陳帆，謝洪濤

1.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南湘潭 411201

2.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明 650093

建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型分析
——以綠色建筑技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目為例

陳帆1，謝洪濤2

1.湖南科技大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南湘潭 411201

2.昆明理工大學(xué)建筑工程學(xué)院，昆明 650093

1 引言

與制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新不同，多數(shù)建筑技術(shù)創(chuàng)新都屬于復(fù)雜產(chǎn)品系統(tǒng)創(chuàng)新，制造業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新大多可以在單個(gè)企業(yè)內(nèi)部完成，而建筑技術(shù)創(chuàng)新則必須依靠業(yè)主、設(shè)計(jì)院、施工企業(yè)和其他機(jī)構(gòu)之間的技術(shù)合作才能取得成功，具有較高的風(fēng)險(xiǎn)。建設(shè)項(xiàng)目組織的臨時(shí)性和分散性等特點(diǎn)使得建筑技術(shù)創(chuàng)新面臨著諸多風(fēng)險(xiǎn)因素的影響，準(zhǔn)確評(píng)估建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)對(duì)于展示項(xiàng)目管理的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，識(shí)別潛在的風(fēng)險(xiǎn)，降低風(fēng)險(xiǎn)損失并保障項(xiàng)目的順利實(shí)施具有重要意義。

傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法主要包括灰色關(guān)聯(lián)分析法[1]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[2]、層次分析法[3]、模糊綜合評(píng)價(jià)法等，這些方法雖然在技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)研究領(lǐng)域取得了一定的進(jìn)展，但仍然未能為建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的定量分析提供有效的解決方法。而且，以往的相關(guān)研究或者只是站在行業(yè)或區(qū)域的角度進(jìn)行宏觀的比較和分析，或者只是站在單個(gè)建筑企業(yè)的角度，對(duì)影響企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的各類(lèi)因素和風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行研究[4]。這些研究均沒(méi)有充分考慮到建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該以工程項(xiàng)目為載體，需要從工程項(xiàng)目整體的角度考慮業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工等多個(gè)企業(yè)或組織之間的協(xié)同創(chuàng)新關(guān)系[5]，目前綜合考慮各類(lèi)建筑企業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)相互作用關(guān)系的研究非常缺乏。

近年來(lái)，貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)（Bayesian Belief Network，BBN）作為不確定性知識(shí)表達(dá)及推理的主導(dǎo)技術(shù)，在風(fēng)險(xiǎn)管理和故障診斷等方面得到了比較廣泛的應(yīng)用。Martin等人通過(guò)識(shí)別建筑工地上高處墜落事故的主要風(fēng)險(xiǎn)因素，構(gòu)建了高處墜落風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，并采用問(wèn)卷調(diào)查建筑工人的方式來(lái)評(píng)估建筑工程的不安全因素[6]。Matias等比較了貝葉斯網(wǎng)絡(luò)與其他專(zhuān)家系統(tǒng)技術(shù)在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)方面的功能，認(rèn)為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)具備更好的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)能力和解釋能力[7]。Eunchang Lee將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)運(yùn)用于造船工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，提出了一套基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估流程[8]。周?chē)?guó)華與彭波以京滬高速鐵路建設(shè)項(xiàng)目為例，利用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對(duì)項(xiàng)目的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行了分析[9]。汪濤等通過(guò)分析風(fēng)險(xiǎn)事件和風(fēng)險(xiǎn)因素之間的關(guān)系，結(jié)合施工現(xiàn)場(chǎng)所具有的安全管理能力，利用風(fēng)險(xiǎn)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)來(lái)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生概率[10]。但是，對(duì)于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)分析方面的研究，目前還非常缺乏，僅僅針對(duì)狹義技術(shù)創(chuàng)新提出了一種基于動(dòng)態(tài)樸素貝葉斯網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法[11]，亟待開(kāi)展進(jìn)一步的研究。而貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)分析領(lǐng)域的研究，目前尚屬空白，經(jīng)互聯(lián)網(wǎng)綜合檢索，國(guó)內(nèi)外目前尚無(wú)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。本文采用將專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)與數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)相結(jié)合的方法，建立建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)模型，為建筑技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了一種新方法。

