基于粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的油氣管道EPC總承包商風(fēng)險評價研究

張明泉，呂向飛

長輸油氣管道工程建設(shè)管理模式經(jīng)歷了大會戰(zhàn)、平行發(fā)包，從2007年開始，國內(nèi)長輸油氣管道工程就開始逐步實施EPC管理模式。西部管道工程是中石油第一次在長輸管網(wǎng)工程中實行EPC模式。此后，蘭銀線、蘭鄭長管道均是采用EPC管理模式。EPC管理模式在在管道建設(shè)領(lǐng)域得到了很快推廣。然而，目前國內(nèi)對油氣管道工程EPC總承包進行風(fēng)險分析的還比較少，只有些從定性或半定量的角度進行風(fēng)險分析。國際上對風(fēng)險分析已經(jīng)有多年的歷史,已經(jīng)總結(jié)出各種方法，本文采用粗糙集和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的模型進行風(fēng)險分析。

一、長輸油氣管道工程EPC總承包風(fēng)險分析指標(biāo)體系的設(shè)計

（一）長輸油氣管道EPC總承包風(fēng)險的特點

長輸油氣管道工程投資規(guī)模一般都巨大，建設(shè)周期也長，面臨的不確定因素很多。參建單位非常多，有業(yè)主、EPC總承包商、分包商、監(jiān)理、運營方等各單位參與，關(guān)系網(wǎng)復(fù)雜。因此，導(dǎo)致工程建設(shè)在全壽命周期內(nèi)面臨的風(fēng)險因素不僅數(shù)量多而且種類復(fù)雜。長輸油氣管道EPC總承包項目風(fēng)險特點可歸納如下：

1.社會性（廣泛性）。長輸油氣管道EPC總承包工程風(fēng)險涉及的利益相關(guān)者非常多，相互間的關(guān)系也很復(fù)雜，如現(xiàn)在中國石油集團公司建設(shè)的一些長輸油氣管道工程，北京項目經(jīng)理部作為業(yè)主代表，履行業(yè)主功能，中石油管道局作為EPC總承包，負(fù)責(zé)設(shè)計、采購、施工，監(jiān)理單位為中油朗威或北京興油，最后負(fù)責(zé)油氣管道接收運營的是中石油管道公司或西氣東輸公司，這些單位雖然均屬于中石油集團下屬機構(gòu)，但相互之間內(nèi)部利益關(guān)系復(fù)雜。

2.復(fù)雜性。長輸油氣管道EPC總承包模式下的風(fēng)險要比傳統(tǒng)管理模式下的復(fù)雜，難度也大，EPC總承包面臨的風(fēng)險也增加很多，因此對管理的要求較高。同時，長輸油氣管道建設(shè)工程是野外施工，施工路線長，施工地形也較復(fù)雜，有山區(qū)、丘陵、水網(wǎng)和沙漠等，施工環(huán)境復(fù)雜。

3.全面性。長輸油氣管道EPC總承包項目的風(fēng)險貫穿于項目的招投標(biāo)、設(shè)計、采購、施工、試運行的全過程中，各階段之間的風(fēng)險關(guān)聯(lián)性很大，而且風(fēng)險的影響通常不是局部的，而是全局性的。如不利的氣候條件或地形條件會阻礙施工，導(dǎo)致整個工程延期，增加工程成本。

（二）長輸油氣管道EPC總承包工程項目風(fēng)險指標(biāo)體系建立

在全面分析長輸油氣管道工程EPC總承包建設(shè)中顯現(xiàn)及潛在的各種風(fēng)險因素，同時參考國內(nèi)外相關(guān)方面的研究成果，歸納、整理、重組現(xiàn)有的評價指標(biāo)，刪除影響甚小的因素，研究主要因素。最后將自然風(fēng)險、社會經(jīng)濟風(fēng)險、政治風(fēng)險、組織管理風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險及施工操作風(fēng)險作為起決定作用的指標(biāo)。

1.自然風(fēng)險。自然風(fēng)險是指大自然帶來的風(fēng)險，如惡劣的氣候條件、未曾預(yù)料到的工程水文地質(zhì)條件、不利的地理條件等。

