輸變電工程風險分析與預測方法研究

陳新仁

(福建森源電力設備有限公司，福建 福州 350000)

0 引 言

在現代工程項目中，大規模、重投資以及長周期項目日益增多，項目的修建環境、技術難度也日益復雜，給工程帶來了巨大的風險挑戰[1]。輸變電工程作為現代基礎設施工程的重要組成部分，其建設程度直接關系到國民經濟的發展。與其他工程建設項目不同，我國的資源分布不均，南北差異和東西差異均較大，需要長距離地修建輸變電工程[2]。輸變電工程不可避免地要穿越江河湖海、高山峻嶺，同時涉及的專業眾多、設備眾多、技術密集，在投資和工期上，也表現出長回收周期和巨大的投資額度，因此輸變電工程涉及工程風險眾多，諸如建設風險、資金風險、社會風險、環境風險等，這些都影響著輸變電工程的建設效益。

1 輸變電工程項目風險因素的特征及識別方法

1.1 輸變電工程項目風險因素的特征

經濟的快速發展離不開電力基礎設施的建設，工業化和城鎮化使得電力需求激增，修建輸變電工程將是現階段乃至未來一段時間內我國的基礎設施建設重點，在穩步發展電力網絡的同時，工程建設和輸變電運營均對電網供電的安全性和可靠性提出了更高的要求，輸變電的風險管理流程如圖1所示[3]。輸變電工程中涉及的風險因素眾多，在正確地對各項風險進行識別和管理之前，需要對風險的特征進行準確把握，這樣才有利于認識風險的本質和構建風險預測模型，達到防控風險的目的。綜合目前大量的輸變電工程項目的風險研究，輸變電工程的風險特點主要有以下幾個方面：

圖1 輸變電工程風險管理流程

(1) 輸變電工程風險的客觀存在性。與所有的工程建設一樣，輸變電工程建設天然存在風險，且這種風險不受人的主觀因素的影響，也不以人的意志為轉移，屬于一種必然的現象[4]。比如，在修建輸變電工程中，盡管已經人為地采取了施工方案的編制、技術可行性論證等，但是受到工程建設自然環境和社會環境的影響，仍存在著發生風險的可能，而且這些風險具有不確定性和客觀存在性，其存在的意義使得工程風險管理成為輸變電工程風險管控領域的重要研究內容。

(2) 輸變電工程風險的多發性和多樣性。在工程建設中，風險涉及建設的各個環節，從工程決策到準備階段、從施工階段到竣工階段，每個環節都有多種多樣的風險發生，比如在工程決策階段，涉及政策變化原因產生的風險、對建設項目的周邊環境及金融制度等信息掌握不全導致的信息風險、對投資決策錯誤導致的投資風險；在準備階段，由于輸變電工程技術人員工作效率導致的管理風險、投標階段引進不合格的設計和監理單位等風險；在施工階段，由于設備、材料供應不足導致的工期風險、由于施工工藝落后等導致的質量風險、由于極端天氣及地質災害導致的自然風險等。

(3) 輸變電工程風險的全局性和全過程性。輸變電工程涉及的工程量大、專業多，風險的潛在點不僅涉及某個階段，而是在項目的全生命周期都存在，風險因素的影響也不會集中在某個時間范圍或者某一個環節，而是相互關聯，某個方面或者環節的風險不僅會對這個環節本身產生影響，也可能不斷擴大對整個工程產生風險[5]。比如輸變電工程的工期滯后影響，不僅會導致建設周期的延長，同時也會造成工程建設投資的成倍增加，為控制成本甚至會造成工程質量失去控制，引發投資風險和質量風險。

1.2 輸變電工程項目風險因素的識別及預測方法

輸變電工程的風險識別過程就是實現風險控制的第一步，使得工程風險管控具有目標明確性，全面準確地對建設過程中存在的風險大小、風險信息以及風險可能造成的后果進行評價[6]。輸變電工程項目的風險具有多變性和時變性，因此需要進行長期的歸納總結和分析整理，通過各種風險管控機制建立感性認識，也可以通過大量的風險案例建立分析模型，以防止不同風險之間的轉換、相同風險的擴大，達到控制已發風險的影響程度，降低新風險發生概率的目的。

對于輸變電工程的全生命周期而言，受到各種風險因素和不確定因素影響最多的階段就是輸變電工程的施工階段，因此工程的投資成本、建造質量和建設進度都提出了更高的風險防控要求，以實現工程建造能夠實現預期的施工合同和相關圖紙文件的標準。

在輸變電工程項目風險的預測方法中，目前發展出了大量的定性分析與定量分析方法，定量分析方法一般有經驗方法和數學理論方法。常用的輸變電工程風險分析方法有主觀評分法、模糊神經網絡法、層次分析法、模糊綜合評價法、蒙特卡洛法、回歸分析法和灰色系統理論等，各種方法各有優劣，各有千秋，在實際應用時需要結合實際的工程邊界條件進行選擇[7，8]。特別地，在數學理論模型風險預測方法中，需要考慮計算設備的計算能力，有些計算技術涉及非線性邏輯計算，對運算的時間成本等較高。

