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河　北　工　程　技　術　高　等　�！】啤W　�！W　報 　　 2004 年 9 月　　　　　　　 　　　　　　　　Sep. 2004 　　 第3期 JOU RNAL O F H EBE I EN G I N EER I N G AND T ECHN ICAL COLL EGE N o. 3

文章編號: 1008- 3782 ( 2004) 03- 0001-

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水利水電工程項目風險分析方法研究
王仁超1 , 黃永春1 , 徐興中2
(11 天津大學建筑工程學院, 天津　300072; 21 水利部河北水利水電勘測設計研究院, 天津　300250)

摘要: 介紹了水利水電工程項目中一些常用的風險分析方法, 分析了各種方法的優(yōu)缺點, 同時結合水利水電工程的特點, 提出了一種將風險影響圖和蒙特卡羅模擬相結合的動態(tài)風險分析方法, 并通過實例論證了該方法的有效性。最后指出了在水 利水電工程項目建設中, 風險分析研究的方向。 關鍵詞: 風險分析; 風險影響圖; 蒙特卡羅模擬 中圖分類號: N 9451　　　文獻標識碼: A

水利水電工程項目的建設與開發(fā)是一個復雜的、 充滿不確定性的過程。 一般說來, 它具有規(guī)模龐大、 資源 投入數(shù)量大、 建設周期長、 自然條件和技術條件復雜、 涉及因素眾多等特點, 是一個復雜的系統(tǒng)。 由于在建設 過程中, 系統(tǒng)的不確定性因素眾多, 影響關系錯綜復雜, 而且各因素引起的后果的嚴重程度可能完全不同, 因 此項目能否達到預期的效果具有很大的不確定性。 為此, 對水利水電工程項目進行風險分析研究具有積極的 意義。 目前, 項目風險管理中爭論的焦點在于風險分析評價方法的選用。 為此, 文中對水利水電工程項目中的 一些主要風險分析方法進行了對比研究, 分析了各種方法的利弊及其適用條件。 在此基礎上, 針對水利水電 工程項目的特點和以往風險分析方法的不足, 提出了一種將風險影響圖分析與蒙特卡羅模擬計算相結合的 動態(tài)風險分析方法, 最后指出了風險分析在未來的研究方向。

1　項目風險分析方法
111　風險分析的基本方法

項目風險分析是指應用各種風險分析技術, 用定性、 定量或兩者相結合的方式處理工程項目中不確定因 素的過程, 其目的是評價在項目的建設中可能存在的風險, 為決策者進行決策提供依據(jù)。 目前在水利水電工程項目中常用的風險分析評價方法有專家調(diào)查打分法、 敏感性分析法、 層次分析法、 風險影響圖法、 蒙特卡羅模擬法等。 11111　專家調(diào)查打分法 這是一種最常用、 最簡單的分析方法。 首先, 辨識出某一特定工程項目可能遇到的所有風險, 列出風險清 單; 其次, 利用專家的知識和實踐經(jīng)驗, 對所有可能的風險因素的重要性進行評價, 綜合成整個工程項目的風 險。 項目最后的風險度值為每位專家評定的風險度乘以各自的權重值, 所得積的總和再除以專家權重值之 和。 該風險度值越高, 則風險越大。 11112　敏感性分析法 敏感性分析法用于項目風險分析時, 只考慮影響工程項目目標成本的幾個主要因素 ( 如利率、 投資額、 運 行成本、 回收效益等) 的變化。 首先假設各種不確定性因素 ( 利率、 投資額、 運行成本、 回收效益) 都分別為某一 確定值, 計算出該項目的投資凈收益 (N PV ) , 然后分別考慮其中某一個不確定性因素發(fā)生一定變化 ( 對同一 個因素, 該變化率取同一值) 對該項目的影響, 即投資凈現(xiàn)值的變化。 根據(jù)各因素對工程項目影響的大小,
收稿日期: 2004204227 作者簡介: 王仁超 ( 19642) , 男, 天津大學建筑工程學院教授, 主要從事系統(tǒng)工程與工程管理的研究。

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可以確定工程目標成本對哪一個因素的變化最敏感, 哪個最不敏感, 相應得出敏感性順序, 對敏感性較大的 因素要加以重視。 11113　層次分析法 (A H P ) 層次分析法是一種比較靈活且易于理解的分析方法。 首先進行風險辨識分類, 采用專家法或德爾菲法構 造出工作包的風險框架圖 ( 圖 1) ; 然后構造判斷矩陣, 即由專家按一定的規(guī)則對因素層和子因素層間各元素 的相對重要性給出評判, 求出各元素的權重值, 并對專家的評價進行一致性檢驗, 最后根據(jù)工作包風險處于 高、 中、 低各級的概率, 判斷出其風險度, 再綜合全部工作包風險度得出項目總風險度, 提交決策者進行決策。

