崇明越江通道流量预测风险分析

王维凤  陈小鸿  林航飞  吴娇蓉

同济大学交通运输学院交通工程系

摘要：文章通过对崇明越江通道流量预测风险分析的初步探索，对目前国际上广泛应用的风险管理中工程风险分析在交通工程领域的应用进行研究。工程风险分析主要包括风险识别、风险衡量和综合风险分析等步骤，文章对各个步骤的相关理论方法及其适用性进行深入研究后，总结出一套适用于交通工程的风险分析方法。

关键词：高速公路；流量预测；风险；决策

高速公路流量预测过程涉及众多的输入因素，其中许多因素的不确定性将导致流量预测存在一定程度的风险，并最终带来经济评价及其它相关评价的风险。崇明越江通道是国家沿海大通道的主要组成部分，也是连接上海和崇明的主要通道，因其项目投入巨大，工程难度极高，对社会经济及生态环境的影响也很大，在项目的前期可行性研究阶段进行风险分析研究是十分必要的。它一方面对决策提供参考，另一方面也通过风险规避措施的实施，使未来在建设和运营管理中的风险在合理的费用—效益比例下得到有效的控制，达到降低损失、控制成本的目的。

 

1、  工程风险分析的一般方法及理论

风险分析一般遵循如下步骤：

1.辨识各方案的潜在风险；

2.风险衡量。通过主、客观概率分析，进行潜在性概率估算和后果估算；

3.风险综合评价，对风险进行定性和定量的分析；

4.安全标准，可接受准则的确定，同时对风险结果进行解释或定级；

5.决策，包括风险控制措施、制定风险战略。

1.1风险的辩识

风险辩识是风险管理的第一步，是整个风险管理系统的基础，它是一项复杂细致的工作，在发展比较成熟的企业风险管理中，确立风险一览表后，可采用分析问讯、分析财务报表、绘制流程图、现场考察、参考统计记录、环境分析等方法。在高速公路工程项目前期研究阶段，项目及其子项的风险分析可采用专家问讯的德尔菲法、流程图法和故障树和事件树枝图等方法：

1.        专家问讯德尔菲法，这是定性研究和预测常用的基本方法之一，限于篇幅，不再讨论。

2.        流程图法：将一项特定的项目按空间或时间顺序以若干个模块形式组成一个流程图。每一个模块中都标出各种潜在的风险或利弊因素，从而给决策者一个清晰具体的印象，通过流程图分析，可得到初步风险清单。

3.        故障树（FTA）分析和事件树分析(ETA)：故障树(fault tree analysis)也称为事故树。其本质上是定量分析方法，但也可作为定性分析的工具，较为适用于大型复杂系统的风险分析。它是一种图表，用来表示所有可能产生损失的风险事件，从而表明“系统是怎样失效的”。它由一些结点和连接这些结点的线组成，每个结点表示某一具体事件，而连线则表示事件之间的某种特定关系。

事件树分析（Event Tree Analysis）是在给定一个初因事件的情况下，分析此初因事件可能导致的各种事件序列的结果，从而定性与定量地评价系统中的风险因素和其抗风险能力。

实际上，任何一项风险辩识活动都不可能只用一种方法，而是根据具体情况，采用多种辩识方法的组合，才能使风险辩识更完全、更客观。

1.2风险衡量

辩识系统所面临的各种风险之后，应分别对各种风险进行衡量，从而进行比较，以确定各种风险的相对重要性。

衡量风险时应考虑两个方面：损失发生的概率和这些损失的严重性。即R=f(P,C)，其中，R表示风险水平，P表示风险因素引发损失的概率，而C则表示损失的严重性。

风险因素的发生概率可以用专家调查法获得，也可以根据各风险因素的专题研究结果获得，例如社会经济的波动是造成高速公路交通量波动的风险因素，前者波动的频率分布可以专家调查获得，也可以专门对社会经济预测进行风险分析，以其输出结果作为交通量风险分析的输入。

风险损失可根据不同风险的类别，用不同的专业领域的相关模型来得到，例如交通预测中社会经济的波动导致的损失，可将不同波动范围的社会经济指标代入流量预测模型中，得到交通量的波动范围，进而得到损失程度等级。对于一些难以量化的损失以及损失程度的概率分布，可以采用专家调查问讯法获得。

衡量风险潜在损失的最重要的方法是研究风险的概率分布，这也是当前国际工程风险管理最常用的方法之一。概率分布不仅能使人们比较准确地衡量风险，还可能有助于选定风险管理决策。

