1. 引言
电解铝产业是我国国民经济的重要基础产业,电解铝作为有色金属工业的重要组成部分,是国家基础原材料产业的关键领域。作为工业生产的重要原材料之一,电解铝被广泛应用于建筑、交通、电力、航空航天等行业。近几年来,我国电解铝产能均占全球产能50%以上,2024年我国电解铝产量达到4400万吨,占全球电解铝产能的60.5%,首次突破60%。2022年10月,工信部、国家发改委、生态环境部三部门印发的《有色金属行业碳达峰实施方案》中明确指出,加快低效产能退出,坚决淘汰落后生产工艺、技术、装备,依据能效标杆水平,推动电解铝等行业改造升级;2024年7月,国家发改委等五部门印发《电解铝行业节能降碳专项行动计划》中也指出,到2025年底,电解铝行业能效标杆水平以上产能占比达到30%;同时,国家“双碳”战略的提出,大量电解铝产业由东部地区逐步转向西部[1],这些因素直接推动了行业技术升级和产能置换项目的集中建设。
成本风险管理是工程建设项目中对于各利益方来说都是十分重要的环节,并指出如果政府方的法律、法规、规章变更而导致建设期项目发生额外费用或工期延误,且会造成项目的成本费用增加[1]。在工程建设项目中,甲方在决算时为获取资金利益,延迟结算价款,造成施工企业长时间无法收到结算款;施工单位因为对成本缺乏严格的控制,经常造成人材机的超支情况;成本核算监管不足与人员素质低下也成为施工企业成本风险影响因素[3]。同时针对大型基础设施项目群因技术体系与外部条件的复杂性,应当全面考虑政策法规、地质气候条件、交通运输条件、施工组织设计等制约因素[4]。
目前,针对工程建设项目成本风险研究较为充分,特别是针对装配式建筑的成本风险研究[5]-[7],但针对电解铝建设项目的成本风险研究较少,因此本文通过运用DEMATL-ISM模型,对电解铝建设项目成本风险进行研究。
2. 相关理论基础
DEMATEL擅长量化因素间的因果影响强度,但无法清晰呈现层级;ISM能构建层级结构,但对因果关系的刻画较弱,二者结合可实现优势互补。通过集成和方法,降低ISM方法中计算可达矩阵的复杂度、减少可达矩阵的计算量使得可达矩阵的计算过程简单,易于理解[8]。
2.1. DEMATEL-ISM模型构建思路
DEMATEL-ISM模型构建思路如图1所示,首先通过专家打分获取风险因素间直接影响关系,借助DEMATEL计算综合影响矩阵,确定各因素的影响度、被影响度、原因度中心度及权重。随后将综合影响矩阵转化为可达矩阵,通过ISM方法划分风险层级,构建系统结构模型;最终结合影响强度与层级位置,定位核心风险因素,为后续风险管控提供方向。
Figure 1. Flowchart of the DEMATEL-ISM model construction
图1. DEMATEL-ISM模型构建流程图
2.2. DEMATEL-ISM模型计算步骤
(1) 构建直接影响矩阵A。将风险影响因素整理形成调查问卷,邀请专家进行打分,采用0-4打分法对指标进行两两打分,其中0代表因素之间无直接影响,1代表因素之间直接影响较弱,2代表因素之间直接影响一般,3代表因素之间影响较强、4代表因素之间直接影响很强。得到直接影响关系矩阵A。
(1)
式中:aij为因素xi对xj的影响程度,且当i = j时,aij = 0。
(2) 计算规范化矩阵N。将直接影响矩阵A进行规范化处理,对每行元素求和之后取最大值,再将直接影响矩阵A除以该最大值,最终得到规范化矩阵N。
(2)
(3) 计算综合影响矩阵T。单位矩阵I减去规范化矩阵N的负一次方与规范化矩阵N相乘,计算得到综合影响矩阵T。
(3)
(4) 确定中心度Mi和原因度Ni。首先计算影响度D与被影响度C,然后影响度与被影响度相加之和计算得出中心度Mi,影响度与被影响度相减之差计算得出原因度Ni。
(4)
(5) 计算权重Vi。根据公式(4)计算得出各元素的中心度Mi,,通过公式计算所得元素在系统中的权重Vi。
(5)
(6) 建立邻接矩阵X。将计算得出的综合影响矩阵T,输入阈值λ,阈值λ取值范围为0 ≤ λ ≤ 1,当综合影响矩阵中的元素Tij小于阈值λ时,则将Tij = 0,当综合影响矩阵中的元素Tij大于阈值λ时,则将Tij = 1。所有元素计算完成后,建立邻接矩阵X。
(6)
(7) 计算可达矩阵M。设单位矩阵I为与邻接矩阵X同阶的单位矩阵,根据邻接矩阵X,进行以下的布尔运算可以求得可达矩阵M。式中:k表示两个元素的路径长度。
(7)
(8) 绘制层次结构图。根据可达矩阵计算出先行集合Q和可达集合R,根据交集
进行层级确定,绘制层次结构图。
3. DEMATEL-ISM成本风险模型的构建
3.1. 成本风险因素的识别
