基于AHP-SEM的灌區工程建設管理風險評估研究

沈心哲,閆一博,王 青

(1.南京水利科學研究院,江蘇 南京 210029;2.河海大學 商學院,江蘇 南京 211100; 3.河海大學 公共管理學院,江蘇 南京 211100)

灌區工程作為農業大國的重要基礎設施之一,是我國的經濟社會發展中的重要基礎設施,是確保農業生產穩定和農民生活水平改善的重要保障[1-3]。近年來隨著糧食需求的不斷增長,許多老舊的灌溉設施已經無法滿足當前灌溉需求[4],急需進行升級改造。而在灌區工程建設管理的過程中,目前仍面臨著眾多風險與挑戰,這些風險不僅直接影響工程的建設和運行,同時會對整個區域的社會經濟造成深遠影響。因此,有必要深入探究灌區工程建設風險,建立合理的風險評價模型,對各類風險進行量化分析,進而提出精細化的風險管理決策。

灌區工程的建設期涉及多種建筑物,風險源較為復雜[5-7],有效的風險識別可以幫助減少施工事故的發生,提高施工安全水平。通過對灌區工程的風險識別,并采用適當的評價方法進行風險量化,能夠為灌區工程的安全建設提供科學依據和有效決策支持,從而幫助決策者全面了解工程風險,并針對性地制定風險防控措施,降低項目風險,保障工程建設順利進行。通過科學的風險識別與評估,能夠進一步提升灌區工程建設的安全性、可靠性和可持續性,為農業生產和水利資源管理作出積極貢獻。

在過去已有的研究中,學者們針對灌區施工與管理風險展開了大量討論,如楊子照通過主成分分析法對趙口引黃灌區工程的施工風險管理進行了有效評估,并根據針對工序和施工風險的重要性,給出了風險防控對策[8]。張雅文利用層次分析法對灌區農業節水工程信息化項目進行風險因素重要性評價并根據灌區水利信息化項目風險評估結果給出對應的建議[9]。此類研究通過科學系統的數理統計方法對灌區工程的風險進行評估,研究結果也為灌區建設風險管理提供了有效的防控對策。但其研究方法多借助于傳統單一的層次分析法或主觀評價法,評價指標較少,且研究對象單一,導致研究結果無法全面考慮到各種潛在風險因素之間的復雜關系。難以捕捉到潛在風險的交互作用與復雜性,從而限制了風險評估的準確性。

為了能夠精確識別工程建設中各風險要素的重要性,學者們通過引入了結構方程模型來對風險要素之間的相互關聯性進行識別[10-12]。結構方程模型(SEM)提供了一種能夠同時處理可直接觀測的“顯變量”,以及難以直接觀測的“潛變量”的研究方法。模型中的潛變量是其對應顯變量的抽象和概括,顯變量則是潛變量的測量指標[13-15]。利用SEM能夠將工程風險劃分為不同的潛變量,并進一步延伸出更細致的顯變量,從而實現對工程風險的精細化識別。但目前此類研究更多用于探究風險變量之間的相互作用關系,較難形成具體的風險評估結果。

基于上述討論,采用結構方程模型方法(SEM)與層次分析法(AHP)相結合的方法對灌區工程各類風險進行評估,研究目的在于彌補傳統灌區風險評估方法的不足,并提供一種更全面、更系統的灌區工程風險評估方法,為風險管理提供決策依據。研究首先對風險要素的指標體系確定,然后確定研究所使用的模型,最后進行實證分析,并根據研究結果提出對應的風險控制決策。

1 風險因素識別指標體系與模型構建

1.1 指標體系構建

在灌區工程中,風險評估涉及兩個主要方面:內部建設風險和外部環境風險。內部風險見表1,主要與工程建設和運行管理的內部因素相關,包括設計風險、施工風險、管理風險和采購風險。設計風險涉及到工程設計的合理性、可行性和穩定性等方面。施工風險包括工程施工的質量、進度和安全等方面的風險。管理風險涉及到工程管理的組織、協調和監督等方面。采購風險涉及到材料和設備采購的質量、供應保障和成本控制等問題。

