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基于DEMATEL-ISM-BN的重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型

工程经济•工程管理•规划设计

基于DEMATEL-ISM-BN的重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型

青娥
浩飞
珍旭
朝静
铁道科学与工程学报第22卷, 第3期pp.1315-1327纸质出版 2025-03-28
500

为有效防范化解重大建设工程技术创新成果转化风险,推动创新成果转化为现实生产力,基于DEMATEL-ISM-BN系统地剖析重大建设工程技术创新成果转化风险因素,并构建风险预警模型。首先基于扎根理论,遵循“开放性编码—主轴编码—选择性编码”的流程,识别出21项风险因素并将其归纳为技术风险、管理风险、资源风险、效益风险。其次应用DEMATEL法辨析以上风险因素的属性、重要性及其相互影响程度,并通过ISM构建一个6级3阶的有向递接模型,以揭示风险因素间的作用路径。然后将ISM模型转化为贝叶斯网络拓扑结构,应用三角模糊数和DUOWA算子思想计算根节点先验概率,引入Noisy-or gate模型确定条件概率表,应用贝叶斯网络因果推理方法预测风险发生概率,利用逆向推理、敏感性分析和最大致因链分析等功能实现对风险事件发生诱因的实时诊断。最后选取典型案例并对风险预警模型进行仿真分析。仿真分析结果显示,所构建的重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型具有良好的适用性,自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术尚未达到试验段试验标准,其中成果转化组织网络不健全、知识产权机制不健全为导致该风险事件发生的关键风险因素。研究结果将重大建设工程技术创新成果转化风险的研究推向了新高度,为相关领域的风险管理提供了借鉴与指导。

重大建设工程技术创新成果转化风险预警DEMATEL-ISM-BN仿真分析

重大建设工程即重大基础设施工程,通常指投资额度大、建设工期长、技术含量高、对于国家战略、经济发展以及社会民生影响深远的大型复杂公共项目,其建设规模与水平已然成为衡量国家核心竞争力的重要指标[1]。在新科技革命与产业变革的背景下,技术创新作为重大工程建设的核心动力,具有多主体、动态性、约束性、集成性的创新系统特征。技术创新属于目标锁定活动,以决策立项为起点,以技术研发为核心,以成果转化为目标,最终实现将新技术转变为社会生产力,进而解决重大工程建设难题。成果转化是技术创新的关键环节,是指将研发成果通过一定的载体和方式转化为服务于工程的产品,实现在工程现场的应用与推广。重大建设工程技术创新成果不仅需适应复杂多变的外部环境,还需与工程技术系统中的其他技术进行有效匹配与集成,方能充分发挥新技术的效能[2]。其转化过程受多重因素耦合作用,具有高度的不确定性,处于复杂的风险环境中。近年来学术界在重大建设工程技术创新管理方面取得了显著研究成果,覆盖战略定位、影响因素、协同治理以及创新系统等多个层面。然而系统性文献回顾显示,当前关于重大建设工程技术创新成果转化风险的研究仍显不足。尽管有学者如NOVIKOVA等[3]对科学密集型项目成果转化中的关键风险因素进行了梳理,并提出了普适性的技术创新成果转化管理机制。王青娥等[4]识别出造成铁路工程技术创新成果转化阻滞的关键共性风险因素及其承担主体,并揭示了风险演化网络特征。但总体而言,现有研究仍主要集中于成果转化风险的初步识别和定性分析,对风险的深入辨识与定量评估尚显不足,这限制了对关键风险因素的预警能力,使得在风险事件突发时难以得到及时响应与有效控制。因此,科学有效地评估重大建设工程技术创新成果转化的风险,并建立相应的风险预警模型,对于客观分析成果转化现状、识别所面临的瓶颈以及防范化解重大风险具有至关重要的意义。随着计算机技术的进步,贝叶斯网络(Bayesian Networks, BN)在构建风险预警模型中的应用日益受到学术界的关注。多项研究对比了贝叶斯网络与其他风险预警方法的效能。例如,CARTA等[5]的研究显示,相较于分类树、支持向量机和极限学习机,贝叶斯网络在风险预测与解释能力上表现最优。徐占东等[6]的研究也发现,与其他方法如模糊评价法、主成分分析、VAR、GARCH和HP滤波相比,贝叶斯网络不仅能揭示变量间的因果关系,还能通过推理机制实现对风险的精确预测与预警。然而在缺乏完整历史数据的情况下,直接构建结构未知或参数模糊的贝叶斯网络模型具有挑战性[7]。为此,学者们探索出将决策试验与评估实验室(Decision Making Trial and Evaluation Laboratory, DEMATEL)与解释结构模型(Interpretative Structural Modeling, ISM)相结合的方法。这种方法已被证实为有效工具,能够系统地整合专家知识,辅助在复杂系统中建立有向关系和层次结构[8]。在此基础上,LI等[9]将DEMATEL、ISM和BN创新性集成,使其用于分析城市埋地燃气管网事故风险致因机理并取得了显著的效果。综上,本文旨在科学识别重大建设工程技术创新成果转化过程中的风险因素,并深入挖掘DEMATEL-ISM-BN在处理复杂系统中因素间相互关系的优势。通过提高这些方法之间的衔接性和适应性,构建风险预警模型并进行仿真研究。研究结果有望填补重大建设工程技术创新成果转化风险研究的空白,为成果转化风险预警提供系统化的技术支持。