圖 1　A H P 分析框架圖

11114　風險影響圖

風險影響圖是表示項目風險作用關系、 組合關系的有向圖, 由風險節(jié)點和風險作用關系弧 ( 箭頭) 組成, 每一個風險節(jié)點對應項目中的一個風險變量。 它用直觀緊湊的圖形表示出問題中主要變量間的相互關系, 并
[1] 可以清楚地揭示出變量間存在的相互獨立性及進行決策所需的信息流。 如圖 2 和圖 3 所示。

圖 2　項目風險影響圖　　　　　　　　　圖 3　基本影響圖

如圖 2 為風險組合 C = 6 k j x i 影響圖, 其中 “×” 表示該節(jié)點為積節(jié)點,“+ ” 表示該節(jié)點為和節(jié)點, 風險 風 C 受 z 1 , z 2 , …, z n 等因素的影響; 圖 3 為基本影響圖, 圖中風險 L 直接受 w , m 的影響, 間接受 w , t 的影響。 險影響圖既可以作為一般直觀的定性分析工具, 又可以作為由計算機實現(xiàn)的正規(guī)數(shù)量化分析的手段。 11115　蒙特卡羅模擬法 蒙特卡羅模擬法又稱統(tǒng)計試驗法, 是估計經(jīng)濟風險和工程項目風險的一種常用的方法。 它以概率模型為 基礎, 對含有隨機性質的問題能夠作出全面的模擬, 可以對若干參量的變化同時作出模擬分析, 使在復雜情 況下的決策更加合理準確。 該方法的前提與基礎是風險因素及其相關性的辨識, 一般按圖 4 所示程序進
[2] 行。

112　風險分析方法的比較

分析以上風險評價方法, 可以得出下面的認識。

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　　專家調(diào)查打分法簡單、 明了, 且需要的費用比較 少, 在多數(shù)中小型項目中仍然廣泛采用。 在分析時該 法主要是依據(jù)專家的經(jīng)驗和決策者的意向, 對工程 項目中可能遇到的風險作出定性判斷, 得出的結論 是定性的, 主觀性比較大。 對于大型復雜項目只能作 為進一步風險分析的基礎。 一般在決策前期缺乏項 目的具體數(shù)據(jù)資料的情況下采用專家調(diào)查打分法。 層次分析法 (A H P ) 也是充分利用人的經(jīng)驗和 判斷, 采取相對標度形式, 能夠統(tǒng)一對有形與無形、 定量與不可定量的因素進行測度。 同時采用主觀判 斷與客觀分析相結合的方法, 可以對項目中潛在風 險因素或子因素的評價用數(shù)字進行定量描述, 并構 造出風險因素的遞階層次結構, 使之與決策者的思 維過程相一致; 在分析過程中采用專家評判, 并用一 致性準則來檢驗評判的準確性。 整個過程中既有定 性分析, 又有定量結果, 為決策者提供了一個全面了 解項目風險情況的機會, 使其做出的決策更科學。 A H P 法廣泛應用于工程投標階段, 但是由于受計算 準則和一致性檢驗標準的限制, 難以在復雜的工程 項目中應用。

