基于本體的PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息建模與檢索

江小燕， 王明輝， 田慧坤， 于 航， 胡 康

(合肥工業(yè)大學(xué) 土木與水利工程學(xué)院， 安徽 合肥 230009)

隨著我國目前大力推進(jìn)PPP(Public-Private Partnership)項(xiàng)目建設(shè)，PPP項(xiàng)目風(fēng)險的識別與防控問題也越來越突出。由于PPP項(xiàng)目具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、耗時長、投資大、參與方眾多等特點(diǎn)[1]，使得PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息量龐大，且各參與方之間大多采用孤立的信息處理方式，“信息孤島”問題較為嚴(yán)重。再者，目前與PPP項(xiàng)目相關(guān)的歷史經(jīng)驗(yàn)、知識和案例大多以Word或Excel等非結(jié)構(gòu)化文字資料來存儲，這使得PPP項(xiàng)目的風(fēng)險信息描述沒有一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。這種描述方式的異構(gòu)性和語義的不一致性使得目前尚未有一種較好的方式能有效地實(shí)現(xiàn)PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的集成與共享，導(dǎo)致PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的獲取和傳遞效率低下。

本體[2]是共享概念模型明確而又形式化的規(guī)范說明。通過對類、屬性、實(shí)例、公理等方面的定義，完成對特定概念的抽象與歸納，在工程中已得到廣泛的應(yīng)用。姜韶華等[3]提出將本體結(jié)合BIM(Building Information Modeling)運(yùn)用于綠色建筑領(lǐng)域，建立了綠色建筑智能評價系統(tǒng)。孟俊娜等[4]建立了在建筑工程領(lǐng)域的成本預(yù)算本體網(wǎng)絡(luò)，提高了成本預(yù)算的效率和準(zhǔn)確度。Rezgui[5]將本體技術(shù)引入到建筑工程信息管理領(lǐng)域，以解決特定的知識信息管理問題。在工程風(fēng)險信息方面，也有學(xué)者利用本體技術(shù)做了研究。閆文周等[6]提出將本體技術(shù)運(yùn)用于EPC(Engineering Procurement Construction)總承包項(xiàng)目風(fēng)險控制領(lǐng)域，為風(fēng)險預(yù)防措施的制定提供參考。高曉榮等[7]將本體技術(shù)與CBR(Case-Based Reasoning)案例推理技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)行鉆井工程風(fēng)險決策模型的建立與探討。本體表示方法在上述工程領(lǐng)域的應(yīng)用中，憑借其結(jié)構(gòu)化、層次化的特點(diǎn)，能較好地完成對大量且無序工程信息的一致性描述，其良好的可擴(kuò)展性與推理性也可解決工程信息的存儲與重用問題，在PPP項(xiàng)目風(fēng)險領(lǐng)域有較為廣闊的應(yīng)用前景?；诒倔w技術(shù)在工程中的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和優(yōu)勢，本文將本體技術(shù)引入到PPP項(xiàng)目風(fēng)險領(lǐng)域，建立PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息知識本體庫，對PPP項(xiàng)目風(fēng)險概念進(jìn)行了結(jié)構(gòu)化表述，以期解決PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的存儲、組織和重用的問題。同時，在Eclipse中借助Jena API制定用戶所需的自定義規(guī)則，對已搭建好的本體模型進(jìn)行推理，實(shí)現(xiàn)了特定用戶的信息檢索需求，提高了相關(guān)人員信息獲取的效率和準(zhǔn)確性。

1 方法概述

為實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本文采用如下方法步驟：對大量PPP項(xiàng)目風(fēng)險相關(guān)的文獻(xiàn)、案例進(jìn)行研究總結(jié)，提取出與PPP項(xiàng)目風(fēng)險相關(guān)的主要概念，并以此為依據(jù)建立本體中的類，分析所提取概念的特點(diǎn)和功能，建立本體中類的屬性，最后通過專家論證，完成本體的構(gòu)建；分析本體中各類之間的邏輯關(guān)系，并根據(jù)用戶需求建立推理規(guī)則；將建立好的本體和推理規(guī)則轉(zhuǎn)換為Jena推理機(jī)中的事實(shí)和Jena中的自定義規(guī)則；使用Jena推理機(jī)推理，并根據(jù)用戶需求構(gòu)建查詢語句，得到推理結(jié)果。整個過程如圖1所示。

