基于直覺模糊集的水利工程施工進度風(fēng)險評價

張 青 周 鑫

（青州水建工程建設(shè)有限公司，山東 青州 262500）

0 引言

水利工程近年來得到了迅速發(fā)展。規(guī)模逐漸擴大，施工工藝逐漸復(fù)雜和多樣，施工周期逐漸延長，已經(jīng)成為目前水利工程的主要特點[1]。成本、質(zhì)量以及進度是水利工程施工中主要的控制對象，三者之間存在著緊密的聯(lián)系，施工進度的延長會增加施工成本，過分縮短施工進度勢必會降低施工質(zhì)量。因此，為有效控制水利工程施工進度，保障水利工程施工成本與質(zhì)量的同時保障施工進度，對水利工程施工進度進行風(fēng)險評價非常有必要。20世紀30年代，美國學(xué)者Henery Gatt提出了直覺模糊理論，該理論是介于過渡性理論與中介性理論中的模糊思維理論，認為一個客觀事物的表面現(xiàn)象與實際存在著必然的模糊聯(lián)系。該理論逐漸被應(yīng)用到風(fēng)險評價領(lǐng)域中，并且具有良好的應(yīng)用效果。在國內(nèi)，對直覺模糊理論的研究比較少。從目前國內(nèi)水利工程施工進度風(fēng)險評價現(xiàn)狀來看，急需新的進度風(fēng)險評價方法，解決傳統(tǒng)方法在實際應(yīng)用中存在的間接經(jīng)濟價值較低的問題?；诖?，本文提出基于直覺模糊集的水利工程施工進度風(fēng)險評價方法（簡稱直覺模糊法），以供相關(guān)施工管理人員參考。

1 直覺模糊法對施工進度風(fēng)險的評價過程

1.1 選擇與計算評價指標

根據(jù)水利工程施工進度的影響因素，本著一致性、綜合性、代表性以及獨立性原則確定評價指標。影響水利工程施工進度的因素有很多，大致可以分為人為、環(huán)境、技術(shù)、社會以及資金五大類。任何一個水利工程施工都離不開人的參與，每個施工階段都有大量的人員參與，因此人為因素對水利工程施工進度的影響比較大，比如監(jiān)理人員的業(yè)務(wù)水平、組織人員的工作效率、技術(shù)人員的熟練程度、施工隊伍的經(jīng)驗、管理人員的業(yè)務(wù)水平等，都會影響施工進度計劃的實施效果。水利工程施工能否正常運行，還會受到自然條件的限制，比如地質(zhì)條件、水文條件、氣象條件等。水利工程施工中需要使用多種技術(shù)，因此，技術(shù)因素也是水利工程施工進度的重要影響因素，涉及施工工藝、施工設(shè)備和施工材料[2]。水利工程建設(shè)不僅僅是一個工程施工，周圍的居民和當(dāng)?shù)卣壬鐣蛩匾矔κ┕みM度產(chǎn)生影響，比如周圍居民是否順利轉(zhuǎn)移、居民是否會擾亂施工秩序等[3]。除此之外，水利工程施工進度還會受到資金因素的影響，比如施工方撥款效率、施工資金挪用期限等。