2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)原理與建模方法

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)基本原理

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)帶有概率注釋的有向無(wú)環(huán)圖，它可以表示變量集合的聯(lián)合概率分布，能夠分析大量變量之間的相互關(guān)系，并利用貝葉斯定理的學(xué)習(xí)和統(tǒng)計(jì)推斷功能來(lái)實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)、診斷和分類(lèi)等任務(wù)。有向無(wú)環(huán)圖通常記為G(V，ε)，它是由一組節(jié)點(diǎn)V={1，2，…，n}和連接節(jié)點(diǎn)的有向邊而組成，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都表示一個(gè)隨機(jī)變量Xi，有向邊的起始節(jié)點(diǎn)為終節(jié)點(diǎn)的父節(jié)點(diǎn)（parent nodes），記作πi，節(jié)點(diǎn)i是子節(jié)點(diǎn)（child nodes），沒(méi)有父節(jié)點(diǎn)而只有子節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)為根節(jié)點(diǎn)（root nodes）。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中的每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都同一個(gè)概率分布函數(shù)相聯(lián)系，根節(jié)點(diǎn)的概率分布函數(shù)是一個(gè)邊緣分布函數(shù)，由于它的概率不以其他節(jié)點(diǎn)為條件，因此這類(lèi)節(jié)點(diǎn)的概率屬于先驗(yàn)概率；其他節(jié)點(diǎn)的概率函數(shù)則是條件概率分布函數(shù)，記為P(xi|xπi)，其中xπi是父節(jié)點(diǎn)變量的值[12]。在父節(jié)點(diǎn)的先驗(yàn)概率和子節(jié)點(diǎn)的條件概率分布都能給定的情況下，就可以計(jì)算出包含所有節(jié)點(diǎn)的聯(lián)合概率分布。

依據(jù)貝葉斯鏈?zhǔn)揭?guī)則，任何聯(lián)合概率分布都可以視為：

2.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建模方法

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型的建立包括三個(gè)主要步驟，首先確定節(jié)點(diǎn)并取值，然后確定網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，最后通過(guò)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)得到節(jié)點(diǎn)條件概率分布。

2.2.1 節(jié)點(diǎn)確定與取值

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)于模型中的各個(gè)變量，需要根據(jù)系統(tǒng)分析來(lái)確定各個(gè)變量及其相互關(guān)系，并依據(jù)變量性質(zhì)來(lái)區(qū)分節(jié)點(diǎn)的類(lèi)型，節(jié)點(diǎn)類(lèi)型主要包括目標(biāo)節(jié)點(diǎn)、證據(jù)節(jié)點(diǎn)和中間節(jié)點(diǎn)。目標(biāo)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)待求解的目標(biāo)，它通過(guò)推理后的后驗(yàn)概率作為決策依據(jù)；證據(jù)節(jié)點(diǎn)標(biāo)識(shí)已知條件，這些變量取值能夠被觀察或檢測(cè)到，并將其輸入貝葉斯網(wǎng)絡(luò)作為推理的前提條件；中間節(jié)點(diǎn)是目標(biāo)節(jié)點(diǎn)和證據(jù)節(jié)點(diǎn)之外的其他所有節(jié)點(diǎn)。確定模型的所有節(jié)點(diǎn)之后，接下來(lái)就可以確定各節(jié)點(diǎn)的取值方法。