表1 灌區工程建設內部風險

外部環境風險見表2,主要與工程建設和運行管理過程中的外部因素相關,包括環境風險、個人風險、社會風險和主要建筑物風險。環境風險涉及到自然環境因素對工程的影響,如洪水、干旱和地質災害等。個人風險涉及到個體行為和能力對工程運行的影響。社會風險涉及到社會和政治因素對工程建設和運行的影響。主要建筑物風險涉及到工程中關鍵公共設施建筑物的穩定性、安全性和維護等問題。

表2 灌區工程建設外部風險

表3 調查對象基本信息分布表

1.2 研究框架

研究首先利用專家評分法結合層次分析法確定各個一級指標的權重,然后利用結構方程模型對各個一級指標對應的二級指標進行驗證性因子分析,確定不同二級指標在一級指標中的權重,研究框架見圖1。

圖1 研究框架

2 實例分析

2.1 數據采集

設計了基于灌區項目風險評價指標體系的調查問卷,問卷內容分為兩部分:第一部分是通過邀請行業內三位專家對一級風險指標的重要性進行評估,第二部分則是對相關從業者進行數據采集,對二級指標的重要性進行評估。數據采集包括被訪者的個人信息,如性別、工作單位類型、從事工程(科研)相關工作的年限和職稱等,以及調研分析的主要內容。一級指標是通過比較不同一級指標的相對重要性來形成一個具有層次結構的判斷矩陣,進而得到一級指標評估結果;二級指標是對灌區項目風險的影響程度,采用李克特(Likert)7級量表法,建立1～7分的評分標準。主要調研對象為全國各地土木以及水利行業的專家、科研人員以及從事灌區工程建設工作的人員。為確保研究數據的有效性,研究在線上向專家學者發放了100份問卷,最終有效回收了82份,有效問卷率約為82%。樣本具體調查對象情況如表 3所示。

2.2 基于層次分析法的一級指標分析

層次分析法是一種常用于解決復雜的多準則決策問題和評估風險的方法。其基本思想是將一個復雜的決策問題層次化,從總體目標到具體準則和可選方案,以便更好地進行決策[16]。

在AHP中,決策問題被分解為多個層次,并通過兩兩比較不同元素的相對重要性來形成一個具有層次結構的判斷矩陣。然后,對判斷矩陣進行運算,得出各元素的權重,從而完成決策過程。在本研究中,將使用AHP來評估和處理不同一級指標風險因素的相對重要性,以幫助決策者更好地理解灌區工程建設風險。為確定各風險指標的權重值,研究將采用層次分析法和專家調查法相結合的方法對灌區風險管理一級指標進行評估。在比較過程中,研究將按照兩兩因素對比進行比較,并通過專家調查使用1～9的比例評價尺度來對二級指標進行賦值,從而形成成對比較判斷矩陣。計算公式為:

(1)

式中:X為判斷矩陣,設某一級指標層有n個因素,aij表示第i個因素相對于第j個因素的比較結果。

將每一層的判斷矩陣按照指標列歸一化,并按行求和,再對各個指標取均值。算術平均法求權重向量公式為:

(2)

式中:wai為計算得到的權重向量。

在完成權重計算之后,進行一致性檢驗,計算公式如下:

(3)

(4)

式中:CI為判斷矩陣一致性指標,RI為平均隨機一致性指標,λmax為判斷矩陣最大特征根,n為矩陣的階數,CR為隨機一致性比率。當CR<0.1時,認為矩陣X的不一致程度在容許范圍內。

一級指標的評估通過對三名行業專家填寫評估矩陣進行確定,按照上述步驟計算出三位專家給出的權重,然后求其均值,作為各灌區風險一級指標權重,權重計算結果與一致性檢驗結果如表4所示。

表4 一級指標評估結果

2.3 基于結構方程模型的二級指標分析

結構方程模型作為一種被廣泛使用的統計分析方法,用于探索和驗證變量之間的潛在結構和關系。它適用于研究復雜的多變量問題,可以同時考慮觀察變量和潛變量之間的關系,以及變量之間的因果關系[14]。在灌區風險評估中,SEM可以幫助研究者理解不同風險因素之間的相互作用,從而更好地揭示灌區風險的內在結構,進而對復雜的二級指標相互作用進行評估。