概率包括主观概率和客观概率两种。在不可能得出客观概率的情况下，例如许多事件过去资料难以得到或者某些事件的次数可能仅一次而无法做长期观察，这时富有经验的专家的主观概率就显得比较重要。所以采用专家问讯法进行综合评判是一种必要的风险衡量方法。使用专家问讯法时，专家问讯表的设计是决定调查结果客观性的关键。客观概率（objective probability）则是在基本条件不变的前提下，对类似事件进行多次观察，统计每次观察的结果和各种结果发生的频率，进而推断出类似事件发生的可能性。依据统计推断出的客观概率对判断潜在的风险损失很具参考意义。但由于不同项目的风险环境不可能完全相同，这时历史事件的概率只能做参考，具体概率则要结合主观概率综合分析。

1.3风险分析与评估

辩识和衡量风险还只是针对单因素的分析，若要从总体上了解和识别风险，尚须对其进行深刻的分析。

风险分析方法很多，诸如调查和专家打分法、层次分析法、模糊数学法、统计和概率法、敏感性分析法、蒙特卡罗模拟法、CIM模型和影响图等办法。这些方法各有利弊，可根据实际情况选取或组合使用。下面介绍在高速公路流量预测风险分析中的实用方法。

1.    层次分析法（AHP）

在对某一特定项目中某一特定工作包进行风险分类和辩识并作出风险框架图以后，遵循如下步骤进行层次分析：

（1）    构造因素和子因素的判断矩阵，请专家按照AHP规则对因素层和子因素层间各元素的相对重要性给出评判，可求出各元素的权重值。

（2） 构造反映各个风险因素危害的严重程度的判断矩阵或风险的潜在性及其损失。严重程度通常用高、中、低风险三个概念来表示，求出各子风险因素相对危害程度值。

（3）    利用AHP计算机软件，对专家评判的一致性加以检验。如不通过，则要让专家做重新的评价，调整其评价值，直至通过为止。一般，一致性检验率不超过0.1即可。

（4）    把所求出的各子因素相对危害程度或风险水平加权统一起来，就可求出该工作包风险处于高、中、低各等级的概率值的大小，由此可判断该工作包的风险程度。

工程风险的分析和评价是个主观、客观结论相结合的过程，对某些过程中潜在风险因素的评价也很难用定量数字来描述。而层次分析法则可以恰当地解决这个问题。它处理问题的程序与管理者的思维程序、分析解决问题的思路相一致。在考虑过程中采用专家评判，并用定量原则检验这一评判的重要性，最后综合成整个项目的风险，既有定性分析，又有定量结果，为管理者提供了一个前面了解项目全过程中风险情况的机会，使其决策更为科学。

2.        蒙特卡罗模拟技术（Monte Carlo simulation）

蒙特卡罗方法又称随机抽样技巧或统计实验方法，它起源于博彩业，是估计经济风险和工程风险常用的一种方法。一个事件在随机过程中的出现是无法确定的，但其出现的概率是知道的，这是随机模拟过程的基本前提，模拟就是用随机数确定后果的过程。蒙特卡罗方法的应用可以避免因很多不确定因素之间相互干扰而使决策发生偏差情况的发生，使在复杂情况下的决策更为合理和准确。其基本过程如下：

（1）    编制风险清单。通过结构化方式，把已辩识出来的影响项目目标的重要风险因素构造成一份标准化的风险清单。在这份清单中能充分反映出风险分类的结构和层次性。

（2）    采用专家调查法确定风险因素的影响程度和发生概率。这一步可以编制出风险评价表。

（3）    过程模拟。采用计算机软件产生随机数，并以此确定产生的后果。

（4）  分析与总结。通过多次模拟可以得到项目总风险的概率分布曲线。从曲线中可以看出项目总风险的变化规律，据此确定风险防范措施。

应用蒙特卡罗模拟技术可以直接处理每一个风险因素的不确定性，并把这种不确定性的影响以概率分布的形式表示出来。可见，它是一种多元素变化方法，在该方法中所有的元素都同时受风险不确定性的影响，由此克服了敏感性分析方法受一维元素变化的局限性。该技术的难点在于对风险因素相关性的辩识与评价。总之，这种方法既有对项目结构的分析，又有对风险因素的定量评价，因此比较适合在大中型项目中应用。

2.崇明越江通道流量预测风险分析

2.1流量预测风险因素识别

主要采用流程图法进行初步识别，以专家调查法作补充，最后以故障树的形式来归纳和完善风险因素的识别。

崇明通道的流量分两部分预测，即上海至崇明的流量和过境交通流量，分别研究这两部分的预测框图后可得出如下结论：崇明越江通道流量主要受社会经济发展水平（包括影响区的总体规划）、运输网络形态以及运输政策三大类输入因素的影响。据此，可以得出初步风险清单，并将它以专家调查表的形式提交专家作补充。