綜合以上分析，選取人為因素H、自然因素Z、技術(shù)因素C、社會因素K以及資金因素L建立一級指標層，在此基礎(chǔ)上建立二級指標層，如表1所示。

表1 水利工程施工進度評價指標

表1中，對于人員的業(yè)務(wù)水平可以根據(jù)人員培訓(xùn)考核情況確定，其計算公式如下：

式中：s——人員的業(yè)務(wù)水平等級；

n——人員培訓(xùn)考核等級數(shù)量；

e——人員最近一段時間內(nèi)業(yè)務(wù)考核最高成績；

r——人員最近一段時間內(nèi)業(yè)務(wù)考核最低成績；

x——業(yè)務(wù)能力考核標準[4]。

自然條件對水利工程施工進度影響程度計算公式為：

式中：w——地質(zhì)、水文、氣象等因素對水利工程施工進度影響程度；

m——影響程度等級數(shù)量；

b——施工區(qū)域上一年出現(xiàn)降雨、降雪、降霧、水文地質(zhì)災(zāi)害等頻率；

t——降雨、降雪、降霧、水文地質(zhì)災(zāi)害持續(xù)時間。

技術(shù)因素對水利工程施工進度影響程度計算公式為：

式中：h——技術(shù)因素對水利工程施工進度影響程度；

q——施工工藝熟練度；

k——施工材料特性度；

z——施工設(shè)備使用率[5]。

社會因素對水利工程施工進度影響程度計算公式為：

式中：p——社會因素對水利工程施工進度影響程度；

y——施工前期移民率；

g——施工區(qū)域不安定程度；

d——周圍居民對水利工程建設(shè)贊同率。

資金因素對水利工程施工進度影響程度計算公式為：

式中：x——資金因素對水利工程施工進度影響程度；

a——施工方撥款效率；

z——資金挪用時長；

v——預(yù)算缺口資金數(shù)量。

結(jié)合水利工程實際情況，按照上述公式計算出每個指標值，為后續(xù)直覺模糊集計算提供數(shù)據(jù)。

1.2 量化評價指標

根據(jù)水利工程施工進度管理與控制理論，結(jié)合個人工作經(jīng)驗，對選擇的評價指標進行量化。由于水利工程施工進度評價指標具有一定的抽象性與模糊性，為了統(tǒng)一指標值，對指標進行歸一化處理，其用公式表示如下：

式中：α——歸一化處理后的指標值；

κ——歸一化系數(shù)，通常情況下該系數(shù)取值為0.1；

Xmin——水利工程施工進度指標的最小值；

Xmax——水利工程施工進度指標的最大值；

υ——水利工程施工進度指標的中值。

根據(jù)水利工程施工進度評價需求，將選擇的評價指標劃分為一級、二級、三級、四級、五級五個等級，歸一化處理后的指標值在40～50 為一級，指標值在50～60 為二級，指標值在60～70 為三級，指標值在70～80 為四級，指標值在80～90為五級，按照該標準對評估指標進行量化。

1.3 分析評價指標權(quán)重

利用直覺模糊集對量化后的指標進行權(quán)重分析，分析過程如下：

假設(shè)水利工程施工進度是一個模糊域U，評價指標是模糊域U中的一個元素M，由二級指標建立的集合為模糊子集，分別將0和1兩個數(shù)賦值給模糊域中的共維差異里的中介過渡的兩個極點[6]。在模糊域U中建立水平坐標系，在坐標軸的正向數(shù)軸上建立一個范圍在0-1的閉區(qū)間，在該區(qū)間內(nèi)對于任意一個模糊子集中任意一個元素都可以指定一個數(shù)u，該數(shù)為元素的絕對隸屬度，即評價指標的絕對隸屬度[7]。利用直覺模糊集的隸屬度函數(shù)求出每個指標的絕對隸屬度，對任意兩個指標的絕對隸屬度進行差值計算，得到指標的相對隸屬度，表示為對于水利工程施工進度評價指標的相對重要程度。在直覺模糊集的語氣算子中設(shè)立了同樣、稍微、略微、較為、明顯、十分、非常、極其、極端十個程度語氣，根據(jù)指標的相對隸屬度確定程度語氣，再根據(jù)程度語氣確定指標的標度，三者之間的關(guān)系如表2所示。

表2 基于直覺模糊集模型的指標標度

用確定的指標標度建立標度集合P，利用模糊距離表示兩個指標之間的差異性，將標度集合中數(shù)據(jù)帶入到直覺模糊集中，利用模糊函數(shù)求出指標權(quán)重：

