基于贝叶斯故障树模型港口工程建设风险分析

 引言
港口工程有投资大、工期长、受自然条件影响大、涉及专业面广等特点，存在着大量的不确定风险因素，是一项高风险建设工程。近年来，随着国民经济和现代化建设的快速发展，港口工程中大型码头、改扩建码头和危险品码头越来越多，对港口工程技术提出了更高的要求，由此发生工程事故的概率也不断上升，造成巨大的人员和财产损失。因而风险管理已是港口工程中不可分割的部分，而量化风险事故的发生概率是风险管理中的一个重要环节。
由于港口工程中涉及的问题具有复杂性和不确定性等特点，如何进行有效的风险管理与控制，是港口工程建设研究的难点。本文采用故障树分析法，从导致工程失败的多方面原因出发，首先找出深基坑工程中可能导致事故的各种事件组合，由此确定各种可能组合方式和其发生概率，利用FTA分析方法首先应分别确定初因事件或基本事件的发生概率，这种确定性概率往往由专家经验和决策者的意向得到，但由于统计过程中各种因素的影响和专家经验的局限性，所得到的数据本身存在着不确定性，为了去除这种主观因素不确定性带来的数据不合理，引入了贝叶斯概率算法进行概率修正。
1 故障树的建立
1.1 港口工程的风险故障树建立 遵循FTA编制的有关原则，在研究港口工程事故原因基础上[1]，建立了故障树模型，如图1，对图1进行说明如下[2]：
①各层事件均以相同首字母编号，顶事件编号为T，基本事件Xi开头按序编号，其它中间事件按由上至下以Bi、Ci、Di为开头分别编号。
②图1中，在风险类别层级中，B1为外部环境，B2为项目内部风险；在风险事故域1层级中，C1为宏观经济，C2为市场环境，C3为社会环境，C4为政策环境，C5为地域环境，C6为施工环境，C7为技术环境，C8为管理水平；在风险事故域2层级中，D1为集输运条件，D2为自然环境，D3为时间，D4为主体，D5为原料及产出品，D6为文案，D7为技术基础，D8为技术过失，D9为信息。
③在风险因素基本事件集中，X1为利率变动，X2为通货膨胀率，X3为投资，X4为GDP增长率，X5为货源，X6为社会投资规模，X7为腹地经济发展，X8为船舶吨位，X9为用地投资方式，X10为价格，X11为办理审批手续，X12为水运建设市场管理，X13为产业政策，X14为产业要素的投入与产出，X15为铁路，X16为公路，X17为水路，X18为管道，X19为机场，X20为水文，X21为气象，X22为工程地质，X23为泥沙，X24为工艺延误，X25为工程延误，X26为分包商，X27为操作者资质，X28为原材料，X29为半成品，X30为构配件质量，X31为施工组织设计，X32为施工方案，X33为工艺技术，X34为施工技术，X35为施工工艺，X36为设计变动，X37为计算失误，X38为设备故障及损坏，X39为信息不准确或错误，X40为信息短缺，X41为信息处理缓慢，X42为信息传递错误，X43为项目管理者素质、能力，X44为项目组织结构。
1.2 上行法计算最小割集 针对图1港口工程的风险故障树计算最小割集，使用Semanderes法运用布尔代数计算规则求解。
该事故树的最小割集为{X1}，{X2}，{X3}，{X4}，{X5}，{X6}，{X7}，{X8}，{X9}，{X10}，{X11}，{X12}，{X13}，{X14}，{X15}，{X16}，{X17}，{X18}，{X19}，{X20}，{X21}，{X22}，{X23}，{X24}，{X25}，{X26}，{X27}，{X28}，{X29}，{X30}，{X31}，{X32}，{X33}，{X34}，{X35}，{X36}，{X37}，{X38}，{X39}，{X40}，{X41}，{X42}，{X43}，{X44}。
2 基于概率树模型下的贝叶斯定量概率分析
根据条件概率的定义，在事件B发生的条件下事件A发生的概率是P（A|B）=P（AB）/P（B）。[3]对港口工程风险类别、风险事故域进行权重分析，根据专家打分法给出权重比，通过权重比，假定条件概率P（U）=P（BCD）。风险因素集中风险因素Xi对应的相关概率P（UiXi）由专家经验
给出。
利用贝叶斯条件概率计算公式可计算P（Xi|Ui）=P（XiUi）/P（Ui），每个风险因素Xi对应的贝叶斯概率公式计算结果。即可得对应风险因素事件的后验概率，由此对每个风险因素的先验概率进行修正，确保最小割集的关键重要度的精确性。
3 基于故障树模型的港口工程风险因素重要度分析
针对概率重要度不能考虑风险因素自身概率大小的问题，可以引入关键重要度来解决。关键重要度分析，它表示第i个基本事件发生概率的变化率引起顶事件发生概率的变化率。因此，它比概率重要度更合理更具有实际意义。其表达式为：
I■■（i）=■■
=■■■
=■I■（i）
根据关键重要度计算公式，可推导港口工程风险贝叶斯关键重要度公式（1），如下：
I■■（i）=■Ig（i），i=1，2…44（1）
跟据表1中港口工程风险因素贝叶斯关键重要度，识别出风险因素对港口工程影响最明显的前十个因素，即风险因素Xi对港口工程T重要度排序为：I■■（38）>I■■（36）>I■■（5）=I■■（43）>I■■（8）>I■■（40）>I■■（25）=I■■（41）>I■■（1）>I■■（10），即造成港口工程风险发生可能性大小前十个因素依次为：{X38}、{X36}、{X5}、{X43}、{X8}、{X40}、{X25}、{X41}、{X1}、{X10}。
4 结语
本文通过港口工程故障树模型的建立，通过贝叶斯算法计算出对于港口工程风险因素的贝叶斯关键重要度，通过贝叶斯关键重要度的排序，识别出对于港口工程造成风险发生可能性大小前十个因素依次为：①设备故障或损坏；②设计变动；③货源；④项目管理者素质、能力；⑤船舶吨位；⑥信息短缺；⑦工期延误；⑧信息处理缓慢；⑨利率变动；⑩价格。进而对以后的风险管理的工作重点提供了一定的理论基础。