1 重大建设工程技术创新成果转化风险因素识别

1.1 研究设计

扎根理论(Grounded Theory,GT),由Glazer等提出,是一种以研究问题为导向的质性研究方法论。该方法论植根于实际数据,通过自下而上的方式逐层深入构建理论,已成为社会科学领域中质性研究的重要范式,在因素识别和作用路径研究等领域具有广泛应用,特别适用于现有解释深度不足或理论框架尚不完善的研究场景[10-11]。鉴于目前重大建设工程技术创新成果转化风险因素研究系统性较低且理论有待完善的现状,本文采用程序化扎根理论,严格按照“开放性编码—主轴编码—选择性编码”的流程,深入萃取重大建设工程技术创新成果转化过程中的风险因素,并以此为基础构建风险因素清单。

1.2 资料收集与整理

扎根理论强调资料来源的多样性,本文通过文献分析、专家访谈、案例调研3种方式获取质性研究资料。

文献分析。通过深入搜索和梳理各级政府官方网站、企事业单位官方网站以及中国法律信息总库,整理出现行关于重大建设工程技术创新成果转化的相关政策和管理办法,总计获得23份文件。广泛检索CNKI、Web of Science、Elsevier等数据库,筛选出与研究主题高度相关且具有代表性的论文55篇。通过对这些文献的深入研究,提取227条原始语料。

专家访谈。采用半结构化访谈方式,邀请来自国铁集团工管中心、铁科院、中南大学、东北大学、中铁大桥院等单位的10位专家参与访谈。访谈的核心议题聚焦于专家们所在单位在重大建设工程技术创新成果转化方面的实践,以及对成果转化风险的认识与重视程度。通过对访谈内容的细致分析,整理得到63条原始语料。

案例调研。依托所参与的课题开展案例调研,涉及国家重点研发计划某重点专项子课题“岩爆产生演化机理及安全防控技术”、国家自然科学基金专项“大跨度悬索桥建造及耐久性保持技术”、中国中铁科技研发计划项目“新型装配式轨道结构智能建造技术”,共获取任务书3份、内部管理制度11份、月度例会记录8份,编写调研报告3份。经对以上资料分析处理,共获得66条原始语料。

1.3 资料编码
1.3.1 开放性编码

在开放性编码阶段,通过对文本资料进行反复的语义抽象与深度概括,成功将原始文本提升至概念层次,进而构建出初始范畴框架。对筛选出的356条原始语料实施了逐句的编码分析,遵循“原始语料—开放性编码—标签化”的处理流程,初步形成了相应的概念体系。由于涉及自然环境、宏观政策、市场环境等外部风险因素难以预防与控制,故本文只考虑发生在重大建设工程内部、与成果转化主体密切相关且可控的内部风险因素[4]。通过剔除出现频次低于3的标签,以及涉及外部风险因素的初始概念,得到162个有效标签。开放性编码的详细流程可参见表1

