公路交通科技  2017, Vol. 34 Issue (9): 93−99

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刘光凤, 周直, 许茂增
LIU Guang-feng, ZHOU Zhi, XU Mao-zeng
区间灰色模糊不确定语言集在工程项目风险因素排序中的应用
Application of Interval Grey Fuzzy Uncertain Linguistic Set in Construction Project Risk Factors Ranking
公路交通科技, 2017, 34(9): 93-99
Journal of Highway and Transportation Research and Denelopment, 2017, 34(9): 93-99
10.3969/j.issn.1002-0268.2017.09.013

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收稿日期: 2016-09-09
区间灰色模糊不确定语言集在工程项目风险因素排序中的应用
刘光凤, 周直, 许茂增     
重庆交通大学 经济与管理学院, 重庆 400074
摘要: 为更全面、更真实地表达工程项目风险信息,提高工程项目风险因素排序结果的准确性,针对具有信息灰性、模糊性和语言描述性的工程项目风险因素排序问题,运用区间灰度表达灰性,运用隶属度表达模糊性,运用不确定语言变量表达语言描述性。在区间灰色模糊不确定语言集的基础上,结合C-OWA算子,建立工程项目风险因素排序模型,用于预测主要风险因素。以南京市纬三路过江隧道为例验证所建模型的可行性。研究结果表明,相比模糊集只能利用隶属度表达模糊性,区间灰色模糊不确定语言集不仅可以利用隶属度表达模糊性,还可以利用区间灰度和不确定语言变量表达灰性和语言描述性,这有助于提高实际工程项目风险信息表达的全面性和真实性,进而提高工程项目风险因素排序结果的准确性,帮助项目管理者更准确地了解主要风险因素,为采取针对性的风险预控措施提供理论依据。
关键词: 隧道工程     风险辨识     区间灰色模糊不确定语言集     风险因素     C-OWA算子     排序    
Application of Interval Grey Fuzzy Uncertain Linguistic Set in Construction Project Risk Factors Ranking
LIU Guang-feng, ZHOU Zhi, XU Mao-zeng    
School of Economics and Management, Chongqing Jiaotong University, Chongqing 400074, China
Abstract: In order to express construction project risk information more comprehensively and authentically and improve the accuracy of construction project risk factors ranking result, in terms of the risk factors ranking problem with information grey, fuzziness and linguistic description, interval grey degree is used to express grey, membership degree is used to express fuzziness, and uncertain linguistic variable is used to express linguistic description. The construction project risk factors ranking model is established to estimate the main risk factors based on interval grey fuzzy uncertain linguistic set and C-OWA operator. Taking the Weft Three Road Cross-river Tunnel in Nanjing for example, the feasibility of the proposed model is verified. The research result shows that compared with fuzzy set that only can use membership degree to express fuzziness, interval grey fuzzy uncertain linguistic set not only can use membership degree to express the fuzziness, but also can use interval grey degree and uncertian linguistic variable to express the grey and linguistic description. It helps to improve the comprehensiveness and authenticity of practical construction project risk information expression, and then improve the accuracy of risk factors ranking result, which helps project managers to more exactly know the main risk factors, and provides a theoretical basis for taking well-directed risk pre-control measures.
Key words: tunnel engineering     risk identification     interval grey fuzzy uncertain linguistic set     risk factor     C-OWA operator     ranking    
0 引言

工程项目风险因素排序,作为工程项目风险辨识的关键工作之一,是为了确定主要风险因素,为后续合理配置资源采取针对性的预控措施提供理论依据。但是,因工程项目的一次性,建设过程的复杂性和不确定性,导致难以收集足够多的类似项目基础数据,更多地需要依赖建设专家的经验,给出评判信息,帮助工程项目风险因素排序。这里的信息,因建设专家的工作经历、知识水平、对工程项目的认识程度以及其自身主观判断的局限性和思维的模糊性等影响,体现一定信息量的不完全性和不充分性(即灰性)、信息概念的不明确性(即模糊性)以及信息的语言描述性。如果不能准确地表达这些信息的特征,在各种风险因素的影响下,将数倍放大风险,影响风险因素排序结果的准确性,降低项目管理者预控风险的能力。

虽然,近年来工程项目风险因素排序方法已取得一定的成果,如模糊层次分析法[1]、灰色TOPSIS法和COPRAS-G法[2]、因子分析法[3]、层次分析法[4]、模糊集和扩展VIKOR法[5]、改进层次分析法[6]、ANP与模糊理论[7]、主观评分法与模糊综合评价[8]、实证研究[9]、三角模糊数和层次分析法[10]、语言变量与时间变量[11]、二元语义[12]、灰色模糊多属性群决策模型[13]、三角模糊软集[14]、解释结构模型[15]等。但是,这些方法主要集中在模糊分析,少部分可以进行语言分析或灰色模糊分析,还未见到对工程项目风险因素排序进行灰色模糊语言分析的研究。

