曹雪娟　洪　流　满先慧　高建平

(重庆交通大学土木建筑学院1)　重庆　400074)　(重庆中信沪渝高速公路有限公司2)　 重庆　401147)

基于DEA的高速公路BOT+EPC项目安全效益评价*

曹雪娟1)洪流2)满先慧2)高建平1)

(重庆交通大学土木建筑学院1)重庆400074)(重庆中信沪渝高速公路有限公司2)重庆401147)

摘要：通过对传统模式和BOT+EPC模式下的安全投资分析对比，针对BOT+EPC协同的安全管理技术给项目带来的经济效益和对社会经济发展的贡献建立了安全效益评价指标体系.应用AHP-灰关联确定权重，建立了引进权重系数的C2R模型，并对重庆沿江高速公路BOT+EPC项目进行了实例评价，结果表明,BOT+EPC模式的高速公路建设与运营安全管理对安全效益的提升作用显著.

关键词：高速公路；BOT+EPC；效益评价；数据包络分析

曹雪娟(1991- )：女，硕士生，主要研究领域为道路安全工程理论与技术

0引言

BOT+EPC模式为我国高速公路项目提供了新的建设途径，保证了交通基础设施建设效率.高速公路BOT+EPC项目的建设与运营理念、管理模式都与传统建设模式有所不同，安全效益也表现出了新的特征，需要开展安全效益评价的理论和方法研究.

1高速公路BOT+EPC项目安全效益评价因子分析

1.1BOT+EPC模式与传统模式分析对比

高速公路建设采用BOT+EPC模式能够充分调动社会资金，优化资源配置，提高资源利用率，从而促进了社会的发展和经济的增长[1].与传统模式相比有以下特点[2]，见表1.

通过BOT+EPC模式与传统模式的分析对比，BOT+EPC模式在项目管理方面有明显的优势，特别是在部门协调和项目控制方面，能够充分发挥管理效力.

1.2BOT+EPC模式安全投资分析

BOT项目涉及到巨额资金的投入，以及项目周期长所带来的风险，其安全投资贯穿在项目的整个生命周期中.EPC项目在总承包商签订合同后需要对项目的质量、安全、工期、造价全面负责.因此在以施工企业为投资主体的BOT+EPC项目中，安全投资对项目的成功至关重要.与传统模式下的安全投资对比见表2.

表1　BOT+EPC模式与传统模式对比

BOT+EPC项目通过设计—采购—施工的深度交叉优势和全方位协同的安全投入技术[3]，对项目的安全给予充分的重视，使得项目在建设与运营过程中，保障设备、环境以及人员的功能和作用发挥、降低安全事故、提高救援效率、减少事故损失等方面起到重要作用，提高了项目的安全效益[4]，同时，也为行业发展起到推动作用.

表2　BOT+EPC模式与传统模式安全投资对比

1.3BOT+EPC安全效益评价指标确定

针对BOT+EPC项目一体化的设计—采购—施工以及协同的安全管理技术给项目自身带来的安全经济效益和对社会经济发展的贡献，遵循全面性、目的性、多样性和代表性的指标选取原则[5]，建立高速公路BOT+EPC项目安全效益评价指标体系[6-9]，见图1.

图1　高速公路BOT+EPC项目安全效益评价指标体系

2基于DEA的高速公路BOT+EPC项目安全效益评价模型

将高速公路BOT+EPC项目的安全管理看作是一个系统，各种管理措施和资金投入看成这个系统的投入，则安全效益就是该系统的产出.数据包络分析(dataenvelopmentanalysis，DEA)特别适用于处理多输入—多输出的多目标决策和多目标评价问题.通过输入和输出数据的综合分析，以“相对效率”概念为基础，根据多指标投入和多指标产出应用数学规划模型，以决策单元(decisionmakingunits，DMU)作为评价对象进行相对有效性或效益评价的一种新的系统分析方法[10].

DEA方法有多种模型，如C2R的对偶输出模型、BC2的对偶输入模型，非阿基米德无穷小的DEA模型等.

2.1基于DEA方法的评价模型

安全效益评价是要同时评价安全投入的技术有效性和规模有效性，因此，选取C2R的对偶输出模型对高速公路BOT+EPC项目的安全效益进行评价[11].

设有n个决策单元DMUi(1≤i≤n)，DMUi对应的输入、输出指标向量分别为

(1)

式中：x为输入指标；y为输入指标；i为决策单元个数，i=1,2,…,m;m为输入指标个数；s为输出指标个数.