表1
开放性编码过程(示例)
来源原始语料摘选开放性编码—标签化

文献

分析

《关于改进加强中央财政科研项目和资金管理的若干意见》健全科技人才流动机制,鼓励科研院所、高等学校与企业创新人才双向交流,……完善和落实促进科研人员成果转化的收益分配政策。加强知识产权运用和保护,……制定导向明确、激励约束并重的评价标准,充分调动项目承担单位和科研人员的积极性创造性。

La111人才流动、

La112成果转化收益分配、La112知识产权保护、

La112激励与约束

文献[12]……resulting in low matching between processes, methods, and construction equipment. Moreover, there may need to be more technical disclosure in applying technological innovation achievements. Construction personnel will be unable to operate proficiently.

La(24)11技术匹配度、

La(24)12技术披露、

La(24)13施工人员掌握水平

专家

访谈

专家1“新引进的几台大型机械化设备对操作人员水平、资源调度、施工组织的要求很高,反而造成使用次数减少,增加了无形成本。”

Lb111操作人员水平、

Lb112资源调度、

Lb113成本增加

“现有一些新技术没有形成完整的体系,无法覆盖全部的工序,导致操作难度增大。”

Lb121技术体系、

Lb122技术操作难度

案例

调研

“岩爆产生演化机理及安全防控技术”项目内部管理制度1

科技成果评价是指……对重点专项项目产出的新产品、

新技术、新工艺工法类成果的安全性、适用性、

先进性和技术经济性所进行的评价。

Lc111技术安全性、

Lc112技术适用性、

Lc113技术先进性、

Lc114技术经济性

业主单位与项目承担单位在相关协议书中约定共有知识产权的使用和收益分配方式。

Lc121知识产权使用、

Lc122收益分配

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1.3.2 主轴编码

开放性编码后,遵循“标签化—概念化—范畴化”的逻辑,对所得到的162个标签进行聚类分析,归纳出35个概念(C1C35)。进一步归纳整理概念的内涵,得到重大建设工程技术创新成果转化风险因素的21个主范畴(R1R21)。主轴编码的过程见表2

表2
主轴编码过程(示例)
开放性编码—标签化开放性编码—概念化主轴编码—范畴化
Lc113技术先进性、La(32)13成果性能、Lc111技术安全性C1技术可靠性R1技术就绪度不达标
Lc114技术经济性、Lb113成本增加C2技术经济性

Lc112技术适用性、La(31)12战略精准性、

La(32)12需求不匹配、La(33)11技术匹配度

C3需求匹配性R2新技术与实际需求不匹配
La111人才流动、La213人才计划、Lb342新技术培训C15人才培养R10成果转化人员能力缺失
La(32)11技术转化能力、La(32)21科研人员素质、L a(32)22科技创新能力C16人员素质
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1.3.3 选择性编码

经开放性编码和主轴编码,原始语料逻辑基本清晰,但范畴间彼此割裂尚未建立联系。根据前文提炼的21个主范畴,不断探究和检验主范畴概念间的内在联系,从技术、管理、资源、效益等维度凝练风险因素的核心范畴,进而形成重大建设工程技术创新成果转化风险因素清单,具体见表3