综上,对工程项目风险因素排序进行灰色模糊语言分析,是解决工程实际问题和扩展工程项目风险管理理论的需要。而区间灰色模糊不确定语言集,作为最新的灰色模糊语言理论,能够运用区间灰度、隶属度和不确定语言变量,同时表达信息的灰性、模糊不确定性和语言描述性。因此,将区间灰色模糊语言集用于表达工程项目风险因素排序的基础信息,结合C-OWA算子,建立工程项目风险因素排序模型,对其进行灰色模糊语言分析,以确定主要风险因素,是必要的和可行的。

1 区间灰色模糊不确定语言集 1.1 语言评价集

定义1[16]:设H=[H0, H1, H2, …, H(f-2), H(f-1)],是一个离散、有序的语言评价集,f为语言词个数,奇数,通常取3,5,7,9等,H中的任何元素与其下标之间存在严格单调递增关系。

定义2[17]:为减少语言决策信息的丢失,将H拓展为连续、有序的语言评价集H′={Hh|hR},拓展后Hh与其下标h之间仍存在严格单调递增关系。

1.2 C-OWA算子定义

定义3[18]:闭区间数[a, b]的连续区间数据OWA算子Fρ([a, b]),简称C-OWA算子,定义为:

(1)

式中,ρ:[0, 1]→[0, 1],ρ(0)=0,ρ(1)=1,ρ为基本的单位区间单调函数,即y>zρ(y)>ρ(z)。若ρ(y)=yθθ≥0,则有:

(2)
1.3 区间灰色模糊不确定语言集与运算规则

定义4[19]:设区间灰色模糊不确定语言集,表示为, ,解释xi隶属于评语的程度为u(xi),认为“xi隶属于评语的程度为u(xi)”的可信度区间为,称, 是一个区间灰色模糊不确定语言数;是不确定语言变量,其取值越大,影响越大,u(xi)是隶属度,其取值越大,影响越大,u(xi):U→[0, 1];是区间灰度,其取值越大,获得的信息量越少,信息的可信度越低,U是研究对象集,U=[xi], i=1, 2, …, n;若λi为正实数,则有如下运算规则:

(3)
(4)
(5)
2 工程项目风险因素排序的区间灰色模糊不确定语言模型 2.1 参数

D为工程项目风险;C为工程项目风险分析准则集,C=[Cc], c=1, 2, …, mCc为第c个准则,γ为准则权重向量,γ=[γc]mγc为第c个准则权重。本研究中的准则是指项目管理基本目标,即安全、质量、成本、工期、环境。

U为工程项目风险分析指标集,U=[xi], i=1, 2, …, nxi是指第i个指标。文中的指标是指工程项目风险因素。

H为评语集,H=[Hh], h=0, 1, 2, …, f-1。Hh为评语词。本研究中的评语词指风险影响损失的大小。若f取5,则有:H0为风险影响损失极小;H1为风险影响损失较小;H2为风险影响损失适中;H3为风险影响损失较大;H4为风险影响损失极大。

S为专家集,S=[Ss], s=1, 2, …, kSs是指第s个专家,δ为专家权重向量,δ=[δs]k,其中,δs为第s个专家权重。

为不确定语言变量,是指专家Ss估计风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响损失区间,

uics为隶属度,是肯定的风险影响概率,是指专家Ss估计风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响隶属于的程度,uics∈[0, 1]。

为区间灰度,是指专家Ss认为风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响隶属于的程度为uics的可信度区间,

为专家Ss估计风险因素xi对项目管理基本目标Cc的区间灰色模糊不确定语言数,

2.2 模型

利用区间灰色模糊不确定语言集和C-OWA算子,建立工程项目风险因素排序的区间灰色模糊不确定语言模型,其步骤如下:

(1) 建立工程项目风险分析层次结构

以工程项目风险为评价目标,以项目管理基本目标为评价准则,以工程项目风险因素为评价指标,建立风险分析层次结构。

(2) 获取区间灰色模糊不确定语言数决策表

邀请专家Ss估计:风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响损失的评语为, 风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响隶属于的程度为uics, 认为风险因素xi对项目管理基本目标Cc的风险影响隶属于的程度为uics的可信度区间为,形成,建立决策表。

(3) 计算专家群的区间灰色模糊不确定语言数

已知专家权重δ=[δs]k,利用式(5),对进行专家加权,计算专家群的区间灰色模糊不确定语言数,表示为:

(6)

式中,,

(4) 计算的可信度集结值

利用式(1),计算的可信度集结值,表示为:

(7)

式中的可信度集结值。

ρ(y)=yθ(θ≥0),利用式(2),则有:

(8)

