老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險演化SD仿真模型構(gòu)建案例分析 1 1 1 2 3 3 3 4 4 7 9 9 9 本章在探討其風(fēng)險演化機(jī)理的基礎(chǔ)上，以X小區(qū)為例，借助系統(tǒng)動力學(xué)模型進(jìn)行風(fēng)險反1.1系統(tǒng)動力學(xué)模型構(gòu)建思路本研究以X小區(qū)海綿化改造項目為例，工程位于西安市主城區(qū)范圍內(nèi)，具體位置見圖4-1。項目用地面積約為28855m2,現(xiàn)狀建筑占地約8106m2,綠地占地約7940m2,綠地率為27.52%,其余均為硬化路面及廣場，地勢大致呈南高北低、西高東低走勢。小區(qū)路面雨水漫流，影響人們生活和出行，現(xiàn)狀如下圖4-2所示。N臨潼區(qū)0510203040臨潼區(qū)雁塔區(qū)根據(jù)小區(qū)綠地、道路等現(xiàn)狀條件，采用下沉式綠地、透水鋪裝、排水管道等多種海綿設(shè)施進(jìn)行海綿化改造，其中綠化改造面積8988m2,透水鋪裝改造面積10773m2,蓄水池改造250m3,實現(xiàn)年徑流總量控制率85%,對應(yīng)設(shè)計降雨量為21mm的海綿改造目標(biāo)。項目地處西安市已建成繁華區(qū)，實施過程面臨著建設(shè)內(nèi)容多、建設(shè)周期短、施工難度大等諸多制約因素，涉及小區(qū)總?cè)藬?shù)1570人，計劃建設(shè)270天，工程參與人數(shù)為300人，計劃建設(shè)資金約1659.06萬元。項目存在以下風(fēng)險：由于海綿城市推行時間較短，項目在實施前期，管理組織實施不夠高效，跨部門協(xié)調(diào)機(jī)制、監(jiān)督機(jī)制和績效考核等各項制度不夠完善；實際海綿城市建設(shè)推進(jìn)過程中，宣傳不夠充分，導(dǎo)致公眾對海綿城市的認(rèn)知不夠；在項目實施過程中，相關(guān)配套技術(shù)不夠成熟，技術(shù)人員資源明顯不足等風(fēng)險。因此管理人員為控制工程進(jìn)度，選擇增加人員和加班策略進(jìn)行控制，實際建設(shè)384天。1.1.2模型構(gòu)建流程系統(tǒng)動力學(xué)最初被稱為工業(yè)動態(tài)學(xué)，是由美國麻省理工學(xué)院(MIT)的福瑞斯特教授 (J.W.Forrester)于1956年創(chuàng)建[73,是一種集系統(tǒng)論、信息論、控制論和計算機(jī)技術(shù)為一體的系統(tǒng)仿真方法，具有分析復(fù)雜系統(tǒng)的優(yōu)勢。借助系統(tǒng)動力學(xué)方法解決問題，需要先明確SD建模的目的，對問題產(chǎn)生的原因形成模型假設(shè)，再從問題的根源出發(fā)，建立模型仿真模型，并對其進(jìn)行模型測試和方案實施。本研究從系統(tǒng)動力學(xué)的基本原理出發(fā)，借鑒系統(tǒng)動力學(xué)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用經(jīng)驗，將其引入老舊小區(qū)海綿化改造的風(fēng)險管理研究中，結(jié)合實際老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險因素，按照系統(tǒng)分析、結(jié)構(gòu)分析、模型優(yōu)化以及仿真應(yīng)用四個步驟進(jìn)行風(fēng)險系統(tǒng)模型的構(gòu)建，進(jìn)一步探索風(fēng)險的演化規(guī)律，為老舊小區(qū)海綿化改造項目管理提供理論和決策依據(jù)。首先，廣泛搜集老舊小區(qū)海綿化改造案例，深入研讀相關(guān)文獻(xiàn)，進(jìn)行系統(tǒng)分析，明確研究目的，確定系統(tǒng)邊界；其次，在理論研究的基礎(chǔ)上確定老舊小區(qū)海綿化改造主要風(fēng)險因素，明確風(fēng)險因素間的相互作用，并繪制因果關(guān)系圖；然后進(jìn)行模型的構(gòu)建、函數(shù)方程的編寫以及模型的仿真和檢驗，再依據(jù)結(jié)構(gòu)分析過程所繪制的因果回路圖和定義的模型變量，進(jìn)行各變量參數(shù)進(jìn)行賦值，最后利用系統(tǒng)動力學(xué)軟件Vensim進(jìn)行仿真模擬和模型檢驗優(yōu)化。具體流程如下圖4-3所示。