（水工结构工程专业论文）基于蒙特卡罗方法的水电工程投资风险分析及其应用.pdf

摘要 水电工程般具有规模大、投资大的特点，一旦发生风险造成的经济损失 往往是很大的，因此，对风险的前期评估就显得尤为重要。项目可行性研究作为 水电项目生命周期的一个非常重要的阶段，是在项目投资决策前对建设项目进行 全面技术经济分析和论证，并对项目建成后的经济效益进行科学的预测和评价， 是项目投资的主要依据。本文结合水电工程项目风险特征，采用系统工程理论、 概率论及模拟技术等先进理论与技术，对水电工程可行性研究阶段的投资风险进 行研究。主要研究内容及成果如下： 对风险及项目风险管理的一般流程进行了简要叙述，并对水电工程投资 ( 费用) 及效益方面的风险分析的研究现状作了较详细的阐述。 结合水电工程项目投资风险的特点，介绍了项目分解结构( w b s ) 分析和 风险因素分解( r b s ) 分析的一般步骤，并对水电： 程投资风险因素进行了分析， 进而建立了基于w b s 和r b s 的水电工程动态风险管理体系。 在分析水电工程投资( 费用) 和效益的构成情况基础上，从盈利t i j j 指 标和清偿能力指标两方面来估计水电工程的投资风险，给出水电工程投资和财务 评价的现金流构成，研究了水i 电工程投资风险变量的影响关系，并讨论了模拟次 数的确定。运用模拟技术，将水电工程投资风险与财务指标相结合，为快速进行 项目科学决策提供依据。 以我田西南地区某水电工程为背景，进行项目结构分解( w b s ) ，结合专 家经验剥该工程进行风险因素辨识，在综合考虑总成本费用及税收等因素的基础 上，对1 ：程投资风险及其指标进行分析评价，进而为工程的可行性研究提供必要 的决策依据。 关键词：水电工程，投资肛l 险分析，项目分解结构，风险分解结构，蒙特譬罗方 法，可行性研究 a b s t r a c t m a k i n gp r o p h a s ee v a l u a t i o no fh y d r o p o w c rp r o j e c ti n v e s t m e n tr i s k si so fm u c h i m p o r t a n c eb e c a u s eo ft h eh u g ee c o n o m i cl o s sc a u s e db yt h en e g a t i v ee f f e c t so ft h e r i s kf a c t o r s b e i n gav e r yi m p o r t a n tp h a s eo ft h el i f e c y c l eo ft h eh y d r o p o w e rp r o j e c t t h ef e a s i b i l i t yo ft h ep r o j e c t ，t h eb a s i so fp r o j e c ti n v e s t m e n t ，i st oc o m p r e h e n s i v e l y a n a l y z ea n dd e m o n s t r a t et e c h n o l o g ye c o n o m yb e f o r et h ed e c i s i o n m a k i n go ft h e i n v e s t m e n t ，a n ds c i e n t i f i c a l l yf o r e c a s ta n da s s e s st h ee c o n o m i cb e n e f i t sa f t e rt h e a c c o m p l i s h m e n to ft h ep r o j e c t i nt h i sp a p e r ，t h ei n v e s t m e n tr i s ko fh y d r o p o w e r p r o j e c tf e a s i b i l i t yr e s e a r c hi s s t u d i e db a s e do nt h et h e o r i e so fs y s t e m se n g i n e e r i n g ， p r o b a b i l i t y , a n ds i m u l a t i o nt e c h n i q u et h e c o n t e n ts t u d i e da n dc o n c l u s i o n sd r a w na r e a sf o l l o w s ： 1t h eg e n e r a lf l o wo fr i s ka n dp r o j e c tr i s km a n a g e m e n ti sb r i e f l ys t a t e d ，a n dt h e r e s e a r c ha c t u a l i t yo fr i s k sa n a l y s i sc o n c e r n i n gh y d r o p o w e rp r o j e c ti n v e s t m e n ta n d b e n e f i t si sr e v i e w e di nd e t a i l ， 2 c o m b i n i n gt h ec h a r a c t e r i s t i c so fi n v e s t m e n tr i s k so fh y d r o p o w e rp r o j e c t ，t h e r i s kf a c t o r so fh y d r o p o w e rp r o j e c ta r ea n a l y z e da n dt h eh y d r o p o w e rp r o j e c td y n a m i c r i s km a n a g e m e n ts y s t e mi se s t a b l i s h e da c c o r d i n gt ot h ep r o c e d u r eo fw b sa n dr b s d e s c r i b e d 3t h es t r u c t u