以第i0个决策单元的效率指数为目标，以所有决策单元(含第i0个决策单元)的效率指数为约束，构造出C2R线性规划模型为

(2)

式中：hi0为i0对应的效率评价指数；ω为输入指标的一种度量；μ为输出指标的一种度量.

2.2改进的C2R线性规划模型

DEA方法中各输入、输出指标的权重是通过相对效率指数进行优化来决定的，只表明评价单元的相对发展水平，不能真实反映各评价因素的实际重要程度和决策者对各评价因素的偏好程度.基于这种考虑，在求解DEA目标函数中引入权重系数r‘，得到一个新的C2R线性规划模型为：

(3)

2.3评价决策单元DMU选择

根据所建立的高速公路BOT+EPC项目安全效益评价指标体系，建立三个评价决策单元，即DMU1——直接经济效益，DMU2——间接经济效益，DMU3——社会环境效益.各DMU对应评价因素见表3.

表3　各DMU 对应评价因素

2.4DMU各单元之间的权重确定

不同的DMU单元对项目安全效益的贡献程度不同，由专家根据经验运用层次分析法进行主观判断而得到DMU各单元的权重.

1) 构造判断矩阵用专家咨询法，根据指标之间两两相比的关系，使用1～9标度法，将评价指标中的各元素进行两两比较，建立判断矩阵C.

2) 将判断矩阵C按列归一化后各行相加

(4)

3) 对向量M各行除以n，即得到权重向量

(5)

4) 进行一致性检验根据公式

(6)

(7)

2.5C2R线性规划模型中权重系数r‘的确定

权重系数r‘的确定可采用灰关联法.

表4　平均随机一致性指标

1) 针对BOT+EPC安全效益评价DMU对应的评价因素，采用专家打分法对各因素进行评价，将评价结果分为差、中、良、优4类，其评分标准见表5.

表5　评分因素的标准分值

2) 选定母指标假设第i个DMU决策单元的评价指标是Ui1,Ui2,…，Uim，其中如果Ui1被认为比其他指标含有更多的信息量，则可以将Ui1作为母指标(基准指标)，其他指标为子指标(对照指标).

Ui1=(Ui1(1),Ui1(2),…,Ui1(m+n))为基准数列

Ui2=(Ui2(1),Ui2(2),…,Ui2(m+n))

Uij=(Uij(1),Uij(2),…,Uij(m+n))

Uik=(Uik(1),Uik(2),…,Uik(m+n))为对照数列

3) 对原始指标进行量纲一的量化处理由于各指标的量纲不同，指标值的数量级差别很大，必须对各指标进行量纲一的量化处理，得到相应的新数列.记处理好的数值为U'ij(t).

(8)

(8)

式中：ρ为分辨率，一般可取0.5.

(9)

(10)

2.6安全效益评价

将式(10)的计算结果代入C2R线性规划模型(3)中进行求解，得到各评价指标C2R线性规划模型的最优目标函数值，再将各决策单元评价值进行加权汇总，得最终安全效益的综合评价结果：

针对各决策单元DMU对应的评价指标，将评价结果分为优、良、中、差四个等级，并定义出与每个评价等级相对应的安全效益综合评估值区间，见表6.

表6　评价等级与评价结果对应表

3实例验证

重庆沿江高速公路是 “重庆市高速公路网规划(2003-2020)”中新增的一条射线，是重庆市长江三峡旅游资源开发的主要通道，也是重庆连接西北地区的辅助通道，该高速公路的建设对完善重庆市高速公路网和区域公路网、促进区域社会经济快速发展意义重大.其中主城至涪陵段是我国最早采用BOT+EPC模式开工建设的高速公路之一.与传统模式的高速公路建设相比，BOT+EPC模式使沿江高速公路有条件在建设与运营的安全管理上克服传统建设模式的局限，带来管理上的创新.

3.1输入输出指标建立

DEA方法要求评价系统的决策单元都应有输入和输出指标.由于高速公路BOT+EPC项目安全效益分析的初衷是希望最后能有较好的结果，因此在决策单元中将优、良作为评价系统的输出指标，而将中、差作为系统的输入指标.

3.2AHP法确定DMU各单元之间的权重

用专家咨询法，根据指标之间两两相比的关系，使用1～9标度法，各DMU单元比较结果见表7.