圖 4　蒙特卡羅模擬法流程圖

敏感性分析法研究影響工程目標成本的幾個主要因素的變化對目標成本的影響, 并得出定量結果。 在項 目管理中, 敏感性分析方法一般用于可行性研究中分析工程風險。 通過敏感性分析, 可以向決策者提供可能 影響項目成本變化的因素及其影響的重要程度, 使決策者在做決策時考慮這些因素, 并優(yōu)先考慮敏感性最大 的因素對工程成本的影響。 但是, 它是在假定其他參數(shù)不變的情況下分析單個參數(shù)變化對工程總成本的影 響, 因此, 應用時具有一定的局限性, 對于復雜工程項目, 難以做出準確的分析評價。 影響圖法通過節(jié)點和箭頭, 用直觀緊湊的圖形表示出項目中各風險因素間的聯(lián)系與相互作用, 比較符合 工程實際, 彌補了以往分析方法中, 分析風險因素對項目的影響時, 每個風險因素都是相互獨立的這一缺陷。 但是目前關于風險影響圖的應用實例還不太多。 蒙特卡羅模擬法則采用定性分析與定量計算相結合的技術進行風險分析研究, 它是對未來實際可能發(fā) 生情況的一種模擬。 應用蒙特卡羅模擬技術可以直接處理每一個風險因素的不確定性, 并把這種不確定性在 成本方面的影響以概率分布的形式表示出來。 它是一種多元素變化方法, 在該方法中所有元素都受風險不確 定性的影響, 從而克服了敏感性分析方法受一維元素變化的局限性。 該方法既有對項目結構的定性分析, 又 有對風險因素的定量評價, 克服了專家法受主觀因素影響的制約, 比較適合在大中型項目中應用, 并且便于 計算機操作, 可以適時地對數(shù)據(jù)進行更新。 但是, 其精確度和有效性取決于仿真計算模型的精確度和各輸入 量概率分布估計的準確度, 因此建立的模型應該正確、 可靠、 適應性強、 容易控制和使用方便。 目前該技術的 難點在于對風險因素及其相關性的辨識。

2　風險影響圖2蒙特卡羅模擬分析方法
實際上大量影響水利水電工程項目的隨機因素并沒有明確地包含在數(shù)學模型中, 只是被含糊地包含在 風險估計中, 在以往的風險分析中都沒有充分地考慮這一點, 而且對于各風險因素間的相互作用與聯(lián)系在大 多數(shù)情況下也都被隱藏在專家評價過程中而被近似地處理了, 根本得不到確切的表示。 而風險影響圖表征了 項目風險的影響關系和組合關系, 是建立風險評價數(shù)學模型, 進行風險分析的有力工具。 因此, 以風險影響圖 為工具, 建立風險分析模型, 對項目風險因素及其相關性進行辨識, 然后運用蒙特卡羅模擬對項目風險進行 定量分析計算, 可以使兩種方法互相補充, 從而對項目風險做出準確的評價。

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211　風險因素辯識模型 ( 影響圖) 構造

風險因素及其相關性的辯識是風險分析的關鍵, 為了不遺漏任何一個風險因素, 采用以下步驟構造風險 [1] 因素辯識模型。 1) 活動辯識。 將工程項目分解為基本組成單位——活動, 并弄清每一個活動的內(nèi)容及其相關活動, 繪制 項目施工計劃網(wǎng)絡圖以表示各個活動之間的關系。 2 ) 風險因素及其影響辯識。 對每一個影響目標實現(xiàn)的活動, 通過分析, 辯識出其對最終研究對象 ( 如費 用、 工期等) 的影響。 為此, 要對每個活動的主要單元逐一加以考慮, 弄清楚影響的時間關系與邏輯關系, 對一 些比較重要的影響因素, 要進行進一步的分析研究。 3) 風險因素相關性分析。 辯識出項目的主要風險影響因素后, 再根據(jù)研究目的, 按照活動的時間順序和 邏輯關系, 采用影響圖結構表示各風險因素間的本質聯(lián)系。
212　蒙特卡羅模擬計算分析

蒙特卡羅方法是一種計算機模擬方法, 它的基本思想是構造各隨機變量的概率模型, 然后對概率模型進 行抽樣試驗, 并用試驗結果作為問題的解。 用蒙特卡羅方法計算工程項目風險的步驟如下: a. 確定模擬計算次數(shù) N ; b. 根據(jù)研究對象和目的, 確定每一項活動的持續(xù)時間或施工費用; c. 確定每一 個風險變量的分布特征, 計算分布函數(shù)的參數(shù); d. 根據(jù)工作間邏輯關系, 繪制網(wǎng)絡圖; e. 產(chǎn)生隨機數(shù), 計算各 活動的隨機歷時或費用, 并計算完工日期或工程費用; f. 統(tǒng)計完工日期 ( 費用) 大于計劃完工日期 ( 費用) 的次 數(shù), 并記為 M ; g. 計算工程項目的風險度 P r , P r = M N 。 用蒙特卡羅方法計算施工進度風險時, 其計算精度與模擬次數(shù) N 有關。 其計算誤差為 Ε = X ΑΡ N , 其中 是置信度系數(shù) , 是標準差。 XΑ Ρ