2.社會經(jīng)濟風(fēng)險。社會經(jīng)濟風(fēng)險包括由于處理不好與當(dāng)?shù)卣年P(guān)系而帶來的一些“群體性”事件等，還有經(jīng)營管理不善、市場預(yù)測失誤、價格變動、利率變動、通貨膨脹等原因?qū)е碌娘L(fēng)險。

3.政治風(fēng)險。政治風(fēng)險包括國際工程中當(dāng)?shù)厣鐣謩輨邮?、?dāng)?shù)卣恼卟贿B續(xù)、地方政府的某些不作為行為等。

4.組織管理風(fēng)險。組織風(fēng)險是指由于項目有關(guān)各方關(guān)系不協(xié)調(diào)引起的風(fēng)險。包括項目內(nèi)部對不同工程目標(biāo)的組織安排不好，缺乏對相關(guān)目標(biāo)的優(yōu)先排序，不同目標(biāo)之間產(chǎn)生沖突造成的損失；管理風(fēng)險指項目管理人員管理能力不強、經(jīng)驗不足、不按合同條款辦事、工人素質(zhì)低下、勞動積極性低等帶來的風(fēng)險。

5.技術(shù)風(fēng)險。技術(shù)風(fēng)險一般是在設(shè)計、相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的選擇確定，以及對某些新技術(shù)、新工藝的盲目采用，對分包商的技術(shù)水平過于相信等帶來的風(fēng)險。

6.施工操作風(fēng)險。施工操作風(fēng)險一般指工人不按操作規(guī)范施工，以及在某些環(huán)境惡劣地區(qū)如山區(qū)、水網(wǎng)、丘陵地帶施工，施工難度很大，都會產(chǎn)生一些風(fēng)險。

二、基于粗糙集-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論的長輸油氣管道工程EPC總承包風(fēng)險分析模型建立

（一）基于粗糙集理論的數(shù)據(jù)預(yù)處理

粗糙集理論是由波蘭數(shù)學(xué)家Z.Pawlak在1982年提出的。它是通過構(gòu)建知識表達系統(tǒng)來進行數(shù)據(jù)預(yù)處理，將各風(fēng)險指標(biāo)值作為條件屬性，工程項目整體風(fēng)險評價定級結(jié)果（D）作為決策屬性，條件屬性與決策屬性構(gòu)成決策表。根據(jù)粗糙集屬性約簡方法，對條件屬性（各風(fēng)險因素）進行約簡，刪去對工程影響程度很小的風(fēng)險因素，即減少風(fēng)險數(shù)量的輸入。屬性約簡方法可采用分辨矩陣，本文通過粗糙集軟件來實現(xiàn)。

（二）基于粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的長輸油氣管道工程EPC總承包風(fēng)險分析模型構(gòu)建

1.風(fēng)險分析模型結(jié)構(gòu)設(shè)計。構(gòu)建簡單的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型即可，采用單隱層的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，將經(jīng)過粗糙集預(yù)處理的風(fēng)險因素指標(biāo)作為輸入層的節(jié)點數(shù)，將風(fēng)險狀態(tài)（風(fēng)險較大、風(fēng)險中等、風(fēng)險較?。┳鳛檩敵鱿蛄浚瑒t輸出層節(jié)點數(shù)可設(shè)為3個，即風(fēng)險較大為（0,0,1），風(fēng)險中等為（0,1,0），風(fēng)險較小為（1,0,0）。

2.BP網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)。根據(jù)前述的經(jīng)過粗糙集處理的風(fēng)險指標(biāo)，收集相關(guān)工程的風(fēng)險指標(biāo)數(shù)據(jù)，構(gòu)建學(xué)習(xí)樣本，輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，按照BP算法，確定各參數(shù)值。