表7　判断矩阵U-Ui

根据式(5),(6) 得

λmax=3.003 7，CI=0.001 8

3.3灰关联法确定各DMU下的评价指标权重

灰色系统关联分析法的数据来源于实测资料.将各评价结果直接分成不同的水平等级，选取20 名业内专家按表5对各指标进行评价.根据实际获得的数据资料经统计整理见表8.

表8　评价因素考核结果统计表

表9　各指标权重统计表

3.4运用引进权重系数的C2R模型进行评价

针对DMU1企业发展U1评价而言，对应4个因素的专家评价值见表10.

表10　直接经济效益的评价结果

对于直接经济效益U11评价来说，可以得到一个C2R线性规划模型如下.

max 0.33×(5p1+12p2)

同理可得到其他11个评价因素(U12-U34)的线性规划模型.所得C2R线性规划模型的最优目标函数值见表11.

表11　C2R线性规划模型的最优目标函数值

安全效益的综合评价值为

从评价等级与评估值对应表可以看出，高速公路BOT+EPC项目安全效益的综合评价值3.59位于评价结果“优”的评估值之间.

4结论

1)BOT+EPC项目一体化的设计—采购—施工体系、协同的安全管理技术和参与主体一致的利益目标给项目带来了显著的安全效益，其评价指标应该包括项目自身的安全经济效益，对行业、社会经济发展的贡献以及人文环境保护等方面.

2) 应用C2R模型对BOT+EPC项目进行效益评价，在模型中引入AHP-灰关联确定权重系数，更真实的反映了评价因素的实际重要程度，可为安全效益评价提供一种新的评价模型.

3)重庆沿江高速公路BOT+EPC项目的安全效益综合评价结果为“优”的评估结果表明BOT+EPC模式对高速公路建设与运营安全效益提升有重要的作用和意义.

参 考 文 献

[1]高翠香．高速公路建设BOT融资模式的意义与风险[J]．山西财经大学学报，2012(4)：36-38.

[2]王掌军，刘宁．设计施工总承包项目经济效益分析研究[J]．公路，2013(6)：136-139.

[3]魏奇，李涛，刘宁．浅谈公路工程设计施工总承包项目管理各方关系协调[J]．公路，2013(6)：158-161.

[4]ANDREWH．Studyingorganizationalculturesandtheireffectsonsafety[J]．SafetyScience，2006，44(10)：875-889.

[5]祝红路．企业安全效益综合评价方法研究[D]．沈阳：沈阳航天工业学院，2008.

[6]李娟．基于物联网的电力企业安全效益评价研究[D]．北京：华北电力大学，2012.

[7]周映雪，李明松．基于DEA的城市道路交通安全评价[J]．武汉理工大学学报：交通科学与工程版，2012(4)：757-760.

[8]朱行明．建筑企业安全投入与安全效益关系研究[D]．重庆：重庆大学，2009.

[9]杨明，齐远．高速公路社会经济效益评价模型研究[J]．公路与汽运，2011(2)：43-47.

[10]彭海燕．高速公路BOT项目增值管理研究[D]．重庆：重庆交通大学，2012．

[11]何迎朝.基于多层次灰色评价法的高速公路BOT项目风险评价[J].北京：科技和产业，2012(3)：59-63.

SafetyBenefitEvaluationsofExpressway

中图法分类号：U491

doi:10.3963/j.issn.2095-3844.2015.01.044

收稿日期：2014-11-12

BOT+EPCProjectBasedontheDEA
CAOXuejuan1)HONGLiu2)MANXianhui2)GAOJianping1)
(School of Civil Engineering & Architecture，

Chongqing Jiaotong University，Chongqing 400074，China)1)

(Chongqing CITIC Shanghai-Chongqing Highway Co.，Ltd.，Chongqing 401147，China)2)

Abstract：Through comparing and analyzing the safety capital on BOT + EPC mode and the traditional mode， aiming at the economic safety benefit and contribution to the social economic development which are brought by the BOT + EPC’s cooperative safety management technology，a system of safety benefit evaluation index can be carried out．By applying AHP-grey correlation to determine the weights，then the C2R model which brings in the weight coefficient is established，moreover a living example evaluation of expressway project with BOT + EPC along the Yangtze river in Chongqing．According to the research，the BOT + EPC mode of expressway construction and operation safety management have efficient effects on the promotion of the safety benefits．

Key words：expressway； BOT+EPC； benefit evaluation；data envelopment analysis

*重庆市交通建设科技项目资助(批准号：CJ2011-32)