(5) 计算的期望风险影响损失

计算的期望风险影响损失,定义为:

(9)

式中为区间灰色模糊不确定语言环境下风险因素xi对项目管理基本目标Cc的期望风险影响损失。

ρ(y)=yθ(θ≥0),则有:

(10)

(6) 计算综合期望风险影响损失

已知准则权重γ=[γc]m,对)进行准则加权,计算各风险因素的综合期望风险影响损失:

(11)

(7) 排序

是任意两个风险因素x1x2对应的综合期望风险影响损失,则有:

(12)

即,若,则风险因素x1对项目的风险影响大于风险因素x2

3 算例

以南京市纬三路过江隧道风险因素排序为例,对所建模型进行可行性验证。其中,已知:

(1) 邀请5位行业专家参评,即S=[Ss], s=1, 2, 3, 4, 5,且专家权重δ=[0.149 4,0.224 9,0.250 5,0.175 3,0.199 9]。

(2) 以南京市纬三路过江隧道风险为评价目标,以项目管理基本目标“安全、质量、成本、工期、环境”为评价准则,与行业专家进行协商,总结出可能诱发其风险的影响因素作为评价指标,构建风险分析层次结构,见图 1,且准则权重γ=[0.212 6,0.199 1,0.249 7,0.267 3,0.071 3]。

图 1 南京市纬三路过江隧道风险分析层次结构 Fig. 1 Risk analysis hierarchical structure of Weft Three Road Cross-river Tunnel in Nanjing

(3) 评语词个数f取5,隶属度和区间灰度被平均划分为5个等级,见表 1

表 1 评语词、隶属度、区间灰度等级划分 Tab. 1 Linguistic word, membership degree and interval grey degree grading
评语词 等级 风险影响损失极小 风险影响损失较小 风险影响损失适中 风险影响损失较大 风险影响损失极大
对应值 0 1 2 3 4
隶属度 等级 极低 较低 一般 较高 极高
对应值 [0, 0.2] (0.2, 0.4] (0.4, 0.6] (0.6, 0.8] (0.8, 1.0]
区间灰度 等级 极可信 较可信 一般可信 较不可信 极不可信
对应值 [0, 0.2] (0.2, 0.4] (0.4, 0.6] (0.6, 0.8] (0.8, 1.0]

其具体计算过程和结果如下所示:

(1) 请受邀专家Ss,根据纬三路过江隧道建设实况、图 1表 1以及2.2节中的步骤(2),估计各风险因素xi对各项目管理基本目标Cc的区间灰色模糊不确定语言数矩阵, uics,

(2) 已知θ=2[19],利用式(6)、式(8)、式(10)、式(11),计算各风险因素的综合期望风险影响损失,详见图 2

图 2 计算结果 Fig. 2 Calculating result

(3) 利用式(12),根据图 2所示计算结果,对各风险因素的影响大小进行排序,结果为:突发施工事故风险>施工管理风险>设计变更风险>不可抗力灾害风险>前期决策失误风险>施工组织设计变更风险>工程量变化风险>合同管理风险>资源供应风险>组织管理风险>政治法律风险>新材料、设备、技术、工艺应用风险>废物处理风险>回购风险>单价变化风险>费率变化风险。

事实证明,因南京市纬三路过江隧道同时面临超大盾构直径、深水位、高水压、薄覆土、复合地质,相比其他陆上隧道,由盾构刀具损坏与高压换刀、盾构反力座承台破坏、盾构机上浮、盾口密封失效、工作面失稳、开挖面冒顶、隧道整体上浮、涌水涌砂等引发的突发施工事故风险,水下施工的监督、管理、控制、协调失误等引发的施工管理风险,水文地质资料完整性和准确性降低等引发的设计变更风险将更容易发生[13]。这与理论预测的排序结果中排在前面的突发施工事故风险、施工管理不当风险、设计变更风险、不可抗力灾害风险、前期决策失误风险等,具有较高的相符性。故认为,运用本研究所建模型进行工程项目风险因素排序是可行的。

4 结论

基于区间灰色模糊不确定语言集和C-OWA算子的工程项目风险因素排序模型,运用区间灰色模糊不确定语言数表达工程项目风险信息,结合C-OWA算子,对风险因素进行排序。在理论方面,有利于促进工程项目风险管理与控制理论体系的完善;在实践方面,能够更全面、更真实地表达工程项目风险信息的灰性、模糊性和语言描述性,提高工程项目风险因素排序结果的准确性,帮助项目管理者更准确地了解建设过程中可能面临的主要风险因素,提醒他们合理配置资源预控主要风险源,以减少建设过程的安全事故、质量事故、工程造价,缩短工期,协调环境,进而有效管理和控制工程风险。文章不足之处在于,需要已知专家权重和准则权重,希望在未来研究中加以改善。

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