為了更直觀地描述變量之間的因果關系,研究使用結構方程模型計算公式,如式(5)和式(6)所示。在該模型中,X表示外生顯變量,Y表示內生顯變量,ξ表示外生潛變量,η表示內生潛變量。顯變量是“可觀察變量”,與潛變量相對,可直接觀測或度量。而潛變量則是實際工作中無法直接測量的變量,包括比較抽象的概念和由于種種原因不能準確測量的變量。測量模型用于描述顯變量X、Y與潛變量ξ、η之間的關系,而結構模型則用于描述潛變量之間的關系[11]。

X=ΛXξ+δ

(5)

Y=ΛYη+ε

(6)

式中:X是由外生顯變量構成的向量;ξ是由外生潛變量構成的向量;ΛX是描述X對ξ之間關系的因子荷載矩陣;δ表示X的觀測誤差向量;Y是由內生顯變量構成的向量;η是內生潛變量向量;ΛY是描述Y對η之間關系的因子荷載矩陣;ε表示Y的觀測誤差向量。

2.3.1 信度效度分析

信度分析用于反映問卷調查的可靠性。其中,克朗巴哈α系數是問卷信度分析的測量指標。在本次研究中,所有題目的α系數均大于0.6,符合問卷信度要求。驗證性因子分析(CFA)的結果顯示指標均大于0.4,滿足驗證性因子分析要求;因子荷載系數除采購風險α系數(0.599)略小于0.6外,其余指標均大于0.6,平均方差抽取值(AVE)大于0.35,表明測量模型具有良好的解釋能力和聚合效度[13,17,18]。具體的計算結果見表5。

表5 信度效度分析

2.3.2 模型適配度檢驗

SEM的模型檢驗指標共6個,分別是:標準卡方X2/df,近似誤差均方根RMSEA、擬合優度指數GFI、比較擬合指數CFI、增值擬合指數IFI、調整自由度擬合優度指數AGFI。檢驗結果如表 6所示,根據已有文獻給出的建議參考值[13,15],兩個模型的AGFI值略低于建議值,其余指標均達到建議參考值的要求,因此模型適配度進步滿足要求。模型的具體路徑表示如圖2所示,內部風險與外部風險模型各個變量之間的相關性均在0.8以內,滿足共線性要求。

表6 模型擬合度檢驗結果

圖2 風險路徑分析圖

2.4 AHP-SEM計算結果

在完成了內部風險與外部風險評估之后,為了進一步對灌區風險進行精確識別,構建了AHP-SEM模型,利用AHP指標計算的一級指標權重對二級指標權重進行加權計算,最終計算結果如表7所示。

表7 AHP-SEM計算結果

3 風險因素結果分析

根據一級指標的分析結果,設計風險、施工風險、管理風險、采購風險、環境風險、個人風險、社會風險分別為0.282、0.118、0.175、0.135、0.057、0.111、0.062、0.062。在一級指標權重評估時,最受到專家們關注的風險指標為設計風險,其次是管理風險與采購風險,然后是施工風險與個人風險,而相對關注度較低的為環境風險、社會風險、建筑物風險,其中環境風險的關注度最低。

3.1 內部風險結果分析

3.1.1 設計風險

在設計風險中,根據一級指標分析結果,被專家們關注最多的二級指標為設計變更風險,指標權重為0.282。原因是灌區工程建設作為大型民生過程,涉及復雜性和不確定性相對普通建設工程更大。而設計變更風險對項目的進度、質量和成本都有潛在影響。一旦出現設計變更,可能會導致額外的成本投入和項目進度延誤,甚至對工程質量產生負面影響。同時在設計風險中,設計變更風險的風險評估結果為0.246,要顯著大于設計進度、質量、成本的控制與設計缺陷、設計標準的采用。這是由于一方面不僅是設計變更相比于其他風險牽扯到的資金變動更大,也容易引起公眾的關注和監管機構的審查。

3.1.2 施工風險

在施工風險中,安全文明施工的風險計算結果為0.108,相比于施工成本費用與施工質量控制更重要。這是由于安全文明措施保障工人和公眾的人身安全,防范事故和傷亡,尤其灌區工程作為大型水利工程,所面臨的人身風險相較于傳統建筑工程更大。安全施工有助于提高工人工作方法與工作效率,減少額外費用和風險,是保證施工質量的前提。