3　工程實例
以某水電站土石壩樞紐工程為例[ 3 ] , 說明風險影響圖2蒙特卡羅模擬分析方法在施工進度風險分析中的 應用。

圖 5　某水電工程施工進度局部網(wǎng)絡圖

311　工程概況和計算條件

本工程的截流到攔洪階段性施工進度網(wǎng)絡計劃如圖 5 所示 ( 虛線表示虛項目) , 計劃 11 月 1 日截流, 次 年 5 月 30 日攔洪。 根據(jù)初步分析, 截流、 閉氣、 排水、 基坑開挖和大壩填筑施工在關鍵路線上, 其估算施工歷 時 m 及估計區(qū)間 (a , b) , 數(shù)據(jù)見表 1。

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表 1　大壩填筑估算歷時 m 和估計區(qū)間 (a , b)
活動 截流 閉氣 基坑排水 基坑開挖 大壩填筑 估算歷時
m d a = 0. 95m

區(qū)間 1
b= 1. 05m a = 0. 90m

區(qū)間 2
b= 1. 10m a = 0. 85m

區(qū)間 3
b= 1. 15m

2 8 5 20 125

1190 7160 4175 19100 118 175

2110 8140 5125 21100 131125

1180 7120 4150 18100 112150

2. 20 8180 5150 22100 137150

1. 70 6180 4125 17100 106125

2. 30 9120 5175 23100 143175

312　分析與計算 31211　風險因素及相關性辨識與分析

土石壩樞紐工程截流是一個復雜的項目, 影響其施工進度的不確定性因素, 風險影響圖如圖 6。

圖 6　施工進度風險影響圖

對土石壩截流工程, 施工進度的不確定性因素有如下幾方面。 1 ) 水文、 氣象因素的影響。水文因素主要對截流和攔洪日期有影響。截流擬在 11 月 1 日進行, 不確定變 化范圍估計為前后 10 d; 設計攔洪日期是截流后次年的 5 月 30 日, 估計可能拖延 15 d; 氣象因素主要對大 壩填筑施工有影響, 在截流到攔洪這段時間內(nèi)大壩需停止施工的天數(shù)見表 2。大壩填筑期逐月停工天數(shù)估計 區(qū)間為估算停工天數(shù)的 019 倍到 1110 倍。 關鍵線路上其它施工內(nèi)容基本不受氣象因素的影響。
表 2　大壩填筑期可能停工的估算天數(shù)
月份 估算停工天數(shù) d
11 7 12 8 1 14 2 16 3 20 4 12 5 14

　　2) 工作歷時估計的不確定性的影響。 在水利水電工程施工中, 完成某一分部分項工程 ( 或工序) 的歷時, 常根據(jù)該工作的工程量、 合理的資源供應計劃和工程定額進行估算, 或直接根據(jù)有關指標和經(jīng)驗進行估計。 這種估算或估計均不同程度地存在不確定性, 而且不同的施工內(nèi)容, 這種不確定性的程度也不同。 但在一般 情況下, 其概率密度應具有以下兩個特點: a ) 有一個分布區(qū)間 ( a , b) , 在此區(qū)間上的概率密度始終取有限正 值; b ) 在區(qū)間 ( a , b) 內(nèi), 概率密度曲線呈單峰形狀。 對一般施工內(nèi)容, Β 分布比較符合工作歷時的實際分布。
3) 每月有效施工天數(shù)的不確定性。 一般而言, 水利水電工程施工采用輪休, 可不考慮法定假日的停工, 但

應考慮水文和氣象的影響而引起的停工。 例如, 土石壩的填筑施工, 特別是粘土防滲體的施工中, 降雨對其影 響很大, 即每月一定標準日的多少, 直接影響到有效施工天數(shù)。 每月有效施工天數(shù)可用下式計算: 月有效施工天數(shù) = 月日歷天數(shù) - 因水文氣象影響的停工天數(shù) 每月因水文氣象影響而停工的天數(shù)具有不確定性, 這種不確定性的分布可借助于對歷年逐月的大量歷史資 料的分析計算得到。 在缺乏歷史資料的情況下, 可假定每月因水文氣象影響而停工的天數(shù)服從某一分布 ( 如 三角形分布) 。

