بخشی از مقاله
*** این فایل شامل تعدادی فرمول می باشد و در سایت قابل نمایش نیست ***
آنالیز ریسک در پروژه های عمرانی درون شهری با استفاده از شبکههای اعتقادی بیزین، مطالعه موردی: بزرگراه امام علی(ع)
چکیده
پروژههای درون شهری را میتوان به دلیل ماهیت ویژه آنها از سایر پروژهها تفکیک کرد. مسائل مربوط به تملک معارضین ملکی، نبود نقشه های جانمایی دقیق از تاسیسات مدفون و به تبع آن تغییرات احتمالی در طراحیها منجر میشود تا مطالعات ویژهای در ارتباط با مدیریت ریسک این گونه پروژه ها انجام گیرد . از اینرو در مقاله حاضر به آنالیز ریسک در یکی از پروژههای بزرگراهی در شهر تهران پرداخته شده است. روش های مختلفی که در ادبیات آنالیز ریسک ارائه شده است عمدتا با بررسی انفرادی هر یک از ریسکهای موجود و یافتن شدت اثر آنها روی یک یا چند هدف پروژه ( معمولا زمان یا هزینه) آنالیز ریسک پروژه را انجام میدهند و از بررسی اندرکنش میان ریسکها و اثر همزمان آنها صرفنظر میکنند. رخداد برخی از ریسکها میتواند روی ریسکهای دیگر تاثیر گذاشته و آنها را تشدید کند. گاهی اوقات نیز رخداد همزمان چند فاکتور ریسک پیامد مشترک داشته و باید از جمع جبری اثرات آنها اجتناب کرد. این مقاله با ارائه روش آنالیز ریسک با استفاده از شبکههای اعتقادی بیزین ( Bayesian Belief (Networks به ارزیابی تاثیر همزمان ریسکها روی زمانبندی پروژه پرداخته است.
کلمات کلیدی
آنالیز ریسک ، شبکه های اعتقادی بیزین، مدیریت پروژه، پروژه های عمرانی درون شهری.
-1 مقدمه
در پروژه های ساخت بخش عمده ای از چالشها که در حین چرخه حیات پروژه بوجود میآیند از قبل برنامه ریزی نشدهاند و مدیران در مواجهه با این چالش ها اقدام به تصمیمگیریهای واکنشی و ناگهانی میکنند. هر پروژه دارای درجه مشخصی از ریسک است و این درحالیست که مدیران پروژه آمادگی پایینی برای شناسایی و پاسخ به این ریسکها دارند.[1] درنتیجه با توجه به مدت زمان ناکافی برای تصمیمگیریها اغلب پروژهها با تاخیرات و بودجههایی غیرقابل مقایسه با برنامههای اولیه به پایان میرسند. در این مقاله شناسایی و آنالیز ریسک بعنوان مهمترین اجزای پلان مدیریت ریسک در یکی از پروژههای بزرگراهی در شهر تهران بررسی شدهاند. اندازه و پیچیدگی پروژههای بزرگراهی در حال افزایش است و این باعث هرچه بیشتر شدن سطح ریسک پروژه میگردد و در نتیجه اجرای موفق این گونه پروژه ها مستلزم پیاده سازی برنامه مدیریت ریسک ویژه ای است .[2] از سوی دیگر فرآیندها، ابزارها، مستندسازیها و ارتباطات مربوط به مدیریت ریسک نسبت به دیگر حوزه های مدیریتی پروژه های بزرگراهی کمتر مورد توجه قرار گرفتهاند .[3] بخصوص در پروژههای درون شهری این چالشها بیشتر میتوانند نمود پیدا کنند. یکی از مشکلاتی که این گونه پروژه ها را از سایر پروژه ها متمایز میکند بحث معارضین است. مسائل مربوط به تملک معارضین ملکی، نبود نقشه های جانمایی دقیق از تاسیسات مدفون و به تبع آن تغییر در طراحیها ریسک این گونه پروژه ها را افزایش میدهند.
