市场化融资方式。其次，水利项目可以考虑引入更多的社会资本，共同参与项目的建设和运营，通过这种方式落实资金，增加资金的获得渠道。第二，建设风险的控制措施，首先，在工程建设中要避免施工方案的变更。其次，在保证工期的前提下适当加快施工进度，同时要探索是否能同时开工，节省建设时间。第三，运营风险的控制，水利项目建设完成之后要聘请专业的运营团队来运营项目，保障水库后续的高质量运转，同时还可以依托于水利工程建设之后的自然环境开发生态旅游、生态养老以及农家乐等项目，增加运营的收入来源。

5.结语

水利工程建设投资金额大、投资时间长、回报较低、参与主体多，因此在建设过程中可能会面临较多的风险，为了确保水利工程项目的良好运行，需要对水利工程项目全周期内进行风险评估并判断。本文使用层次分析法加模糊综合评价的方法对水利工程的风险进行了评价，通过分析证明了该方法的科学性和有效性。