表3
重大建设工程技术创新成果转化风险因素清单
风险类型(核心范畴)风险因素(主范畴)风险因素解释(范畴含义)
技术风险技术就绪度不达标R1新技术在技术可行性与经济合理性方面尚未达到应用标准。
新技术与实际需求不匹配R2新技术的工程参数不能满足工程建设需求
新技术与已有技术接口不良R3新技术与其他技术系统的集成匹配度低
新技术环境适应性差R4新技术无法适应工程现场复杂多变的环境
新技术应用复杂程度高R5新技术操作程序复杂,需调动的资源过多。
新技术对标准规范产生扰动R6新技术对工程计量等标准规范的扰动程度高。
新技术对施工组织产生干扰R7新技术应用对施工组织计划影响较大。
新技术试验验证不充分R8新技术应用前没有在试验段进行充分试验验证。
管理风险成果转化组织网络不健全R9成果转化主体关系配置不能满足实际管理需要。
“异质化”交互R10创新主体的属性差异导致创新成果扩散受阻。
知识产权机制不健全R11对知识共享机制和机会主义行为管理不善。
利益分配存在争议R12技术创新主体贡献与所获收益不对等。
需求单位对新技术掌握程度低R13需求单位人员难以达到操作新技术应有的水平。
需求单位对新技术应用意愿低R14需求单位存在某些顾虑不愿意应用新技术。
成果转化与工程进度偏差R15成果转化周期过长影响工程进度。
资源风险成果转化人员能力缺失R16成果转化人员自身能力与工作要求不匹配。
存在信息壁垒R17创新主体掌握的信息量有限且不能满足需要。
所需施工装备匹配性差R18新技术对所需装备要求高,造成保障困难。
试验段保障程度不足R19试验段的各项条件与工程实际存在较大差距。
效益风险成果应用效益受损R20技术创新成果在工程现场的应用效益不达预期。
成果推广效益受损R21技术创新成果在国家、行业推广的效益不达预期。
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2 成果转化风险预警DEMATEL-ISM-BN模型

2.1 模型框架设计

重大建设工程技术创新成果转化风险预警DEMATEL-ISM-BN模型的主要研究思路为:首先在成果转化风险因素清单的基础上,应用DEMATEL方法,融合专家知识,建立综合影响矩阵,旨在从普适性角度深入剖析各风险因素的属性、重要度及其相互影响的程度,有助于了解各风险因素的本质特征,也可与实际情境下的风险预警结果进行对比。其次通过设置阈值,将综合影响矩阵转换为标准可达矩阵,应用ISM方法将原本复杂的系统分解为若干个子系统,进而构建出一个多层递阶结构模型,以揭示各风险因素间的作用路径,阐明风险因素的作用机理,同时也为贝叶斯网络构建奠定基础。最后,将多层递阶结构模型参照一定的映射逻辑转化为贝叶斯网络拓扑结构,基于三角模糊数计算根节点先验概率,引入Noisy-or gate模型假设确定条件概率表,利用BN的强大推理能力,通过因果推理、逆向推理、敏感性分析、最大致因链分析等方式实现对风险因素及其相互关系的量化研究,从而挖掘实际情境下的风险因素特性,精准辨识关键风险因素,为风险预警提供系统化的技术支持。具体模型框架如图1所示。

图1
技术创新成果转化风险预警DEMATEL-ISM-BN模型框架
pic
2.2 基于DEMATEL的风险因素辨析

将“成果转化总效益受损”定义为风险事件I,采用定向问卷调查的方式确定风险因素间、风险因素与风险事件间的影响程度,具体判定标准为:采用0~4的评价标度(0为没有影响关系,1为影响关系较弱,2为影响关系一般,3为影响关系较强,4为影响关系很强)计量影响程度。由于22*22的矩阵量表较为复杂,为减轻专家决策的成本投入并提高调查的准确性,根据文献逻辑、调研情况和储备知识,相对扩大风险因素间、风险因素与风险事件间的影响关系,经行业专家评判后,预先建立包含161项二进制有向关系数据的邻接矩阵。邀请16位具有丰富经验且多次参与过重大建设工程技术创新成果转化的专家对以上161项有向关系数据按标度进行打分。对问卷进行回收,为保证矩阵数据的可靠性,本文选取Cronbach’s α来测量矩阵数据的内在一致性信度,利用KMO检验和Bartlett球形度检验进行效度分析。将161项量表数据导入SPSS26.0软件进行检验,结果显示Cronbach’s α值为0.905,KMO值为0.812,Bartlett球形检验显著性水平为0.000,表明调查数据信效度较高,能够真实可靠地反映专家对影响程度的判断。将以上矩阵数据分别对应取平均值,得到初始直接影响矩阵pic(pic),其中表示风险因素RiRj(或I)的直接影响程度。参照式(1)对初始直接影响矩阵进行标准化处理,得出标准化直接影响矩阵pic

pic (1)