بنابراین در این گونه پروژه ها ضرورت پلان مدیریت ریسک جهت کاهش اثرات منفی قبل از شروع چرخه حیات پروژه و در حین آن احساس میشود. اما در این میان شناسایی و آنالیز ریسک از اهمیت بسزایی برخوردارند. مهمترین ضعف روش های متعارفی که در ادبیات آنالیز ریسک ارائه شده اند اینست که عمدتا با بررسی انفرادی هر یک از ریسکهای موجود و یافتن شدت اثر آنها روی یک یا چند هدف پروژه (معمولا زمان یا هزینه) آنالیز ریسک پروژه را انجام میدهند و از بررسی اندرکنش میان ریسکها و اثر همزمان آنها صرفنظر میکنند. رخداد برخی از ریسکها میتواند روی ریسکهای دیگر تاثیر گذاشته و آنها را تشدید کند. گاهی اوقات نیز رخداد همزمان چند فاکتور ریسک پیامد مشترک داشته و باید از جمع جبری اثرات آنها اجتناب کرد. بعنوان مثال ریسک شرایط آب و هوایی بد و اعتصاب کارگران یک نتیجه مشترک دارد و آن تعطیل شدن کارگاه است؛ بنابراین نباید پیامد این دو فاکتور ریسک جمع گردد. این مقاله با ارائه روش آنالیز ریسک با استفاده از شبکه های اعتقادی بیزین به ارزیابی تاثیر
همزمان ریسکها روی زمانبندی پروژه پرداخته است.
بکارگیری شبکههای اعتقادی بیزین در حوزه مدیریت ریسک و بحثهای مرتبط آن در پروژه های ساخت بر موضوعات زیر متمرکز بوده است: شبکههای اعتقادی جهت تشخیص عملکرد پروژه های ساخت [4]، ارزیابی ریسک در پروژههای ساخت با ارائه مدل آنالیز ریسک زمانبندی پروژه [5]، آنالیز ریسکهای قراردادی پروژه های ساخت با استفاده از استخراج نظر خبره و شبکههای بیزین [6]، کمی سازی ریسک زمانبندی پروژههای ساخت با استفاده از شبکههای اعتقادی بیزین [7]، کاربرد شبکههای اعتقادی بیزین جهت کمی سازی و نمایش مناطق در معرض ریسک جهت حفاظت از خاک [8]، و آنالیز احتمالاتی ریسک آسیب به املاک موجود ناشی از حفاری تونل در مناطق مسکونی .[9]
با توجه به مطالب اشاره شده این تحقیق بر دو موضوع پروژههای عمرانی درون شهری و روش آنالیز ریسک با استفاده از شبکههای اعتقادی بیزین متمرکز است. به همین منظور در بخش نخست به معرفی روش مدلسازی با استفاده از شبکههای اعتقادی بیزین پرداخته شده است. در گام بعد پروژه مورد مطالعه معرفی شده است. سپس بخش شناسایی ریسک در پروژه مورد مطالعه آورده شده است. در مرحله بعد با استفاده از روش شبکههای اعتقادی بیزین مدلسازی آنالیز ریسک انجام شده و اعتبارسنجی شده است. در انتها نیز به بحث و نتیجهگیری پرداخته شده است.
-2 شبکههای اعتقادی بیزین
شبکه های اعتقادی بیزین ارتباطات علت- اثر بین متغیرها را با استفاده از مدل گرافیکی توصیف میکنند [10]، .[7] اساس این روش بر تئوری احتمال شرطی استوار است که برای اولین بار توسط توماس بیز در اواخر سده 1700 ارائه شد.[11] بیز یک قاعده ابتدایی از احتمال را بدست آورد که بعدها به قضیه بیز شهرت یافت (رابطه .(1 اما شبکههای اعتقادی بیزین برای اولین بار در دهه 1970 میلادی در دانشگاه استنفرد پایه ریزی شدند. در دهه 80 از محبوبیت آنها کاسته شد ولی از دهه 90 دوباره مورد توجه قرار گرفتند.[4]
یک شبکه اعتقادی بیزین را میتوان به دو بخش کیفی و کمی تقسیم کرد .[12] بخش کیفی این روش، یا اصطلاحا یادگیری ساختاری (Structural Learning)، نمایش گرافیکی استقلال و وابستگی حاکم بر متغیرهاست. از این حیث شبکه اعتقادی بیزین را میتوان یک گراف جهت دار غیرچرخه ای متشکل از تعدای گره و
پیکان دانست. گره ها در شبکه بیانگر متغیرهای شانسی هستند که حالت های آنها معمولا با اعدد گسسته یا پیوسته نمایش بیان میشوند و پیکان ها ارتباطات سببی بین متغیرها را نشان میدهند. شکل 1 نمایش ساده ای از یک شبکه اعتقادی بیزین است که در آن گره واقع در ابتدای پیکان ، اصطلاحا گره والد (Parent Node) ، مستقیما بر گره واقع در انتهای پیکان، اصطلاحا گره فرزند ( Child (Node ، اثرمیگذارد.