2.2.2 網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)確定

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的確定方法主要有兩種，一種是依據(jù)研究領(lǐng)域的專(zhuān)家知識(shí)手工建立節(jié)點(diǎn)及節(jié)點(diǎn)之間的因果關(guān)系，另一種方法是通過(guò)數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)來(lái)建立貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，后者需要收集足夠多的樣本數(shù)據(jù)，通過(guò)多次學(xué)習(xí)完成。如果有一定的樣本數(shù)據(jù)，也可以采用知識(shí)和數(shù)據(jù)相結(jié)合的方法來(lái)建立網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，即先由專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)構(gòu)建貝葉斯網(wǎng)絡(luò)原型，然后通過(guò)學(xué)習(xí)算法從原型中選擇最為正確的結(jié)構(gòu)[13]。知識(shí)和數(shù)據(jù)相融合的方法既能避免專(zhuān)家經(jīng)驗(yàn)主觀性，又能大幅縮小算法的搜索空間，能快速收斂。

2.2.3 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)條件概率通過(guò)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)計(jì)算得到，假定一個(gè)固定未知參數(shù)θ，在給定拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S下的參數(shù)θ所有可能取值，利用先驗(yàn)知識(shí)尋求在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)S和訓(xùn)練樣本集D下具有最大后驗(yàn)概率的參數(shù)取值，由貝葉斯規(guī)則可以得出：

3 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)影響因素分析

對(duì)于建筑技術(shù)創(chuàng)新而言，通常不能由單個(gè)建筑企業(yè)完成，它不僅受到業(yè)主的極大影響，而且還受到其他創(chuàng)新主體的影響。在當(dāng)前我國(guó)建筑業(yè)采用最為廣泛的平行發(fā)包管理模式下，一般由業(yè)主負(fù)責(zé)項(xiàng)目的全面管理，設(shè)計(jì)院、施工企業(yè)等其他單位各司其職，共同完成項(xiàng)目建設(shè)與技術(shù)創(chuàng)新任務(wù)。

業(yè)主是建筑技術(shù)創(chuàng)新的首倡者、主要投資者和主導(dǎo)者，同時(shí)也是技術(shù)創(chuàng)新的直接和主要受益者。業(yè)主一般出于提高建設(shè)項(xiàng)目技術(shù)性能的考慮要求開(kāi)展建筑技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，并為建筑技術(shù)創(chuàng)新提供資金支持。業(yè)主在建筑技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中具有很大的主導(dǎo)權(quán)，其他所有的技術(shù)創(chuàng)新參與者一般都由業(yè)主選定，業(yè)主在技術(shù)方案比較等各種關(guān)鍵事件上都具有決定權(quán)，建設(shè)項(xiàng)目的所有權(quán)歸業(yè)主所有，技術(shù)性能的提高主要也是為業(yè)主提供便利或創(chuàng)造更高的價(jià)值。從建筑技術(shù)創(chuàng)新的全過(guò)程來(lái)看，業(yè)主主導(dǎo)了創(chuàng)新的全過(guò)程，但是業(yè)主通常并不能承擔(dān)技術(shù)創(chuàng)新的具體事務(wù)，建筑技術(shù)創(chuàng)新的具體工作必須依賴(lài)設(shè)計(jì)院、施工企業(yè)、科研院所等技術(shù)創(chuàng)新主體來(lái)完成。

設(shè)計(jì)院在建筑技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中發(fā)揮著非常重要的作用，首先，設(shè)計(jì)院是建筑技術(shù)創(chuàng)新設(shè)想的具體提出者，設(shè)計(jì)院要根據(jù)業(yè)主的需求，結(jié)合自己的技術(shù)水平以及市場(chǎng)上技術(shù)供給狀況等要素，提出建筑技術(shù)創(chuàng)新的具體設(shè)想，包括建筑工程的主要技術(shù)方案和具體技術(shù)指標(biāo)等。其次，設(shè)計(jì)院是建筑技術(shù)創(chuàng)新中多種技術(shù)的集成者，通常情況下，不同的專(zhuān)業(yè)技術(shù)難題分別由不同的參與企業(yè)或機(jī)構(gòu)解決，但這些不同的技術(shù)成果都必須通過(guò)設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)方案來(lái)集成和綜合，并轉(zhuǎn)化為設(shè)計(jì)圖紙才能應(yīng)用于工程實(shí)踐；此外，設(shè)計(jì)院還必須解決建筑技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中與設(shè)計(jì)相關(guān)的重要技術(shù)問(wèn)題，設(shè)計(jì)院不僅要對(duì)設(shè)計(jì)文件的安全、經(jīng)濟(jì)、合理性負(fù)責(zé)，還必須提出相應(yīng)的質(zhì)量控制指標(biāo)，指導(dǎo)和配合施工企業(yè)。