圖1 本體構(gòu)建及推理流程

2 PPP項(xiàng)目風(fēng)險研究

2.1 PPP項(xiàng)目的定義與特點(diǎn)

目前PPP項(xiàng)目模式存在狹義與廣義兩種概念界定。狹義PPP是指私人部門與政府組成機(jī)構(gòu)，引入社會資本并全過程合作，共同承擔(dān)風(fēng)險，期滿后再移交政府的運(yùn)營模式[8]。廣義PPP是指包括BOO(Build-Own-Operate)、BOT(Build-Operate-Transfer)、PFI(Private Finance Initiative)等各種合作模式在內(nèi)的私人部門與政府為提供公共服務(wù)而建立的合作關(guān)系[8,9]。PPP項(xiàng)目除了上述模式復(fù)雜之外，其眾多的參與方以及較長的生命周期也使得PPP項(xiàng)目的風(fēng)險更加多樣，階段性與動態(tài)性較一般項(xiàng)目也更強(qiáng)[10]。鑒于PPP項(xiàng)目的上述特點(diǎn)，在搭建信息本體模型時，必須充分考慮到PPP項(xiàng)目全生命周期內(nèi)的所有重要因素。本文在搭建PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體模型時，構(gòu)建了PPP項(xiàng)目模式、PPP風(fēng)險類型、PPP風(fēng)險源等指標(biāo)，同時也引入了風(fēng)險發(fā)生階段等動態(tài)性因素，下文將做詳細(xì)說明。

2.2 PPP項(xiàng)目的風(fēng)險與模式分類

對于PPP項(xiàng)目風(fēng)險類型的劃分，由不同劃分依據(jù)可以得到不同的結(jié)果。李麗等[1]提出將風(fēng)險的分類視角劃分為風(fēng)險來源視角、空間層級視角、行業(yè)類別視角和項(xiàng)目階段視角。本文將前三個視角中提及的文獻(xiàn)進(jìn)行總結(jié)歸納制成表格，如表1所示。

從上述視角的分類情況來看，使用行業(yè)類別視角對PPP項(xiàng)目風(fēng)險進(jìn)行劃分的內(nèi)容更為全面，且更符合項(xiàng)目的實(shí)際運(yùn)作狀況。故本文將PPP項(xiàng)目風(fēng)險類型劃分為建設(shè)風(fēng)險、金融風(fēng)險、政治風(fēng)險、組織與協(xié)調(diào)風(fēng)險、市場及運(yùn)營風(fēng)險、法律及合同風(fēng)險、自然環(huán)境風(fēng)險以及不可抗力風(fēng)險。而就PPP項(xiàng)目模式而言，根據(jù)目前國內(nèi)的實(shí)際操作情況，可劃分為外包類、私有化類和特許經(jīng)營類[22]，并可依據(jù)實(shí)際情況對各類別進(jìn)行更進(jìn)一步的劃分。

表1 PPP項(xiàng)目風(fēng)險來源視角及分類

2.3 PPP項(xiàng)目風(fēng)險發(fā)生階段

PPP項(xiàng)目風(fēng)險隨著項(xiàng)目的時序推進(jìn)而發(fā)展，在這期間具有明顯的階段性。因此將PPP項(xiàng)目各階段進(jìn)行合理的劃分，對PPP風(fēng)險的信息分類總結(jié)有著重要的意義。國內(nèi)外研究人員已經(jīng)對PPP項(xiàng)目風(fēng)險發(fā)生階段的劃分做了一些研究，在此將部分劃分結(jié)果進(jìn)行整理，如表2所示。