6 31212　蒙特卡羅模擬計算

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蒙特卡羅模擬計算的步驟如下: 1) 確定仿真模擬次數(shù) N = 50 000 次; 2) 根據(jù)工程量、 合理的資源供應計劃和工程定額等資料, 估算每項工作的持續(xù)時間; 3) 確定施工內(nèi)容工作歷時的分布特征, 計算分布函數(shù)的參數(shù);
4) 根據(jù)氣象資料和具體施工內(nèi)容, 估算因氣象原因停工的天數(shù)和分布區(qū)間; 5) 計算每項工作施工的起始日期和經(jīng)歷的日歷天數(shù); 6) 根據(jù)各項工作之間的邏輯關系, 繪制網(wǎng)絡圖; 7) 若規(guī)定 ( 或計劃) 完工日期具有不確定性, 則估計其最可能時間和估計區(qū)間; 8) 產(chǎn)生隨機數(shù), 計算隨機工作歷時、 隨機有效施工時間和各工作隨機日歷天數(shù); 9) 根據(jù)網(wǎng)絡圖確定計算完工日期 T c; 10) 統(tǒng)計計算完工日期大于計劃完工日期 ( T c > T p ) 的次數(shù), 并記為 M ; 11) 計算施工進度風險 P r , P r = M n。

對不同的大壩填筑歷時估計區(qū)間, 其施工進度計劃風險計算結果見表 3。
313　計算結果分析

由表 3 可見, 當大壩填筑施工歷時估計區(qū)間變大時, 施工進度計劃風險上升, 而且增加幅度比較大。
表 3　不同大壩填筑歷時估計區(qū)間施工進度風險計算結果
估計區(qū)間方案 風險 ( P r )
(0195m , 1. 05m ) 010196 (0190m , 1. 10m ) 010506 (0185m , 1. 15m ) 011211

4　結束語
文中通過研究以往的項目風險分析與決策方法, 結合水利水電工程的特點, 提出了以風險影響圖為工 具, 建立風險因素及其相關性辯識模型, 然后采用蒙特卡羅方法進行定量模擬計算的風險分析方法, 克服了 以往的風險分析中不考慮風險因素之間的聯(lián)系與相互作用的不足, 既有定性分析, 又有定量計算結果, 為決 策者作出科學的決策提供了良好的依據(jù)。
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( 下轉第 21 頁)

　第 3 期　　　　　　　　　　　　　　　　　盧彭真等: 無損檢測技術在道橋中的應用

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A pp lica t ion of N on 2de st ruct ive Eva lua t ion T echno logy in H igh 2 w ay s and B ridge s
1 2 3 4 LU P eng 2zhen , QU L u 2 w en , CH EN Zh i2 w e i , ZH EN G D an 2yan (1. Guangzhou U n iversity, Guangzhou 510405, Ch ina; 2. Hong tu T raffic Eng ineering Com p any, H angzhou 311112, Ch ina; 3. Shaox ing T raffic Con struction Con tro l and M anagem en t L i m ited Com p any, Shaox ing 312000, Ch ina; 4. Zhejiang V ocational Co llege of T raffic, H angzhou 311112, Ch ina )

Abstract: T he p ap er in t roduces the app lica t ion of the non 2dest ruct ive eva lua t ion techno logy in the h igh 2 w ay s and b ridges, ana lyzes the d ifficu lt ies and p rob lem s, p u t s fo rw a rd som e so lu t ion s to the p rob lem s and fo reca st s the developm en t of non 2dest ruct ive eva lua t ion techno logy in the h igh- w ay s and b ridges. Key words: non 2dest ruct ive eva lua t ion; h igh 2 w ay s and b ridges; app lica t ion and developm en t ( 責任編輯: 翟國靜) ( 上接第 6 頁)

S tudy of R isk A na ly sis M e thod fo r W a te r R e sou rce P ro ject
1 1 2 W AN G R en 2chao , HU AN G Yong 2chun , XU X ing 2zhong (11Co llege of C ivil Eng ineering, T ian jin U n iversity, T ian jin 300072, Ch ina; 21H ebei Investigation, D esign and R esearch In stitu te of W ater R esou rces, T ian 2jin 300250, Ch ina )

Abstract: T h is p ap er in t roduced som e risk ana ly sis m ethod s in w a ter resou rce p ro ject and ana lyzed the . Com b in ing w ith the un ique fea tu re of w a ter resou rce p ro 2 advan tages and d isadvan tages of these m ethod s ject, a dynam ic risk ana ly sis m ethod ba sed on risk influence d iag ram and M on te Ca rlo si m u la t ion w a s p re2 sen ted. A nd the va lid ity of th is m ethod w a s dem on st ra ted th rough an exam p le. A t the end of the p ap er, the resea rch d irect ion of risk ana ly sis m ethod in w a ter resou rce p ro ject con st ruct ion w a s po in ted ou t. Key words: risk ana ly sis; risk influence d iag ram ; M on te Ca rlo si m u la t ion ( 責任編輯: 翟國靜)



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