施工企業(yè)在建筑技術(shù)創(chuàng)新過(guò)程中的主要作用體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一方面按照設(shè)計(jì)文件的要求完成所承擔(dān)工程的工藝創(chuàng)新，另一方面在滿足設(shè)計(jì)文件要求的條件下，獨(dú)立開(kāi)展工程材料、機(jī)械設(shè)備等技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)，或者是從外部市場(chǎng)導(dǎo)入新材料和新設(shè)備等。施工企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)是外部技術(shù)導(dǎo)入建筑工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。其他如科研院所等，一般是接受業(yè)主的委托參與技術(shù)創(chuàng)新，為建筑技術(shù)創(chuàng)新提供技術(shù)支持，負(fù)責(zé)攻克某些具體的重大技術(shù)難題，或者是與設(shè)計(jì)院、施工企業(yè)合作，為他們提供技術(shù)服務(wù)。供應(yīng)商一般是以向建設(shè)項(xiàng)目出售新材料、新設(shè)備的方式來(lái)推動(dòng)建筑技術(shù)創(chuàng)新，為建設(shè)項(xiàng)目提供獨(dú)特的技術(shù)服務(wù)或產(chǎn)品。

根據(jù)以上分析，并結(jié)合前期相關(guān)的研究成果[4-5]，本文提出如下的16個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素：業(yè)主投資能力不足、業(yè)主管理能力不足、設(shè)計(jì)院技術(shù)能力不足、施工企業(yè)技術(shù)能力不足、技術(shù)難度與復(fù)雜性、技術(shù)成熟度、技術(shù)先進(jìn)性、供應(yīng)商技術(shù)支持不足、科研機(jī)構(gòu)技術(shù)支持不足、企業(yè)間技術(shù)合作不足、業(yè)主意圖變化、工程變更、工程投資增大、資金不到位、工程進(jìn)度延遲、工程質(zhì)量缺陷。

4 建筑技術(shù)創(chuàng)新貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

4.1 數(shù)據(jù)采集

為了確定各節(jié)點(diǎn)之間的因果關(guān)系，通過(guò)結(jié)構(gòu)性問(wèn)卷調(diào)查來(lái)獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。調(diào)查的對(duì)象主要是具有5年以上工作經(jīng)驗(yàn)的業(yè)主、施工企業(yè)、供應(yīng)商、設(shè)計(jì)院、咨詢公司等相關(guān)技術(shù)人員。本次調(diào)查共發(fā)放問(wèn)卷385份，在剔除了連續(xù)雷同答案或人為固定模式答案等無(wú)效問(wèn)卷后，共取得有效問(wèn)卷104份，問(wèn)卷的有效回收率為27.0%。調(diào)查對(duì)象主要為全面了解建筑技術(shù)創(chuàng)新整體狀況的高層管理人員，如總工程師，或者是與新技術(shù)直接相關(guān)的管理人員或技術(shù)人員，如工程技術(shù)部經(jīng)理或工程師等。