شکل :(1) نمونهای از یک شبکه اعتقادی بیزین ساده با دو متغیر A و B ، به ترتیب با حالتهای a1 و a2، و b1 و b2، به همراه جدول
احتمالات شرطی متغیر B با فرض رخداد متغیر .A
بخش کمی، یا اصطلاحا یادگیری پارامتریک Parametric) (Learning، وابستگی بین متغیرها را محاسبه میکند .[13] به منظور نمایش شدت و اثر ارتباطات ابتدا به گرههایی که فاقد گره والد هستند، یا اصطلاحا گره های ریشه ای نامیده میشوند، احتمال رخداد ریسک تخصیص داده میشود که به آن احتمال پیشین (Prior Probability) اطلاق میگردد . سپس به هر گره فرزند که دارای والد(هایی) است یک جدول احتمال شرطی (Conditional Probability Table) تخصیص داده میشود. برای مثال به گرهی که بیانگر متغیر B با والد A است، جدولی همانند شکل 1 تخصیص داده میشود که در آن بازای دو حالت رخداد a1 و a2 برای متغیر A، مقادیر احتمال رخداد دو حالت b1 و b2 برای متغیر B بصورت شرطی تعیین میگردد. نماد احتمال شرطی متغیر B با فرض رخداد متغیر A بصورت P(B|A) نشان داده میشود که این فرم از احتمال رخداد، احتمال پسین ( Posterior (Probability نامیده میشود. برای مثال اگر متغیر A در حالت a1 باشد، مقدار احتمال رخداد متغیر B برای آنکه در حالت b2 باشد برابر P(B= b2 | A= a 1) = 0/7 است. جهت پر کردن اعداد جدول احتمالات شرطی میتوان از دو طریق داده های تاریخی و نظر خبره اقدام کرد. اشکال داده های تاریخی این است که برخی از پروژه های خاص و غیرمتعارف دارای ماهیت پیچیده و عدم قطعیهای فراوانی هستند و در نتیجه نمیتوان از تجربیات پروژه های پیشین بهره چندانی برد. ترکیب داده های پیشین و نظر خبرگان منجر به توصیف دقیقتری از احتمال رخداد ریسک خواهد شد. در شکل 1 توزیع احتمال مشترک برای متغیرهای شبکه بصورت زیر بدست میآید:
از روی توزیع مشترک میتوان مقدار P(B) را از مفهوم توزیع کنارهای
بدست آورد .[14] در شبکه شکل ( (1 مقدار احتمال رخداد متغیر B برای آنکه در حالت b1 باشد، با فرض احتمال پیشین متغیر A
بصورت P(A) = (a 1, a2) = (0 .8 , 0.2) ، بصورت زیر است:
حال اگر بر عکس مشاهدهای روی متغیر B انجام شود و بخواهیم از روی آن P(A|B) را بدست آوریم، قضیه بیز وارد عمل میشود. با توجه به رابطه (1) احتمال رخداد P(A|B) بصورت
محاسبه میشود. مقدار P(A) بصورت احتمال پیشین قابل حصول است و مقدار P(B|A) با استفاده از جدول احتمالات شرطی بدست می آید و بالاخره مقدار P(B) نیز از توزیع کنارهای حاصل میشود و به این ترتیب بدون آنکه ساختار شبکه تغییر کند روند بصورت عکس طی شده و مقدار احتمال رخداد اثر با توجه به مشاهده انجام شده روی علت بدست می آید. توجه شود مقدار P(B|A) با توجه به ساختار شبکه از روی احتمالات شرطی قابل حصول است اما مقدار P(A|B) را نمیتوان مستقیما محاسبه کرد.