3.根據(jù)輸出結(jié)果，對長輸油氣管道工程EPC總承包風(fēng)險進行分析。

三、實例分析

本文收集了中石油集團公司建設(shè)并實施EPC總承包的管道工程項目作為分析對象。國內(nèi)有西部管道工程、蘭銀線工程、蘭鄭長工程、西氣東輸二線工程、澀寧蘭復(fù)線工程、陜京三線工程、蘭州-成都原油管道，國外有利比亞管道工程和蘇丹一期管道工程。分別定義為樣本1、樣本2、……樣本9。以前面所建立的長輸油氣管道工程EPC總承包風(fēng)險評價指標(biāo)體系中的風(fēng)險，如自然風(fēng)險、社會經(jīng)濟風(fēng)險、政治風(fēng)險、組織管理風(fēng)險、技術(shù)風(fēng)險和施工操作風(fēng)險為條件屬性，并分別定義為a、b、c、d、e、f。 以風(fēng)險評價結(jié)果級別作為決策屬性，用D來表示。采用調(diào)查和專家打分法為分析工具的風(fēng)險調(diào)查表，對各個風(fēng)險因素的權(quán)重系數(shù)做合理界定。

每個條件屬性指標(biāo)都劃分為三個等級：風(fēng)險較小、風(fēng)險中等、風(fēng)險較大，對應(yīng)為（3，2，1）三個評價值。同時對于決策屬性，也可按風(fēng)險較小、風(fēng)險中等、風(fēng)險大來表示，分別對應(yīng)于（3，2，1）。然后通過評分表的形式，找這9個管道工程中的16位專家（4位項目經(jīng)理，4位負(fù)責(zé)設(shè)計的人員，4位負(fù)責(zé)采購的人員，4位負(fù)責(zé)施工的技術(shù)人員）調(diào)查打分，來確定各個工程樣本最終風(fēng)險等級（D），為（1,2,3,2,3,2,2,1,1）。 得到了這9個樣本的評價指標(biāo)體系中的各個指標(biāo)的值，即是原始決策表，如下表1所示。

由于原始決策表里的數(shù)據(jù)已經(jīng)是離散化的，故無需再進行離散化。然后借助屬性約簡軟件即可進行約簡，得最小約簡為｛a,b,d,e｝，即自然風(fēng)險、社會經(jīng)濟風(fēng)險、組織管理風(fēng)險和技術(shù)風(fēng)險。

表1 原始決策表

根據(jù)上面的粗糙集屬性約簡結(jié)果，可建立典型的三層BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，條件屬性a、b、d、e作為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，風(fēng)險狀態(tài)作為輸出向量，則有4個輸入節(jié)點，3個輸出節(jié)點，隱含層的神經(jīng)元數(shù)可以根據(jù)經(jīng)驗公式k=，可取k=7，其中m和n分別為輸入輸出的節(jié)點數(shù)，j為［1,10］之間的常數(shù)。然后即可選定學(xué)習(xí)速率、訓(xùn)練目標(biāo)和訓(xùn)練次數(shù)。選取樣本1，2，3，4，6，7，8作為訓(xùn)練樣本， 樣本5，9作為檢測樣本。訓(xùn)練結(jié)果及檢測結(jié)果分別如圖1、表2。

根據(jù)表2可看出，實際輸出和期望輸出很接近，誤差滿足要求。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測結(jié)果與實際的風(fēng)險定級結(jié)果完全一致，因此，表明粗神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)用于長輸油氣管道EPC總承包風(fēng)險分析是比較合適的。

圖1 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練的誤差變化曲

表2 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型檢測輸出

四、結(jié)束語

本文運用粗糙集理論和BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合對長輸油氣管道EPC總承包商風(fēng)險評價進行了研究，通過實際數(shù)據(jù)的訓(xùn)練和仿真，可以看出在BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之前用粗糙集約簡對風(fēng)險因素的數(shù)量進行刪減是很有必要的。通過屬性約簡，刪去了影響程度很小的風(fēng)險因素，大大減少了計算時間。為長輸油氣管道工程EPC總承包商進行工程風(fēng)險評價提供了可靠的依據(jù)和科學(xué)的方法。

[1]中國石油天然氣股份有限公司管道分公司.長輸管道工程建設(shè)項目風(fēng)險管理指導(dǎo)手冊[M].北京：石油工業(yè)出版社，2008.

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