問(wèn)卷調(diào)查主要包括兩部分內(nèi)容：第一部分內(nèi)容主要針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)要素的邏輯關(guān)系進(jìn)行專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)的定性調(diào)查，如調(diào)查“設(shè)計(jì)院技術(shù)能力不足”與“工程變更”之間的因果關(guān)系采用如下提問(wèn)方式：“您認(rèn)為‘設(shè)計(jì)院技術(shù)能力不足’是否導(dǎo)致‘更多的工程變更’？”。第二部分內(nèi)容則以建筑工程項(xiàng)目為單位，對(duì)項(xiàng)目的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)影響因素及結(jié)果進(jìn)行定量調(diào)查。要求調(diào)查對(duì)象憑借自己對(duì)于所在工程的技術(shù)創(chuàng)新問(wèn)題的了解、自身的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)、建筑技術(shù)創(chuàng)新的實(shí)際風(fēng)險(xiǎn)狀況和結(jié)果，對(duì)該項(xiàng)目的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)作出一個(gè)總體判斷。對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)影響因素，“嚴(yán)重”對(duì)應(yīng)的分值為“5”，“一般”對(duì)應(yīng)的分值為“3”，“很輕微”對(duì)應(yīng)的分值為“1”。對(duì)于綜合風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，以5級(jí)表示：I級(jí)為低風(fēng)險(xiǎn)取值為“1”，II級(jí)為較低風(fēng)險(xiǎn)取值為“3”，III級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn)取值為“5”，IV級(jí)為較高風(fēng)險(xiǎn)取值為“7”，V級(jí)為高風(fēng)險(xiǎn)取值為“9”。

4.2 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型結(jié)構(gòu)建立

Nadkarni&Shenoy和Lagnado等人的研究表明，采用基于專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)的臨時(shí)因果關(guān)系圖，同時(shí)與相關(guān)性分析相結(jié)合，是構(gòu)建系統(tǒng)要素因果關(guān)系的最佳方法[14-15]。也采用這種方法來(lái)確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。首先，通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查法獲得風(fēng)險(xiǎn)因素間的邏輯關(guān)系知識(shí)，并建立各節(jié)點(diǎn)因素間初步的因果關(guān)系圖；然后，通過(guò)相關(guān)性分析來(lái)鑒別系統(tǒng)要素間的強(qiáng)聯(lián)系。相關(guān)性分析結(jié)果雖然不能作為因果關(guān)系的直接判據(jù)，但可以作為旁證來(lái)降低因果關(guān)系網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性[14]。根據(jù)建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)因素邏輯關(guān)系的專(zhuān)家知識(shí)調(diào)查，建立了各節(jié)點(diǎn)之間的初步因果關(guān)系如圖1所示。

圖1 節(jié)點(diǎn)因果關(guān)系圖

表1 各變量間的相關(guān)性分析表

圖2 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖

通過(guò)對(duì)上述影響因素的相關(guān)性分析，選定相關(guān)性系數(shù)大于0.75作為判定要素之間直接因果關(guān)系的依據(jù)，結(jié)果如表1所示。技術(shù)成熟度、供應(yīng)商技術(shù)支持不足、科研機(jī)構(gòu)技術(shù)支持不足等3個(gè)變量與網(wǎng)絡(luò)中其他節(jié)點(diǎn)的相關(guān)性系數(shù)均小于0.75，因此剔除了這3個(gè)變量。對(duì)原因也進(jìn)行了一定的分析，初步推測(cè)是由于這兩類(lèi)機(jī)構(gòu)參與建筑技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)不具有普遍性，這也是由建筑業(yè)技術(shù)創(chuàng)新活動(dòng)的特殊性決定的，因此本文也暫時(shí)不予考慮。經(jīng)相關(guān)性分析簡(jiǎn)化后的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

4.3 網(wǎng)絡(luò)模型的數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)

根據(jù)已經(jīng)確定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，采用NETICA軟件建立建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，利用NETICA軟件提供的案例學(xué)習(xí)功能，可以獲得節(jié)點(diǎn)之間的條件概率。部分條件概率如圖3所示，其中節(jié)點(diǎn)J為工程質(zhì)量缺陷，節(jié)點(diǎn)E為技術(shù)難度與復(fù)雜性，節(jié)點(diǎn)F為施工企業(yè)技術(shù)能力不足，節(jié)點(diǎn)L為工程變更，節(jié)點(diǎn)H為工程技術(shù)先進(jìn)性，節(jié)點(diǎn)C為設(shè)計(jì)院技術(shù)能力不足，節(jié)點(diǎn)K為業(yè)主意圖變化。在獲得節(jié)點(diǎn)之間的條件概率之后，建立了完整的建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，如圖4所示。