表2 PPP項(xiàng)目風(fēng)險發(fā)生階段

綜合以上文獻(xiàn)，本文將PPP風(fēng)險發(fā)生階段劃分為項(xiàng)目識別階段、招標(biāo)階段、融資階段、設(shè)計階段、運(yùn)營階段、移交階段和全生命階段。

2.4 PPP項(xiàng)目風(fēng)險源

PPP風(fēng)險源在這里定義為可能會誘發(fā)PPP項(xiàng)目發(fā)生風(fēng)險的潛在性事件。目前，對于PPP項(xiàng)目的風(fēng)險源尚沒有明確的分類。Fidan等[27]提出將國際性工程項(xiàng)目的風(fēng)險源劃分為意外情況和不利變化兩種類別，并在此基礎(chǔ)上做了詳細(xì)的劃分。本文借鑒Fidan等的分類方法，并對該方法加以改進(jìn)運(yùn)用到PPP項(xiàng)目風(fēng)險源的分類中。首先將風(fēng)險源按照風(fēng)險類型進(jìn)行分類，再進(jìn)一步對意外情況和不利變化的子類進(jìn)行補(bǔ)充。因篇幅所限，下文以政治風(fēng)險、建設(shè)風(fēng)險和市場及運(yùn)營風(fēng)險為例，劃分結(jié)果如表3所示。

表3 PPP項(xiàng)目風(fēng)險源

3 PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體模型構(gòu)建

3.1 本體構(gòu)建方法

本文采用本體建模軟件Protégé并以七步法[28]的步驟為基礎(chǔ)進(jìn)行PPP風(fēng)險本體的構(gòu)建。本體構(gòu)建的步驟如圖2所示。

圖2 本體構(gòu)建步驟

目前已經(jīng)確定了本體的專業(yè)領(lǐng)域范疇是PPP項(xiàng)目風(fēng)險領(lǐng)域，該本體構(gòu)建的主要難點(diǎn)在于明確PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的類及類的關(guān)系。在上文中已對大量的PPP風(fēng)險歷史文獻(xiàn)進(jìn)行了總結(jié)整理。下文將在此基礎(chǔ)上闡述建立基于PPP風(fēng)險領(lǐng)域的類，并進(jìn)行屬性和關(guān)系的確定。在本體確定好之后，還需進(jìn)行專家論證。

3.2 類及等級關(guān)系的確定

本文綜合文獻(xiàn)調(diào)研和專家論證的結(jié)果定義了本體中的7個主要的類，分別為PPP項(xiàng)目模式(PPP mode)、PPP風(fēng)險類型(PPP risk type)、PPP風(fēng)險源(PPP risk source)、PPP風(fēng)險發(fā)生階段(PPP risk development stage)、PPP風(fēng)險承擔(dān)方 (PPP risk carrier)、PPP風(fēng)險管理措施(PPP risk management)和PPP風(fēng)險后果(PPP risk consequence)。其中，PPP風(fēng)險類型、風(fēng)險源和風(fēng)險發(fā)生階段這三個類在前文中已經(jīng)做了說明。PPP項(xiàng)目模式和PPP風(fēng)險承擔(dān)方作為PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的重要指標(biāo)，目前已有明確的分類。PPP風(fēng)險管理措施和風(fēng)險后果由于目前可查資料較少，則主要依靠專家的論證確定。由于篇幅所限，本文在此對有代表性的一些類進(jìn)行展示，結(jié)果如圖3所示。

圖3 項(xiàng)目風(fēng)險信息本體樹

3.3 屬性及類的關(guān)系確定

屬性不僅可以對本體中的類在各方面的情況做出詳細(xì)說明，更重要的是通過定義屬性的定義域和值域可以實(shí)現(xiàn)本體中各類的關(guān)聯(lián)，使本體模型具有整體性。在本文所構(gòu)建的PPP風(fēng)險模型中，定義了導(dǎo)致(Cause)、后果(Having consequence)、控制(Control)、負(fù)有責(zé)任(Respond to)等屬性。通過屬性可以將各類所代表的信息加以聯(lián)系。所構(gòu)建的類的關(guān)系如圖4所示。