是1.2風(fēng)險演化的系統(tǒng)分析1.2.1模型假設(shè)為確保老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險的嚴(yán)謹(jǐn)度和科學(xué)性，本文結(jié)合老舊建筑改造和海綿城市特點，以系統(tǒng)動力學(xué)基本理論和研究方法為基礎(chǔ)，對模型做出如下假設(shè)：(1)假設(shè)本模型不考慮施工過程中的雨、雪、地震等不可抗力對工程施工進(jìn)度、質(zhì)量和資金的影響；(2)鑒于人員加班或者額外雇傭均有限，因此倘若工程的進(jìn)度壓力超出工作人員負(fù)荷，項目管理人員會適當(dāng)選擇工期順延。(3)雖然不同風(fēng)險范疇之間存在影響關(guān)系，但始終作用于工程，因此假設(shè)不同風(fēng)險通過相互影響關(guān)系對工程造成的間接影響均視為風(fēng)險自身對工程的直接影響。(4)本次研究的重點在于不同風(fēng)險對于工程進(jìn)度、建設(shè)資金和工程質(zhì)量的影響，因此假設(shè)不同風(fēng)險對其他成本的影響程度相同，即采取相同的權(quán)重。1.2.2系統(tǒng)邊界確定本文旨在研究老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險系統(tǒng)中存在的主要風(fēng)險因素和風(fēng)險因素對工程進(jìn)度、建設(shè)資金以及工程質(zhì)量的影響關(guān)系，以期從更加整體和宏觀的角度探索風(fēng)險1.3風(fēng)險演化SD模型構(gòu)建因果回路圖(causalloopdiagram,CLD)是表示系統(tǒng)反饋理分析，根據(jù)系統(tǒng)動力學(xué)建模步驟，通過Vensim軟件建立老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險案+思想意識+十風(fēng)險>其他費用一<剩余建設(shè)工期><思想意識每日工資<剩余建設(shè)工期>返工人數(shù)+++返工速度+++返工速度十<工程技術(shù)/十工人工作時間<工程技術(shù)/十十十十++X+X氣氣十十<計劃建設(shè)工期><計劃建設(shè)工期>十十人員疲勞十￥++十十十工程技術(shù)風(fēng)險十十十<工作強(qiáng)度>項目發(fā)起人項目發(fā)起人<人員疲勞>施工技術(shù)<人員疲勞>施工技術(shù)圖4-4老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險因果關(guān)系圖Fig.4-4TheCausalityDiagramoftheRiskofSp(1)因果樹分析由風(fēng)險關(guān)系反饋模型可知，環(huán)境政策風(fēng)險、思想意識風(fēng)險、經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險以及工程技術(shù)風(fēng)險的發(fā)生會導(dǎo)致工程進(jìn)度延誤，從而引起建設(shè)總資金增加和工程質(zhì)量下降，其原因樹和結(jié)果樹如下圖4-5和4-6所示。和結(jié)果樹如下圖4-5和4-6所示。人員疲勞生產(chǎn)效率人員調(diào)配計劃建設(shè)工期實際工程質(zhì)量-—返工工程人均生產(chǎn)率返工人數(shù)返工速度每日工資工程技術(shù)風(fēng)險思想意識風(fēng)險其他費用環(huán)境政策風(fēng)險經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險人員總數(shù)加班工資實際建設(shè)工期人力費用工人工作時間人員疲勞工作強(qiáng)度疲勞對工程質(zhì)量的影響實際建設(shè)工期實際工程質(zhì)量建設(shè)總資金(2)關(guān)鍵反饋回路分析從老舊小區(qū)海綿化改造因果關(guān)系圖中可以看出，主要存在以下兩條最關(guān)鍵的反饋循環(huán)：1)回路一：風(fēng)險導(dǎo)致工期延長→+剩余建設(shè)工期→+工作強(qiáng)度→+人員疲勞→-生產(chǎn)效率→-實際建設(shè)工期→+剩余建設(shè)工期。