根据基于访谈与文献研究形成的电解铝建设项目成本风险识别表。通过知网、Web of Science等搜索相关文献共19篇、访谈征询相关领域从业人员与专家意见及自身工作经验,形成了包含建设单位、施工单位、设计单位、监理单位和政府单位5个相关方,18个风险因素,并对其进行编码及来源注明,形成了电解铝建设项目施工阶段成本风险因素清单表,如表1所示。
3.2. 基于DEMATEL-ISM模型案例研究
为研究DEAMTEL-ISM模型的科学性与准确性,以云南省省某电解铝建设项目为例开展成本风险管理研究,该项目是云南省响应国家“双碳”战略、打造“绿色铝硅谷”的核心重点工程,选址于云南省文山州砚山县城北东郊,地处文山州绿色铝产业园区核心板块。工程建筑面积7.2万平方米,范围涵盖
Table 1. List of cost risk factors in the construction phase of electrolytic aluminum construction projects
表1. 电解铝建设项目施工阶段成本风险因素清单
多专业、多领域,属于大型综合体建设项目。新建设施包含1套脱硫系统、2套供料净化系统,原料车间新制电解槽及母线131台,配套管道与电气安装系统,涉及土建工程、钢结构工程、市政工程、机电安装工程、消防工程等10余个专业,各专业交叉作业多、成本风险管理难度大。
3.2.1. 收集调查问卷
通过邀请电解铝建设相关领域专业从业人员,造价专家等共9人其中高级工程师职称4人,工程师职称5人,进行调查问卷,对各成本风险因素之间的相互影响程度进行打分,采用0~4分打分法对15个指标进行两两打分,具体规则如表2所示。
Table 2. Scoring rules of the 0~4 scoring method
表2. 0~4打分法打分规则
分值 |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
影响程度 |
无直接影响 |
影响较弱 |
影响一般 |
影响较强 |
影响很强 |
3.2.2. 构建DEMATEL模型
对回收调查问卷进行平均值计算,对平均值计算结果进行四舍五入,建立直接影响矩阵A;根据公式(2)计算求出规范化矩阵N;根据公式(3)计算求出综合影响矩阵T;根据综合影响矩阵T,通过公式(4)-公式(5)分别计算得出影响度、被影响度、原因度、中心度与权重,计算结果如表3所示,并绘制原因度–中心度图如图2所示。
Table 3. Calculation results of influence, affected degree, centrality, causality and weight
表3. 影响度、被影响度、中心度、原因度与权重计算结果
|
影响度D |
被影响度C |
中心度Mi |
原因度Ni |
权重Vi |
B11 |
2.044 |
0.183 |
2.227 |
1.862 |
0.0392 |
B12 |
2.134 |
0.481 |
2.616 |
1.653 |
0.046 |
B13 |
1.081 |
0.676 |
1.757 |
0.405 |
0.0309 |
B21 |
2.261 |
2.572 |
4.834 |
−0.311 |
0.085 |
B22 |
1.932 |
2.569 |
4.501 |
−0.636 |
0.0791 |
B23 |
0.288 |
2.473 |
2.76 |
−2.185 |
0.0485 |
B24 |
1.384 |
2.135 |
3.519 |
−0.751 |
0.0619 |
B25 |
0.834 |
2.437 |
3.271 |
−1.603 |
0.0575 |
B26 |
1.204 |
1.025 |
2.229 |
0.179 |
0.0392 |
B27 |
1.528 |
2.745 |
4.273 |
−1.217 |
0.0751 |
B28 |
0.921 |
1.826 |
2.747 |
−0.906 |
0.0483 |
B29 |
0.532 |
1.404 |
1.936 |
−0.873 |
0.034 |
B31 |
2.543 |
1.839 |
4.383 |
0.704 |
0.0771 |
B32 |
1.908 |
1.343 |
3.251 |
0.564 |
0.0572 |
B41 |
2.104 |
2.356 |
4.46 |
−0.252 |
0.0784 |
B42 |
1.619 |
1.601 |
3.219 |
0.018 |
0.0566 |
B51 |
1.698 |
0.521 |
2.219 |
1.176 |
0.039 |
B52 |
2.419 |
0.247 |
2.667 |
2.172 |
0.0469 |
Figure 2. Centrality-causality diagram