其次,参照式(2)求解综合影响矩阵pic,其中pic为单位矩阵,进一步量化各风险因素对其他风险因素或风险事件的影响程度。

pic (2)

再次,参照式(3)式(4)计算风险因素的影响度pic、被影响度pic,并参照式(5)式(6)计算中心度pic、原因度pic。在此基础上,计算中心度和原因度的均值为1.819 5和0,并以此分为4个象限[13],绘制以中心度为横坐标、原因度为纵坐标的风险因素因果关系图,如图2

图2
各风险因素因果关系
pic
pic (3)pic (4)pic (5)pic (6)

中心度为正向指标,反映风险因素在重大建设工程技术创新成果转化过程中的重要程度。由图2可见,中心度较大的风险因素有R14、R20、R18、R7、R15,其在风险传导网络中处于枢纽位置并起到关键的中介作用[14],具备较强的网络控制力,是风险防控应关注的重点因素。原因度的符号则反映风险因素的原因属性或结果属性,其绝对值反映因果属性的程度。原因因素中原因度较高的有R9、R1、R3、R5、R2,这些风险因素驱动其他风险因素发生,往往承担着风险源的角色且对其他风险产生的影响较大。结果因素中原因度较低的有R20、R14、R21、R15、R7,这些风险因素在系统中更容易遭受其他风险因素影响,往往会造成风险事件发生。

2.3 基于ISM的风险因素作用路径解析

在综合影响矩阵pic的基础上,参照式(7)计算整体影响矩阵pic。本文利用MATLAB编写阈值pic的取值程序,pic的取值范围在[0.05,0.25]之间,并以每次0.01的增加幅度分别构建可达矩阵并进行风险因素层次划分。考虑到层次划分的合理性和最优性,结合重大建设工程技术创新成果转化的实际情况,经反复迭代与专家判断,最终设定pic的取值为0.15。参照式(8)式(9)构建可达矩阵,并通过布尔代数运算将其转化为标准可达矩阵pic

pic (7)pic (8)

式(8)中,pic表示因素pic与因素pic是否存在有向通路,其定义式如式(9)所示:

pic (9)

参照式(10)~(12),分别计算可达集pic、先行集pic、共同集pic。由于重大建设工程技术创新成果转化风险预警更注重对风险源的发生概率进行监测,本文选择按照原因优先的抽取原则进行层级分解并构建DOWN型多层递阶解释结构模型,从而能够更加直观清晰地展现最底层风险因素[15]。原因优先的抽取原则为:当pic时,就抽取相关元素,并将抽取的元素放于最下方,按照由下至上的顺序依次抽取所有元素,直至所有元素都完成层级划分。为使层次结构更加严谨、一目了然,本文设置了7个虚节点(X1X7)来优化调整层次结构,最终绘制出多层递阶解释结构模型,如图3所示。

pic (10)pic (11)pic (12)
图3
多层递接解释结构模型
pic

图3可见,6级3阶的有向层次化解释结构反映了风险因素作用的路径以及风险因素逐级传导的作用机制。VI级是由根源因素构成的本质致险阶,共有8项风险因素,其具备风险源的属性,是风险预警监测的重点;III级、IV级和V级是由过渡因素构成的过渡致险阶,共有11项风险因素,它们起到承上启下的枢纽作用,是风险传导的中枢;II级是由表层因素构成的近邻致险阶,共有2项风险因素且均属效益风险,这些风险因素是具有结果导向的风险作用终结点,极易引起I级风险事件发生进而造成重大损失。综合上述层次结构及作用路径分析可知,重大建设工程技术创新成果转化风险因素之间存在复杂的非线性关联,并基于风险因素作用路径形成了多重风险网络。