該回路為正反饋回路，屬于工程進(jìn)度影響的內(nèi)部回路，通過該回路可以看出風(fēng)險導(dǎo)致工程進(jìn)度發(fā)生延誤，為控制工程進(jìn)度，加大了人員工作強(qiáng)度，但人員加班引起的疲勞導(dǎo)致生產(chǎn)效率降低，從而引起實際建設(shè)工期和剩余建設(shè)工期延長。2)回路二：風(fēng)險導(dǎo)致工期延長→+剩余建設(shè)工期→+工作強(qiáng)度→+人員疲勞→+疲勞對工程質(zhì)量的影響→-實際工程質(zhì)量→-返工工程→+實際建設(shè)工期→+剩余建設(shè)工期。該回路為正反饋回路，屬于工程進(jìn)度與工程質(zhì)量間的回路。通過該回路可以看出風(fēng)險導(dǎo)致工程進(jìn)度發(fā)生延誤，因此需要加大人員工作強(qiáng)度，導(dǎo)致人員疲勞程度增強(qiáng)，影響實際工程質(zhì)量，導(dǎo)致工程進(jìn)度發(fā)生延誤。1.3.2動態(tài)模型構(gòu)建與變量說明(1)動態(tài)模型構(gòu)建存量流量圖是在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步區(qū)分不同變量的性質(zhì)，以更為直觀的符號刻畫系統(tǒng)要素之間的關(guān)系，明確系統(tǒng)的反饋形式和控制規(guī)律。其建模過程涉及了狀態(tài)變基于所繪制的因果回路圖，將風(fēng)險分為環(huán)境政策、思想意識、經(jīng)濟(jì)管理以及工程技術(shù)4個子系統(tǒng)，構(gòu)建以狀態(tài)變量、速率變量、輔助變量和常量四種變量形式的風(fēng)險存量流量圖，如下圖4-7所示。(2)系統(tǒng)變量說明本模型選取了環(huán)境政策風(fēng)險水平、思想意識風(fēng)險水平、經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險水平、工程技術(shù)風(fēng)險水平、風(fēng)險導(dǎo)致工程進(jìn)度延誤、工作強(qiáng)度和實際建設(shè)工期7個變量作為狀態(tài)變量；選取環(huán)境政策風(fēng)險變化率、思想意識風(fēng)險變化率、經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險變化率、工程技術(shù)風(fēng)險變化率以及總風(fēng)險變化率5個變量作為速率變量；選取識別的風(fēng)險因素、每天正常工作時間、生產(chǎn)效率、計劃建設(shè)工期、期望工程質(zhì)量等46個變量為輔助變量。風(fēng)險系統(tǒng)具體輔助變量說明如下表4-1所示。Tab.4-1AuxiliaryVariableDescription設(shè)計方案變更風(fēng)險建筑自身環(huán)境風(fēng)險設(shè)計變更風(fēng)險民意風(fēng)險豎向規(guī)劃不受重視計劃建設(shè)工期每天正常工作時間項目發(fā)起人決策風(fēng)險缺乏勘測檢測機(jī)制原始勘測資料缺失每日工資缺乏協(xié)同設(shè)計平臺加班工資設(shè)計目標(biāo)把控風(fēng)險人均生產(chǎn)率施工目標(biāo)未達(dá)到返工速度疲勞對工程質(zhì)量的影響缺乏日常檢查與維護(hù)市場投融資風(fēng)險疲勞對人均生產(chǎn)率的影響疲勞對人均生產(chǎn)率的影響因子豎向規(guī)劃不合理4老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險演化SD仿真模型構(gòu)建宏觀政策風(fēng)險環(huán)境政策風(fēng)險水平加班工資<思想意識風(fēng)險水平><剩余建人員總數(shù)設(shè)工期>返工人數(shù)、民意風(fēng)險思想意識風(fēng)險險變化率<工程技術(shù)風(fēng)險水平>其他成本計劃建設(shè)工期其他成本計劃建設(shè)工期工人工作時間剩余建設(shè)工期<實際建剩余建設(shè)工期人力成本實際建設(shè)工期經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)<工作強(qiáng)度>疲勞對工程質(zhì)<思想意識_風(fēng)險水平>總風(fēng)險變化率<計劃建設(shè)工期>缺乏勘測人員調(diào)配_生產(chǎn)效率檢測機(jī)制工程技術(shù)風(fēng)<Time市場投融運維管理制險變化率設(shè)計方案變更頻繁程質(zhì)量疲勞對工程資風(fēng)險度不完善質(zhì)量的