归纳各专家的补充结果，初步定性分析所有风险因素的风险水平，进而进行适当的筛选。

将风险因素分类，并以故障树的形式完善风险因素识别，最终结果见图1。

部分风险因素说明：

1. 交通运输系统是社会经济系统的子系统，项目影响区社会经济的波动是交通量波动的主要原因。崇明越江通道作为沿海大通道的组成部分，承担着上海航运中心的疏港任务，所以未来深水港的营运规模也会影响通道的交通量。

2. 交通运输网络结构的不确定性指在本项目流量预测期限内（2008-2028）这些设施的建设及运营情况：

3. 上海私人小汽车发展政策的不确定性，上海目前采取适当限制私人小汽车的政策，如果取消限制，以上海目前的消费水平，私人小汽车会成倍增长，从而使道路交通量激增。

2.2通道流量预测风险因素的衡量

1. 风险水平分类

为了使不同风险因素之间便于比较和综合，将损失频率和损失严重性分级，不同的风险类别，分级的尺度不同。以下是崇明通道交通量预测风险分级的示例：

（1）  风险潜在性分类等级（P）

表1 风险发生概率分级

（2）  后果（C）

根据通道交通量预测及其设计和实际服务水平，确定流量上升等级分类如下表：

表2 风险损失程度分级

同样，流量下降等级分类也可考虑运营公司实际情况后作类似的分类，限于篇幅，此表从略。

（3）  风险水平——R=f(P, C)

风险因素的风险水平是其发生概率和造成后果共同作用的结果。在这里，我们取风险水平为发生概率和后果的模糊等级的乘积R=P*C，并将1～25等分为5级，分别代表轻度、中度、主要、重要和灾难性风险。

                  图1崇明越江通道流量预测风险识别及衡量

2. 风险衡量

利用专家调查法，两两对比确定各风险因素及其子因素的权重，同样利用专家调查法获得各风险因素的发生概率；损失严重程度根据流量预测模型结合调查，综合后有如图1所示结果，图中各因素列表中的值分别代表其权重和风险水平。

将各因素风险水平加权平均，得到崇明通道交通量预测的综合风险水平为9.8，属中等风险。就是说，流量预测对于服务水平下降和运营受益减少来说，是一种中等程度的风险。

2.3风险分析

在这一阶段，将情景分析与蒙特卡罗模拟结合起来，最终得到流量波动的概率分布曲线。

分析各风险因素之间的相关性，确定远期可能出现的风险组合。在崇明越江通道流量预测过程中，各风险因素之间是相互关联而非独立的，例如上海经济发展速度高，那么会带动崇明经济的高发展，深水港的运营规模业会相应提高，同时社会经济的发展影响运输网络的发展，使浦东铁路、轨道交通以及通道西线在本项目流量预测期内建设概率都将增大。基于这些方面的考虑，确定未来几种可能的情景，同时采用专家问讯的方法确定各种情景的发生概率。

1、社会经济高态势发展，浦东铁路、崇明轨道以及崇明西线都将建设，机动车适度放开，收费取高方案，概率0.2；

2、社会经济低态势发展，浦东铁路、崇明轨道以及崇明西线都不建设，机动车适度控制，收费取低方案，概率0.1；

3、社会经济中态势发展，崇明西线建设，浦东铁路和崇明轨道不建设，机动车适度控制，收费取低方案，概率0.3；

4、工可预测基本方案，即上海经济中态势发展，崇明经济及深水港高态势发展，浦东铁路、崇明轨道以及崇明西线在预测期内都不建设，机动车适度控制，收费取低方案，概率0.4。

根据概率进行蒙特卡罗模拟。首先针对未来各种情景进行10次模拟，得到各种风险组合出现的次数n_i。

对各种组合，根据交通量波动的概率分布（由交通量预测模型和专家调查综合得到），利用计算

 

 

 

 

 

 

图2远景年流量概率分布直方图

机软件进行蒙卡罗模拟，得到损失后果，即一次模拟得到一个交通量波动范围值。对每种情景进行(n_i*10)次模拟（对组合中各种风险因素都模拟一次算做一次模拟），得到100个样本，以此统计远景年交通量波动的概率分布。

 

3结语

本文在系统介绍了工程风险分析的基本步骤及方法的基础上，针对交通工程领域的特点并结合实际应用示例，探索出一套适用于高速公路流量预测风险分析的具体方法。任何一种预测都存在不确定性，所以本文通过流量分布概率曲线的研究，提供给决策者的不再仅仅是一个确定的流量值，还包括了流量可能的波动范围及其概率分布，这样就使基于流量预测的各决策更加科学合理。

 

参考文献：

1.          杨忠、赵曙明编著，《国际企业：风险管理》南京，南京大学出版社，1998年

2.          许谨良、周江雄主编，《风险管理》，北京，中国金融出版社，1998年

3.          雷胜强主编，《国际工程风险管理与保险》，北京，中国建筑工业出版社，1996年

4.          宋明哲，《风险管理》，台北，中华企业管理发展中心出版社发行，1984。