2.4 基于BN的风险预警分析

由于重大建设工程技术创新成果转化风险的历史案例数据严重缺乏,很难采用机器学习的方式获得理想的贝叶斯网络模型,因此本文选择借助专家知识与历史经验构建贝叶斯网络模型并进行风险预警分析。

1) 贝叶斯网络拓扑结构构建。将已构建的多级递阶结构模型映射为贝叶斯网络拓扑结构,即将风险事件I映射为叶节点,VI级风险因素(R1R2R3R4R5R9R11R19)映射为根节点,其余层级对风险因素映射为中间节点,风险因素的作用路径映射为有向边。分别定义各节点的状态,其中Y表征风险发生的概率,N表征风险不发生的概率。

2) 根节点先验概率确定。由于风险因素众多且风险发生概率难用一个确切的数值表示,只能表示为一种模糊关系。针对贝叶斯网络模型推理时过度依赖根节点先验概率精确值的问题,本文引入模糊理论,应用三角模糊数法来刻画根节点的先验概率。首先参照GB/T 22900—2022、GB/T 21562—2008、EN50126定义根节点先验概率的等级标准并将其语言值用三角模糊数表示,具体定义见表4

表4
根节点先验概率等级标准及模糊数定义
风险等级解释先验概率模糊数/10-1
I风险几乎不可能发生(0,0,2.5)
II风险很少发生(0,2.5,5)
III风险偶尔发生(2.5,5,7.5)
IV风险经常性发生(5,7.5,10)
V风险频繁发生(7.5,10,10)
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其次采用均值面积法和依赖不确定性有序加权平均(DUOWA)算子思想[16]整合具有不确定性权重的专家评判值。具体计算过程如下。

步骤1:设pic为解模糊化的专家评估值,pic为专家评估模糊数的算术平均值。参照式(13)计算算数平均模糊数pic

pic (13)

步骤2:设picpicpic的距离测度,pic表示picpic相似度。参照式(14)式(15)计算相似度pic

pic (14)pic (15)

步骤3:参照式(16),根据相似度pic计算权重系数pic

pic (16)

步骤4:综合各位专家评估结果,参照式(17)计算去模糊化的根节点先验概率精确评估值pic

pic (17)

3) 条件概率表确定。本文引入Noisy-or gate模型计算贝叶斯网络非根节点的条件概率。Noisy-or gate模型[17]可在已知网络结构和专家知识的情况下,借助较少的数据需求量近似确定贝叶斯网络条件概率表,目前在应用实例中已取得良好的效果[18]。当某非根节点存在2个状态且有n个父节点时,Noisy-or gate模型可以使条件概率表的项数由2n项转变为2n项,极大程度地减轻了数据采集量。Noisy-or gate模型假设:网络中所有节点状态为二级变量,且所有节点相互独立;每个父节点可单独影响子节点的状态改变;考虑不可预测或未知的父节点存在导致子节点状态改变的情况。首先需确定单一父节点发生状态下子节点发生的概率,即picpic表示仅pic发生导致pic发生的概率;其次参照式(18)确定节点pic条件概率表的其他项。

pic (18)

4) 贝叶斯网络推理分析。借助贝叶斯网络良好的推理功能实现对成果转化风险的实时预警。成果转化风险预警是一个不断循环往复的过程,通过不断地采集实时的风险信息并更新贝叶斯网络,实现对成果转化风险的精准预测与诊断,并采取风险防控措施,通过重新采集风险信息并更新贝叶斯网络实现对风险防控效果进行检测,以确保风险发生概率处于合理的区间,具体流程如图4所示。

图4
贝叶斯网络推理分析流程
pic

首先将条件概率表与各根节点先验概率输入GeNIe 4.0软件中,通过因果推理功能计算得出非根节点风险后验概率的分布结果,参照基于ALARP准则[19]的风险分级预警标准(见表5)发出警报,实现对成果转化风险的分级预测。其次通过风险诊断以识别关键风险因素及风险传导链路,具体过程包括:设置叶节点I的风险状态,通过逆向推理获取风险事件发生条件下各非叶节点的后验概率,进而筛选出对风险事件影响较大的风险因素;将叶节点I设为目标节点,通过敏感性分析快速识别出对风险事件发生较为敏感的风险因素;选择“Euclidean”作为距离函数[20],借助最大致因链分析功能确定各风险因素间的作用强度。然后针对风险诊断结果,可采取靶向风险防控措施削弱关键风险因素与风险传导链路在网络中的影响范围及影响量。同时不断采集风险信息并更新贝叶斯网络,将风险预测与风险诊断数据进行纵向对比,从而指导风险防控措施的持续优化与改进。