در زیر مزایای اصلی شبکههای اعتقادی بیزین آورده شده است.
• شبکه های اعتقادی بیزین ظرفیت بالایی برای پذیرش داده های ورودی و ارائه خروجی دارند .[4]
• مقدار یک متغیر را میتوان بصورت یک داده ورودی وارد ساخت یا مقدار احتمالی آنرا بعنوان یک داده خروجی سیستم ارزیابی کرد .[4]
• همچنین BBN را میتوان با استفاده از نظر خبره و بدون استفاده از داده های تاریخی ایجاد کرد .[15]
• ساختار شبکههای اعتقادی این اجازه را میدهد که متغیرهای جدید را به قسمتی از سیستم اضافه کرد بدون آنکه نیاز به تغییر در دیگر نقاط سیستم باشد. این ویژگی BBN را میتوان بعنوان مثال با شبکههای عصبی مقایسه کرد که در آن اگر نیاز به اضافه یا حذف یک متغیر باشد باید ساختار مدل را دوباره طراحی کرد .[4]
• BBN قادر است استقلال شرطی را نسبت به روش متناظر آن همانند درخت تصمیم بهتر نمایش دهد .[16]
• همچنین محدودیتهای روش BBN در تحقیق آدامز [6] آمده است.
-3 معرفی پروژه
پروژه ای که در این مقاله مورد بررسی قرار گرفته است بزرگراه امام علی(ع) است که در شرق شهر تهران در حال ساخت است. طول این پروژه در حدود 6 کیلومتر است و شامل 12 پل اصلی و 7 پل رمپ است. حجم عملیات خاکی پروژه در حدود 4 میلیون مترمکعب بوده و مدت اولیه قرارداد این پروژه 20 ماه است. همچنین این پروژه در قالب طرح بزرگراه 36 کیلومتری امام علی (ع) است که 9 کیلومتر آن قبلا ساخته شده و 27 کیلومتر آن در حال ساخت و اتمام است. (شکل .(2
شکل :(2) پروژه بزرگراه امام علی(ع)- حد فاصل میدان محلاتی تا بزرگراه آزادگان
-4 شناسایی ریسک
شناسایی ریسک فرآیند تعیین ریسکهای موثر روی پروژه و مستندسازی خصایص آنهاست .]71[ طبقه بندی انواع ریسک میتواند جهت سهولت در شناسایی و نیز نظم بخشیدن به ریسکهای پروژه سودمند باشد. برای دسته بندی ریسکها، مصطفی و البهار ]78[ ریسکها را در 6 گروه گردآوری کردند: بلایای طبیعی، ریسکهای فیزیکی، ریسکهای مالی و اقتصادی، ریسکهای سیاسی و محیطی، ریسکهای طراحی و ریسکهای مرحله ساخت. همچنین چپمن ]71[ آنها را در 4 گروه بصورت زیر دسته بندی کرد: ریسکهای محیط، صنعت، کارفرما و پروژه. شن و همکاران ]02[ نیز این کار را بصورت زیر انجام دادند: ریسکهای مالی، قانونی، مدیریت، بازار، سیاست و ریسکهای فنی. با توجه به دسته بندی های عنوان شده و نیز دیگر کارهای قبلی، دسته بندی ریسکها در پروژه مورد مطالعه در سه گروه ریسکهای بیرونی، کارفرما، طراحی و ساخت انجام شده است. برای شناسایی عوامل ریسک معمولا از روشهای برگزاری جلسات ریسک (بعنوان مثال بهره گیری از ایده طوفان فکری ((Brainstorming)، استفاده از پرسشنامه، بکارگیری تکنیک دلفی (Technique Delphi) ، استفاده از داده های تاریخی در ارتباط با پروژه های مشابه، استفاده از چک لیست های استاندارد، بهره گیری از نظر خبره، و مشاهده و بررسی مستقیم عوامل ریسک در پروژه، استفاده میشود. در این پروژه ترکیبی از سه روش چک لیست های استاندارد، نظر خبره و مشاهده ریسک در پروژه بکار گرفته شده است. برای این منظور با استفاده از چک لیست های استاندارد، مصاحبه حضوری با تعدادی از سرپرستان کارگاه ها و مشاهده مستقیم عوامل با توجه به تجربه حضور در اجرای پروژه، عوامل ریسک رصد شده و با توجه به دستهبندیهای اشاره شده در بالا طبقهبندی شدهاند. با توجه به محدودیت فضا عوامل ریسک در خلال آنالیز ریسک آورده شده اند (شکل .(3