圖4 類的關(guān)系

4 PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體推理

4.1 推理框架

Jena API的工作原理是通過識別類的屬性信息以及類與類，類與實(shí)例之間的關(guān)系，并基于規(guī)則進(jìn)行推理，以達(dá)到挖掘出本體中隱含的語義關(guān)系的過程。Jena API中有混合、正向和逆向三種推理方式，本文選用正向推理方式來進(jìn)行推理，構(gòu)建了推理框架，如圖5所示。

圖5 推理框架

4.2 規(guī)則建立

Jena API的推理功能是以已經(jīng)編制好的規(guī)則為基礎(chǔ)的。針對大部分本體的普遍特點(diǎn)，Jena本身已經(jīng)存儲了一些簡單的規(guī)則，包括推理概念之間的包含、互斥、同級等關(guān)系，也可以依據(jù)屬性的定義域和值域做一些簡單的推理。但是這些規(guī)則的針對性并不強(qiáng)，在面對特定的專業(yè)領(lǐng)域時，還需要用戶自己制定規(guī)則以完成特定領(lǐng)域的復(fù)雜推理，這些規(guī)則被稱為自定義規(guī)則，以.rules的文件格式命名。在Eclipse中使用Jena API中的Listrules =Rule. rulesFrom URL(path)語句調(diào)用.rules文件中的規(guī)則。其中規(guī)則主要由主體和頭兩部分組成，由主體可以推出頭，其具體形式如下：

(?a Object Property1 ?b) (?b Object Property2 ?c)→ (?a Object Property3 ?c)

上述規(guī)則的主體為(?a Object Property1 ?b)(?b Object Property2 ?c)，頭為(?a Object Property3 ?c)。意為在滿足幾個主體所代表的信息條件下，可以推出頭所代表的信息。用戶可按照上述規(guī)則構(gòu)建模式編制自己所需的規(guī)則。例如，已知某PPP項(xiàng)目在某一階段發(fā)生了某項(xiàng)意外情況，并已經(jīng)造成了不利后果，現(xiàn)在想要快速識別出發(fā)生的是何種風(fēng)險，以根據(jù)這種風(fēng)險以往的治理手段來制定相應(yīng)措施，可制定如下規(guī)則：

[rule1:(?a http://www.owl-ontologies.com/PPP_Risk_ Model.owl#Having-phenomenon ?b)(?b http://www. owl-ontologies.com/PPP_Risk_Model.owl #Cause ?d) (?c http://www.owl-ontologies.com/PPP_Risk_Model. owl # Having-occasion ?d)→(?a http://www.owl-ontologies.com/PPP_Risk_ Model. owl#Happen ?d)]

此規(guī)則的含義為在PPP項(xiàng)目的階段a發(fā)生了現(xiàn)象(Having phenomenon)為b的風(fēng)險源，若風(fēng)險源b導(dǎo)致(Cause)的風(fēng)險和已知的不利后果c產(chǎn)生的原因(Having occasion)指向的是同一風(fēng)險類型d,則可以識別出a階段發(fā)生(Happen)了風(fēng)險類型為d的風(fēng)險。除了上述這類對本體內(nèi)容的推理之外，在規(guī)則中還添加了一些在針對檢索時的推理，比如對同義關(guān)系和子、父類詞匯的推理，以增加檢索時的準(zhǔn)確度和效率。在規(guī)則編制好后，將其保存成.rules文件格式形成拓展規(guī)則庫，以便進(jìn)行靈活的調(diào)用和增減。本文在所構(gòu)建規(guī)則庫中對這兩類規(guī)則分別選取有代表性的幾條示例，為展示方便，將本體名稱字符串簡寫為“Model.owl”，如表4所示。