图2. 中心度–原因度图
中心度其意义表示为某影响因素在整体系统中的重要程度,中心度越高则证明该影响因素的重要程度越高。结合计算结果可以得出中心度排名前5的因素为:B21、B22、B41、B31、B27,这些因素在系统中处于重要地位,电解铝建设项目的一线管理人员应当对上述因素在现场成本风险管理中应当做到足够的重视。
原因度其意义表示为某影响因素对其它影响因素的影响情况,影响度正数时,表示该影响因素为原因因素,原因度为负数时,表示该影响因素为结果因素。结合原因度结果来看,其中B52、B11、B12、B51、B31、B32、B13、B26、B42,上述9个影响因素的原因度为正数,说明以上9个影响因素为原因因素,对其它因素产生影响。B41、B21、B22、B24、B29、B28、B27、B25、B23,上述9个影响因素的原因度为负数,说明以上9个影响因素为结果因素,被其它因素影响。
3.2.3. 构建ISM模型
为进一步研究电解铝建设项目施工阶段各成本风险因素间的层次关系,依据DEMATEL模型计算得到的综合影响矩阵T,通过公式(6)计算得出邻接矩阵X;采用平均值与标准差相加之和法[27]取阈值λ,经计算综合影响矩阵T,平均值为0.088,标准差为0.067,因此阈值λ = 0.155;将阈值λ代入公式(6)计算得到邻接矩阵X;通过公式(7)计算得到可达矩阵M,如表4所示。
Table 4. Reachability matrix m
表4. 可达矩阵M
|
B11 |
B12 |
B13 |
B21 |
B22 |
B23 |
B24 |
B25 |
B26 |
B27 |
B28 |
B29 |
B31 |
B32 |
B41 |
B42 |
B51 |
B52 |
B11 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B12 |
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B13 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B21 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B22 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B23 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B24 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B25 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B26 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B27 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B28 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B29 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
B31 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B32 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B41 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B42 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
0 |
B51 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
B52 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
1 |
0 |
1 |
在表4可达矩阵M中,如果元素数字为1,表示一个影响因素到另一个影响因素间存在路径;如果元素数字为0,表示一个影响因素到另一个影响因素间不存在路径。其中可达矩阵中,若第i行的第j列元素数字为1,那么表示第i行的影响因素为第j列的影响因素的可达集合;若第j列的第i列元素数字为1,那么表示第j列的影响因素为第i行的影响因素的先行集合。根据此计算可达集合、先行集合与交集,如表5所示。
Table 5. Reachability set, antecedent set and intersection set