表5
非根节点后验概率分级预警标准
预警阈值预警信号风险可接受程度风险防控措施
0≤后验概率≤30%绿灯风险可忽略按照正常风险管理条例进行防控。
30%<后验概率≤75%黄灯最低合理可行制定最为经济合理的防控措施,直至风险降低到可忽略程度。
75%<后验概率≤100%红灯风险不可接受立即暂停成果转化,采取强制措施不惜代价将风险控制到较低水平。
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3 模型仿真分析

L铁路S隧道位于高原复杂艰险山区,由于其全线地应力普遍较高,且隧道沿线硬岩占比重大,岩爆倾向性显著,面临高地应力岩爆风险等突出问题。据研究数据显示,中等以上等级的岩爆风险段落长达12 188 m,占隧道总长度的32.1%,对施工安全构成了严重威胁。为应对S隧道岩爆防控的技术挑战,国铁集团统筹行业资源,积极申请并牵头承担了国家重点研发计划某重点专项,致力于研究极高地应力隧道中的“链式”岩爆安全防护技术。本文以岩爆安全防护技术创新成果中的极高地应力隧道自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术作为研究对象,构建成果转化风险预警模型并进行仿真分析,以验证其适用性。

3.1 风险信息采集与处理

在自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术进入试验段示范应用前,由来自国铁集团科信部、L铁路技术创新中心、L铁路公司等的5名专家组成风险评估小组,根据新技术的属性特征、应用需求以及国家重点研发计划成果转化管理制度,经充分讨论编制各根节点的评语集。在此基础上,参照式(13)~式(17),应用预先编写的Python程序确定各根节点先验概率的精确值,具体见表6。参照式(18)确定Noisy-or gate模型下的条件概率表。例如,节点R15与其父节点R6R7R8R18依赖关系的条件概率表如表7所示。

表6
案例贝叶斯网络根节点评语集和先验概率值
编号评语集专家评估风险等级先验概率
专家1专家2专家3专家4专家5
R1新技术准入评估前,技术就绪度应达到六级及以上。IIIIIIIII0.219
R2

锚固性、耐久性、吸能防冲能力、支护强度、锚固强度生效时长、

施工速率、可对应最大岩爆等级等。

IIIIIIIIII0.253
R3与开挖工法、成孔技术的适配性、与其他技术的融合能力等。IIIIIIIIII0.294
R4

高温适应性、适用的围岩等级、适用的岩爆段落地下水水量、

适用的岩爆段落地下水水位等。

IIIIIIIIIII0.295
R5

新技术操作流程复杂性、应用管理流程复杂性、审核审批流程复杂性、

所需材料设备复杂性等。

IIIIIIIII0.207
R9合作持久度、交流频率、交流范围、信任程度、责权利划分等。IIIIIIIIIII0.351
R11知识产权归属、知识产权保护、知识产权运用、奖励与追责等。IIIIIIIIII0.253
R19工况环境模拟程度、材料设备供应程度、试验主体配合程度等。IIIIIIIII0.207
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表7
节点R15与其父节点R6R7R8R18依赖关系的条件概率
ChildParentR6R7R8R18
R15StateYYYY
Y0.280.300.300.37
N0.720.700.700.63
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3.2 风险预警分析与结果讨论