動態系統理論下的語言發展觀從全新的復雜性科學視角審視語言這個系統，其核心觀點可從語言系統的本質和特性、語言結構的生成、語言演化的機制三方面進行闡釋。

3.1.3 管理風險

在管理風險中,主要建筑物檢查管理的風險評估結果為0.144,要優于施工的組織管理和工程維修養護計劃。這是由于主要建筑物的檢查管理直接關系到工程結構的安全和質量保障,對整個工程的可靠性和壽命具有重大影響。同時,主要建筑物的安全問題關乎公眾的安全,保障工程的經濟效益。

3.1.4 采購風險

在采購風險中,采購質量及保證措施的評估結果為0.094,優先于材料設備采購價格上漲與物資材料與機電設備的采購及運輸風險,這是由于采購質量直接影響工程項目的可靠性和質量保障,對項目長期運行具有關鍵作用。若采購的材料和設備質量不合格,可能導致工程質量問題、項目進度延誤以及后期額外維護成本。保證采購質量是確保工程順利進行和降低后期成本的重要措施。

3.2 外部風險結果分析

3.2.1 環境風險

在環境風險中,環境污染問題比自然災害的發生與現場施工環境的安全隱患更為重要。這是由于灌區工程具有特殊性,因為其涉及的水資源與土壤生態系統極為敏感。施工導致的環境污染問題對灌區的水質和生態環境造成嚴重影響,對灌溉效果和農業生產產生長期影響。相比之下,自然災害雖然也可能對灌區工程造成損失,但其發生通常難以預測和避免。施工現場的安全隱患盡管重要,但通過科學規劃和安全管理措施,可以較好地控制。

3.2.2 個人風險

在個人風險中,是否有良好的工作態度與理念的風險計算結果為0.085,要比是否存在不當操作行為和個人的身心健康狀態更重要。良好的工作態度與理念是個人風險管理的基礎,能夠預防潛在的風險,培養正確的工作習慣和意識,降低不當操作行為的可能性。不當操作行為和個人身心健康狀態盡管可能導致短期的風險,但如果具有良好的工作態度能夠顯著降低此類風險的可能性。因此注重培養良好的工作態度與理念是確保個人和灌區工程可持續發展的關鍵。

3.2.3 社會風險

在社會風險中,移民安置風險的計算結果為0.055,相比于征地拆遷風險與后期維護風險更重要。在灌區工程中,移民安置風險關乎大量群眾的生活和生計,如果不能合理安置搬遷群眾,可能導致群眾不滿引起社會安全問題,影響整個工程項目的社會穩定和可持續發展。相比之下,征地拆遷風險關注征遷補償標準是否達到民眾預期,涉及民眾的經濟利益,雖然重要但相對局限。后期維護風險則關乎灌區工程的長遠運營和維護,對項目的可持續性至關重要,但其影響相對較小。

3.2.4 主要建筑物風險

主要建筑物風險中,根據分水、退水要求,是否全部或部分關閉節制閘要比閘門與啟閉機風險與橋梁風險更重要。這是因為分水、退水是確保工程安全的基本措施,它關乎整個工程的洪水調節和安全性。如果不能及時關閉節制閘,可能導致洪水超出控制警戒水位,引發嚴重洪災。閘門與啟閉機的運行問題可能導致工程的一時停工或影響通航,但通?？梢酝ㄟ^維修和調整來解決。橋梁風險涉及橋梁結構的穩定性和承載能力,雖然重要,但其影響范圍有限,通?？梢酝ㄟ^定期檢查和加固來應對。

4 結 論

本文采用問卷調查,運用層次分析法與結構方程模型,建立了灌區工程項目風險指標體系,對灌區工程項目風險指標進行權重計算,并分析其影響因素。結論如下:

(1) 灌區項目風險的一級指標權重由大到小依次為:設計風險、管理風險、采購風險、施工風險、個人風險、建筑物風險、社會風險、環境風險。針對不同一級指標的影響因素進行了詳細討論,并提出了相應的風險管理策略。

(2) 研究基于AHP-SEM建立的灌區工程項目風險評價模型,利用該模型對灌區風險評估進行了詳細分析,進而進行了科學有效的評價,確保工程項目的安全順利實施與可持續發展,對灌區工程建設部門有效評判和規避風險具有指導意義。

(3) 本研究方法和框架也可為其他類似工程項目的風險評估提供參考和借鑒,具有一定的普適性和推廣價值。通過有效評估和管理風險,研究將能夠為農業生產和水資源管理做出積極的貢獻。