影響未達(dá)到風(fēng)險項未達(dá)到風(fēng)險項灰綠設(shè)施結(jié)設(shè)計目標(biāo)合不到位把控風(fēng)險缺乏日常檢查與維護(hù)缺設(shè)運技設(shè)計目標(biāo)合不到位圖4-7老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險存量流量圖Fig.4-7Riskstockflowdiagr1.4系統(tǒng)模型特征方程與參數(shù)設(shè)定海綿化改造案例經(jīng)驗進(jìn)行部分邊界點初始值的確定，采用德爾菲法(附錄4《老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險仿真系統(tǒng)邊界點初始值估計問卷》),對其余邊界點的最小值a、最可能值m和最大值b進(jìn)行賦值，主要考慮風(fēng)險因素發(fā)生后果的嚴(yán)重程度。問卷主要由熟知X小區(qū)海綿化改造項目的管理人員進(jìn)行打分確定，并運用公式X=(a+4m+b)/6進(jìn)行計算，取X;的平均值為最終初始值結(jié)果，最終邊界點初始值如下表4-2所示。Tab.4-2EstimatedResultsofInitialVa設(shè)計方案變更風(fēng)險民意風(fēng)險設(shè)計變更風(fēng)險豎向規(guī)劃不受重視項目發(fā)起人決策風(fēng)險缺乏勘測檢測機(jī)制思想意識風(fēng)險原始勘測資料缺失缺乏協(xié)同設(shè)計平臺設(shè)計目標(biāo)把控風(fēng)險計劃建設(shè)工期施工目標(biāo)未達(dá)到每天正常工作時間81缺乏日常檢查與維護(hù)每日工資市場投融資風(fēng)險加班工資(1)層次分析法歸一歸一化權(quán)重計算組合權(quán)重確定判斷矩陣構(gòu)建明確研究目的組合權(quán)重確定判斷矩陣構(gòu)建明確研究目的否1)明確研究目的，構(gòu)建層次模型。該層次模型主要由目標(biāo)層、準(zhǔn)則層以及2)構(gòu)造判斷矩陣。根據(jù)研究需要，本文結(jié)合德爾菲法，對系統(tǒng)動力學(xué)部分風(fēng)險因素采用九級標(biāo)度法(1-9級)的分值進(jìn)行判斷，假設(shè)因素層中存在n個子表示因素i和因素j的重要性之比，九級標(biāo)度法如表4-3所示。Tab.4-3Nine-levelScaling標(biāo)度(bij值)1二者同等重要3i比j稍微重要j比i稍微重要5i比j明顯重要j比i明顯重要7i比j強(qiáng)烈重要j比i強(qiáng)烈重要9i比j極為重要j比i極為重要i和j的重要性處于bi;j=2n-1與bi;j=2n+1之間3)確定各影響要素的相對重要程度。計算各因素的權(quán)重，并根據(jù)數(shù)值大?、倥袛嗑仃嚨趇行元素間的連乘：式中：W為矩陣對應(yīng)行數(shù)的n次方根矩陣對應(yīng)行各個因素之間的乘積。③向量W=[w?,W?,W?,…,W.]的歸一化處理和最大特征根計算：4)一致性檢驗，隨機(jī)一致性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值如表4-4所示：Tab.4-4R.I.StandardValueofRando1234567890.1,則表明矩陣的一致性較好，所確定的特征向量就是權(quán)重向量，權(quán)重計算結(jié)(2)灰色關(guān)聯(lián)分析法度”,分析各子項之間的數(shù)值關(guān)系，判斷各子項的權(quán)重，是一種分析各個因素對1)明確分析數(shù)列：2)確定參考數(shù)據(jù)列：參考數(shù)據(jù)列是相對理想化的比較標(biāo)準(zhǔn)值，通常用各個指標(biāo)的最優(yōu)(劣)值來3)無量綱化參考數(shù)據(jù)列：4)對每個被評價對象的比較序列與參考數(shù)列的絕對差值進(jìn)行計算。即：5)確定以下兩個公式的值：6)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)：式中：p為分辨系數(shù)，且0<p<1。