圖3 部分條件概率P(L|H，C，K)和P(J|E，F(xiàn))

圖4 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型

5 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例

5.1 案例背景

某建設(shè)項(xiàng)目擬采用綠色建筑新技術(shù)，位于市新技術(shù)開(kāi)發(fā)區(qū)工業(yè)園內(nèi)，工程占地面積約4萬(wàn)多平方米，總建筑面積約3萬(wàn)多平方米，預(yù)算總投資約2.5億元。該建設(shè)項(xiàng)目包含3棟單層鋼結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)廠房和2棟多層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)辦公研發(fā)綜合樓。該項(xiàng)目的建設(shè)目標(biāo)是采用太陽(yáng)能光電建筑一體化技術(shù)，利用太陽(yáng)能發(fā)電滿足室內(nèi)照明和室外景觀道路照明等用電，也可以將多余的電量送入國(guó)家電網(wǎng)。該項(xiàng)目主要采用晶體硅、非晶硅電池構(gòu)件，包括幕墻玻璃、太陽(yáng)能瓦等，裝機(jī)容量為1.2 MW，年發(fā)電量為160～180萬(wàn)千瓦時(shí)。項(xiàng)目建成后可以節(jié)約大量的電力，減少含碳燃料消耗，減少粉塵、SO2和CO2的排放。被國(guó)家財(cái)政部和建設(shè)部批準(zhǔn)為可再生能源建筑應(yīng)用示范項(xiàng)目，也是當(dāng)時(shí)省內(nèi)最大的太陽(yáng)能光電建筑一體化應(yīng)用綜合項(xiàng)目。該建筑由某高新科技股份有限公司投資興建，建筑工程設(shè)計(jì)由信息部專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)院完成，土建和安裝工程由省建筑工程集團(tuán)公司承擔(dān)，光伏設(shè)計(jì)和施工由某專(zhuān)業(yè)科技公司配合完成。光伏安裝總面積約為1萬(wàn)平方米，整個(gè)土建工程和光伏施工工程的建設(shè)周期約為20個(gè)月。整個(gè)工程設(shè)計(jì)為太陽(yáng)能與建筑一體化，使太陽(yáng)能光伏組件與建筑有機(jī)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的高科技示范建筑。

5.2 建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

5.2.1 風(fēng)險(xiǎn)參數(shù)的確定

太陽(yáng)能光電建筑一體化技術(shù)屬于住房與城鄉(xiāng)建設(shè)部目前正在推廣的建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)之一，技術(shù)先進(jìn)性高，新技術(shù)的應(yīng)用中最為關(guān)鍵的就是如何與建筑一體化的問(wèn)題，其技術(shù)難度和復(fù)雜性應(yīng)為中等。該項(xiàng)目業(yè)主為國(guó)內(nèi)某知名企業(yè)，營(yíng)業(yè)收入穩(wěn)定，具有較強(qiáng)的投資能力，因此項(xiàng)目資金短缺的風(fēng)險(xiǎn)不大。項(xiàng)目建設(shè)目標(biāo)明確，前期論證工作也比較充分，業(yè)主意圖發(fā)生變化的可能性也不大，但業(yè)主的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員數(shù)量少，且缺乏相應(yīng)的管理經(jīng)驗(yàn)，因此業(yè)主管理能力不足的風(fēng)險(xiǎn)比較高。承擔(dān)該項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)的為信息部所屬工程設(shè)計(jì)院，相對(duì)一般工業(yè)設(shè)計(jì)院更加專(zhuān)業(yè)化，設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人也具有同類(lèi)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人的經(jīng)歷，因此設(shè)計(jì)院的技術(shù)能力風(fēng)險(xiǎn)比較低。土建和安裝工程公司項(xiàng)目經(jīng)理是一個(gè)擁有非常豐富的施工經(jīng)驗(yàn)的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，不足之處是缺乏太陽(yáng)能光電建筑一體化項(xiàng)目的施工經(jīng)驗(yàn)，但由于該項(xiàng)目同時(shí)還有一個(gè)非常專(zhuān)業(yè)的科技公司配合施工并提供技術(shù)支持，是一家專(zhuān)注于為各類(lèi)建筑工程訂造太陽(yáng)能電力解決方案的國(guó)家級(jí)高新技術(shù)企業(yè)，因此施工企業(yè)技術(shù)能力不足的風(fēng)險(xiǎn)也比較低。