表4 Jena規(guī)則示例

4.3 推理系統(tǒng)的實(shí)施

首先構(gòu)建本體庫：使用本體建模軟件Protégé完成對PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體的構(gòu)建，并保存為.owl格式文件；使用Eclipse平臺，借助Jena推理機(jī)完成對本體文件的獲取，將知識本體文件存入MySQL數(shù)據(jù)庫中，完成對PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體庫的集成。之后構(gòu)建規(guī)則庫：使用Jena完成對拓展規(guī)則的編寫，保存為.rules文件；在Eclipse中導(dǎo)入已經(jīng)保存好的.rules文件，形成規(guī)則庫。當(dāng)進(jìn)行檢索時，用戶輸入檢索語句，Jena將創(chuàng)建知識表示模型owlModel和知識本體推理模型OntModel，用戶可根據(jù)自己的實(shí)際情況調(diào)用規(guī)則庫中的拓展規(guī)則，系統(tǒng)將進(jìn)行知識推理，輸出推理結(jié)果。

5 本體驗(yàn)證和系統(tǒng)評價

為進(jìn)一步完善研究內(nèi)容，還需要對PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體和整個系統(tǒng)進(jìn)行驗(yàn)證和評價。在本體的構(gòu)建中，本體驗(yàn)證作為重要的一項(xiàng)內(nèi)容，需要PPP項(xiàng)目領(lǐng)域相關(guān)專家的參與以完成對本體的修改和優(yōu)化，整個過程如圖6所示。

圖6 基于專家參與的本體構(gòu)建體系結(jié)構(gòu)

本文采用專家座談的方式，與安徽省7位從事PPP項(xiàng)目的資深專家進(jìn)行了面談。首先將PPP項(xiàng)目風(fēng)險本體中類、屬性和類的關(guān)系向?qū)＜疫M(jìn)行了闡述，并介紹了整個推理系統(tǒng)的推理流程。之后在細(xì)節(jié)方面與專家進(jìn)行討論，詳細(xì)記錄了專家的建議。事后向?qū)＜野l(fā)放調(diào)查問卷，并針對專家建議和問卷的結(jié)果進(jìn)行了修改。本文在此展示調(diào)查問卷的部分結(jié)果，除對本體的全面性、簡潔性進(jìn)行評價之外，還對整個系統(tǒng)的實(shí)用性進(jìn)行了打分，并對結(jié)果進(jìn)行了統(tǒng)計。本問卷將問題答案的四個選項(xiàng)分別記為1～4分，分?jǐn)?shù)越低表示越傾向于同意問題的觀點(diǎn)，統(tǒng)計結(jié)果如表5所示。

表5 部分調(diào)查結(jié)果統(tǒng)計

6 結(jié) 語

本文主要做了以下兩個工作：一是建立了PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體庫，實(shí)現(xiàn)了PPP項(xiàng)目風(fēng)險知識的結(jié)構(gòu)化表示；二是使用Jena推理機(jī)的推理機(jī)制，構(gòu)建了PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息推理規(guī)則庫，實(shí)現(xiàn)了基于本體的PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息的知識推理，使用戶能根據(jù)自己的需求特點(diǎn)進(jìn)行本體模型的信息檢索，克服了傳統(tǒng)關(guān)鍵字檢索信息不準(zhǔn)確，效率低下的特點(diǎn)，提高了信息獲取的準(zhǔn)確度，有助于相關(guān)人員更好地進(jìn)行項(xiàng)目決策。

但本文尚存一些不足。目前所構(gòu)建的本體還較為簡單，類和關(guān)系的定義仍不夠完全。本體庫和推理系統(tǒng)的構(gòu)建是一個復(fù)雜而漫長的過程，需要進(jìn)行反復(fù)的修改和測試評價。再者，在座談過程中，部分專家建議將PPP項(xiàng)目風(fēng)險案例用本體的方法進(jìn)行表示形成PPP項(xiàng)目風(fēng)險案例庫，以使知識推理與案例推理互為補(bǔ)充。對于如何做到將PPP項(xiàng)目風(fēng)險信息本體與案例推理研究相結(jié)合，仍是未來研究工作的努力方向。

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