式中：?M——指標權(quán)重值；

γ——指標標度；

i——標度集合P中標度數(shù)量；

ε1——指標絕對隸屬度；

ε2——指標相對隸屬度；

l——指標歐式距離。

1.4 施工進度風(fēng)險評價

根據(jù)指標權(quán)重值，利用評估函數(shù)對水利工程施工進度風(fēng)險進行綜合分析，計算公式為：

式中：?——水利工程施工進度風(fēng)險系數(shù)；

k——評估指標數(shù)量；

τ——評估指標的量化值；

μ——評估指標實際值。

結(jié)合計算出的風(fēng)險系數(shù)確定風(fēng)險等級，此次設(shè)定了非常低、比較低、一般、比較高以及非常高五個等級。風(fēng)險系數(shù)小于0.2，表示水利工程施工進度風(fēng)險非常低，不需要采取任何措施；風(fēng)險系數(shù)在0.2～0.4 之間，表示水利工程施工進度風(fēng)險比較低，可以采取一些小的措施；風(fēng)險系數(shù)在0.4～0.6 之間，表示水利工程施工進度風(fēng)險一般，需要采取一些措施對進度風(fēng)險進行控制；風(fēng)險系數(shù)在0.6～0.8 之間，表示水利工程施工進度風(fēng)險比較高，需要加大施工進度風(fēng)險的控制力度；風(fēng)險系數(shù)大于0.8，表示水利工程施工進度風(fēng)險非常高，必須采取有效措施和手段進行控制。按照上述標準確定水利工程施工進度風(fēng)險等級，完成對水利工程施工進度風(fēng)險定性評價。

2 直覺模糊法評價施工風(fēng)險的實例

某水利工程預(yù)計施工周期為125d，人員數(shù)量為234人，資金為1936.16萬元，施工面積為2341.16m2，屬于中小型水利工程。利用直覺模糊法與傳統(tǒng)方法對該水利工程施工進度風(fēng)險產(chǎn)生的間接經(jīng)濟價值進行計算和比較。將該水利工程施工分成8個階段，按照直覺模糊集的施工風(fēng)險評價過程對每個階段施工進度進行指標量化、權(quán)重分析、綜合評價，利用OUD軟件計算出2種方法產(chǎn)生的間接經(jīng)濟價值。間接經(jīng)濟價值是指按照評價結(jié)果對進度風(fēng)險進行控制與管理后節(jié)省的施工成本價值，其計算公式為：

式中：y——間接經(jīng)濟價值；

p——水利工程日施工成本；

t——風(fēng)險控制后節(jié)省的施工天數(shù)；

u——進度風(fēng)險會造成的經(jīng)濟損失。

實驗將間接經(jīng)濟價值作為實驗結(jié)果，對2種方法進行對比分析，如表3所示。

從表3 中可以看出，本文采用方法相比于傳統(tǒng)方法，間接經(jīng)濟價值比較高，間接經(jīng)濟價值與水利工程施工預(yù)計進度風(fēng)險損失基本一致，說明直覺模糊法可以有效降低水利工程施工進度風(fēng)險成本，同時也驗證了直覺模糊集在水利工程施工進度風(fēng)險評價中具有良好的應(yīng)用價值。

表3 2種方法間接經(jīng)濟價值對比（單位：萬元）

3 結(jié)束語

合理安排水利工程施工進度，準確評價施工進度風(fēng)險以及有效控制施工進度風(fēng)險，是水利工程施工進度管理的重要內(nèi)容。本文結(jié)合水利工程施工進度管理的實際需求，針對傳統(tǒng)風(fēng)險評價方法中存在的問題，將直覺模糊法運用到水利工程施工進度管理中，提供了新的施工進度風(fēng)險評價思路，降低了施工進度風(fēng)險，保證水利工程施工可以按照計劃進度順利進行，對于水利工程建設(shè)而言具有十分重要的意義。