5.2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

該案例工程的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估主要過(guò)程如下：

（1）首先依據(jù)已經(jīng)確定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（圖2）利用NETICA軟件構(gòu)建該項(xiàng)目的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型。

（2）利用軟件提供的案例學(xué)習(xí)功能，將104份有效調(diào)查問(wèn)卷的相應(yīng)數(shù)據(jù)輸入該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，獲得節(jié)點(diǎn)之間的條件概率，部分條件概率如圖3所示。

（3）在獲得節(jié)點(diǎn)之間的條件概率之后，即可建立起完整的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型（圖4）。

（4）針對(duì)案例工程的項(xiàng)目背景，通過(guò)分析工程數(shù)據(jù)和咨詢專(zhuān)家，對(duì)7個(gè)根節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行調(diào)查分析，得到各節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)，結(jié)果如表2所示。

（5）將根節(jié)點(diǎn)的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)輸入該貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

計(jì)算結(jié)果顯示，該工程的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)I級(jí)的概率為61.1%，II級(jí)的概率為17.1%，III級(jí)的概率為10.7%，IV級(jí)的概率為6.65%，V級(jí)的概率為4.57%，因此綜合評(píng)估結(jié)果為I級(jí)，低風(fēng)險(xiǎn)。實(shí)際情況是該工程在建設(shè)過(guò)程中，一直嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙、圖紙變更及圖紙會(huì)審紀(jì)要的要求，規(guī)范施工質(zhì)量控制，雖然在光伏板的安裝過(guò)程中以及安裝完畢后出現(xiàn)過(guò)電池板的破損情況，在并網(wǎng)設(shè)備的調(diào)試過(guò)程中也出現(xiàn)過(guò)問(wèn)題，但通過(guò)及時(shí)協(xié)調(diào)業(yè)主、設(shè)計(jì)和施工企業(yè)的技術(shù)合作以及邀請(qǐng)國(guó)內(nèi)外技術(shù)專(zhuān)家現(xiàn)場(chǎng)會(huì)診調(diào)試，這些問(wèn)題都已順利解決，同時(shí)也培養(yǎng)了一批專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員。目前該項(xiàng)目已經(jīng)和省電力公司簽訂并網(wǎng)協(xié)議成功實(shí)現(xiàn)了并網(wǎng)發(fā)電，項(xiàng)目的投資、進(jìn)度和質(zhì)量目標(biāo)均順利實(shí)現(xiàn)，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型分析的結(jié)果與實(shí)際情況相比具有較好的符合性。

表2 案例工程根節(jié)點(diǎn)狀態(tài)分析表

圖5 綠色建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例

6 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)引入基于貝葉斯網(wǎng)的知識(shí)表達(dá)和不確定性推理，構(gòu)建了建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型，通過(guò)對(duì)問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)的擬合得到了模型各節(jié)點(diǎn)的后驗(yàn)概率分布，并運(yùn)用該模型對(duì)案例工程的技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了定量分析，分析結(jié)果與工程實(shí)際具有良好的吻合性?；谪惾~斯網(wǎng)絡(luò)的建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法以網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的概率來(lái)表達(dá)風(fēng)險(xiǎn)要素的不確定性，從而能夠非常直觀和明確地推導(dǎo)出建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的大小。該方法可以比較充分地利用專(zhuān)家的先驗(yàn)知識(shí)和項(xiàng)目數(shù)據(jù)，能夠使推理在輸入數(shù)據(jù)不完備的基礎(chǔ)上進(jìn)行，具有良好的應(yīng)用前景。