-5 آنالیز ریسک
کنگری و ریگز ]07[ مدلهای سیستماتیک آنالیز ریسک را به دو دسته تقسیم کردند: مدلهای کلاسیک (بعنوان مثال آنالیز احتمال و شبیه سازی مونت کارلو) و مدلهای مفهومی ( بعنوان مثال آنالیز
مجموعه های فازی). آنها مدعی شدند مدلهای احتمالاتی دو نقیصه بزرگ دارند. اول آنکه برخی از مدلها مستلزم داده های کمی مفصل هستند که معمولا در زمان برنامه ریزی در دسترس نیستند، و دوم آنکه، پیاده سازی این گونه مدلها روی فرآیند آنالیز ریسک پروژه واقعی دارای محدودیت است، زیرا گروه های شرکت کننده در پروژه مشکلی تحت عنوان تصمیم گیری دقیق را دارند. علت آن اینست که مسائل بصورت روشن تعریف نمیشوند و مبهم هستند، بنابراین افراد برای این منظور به ارزیابی های ذهنی (Subjective) نیاز دارند که مدلهای کلاسیک قادر به انجام آن نیستند. شبکه های اعتقادی بیزین را میتوان بعنوان تلفیقی از دو روش بالا قلمداد کرد. شبکه های اعتقادی بیزین سیستمهای خبره احتمال-محور هستند که عدم قطعیت را با بهره گیری از تئوری احتمال و وابستگی شرطی مدلسازی میکنند .]4[ در خصوص مشکل اول از آنجا که در این روش برای تخصیص احتمالات علاوه بر داده های تاریخی از نظرات خبرگان نیز میتوان استفاده کرد، بنابراین نیاز به پایگاه مفصلی از داده ها نیست. روش BBN این قابلیت را دارد که وقتی داده های تجربی کافی وجود ندارد فرآیند تصمیم گیری را تقویت میکند .]8[ در خصوص مشکل دوم با توجه به درنظرگیری عدم قطعیت از طریق استخراج نظر خبرگان (همانند آنچه در روش مجموعه های فازی از طریق متغیرهای زبانی انجام میشود) بر این نقیصه نیز میتوان فایق آمد.
فرآیند آنالیز ریسک در این تحقیق در سه مرحله انجام شده است: در گام نخست، برای ریسکهای شناسایی شده ارتباطات علت- اثر با استفاده از پرسشنامه بدست آورده شدند. با شکل گیری ارتباطات علت- اثر ساختار کلی شبکه اعتقادی بیزین بدست آمد. در گام دوم، برای هر یک از گره های شبکه که در حکم ریسکهای پروژه هستند، جدول احتمالات شرطی با استفاده از نظرات خبرگان تخصیص داده شد و اطلاعات در نرم افزار نتیکا (Netica- www.norsys.com) وارد شد. با تعریف این اطلاعات در نرم افزار، آنالیز آن انجام گرفته و کار به پایان رسید . در گام سوم، بعنوان یک رویکرد تکمیل کننده در آنالیز و مدیریت ریسک، آنالیز حساسیت صورت گرفت تا میزان حساسیت تاخیر زمانبندی نسبت به رخداد برخی از ریسکهای برگزیده سنجیده شود.
-1-5 ارتباطات علت- اثر
به منظور ساخت شبکه بیزین پروژه ابتدا باید نحوه تاثیر ریسکهای