表5. 可达集合、先行集合与交集
|
可达集合R |
先行集合Q |
交集A = R∩Q |
B11 |
B11, B13, B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11 |
B11 |
B12 |
B12, B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B12 |
B12 |
B13 |
B13, B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B13 |
B13 |
B21 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B22 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B23 |
B23 |
B11, B12, B13, B21, B22, B23, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B23 |
B24 |
B24, B27 |
B11, B12, B13, B21, B22, B24, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B24 |
B25 |
B25 |
B11, B12, B13, B21, B22, B25, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B25 |
B26 |
B21, B22, B23, B24, B25, B26, B27, B31, B32, B41, B42 |
B26 |
B26 |
B27 |
B27 |
B11, B12, B13, B21, B22, B24, B26, B27, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B27 |
B28 |
B28 |
B28, B52 |
B28 |
B29 |
B29 |
B29, B52 |
B29 |
B31 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B32 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B41 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B42 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42 |
B11, B12, B13, B21, B22, B26, B31, B32, B41, B42, B51, B52 |
B21, B22, B31, B32, B41, B42 |
B51 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B31, B32, B41, B42, B51 |
B51 |
B51 |
B52 |
B21, B22, B23, B24, B25, B27, B28, B29, B31, B32, B41, B42, B52 |
B52 |
B52 |
对表5进行逐层层级分解,得到对18个影响因素进行分级排序,根据表5可达集合与先行集合结果建立各影响因素间的路径。因存在影响因素间通过下一层级或跨越多个层级直接进行传递,也可通过中间层级建立间接传递路径,所以在绘制影响因素层级关系示意图时,可建立间接传递路径的不再进行重复绘制。如图3所示。
Figure 3. Schematic diagram of hierarchical relationship of influencing factors
图3. 影响因素层次关系示意图
3.2.4. 构建DEMATEL-ISM模型
根据中心度计算结果,得出各影响因素的重要程度,通过影响因素右侧圆圈中左侧序号按照从大到小进行排序。根据各影响因素划分结果,通过影响因素右侧圆圈中右侧字母进行表示,P代表原因因素,Q代表结果因素。依据图3进一步将五个层级划分为三大区间,第一层为直接影响因素,第二、三、四层为间接影响因素,第三层为根本影响因素。最终利用DEMATEL-ISM模型表示电解铝建设项目施工阶段成本风险因素间的重要程度及相互传递关系。因影响因素存在跨层级的直接传递,为保证层级结构更加清晰直观,对此引入虚节点。如图4所示。
3.3. 基于DEMATEL-ISM模型结果分析