将根节点先验概率与条件概率表输入GeNIe 4.0软件中,通过贝叶斯网络因果推理功能获取非根节点风险后验概率的分布结果并显示预警信号,如图5所示。其中R18R14R15R20的预警信号为黄色,处于最低合理可行区域,说明风险管理人员需制定最为经济合理的防控措施,直至其降低到可忽略程度。叶节点“成果转化总效益受损I”的预警信号也为黄色,说明自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术尚未达到转化标准,国铁集团科信部、L铁路工程建设指挥部、L铁路技术创新中心等技术创新管理单位应暂不批准该项技术创新成果进入试验段试验。

图5
贝叶斯网络因果推理结果
pic

为进一步诊断风险诱因,利用贝叶斯网络的逆向推理、敏感性分析、最大致因链分析功能,对成果转化风险因素及风险传导链路进行定量研究,分别计算得出风险事件发生条件下非叶节点的后验概率、敏感度以及风险传导链路的作用强度,结果如图6所示。

图6
贝叶斯网络逆向推理、敏感性分析、最大致因链分析结果
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根节点风险因素由于具有风险源的属性,在事前易被采取针对性风险防控措施,是风险诊断过程应关注的重点。由图6可见,根节点中R9R3R11R4的后验概率较大,是导致成果转化总效益受损可能性较大的风险因素。其中R9的后验概率达52.91%,显著高于其他根节点风险因素,在风险防控中需被格外关注。根节点中R9R11的敏感指数最高,稍微调整上述敏感性因素的风险水平,便可对成果转化总效益造成较大的影响。R10R17R9R16R9R10的作用强度明显高于其他风险传导链路,它们对整个风险网络的影响较大,可以通过控制两端的风险因素切断这些链路从而降低风险水平。

综合上述分析,发现根节点风险因素中成果转化组织网络不健全R9、知识产权机制不健全R11对叶节点成果转化总效益受损I的影响程度最大,是自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术转化活动的关键风险因素。以上风险预测与诊断结果与国铁集团在工程现场的风险评价结果高度拟合,验证了模型的可行性和有效性。

为阻断关键风险在网络中的传导,尽可能避免成果转化总效益受损,本文提出以下靶向风险防控策略:针对R9,国铁集团等需统筹协调好各技术创新主体间的合作关系,充分发挥技术创新成果转化平台优势,强化成果转化组织保障;针对R11,需健全知识产权价值评估机制,组建利益分配领导小组,基于利益共享与风险共担原则,制定切实可行的利益分配方案,从而充分激发各主体的参与积极性与创造力。在采取以上策略后,应不断采集风险信息并更新贝叶斯网络,通过贝叶斯网络演化分析以优化风险防控策略,从而保障成果转化总效益目标的达成。

4 结论

1) 基于扎根理论质性识别出21项重大建设工程技术创新成果转化风险因素,将其归纳为技术风险、管理风险、资源风险、效益风险4类,并由此建立风险因素清单,从而弥补了重大建设工程技术创新成果转化风险因素辨识研究的不足,为成果转化风险的后续研究奠定了基础。

2) 基于DEMATEL-ISM-BN建立了重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型。剖析各风险因素的属性、重要度以及相互影响程度,从普适性角度辨识出影响成果转化的重要风险因素;建立了6级3阶有向解释结构模型,揭示了风险因素的作用路径;构建了贝叶斯网络拓扑结构,提出了基于三角模糊数和DUOWA算子思想的根节点先验概率计算方法,引入Noisy-or gate模型确定条件概率表,借助贝叶斯网络强大的推理能力,测度风险因素的发生概率、重要度、敏感度和风险传导链路强度,进而可筛选出具体情境下的关键风险因素,实现对成果转化关键风险的靶向防控及持续监测。

3) 选取典型案例对所构建的风险预警模型进行仿真分析。研究发现自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术尚未达到试验段试验标准,成果转化组织网络不健全、知识产权机制不健全为导致风险事件发生的关键风险因素,并由此提出了靶向风险防控策略。仿真分析结果与工程现场风险评价结果高度拟合,验证了模型的适用性。

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WANG Qing’e,JING Haofei,GUO Zhenxu,et al.Risk early warning model of technological innovation achievements transformation in major construction projects based on DEMATEL-ISM-BN[J].Journal of Railway Science and Engineering,2025,22(03):1315-1327.