2 基于模糊神經網絡法和模糊綜合評價法的輸變電工程風險預測

2.1 基于模糊神經網絡法的輸變電工程風險預測

模糊神經網絡法是模糊數學理論與神經網絡的綜合，它的計算核心是求解屬西數和求解隸屬度，兩者結合了模糊數學的路基推力能力，也結合了神經網絡的自學習能力。在輸變電工程風險管控領域，它可以應用于風險的排查、優化風險管控路徑，為輸變電工程風險管理人員的決策提供依據。模糊神經網絡法的基本原理如圖2所示，它是正向學習的學習方法。其層次主要分為3層，分別為輸入層、隱含層(可以為多個層級，圖2中所示的是有1層隱含層)和輸出層。輸出層中包含了大量的訓練樣本，將其與訓練集中的樣本進行學習訓練，即經過隱藏層的運算和傳遞，達到輸出層，輸出層參數結果與實際值進行對比，如果兩者出現誤差，則通過調整隱藏層的權函數值、閾值等，直到計算結果達到精度要求，即為期望的優化結果。

圖2 模糊神經網絡法風險預測的基本原理

(1)

對于第m個風險因素樣本，在第i個隱含層與輸出層之間的權值函數，其對應的雅克比矩陣如方程(2)所示：

(2)

由輸入層至隱含層之間的權值函數雅克比矩陣關系如方程(3)所示：

(3)

2.2 基于模糊綜合評價法的輸變電工程風險預測

模數綜合法是一種給定多影響參數的綜合全面評價方法，是根據事物存在概念邊界模糊時，通過模糊集合的數學計算方式，將不確定的數學方式轉化為確定的、可量化的計算，也是將單因素的風險評估得到多因素風險的權重，達到多參數、多層次的系統風險評估，屬于模糊數學理論在具體工程實踐中的應用。模糊綜合法通常用來優選數據結構、建立風險評判準則和評判權重，其基本的數學實現是在進行風險評估的過程中，針對多個風險問題，采用綜合評價指標構建，將各個風險問題以隸屬度函數建立相互關系，采用退化原理對風險因素矩陣的某些問題進行減法運算，將求解的目標函數作為極值問題的計算，達到問題的最佳求解。模糊綜合法是屬于定量和定性相結合的評價方法，在具體的工程實踐中，對于風險事故的描述往往不能精確界定，往往采用“良好”“一般”“較差”等定性詞匯進行描述，而模糊綜合法則是通過建立定量評價與這些定性指標之間的隸屬函數到達定性分析與定量分析的統一。

基于模糊綜合評價法的輸變電工程風險預測過程，首先是確定風險評價的指標集，如方程(4)所示：

(4)

式中：X={x1,x2,…xn}為模糊綜合法的評價目標；xi={xi1,xi2,…xin}則為評價目標X的風險因素指標；n為風險因素的總數目。

由于各個風險因素在整個評價集中的地位是不同的，即每個指標之前在評價目標X中的比重是有所不同的，為了更好地描述這種風險指標的比重差異，一般需要用到權重函數，如方程(5)所示：

(5)

為了實現對風險事故的不確定性和模糊性進行定量化的賦值，對各個風險因素采用人為的數值評價用于描述模糊的定性分析，如“良好”“一般”“較差”等，評價集的表達式如方程(6)所示：

θ=(θ1,θ2,…,θp)

(6)

式中：θ為“良好”“一般”“較差”等評價結果。

對準則層的風險因素指標建立評價矩陣，如方程(7)所示：

(7)

對指標層的風險因素指標建立評價矩陣，如方程(8)所示：

(8)

基于模糊數學運算，結果如方程(9)所示：

(9)

式中：B=(b1,b2…bp)；Bi=(bi1,bi2…bip)；Ξ為加權平均算子。即可以得到每個風險因素的綜合評分如方程(10)所示：

(10)

3 輸變電工程風險評估應用實例

某市為滿足電網發展和供電需求，電力公司需在區域內新建輸變電工程，線路長度約529 km，為500 kV輸電壓和變電站。變電站的選址位于城區北側，占地為荒地，按照建設情況需展開征地約5.01 hm2，場區內建設條件較好，地坪高程起伏較小，土方量不大，變電站的新建總建筑面積約1 347 m2。輸變電工程的主要指標見表1。

表1 輸變電工程建設指標

基于模糊神經網絡法和模糊綜合評價法對輸變電工程建設過程中的風險進行評價，將輸變電工程的風險分為6大類，如圖3所示，計算結果見表2。

圖3 輸變電工程風險分類

表2 基于模糊神經網絡法和模糊綜合評價法的風險預測對比

從表2中可以看，模糊神經網絡法和模糊綜合評價法對各個風險因子的預測結果基本一致，模糊神經網絡法的預測結果范圍從0.123 7到0.567 2，最小的風險因素為環境因數(0.123 7)，最大的風險因素為技術因數(0.567 2)；類似地，模糊綜合評價法的預測結果從0.142 3到0.552 3，最小的風險因素為環境因數(0.142 3)，最大的風險因素為技術因數(0.552 3)。模糊神經網絡法與模糊綜合評價法對各個風險因素預測中差別最大的是管理因素，模糊神經網絡法的預測結果為0.141 6，而模糊綜合評價法的預測結果為0.234 2。模糊神經網絡法與模糊綜合評價法的總體風險預測結果基本一致，前者的預測結果為0.134 1，后者的預測結果為0.138 7。

4 結 論

以實際工程項目為例，在分析輸變電工程項目風險因素的特征基礎上，采用模糊神經網絡法和模糊綜合評價法對輸變電工程風險進行識別和預測，得到以下結論：

(1) 輸變電工程風險具有客觀存在性、多發性和多樣性、全局性和全過程性等特點；

(2) 糊神經網絡法與模糊綜合評價法在各個風險因素和總體風險因素的預測結果上基本一致，對各個風險因素預測中差別最大的是管理因素。