通过DEMATEL-ISM模型的构建,电解铝建设项目施工阶段成本风险的18个影响因素被划分为五个层级三大区间,并依据原因度的正负值区分为原因因素与结果因素。通过层级的划分展示了各成本风险影响因素之间的传导路径,也明确了各个影响因素在成本风险中的作用。根据图4可得,原因因素大多分布于中层与中下层。B11属于原因因素,且处于最底层,因此该因素为电解铝建设项目施工阶段成本风险的根本影响因素。其余原因因素分布在第三层与第四层,属于间接影响因素,在传递链中属于
Figure 4. Diagram of the DEMATEL-ISM Model
图4. DEMATEL-ISM模型图
承上启下的地位。B23、B25、B27、B28、B29i这些因素为直接影响因素,处于传递链的最顶端,表明电解铝建设项目成本风险会在这些因素上直接体现,同时这些因素为结果因素,被其他因素所影响;B21、B22、B24三个影响因素为间接影响因素,处于传递链的中间环节,同时又为结果因素,表明这三个因素既被下层或同层原因因素所影响,同时又可传递至上层影响因素。
根据中心度排名,排名前四的影响因素为B21、B22、B41、B31、B27上述四个影响因素皆处于第三层,处于间接影响因素这一大区间内,同时根据表3可知上述五个影响因素的中心度均在4.0以上,在间接影响因素这一大区间内形成了高中心度风险集。其中中心度最高的影响因素为B21,这不仅也因此表明该影响因素处于电解铝建设项目施工风险的核心地位,而且在层级上处于一个传递路径的核心,其影响贯穿所有层级。
4. 成本风险防范对策
4.1. 保障建设单位资金按期支付
B11建设单位资金链断裂或工程款支付延迟是电解铝项目施工阶段成本风险的根本影响因素。对此通过细化合同条款、明确付款节点与条件,建立全过程资金跟踪机制来保障建设单位资金按期支付。可采用预付款、过程进场付款、进度报量付款、竣工结算付款的分阶段支付结构,确保资金流与工程进度相匹配。同时,可设立专门经营计划部,定期编制资金使用计划,跟踪业主支付动态,及时预警并协调解决支付延迟问题。此外,也可通过加强甲供材核销管理、完善结算资料、提前完成工程量确认等措施,缩短结算周期,降低因资金滞后引发的窝工、材料断供等连锁风险。
4.2. 加强施工组织设计管理
B21施工组织设计不合理造成的施工顺序混乱,交叉作业等导致延期是中心度最高的因素,表明其在电解铝建设项目施工阶段成本风险系统中处于重要地位。施工组织设计的科学性直接决定了电解铝项目施工效率与成本控制水平。为避免因此情况造成的成本风险损失,可将土建、钢结构、设备安装三大工序在空间与时间上合理错位布置,最大限度减少交叉干扰与窝工。还可引入BIM技术进行可视化交底与工序模拟,优化复杂节点施工路径,提前识别潜在冲突。针对地质复杂、雨季长、场地分散等不利条件,应当动态调整施工总平面布置,合理规划材料堆场、临时道路与加工区,减少二次倒运与机械闲置。通过编制周计划、月计划并与业主投产节点对齐,建立生产例会制度,及时纠偏。精细化、动态化的施工组织设计,是应对电解铝项目体量大、专业多、工期紧等风险的关键手段。
4.3. 重点关注直接成本损失
直接成本损失是电解铝项目施工阶段成本风险的最直观体现,B23、B25、B27、B28、B29为直接影响因素,直接体现成本损失。对于未严格执行分包过程结算月报月清制度造成超结超付,应严格推行月报月清机制,按合同约定审核工程量与结算资料,杜绝超结超付现象,并将甲供材核销与分包结算挂钩,实现风险有效转移;针对主材料价格变动,高价特种材料运输、存放与损耗,如特种油漆、不锈钢天沟等高价材料可采用分批采购、定尺供货、专用存放区管理,结合过磅计量与影像留底,严控损耗,对价格波动较大的钢材,择机采购并利用平台竞价降低采购成本;对于非标设备安装调试成本,可提升施工工艺,减少高空作业与返工来避免,也可通过专项方案优化与工序穿插,缩短调试周期,降低人机材投入;针对耐火材料损耗成本可加强现场存放管理,防止受潮损坏;对于高能耗设备试运行电费波动成本,可结合当地电价政策,合理安排试运行时段,通过优化调试流程、提前完成绝缘测试与系统联调,缩短高负荷运行时间,控制电费支出。
5. 结论
本文运用DEMATE-ISM模型对电解铝建设项目施工阶段成本风险进行了系统分析并得到以下结论:(1) 结合文献与访谈形成了5个相关方,18个风险因素的电解铝建设项目施工阶段成本风险因素清单。(2) 运用DEIATEL-ISM模型对18个风险因素进行分析,得到各风险因素的重要程度,划分出原因因素与结果因素,并将其划分为三大区间、五个层级。(3) 对依据分析结果对成本风险管理提出相应对策。
但本文针对电解铝建设项目施工阶段成本风险的风险因素选取不够全面。本文通过相关文献、访谈得到的风险因素属于高频风险因素,但现实施工过程中依旧存在其他低频因素或隐形因素,这些因素因其低频性与隐藏性而被本文忽略,却依旧对电解铝建设项目的成本造成影响。