p值域關(guān)聯(lián)系數(shù)、區(qū)分強(qiáng)度均呈負(fù)相關(guān)，常取7)計算關(guān)聯(lián)度，通常取關(guān)聯(lián)系數(shù)的均值，記為：8)歸一化計算權(quán)重：(3)本文將層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法按照一定比例進(jìn)行線性組合，得到組合權(quán)重矩陣αij,組合權(quán)重計算公式如下：式中：y取0.5(最佳集成權(quán)重結(jié)果是主觀權(quán)重和客觀權(quán)重各占一半)1.1.3權(quán)重參數(shù)計算結(jié)果結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)模型中的因素，進(jìn)行(附錄5《老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險系統(tǒng)動力學(xué)因素重要度調(diào)查問卷》)設(shè)計，并采用德爾菲法，根據(jù)層次分析法和灰色關(guān)聯(lián)分析法的計算原理，依據(jù)公式(4-1)～(4-18)進(jìn)行權(quán)重計算，結(jié)果如下表4-5所示。Tab.4-5WeightCalculationResults風(fēng)險類別因素名稱綜合權(quán)重老舊小區(qū)海綿化改造項目風(fēng)險思想意識風(fēng)險工程技術(shù)風(fēng)險思想意識風(fēng)險民意風(fēng)險豎向規(guī)劃不受重視表4-5(續(xù))風(fēng)險類別因素名稱綜合權(quán)重項目發(fā)起人決策風(fēng)險缺乏勘測檢測機(jī)制原始勘測資料缺失缺乏協(xié)同設(shè)計平臺設(shè)計目標(biāo)把控風(fēng)險缺乏日常檢查與維護(hù)市場投融資風(fēng)險設(shè)計方案變更風(fēng)險設(shè)計變更風(fēng)險致為1個月，設(shè)計階段約2個月，施工階段約6個月。為保證良好的風(fēng)險模擬效果，特將模擬時長設(shè)置為16個月，約500天，主要模擬X小區(qū)海綿化改造從立總風(fēng)險變化率=環(huán)境政策風(fēng)險水平*0.119+思想意識風(fēng)險水平*0.167+經(jīng)濟(jì)管環(huán)境政策風(fēng)險水平=INTEG(環(huán)境政策風(fēng)險變化率，0.579)環(huán)境政策風(fēng)險變化率=宏觀政策風(fēng)險*0.512+建筑自身環(huán)境風(fēng)險*0.305+施工思想意識風(fēng)險水平=INTEG(思想意識風(fēng)險變化率，0.629)思想意識風(fēng)險變化率=民意風(fēng)險*0.500+海綿城市理念認(rèn)識不清*0.210+豎向經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險水平=INTEG(經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)經(jīng)濟(jì)管理風(fēng)險變化率=跨部門合作風(fēng)險*0.061+項目發(fā)起人決策風(fēng)險*0.089+缺乏勘測檢測機(jī)制*0.091+原始勘測資料缺失*0.061+缺乏協(xié)同設(shè)計平臺*0.060+設(shè)計目標(biāo)把控風(fēng)險*0.141+施工目標(biāo)未達(dá)到*0.163+海綿材料供應(yīng)風(fēng)險*0.083+運工程技術(shù)風(fēng)險水平=INTEG(工程技術(shù)風(fēng)險變化率，0.738)工程技術(shù)風(fēng)險變化率=缺乏改造設(shè)計經(jīng)驗*0.103+豎向規(guī)劃不合理*0.189+設(shè)計方案變更頻繁*0.196+設(shè)計變更風(fēng)險*0.192+施工技術(shù)風(fēng)險*0.162+灰綠設(shè)施結(jié)人力成本=人員總數(shù)*(加班工資+每日工資)*實際建設(shè)工期*工人工作時間其他成本=150000*(工程技術(shù)風(fēng)險水平*0.25+0.25*思想意識風(fēng)險水平+0.25建設(shè)總資金=人力成本+其他成本返工人數(shù)=IFTHENELSE(剩余建設(shè)工期<=0,0,MAX(人員總數(shù)*(剩余建設(shè)工期一返工工程)/剩余建設(shè)工期，0))疲勞對工程質(zhì)量的影響=工作強(qiáng)度*疲勞對工程質(zhì)量的影響的因子量的影響，0)FINALTIME=5001.5模型測試過程中具有重要地位。本文通過Vensim的