基于建筑業(yè)獨(dú)特的以工程項(xiàng)目為載體的生產(chǎn)組織模式和技術(shù)合作背景，提出建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析方法，開(kāi)辟了一個(gè)新的研究方向。與其他行業(yè)相比，建筑行業(yè)企業(yè)間的技術(shù)合作和創(chuàng)新聯(lián)盟的發(fā)展仍然比較落后，一個(gè)重要的原因就在于對(duì)建筑業(yè)技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)分析不足。研究?jī)?nèi)容切中我國(guó)建筑行業(yè)企業(yè)間技術(shù)合作中的關(guān)鍵問(wèn)題，項(xiàng)目的研究成果有助于認(rèn)識(shí)建筑技術(shù)創(chuàng)新的風(fēng)險(xiǎn)因素和規(guī)律，促進(jìn)我國(guó)建筑企業(yè)間的技術(shù)合作與創(chuàng)新。

此外，本文所構(gòu)建的建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)分析模型在風(fēng)險(xiǎn)因素的選取、模型條件概率的學(xué)習(xí)等方面也存在還需要進(jìn)一步完善的地方，這些將是下一步的重點(diǎn)研究方向。

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CHEN Fan1,XIE Hongtao2

1.School of Civil Engineering,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan,Hunan 411201,China
2.Construction Engineering College,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650093,China

Risk assessment of construction technology innovation is an unresolved problem for the traditional calculation method.This paper describes how Bayesian network is applied to quantifying the probability of construction technology innovation risks.Based on the review of relevant literature and survey,a Bayesian network model is constructed to risk assessment of construction technology innovation.Through using the NETICA software to fit the data samples of questionnaire investigation,it gets the probability density of most nodes.The validity of the proposed model is tested by using a realistic case study with high compliance at last.

technology innovation;Bayesian network;risk assessment;construction technology

傳統(tǒng)的計(jì)算方法難以對(duì)建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量分析。通過(guò)專(zhuān)家先驗(yàn)知識(shí)與問(wèn)卷調(diào)查數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以建立建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的貝葉斯信念網(wǎng)絡(luò)模型。采用NETICA軟件擬合樣本數(shù)據(jù)，得到網(wǎng)絡(luò)模型各個(gè)節(jié)點(diǎn)間的條件概率分布。在某綠色建筑技術(shù)創(chuàng)新項(xiàng)目中應(yīng)用結(jié)果表明貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型能夠比較準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對(duì)建筑技術(shù)創(chuàng)新風(fēng)險(xiǎn)的定量預(yù)測(cè)，與工程實(shí)際情況對(duì)比具有較好的符合性。

技術(shù)創(chuàng)新；貝葉斯網(wǎng)絡(luò)；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；建筑技術(shù)

A

F294

10.3778/j.issn.1002-8331.1401-0326

CHEN Fan,XIE Hongtao.Risk analysis of construction technology innovation by Bayesian networks model—a case study of green building innovation project.Computer Engineering and Applications,2014,50（18）：33-38.

國(guó)家自然科學(xué)基金（No.71202167，No.71262028）；湖南省自然科學(xué)基金（No.12JJB010）。

陳帆（1978—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榻ㄖ夹g(shù)創(chuàng)新管理與項(xiàng)目治理；謝洪濤（1974—），男，博士，副教授，主要研究方向?yàn)榻ㄖ夹g(shù)創(chuàng)新管理與項(xiàng)目治理。E-mail：chenfan3@sina.com

2014-01-20

2014-04-03

1002-8331（2014）18-0033-06

CNKI網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版：2014-04-09，http://www.cnki.net/kcms/doi/10.3778/j.issn.1002-8331.1401-0326.html