r eo fh y d r o p o w e rp r o j e c ti n v e s t m e n ta n db e n e f i t si sa n n y s e dt w o i n d i c e s p a y o f fc a p a b i l i t y i n d e xa n dc o m p e n s a t e c a p a b i l i t yi n d e x ，a r eu s e d ； c o m p o n e n t so fc a s hf l o wo fh y d r o p o w e rp r o j e c ti n v e s t m e n ta n df i n a n c ee v a l u a t i o na r e p r e s e n t e dt or e s e a r c ht h ei n f l u e n c eo f i n v e s t m e n tr i s kv a r i a b l e so f h y d r o p o w e rp r o j e c t ad i s c u s s i o na b o u tt h ed e c i s i o no fs i m u l a t i o nc o u n ti sm a d et h es i m u l a t i o nt e c h n i c w h i c hc o m b i n e sh y d r o p o w e rp r o j e c ti n v e s t m e n tr i s ka n df i n a n c ei n d e xp r o v i d e sb a s i s f o rs c i e n t i f i cd e c i s i o n m a k i n g 4w b si s a p p l i e di n ah y d r o p o w e rs t a t i o no ft h es o u t h w e s to fc h i n at o d i s t i n g u i s ht h er i s kf a c t o r so ft h es t a t i o nw i t he x p e r te x p e r i e n c et h ee v a l u a t i o no f p r q i e c ti n v e s t m e n tr i s ka n di n d i c e si sm a d et op r o v i d eb a s i sf o rf e a s i b i l i t yr e s e a r c ho f t h ep r n j e c t k e y w o r d s ：h y d r o p o w e rp r o j e c t ；i n v e s t m e n tr i s ka n a l y s i s ；w o r kb r e a k d o w ns t r u c t u r e r i s kb r e a k d o w ns t r u c t u r e ；m o n t l ec a r l om e t h o d ；f e a s i b i l i t yr e s e a r c h 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨垄盘鲎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：夕寸兰菱差签字日期：2 了年亿月芗矿日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解：墨生盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁壅苤堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编队供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名= 纠垒经、 签字 1 期：z 胛5 年，无月弓口r 翮虢氽鹕 签字只期：知西年2 月；f 蜀 天津大学硕十学位论文 第一章绪论 第一章绪论 随着科学技术的飞速发展和社会经济的空前全球化，展现在人类面前的是一 个既体现美好又充满风险的未来。一方面，人们期望凭借知识和科技的力量来摆 脱自然规律的束缚，并利用自然规律为人类自身谋求更长远的幸福；另一方面， 人类在改造自然的过程中，却又不断地制造风险，使得前者难以达到。这可以说 是人类社会自身发展所面临的一个“两难”境地。历史发展的经验表明“一部人 类文明发展之历史其实就是一都风险之奋斗史”。正因为如此，“风险分析与管理” 几乎涉及了社会经济生活中的各个领域，并得到越来越多的应用，如：朱鲲等【l j 提出风险因子的概念，并建立了一种包含两层结构的经济系统风险模型，从而提 高风险分析过程所包含的信息量和风险分析针对性；符志民1 2 将系统动力学分析 和随机网络模拟相结合，应用于航天项目的风险决策与管理。e vb u l i n s k a y a l 3 j 将风险分析理论与c o x r o s s r u b i n s t e i n 模型相结合，应用于企业库存管理领域， 使企业收支偿付能力显著加强。r o p p o n e n 等【4 】将软件开发风险划分为时间进度 风险、功能风险、合同风险、需求管理风险、资源风险和人员管理风险等六大部 分以减少软件项目失败的可能性。 工程建设项目作为人类社会经济活动的重要组成部分，在其实施过程中也必 然充满了来自各个方面的风险干扰和威胁，使得项目在费用、工期、功能和运行 效益等方面达不到预期的设计目标。这些风险因素通常来自项目的技术复杂性、 规模大型化、投资与管理的多元化和国际化、项目实施环境的多变性、合同条件 的严格性等诸多方面。由此产生了各种风险分析与管理技术，并在现代工程项目 风险管理中得到了日益广泛的应用。 目前，风险管理在工程建设领域已经逐渐成为一个必不可少的工作内容。因 此，开展工程建设项目管理中风险管理的研究和探索，对于建设项目的顺利实施 以及项目预期目标的实现具有十分重要的意义。 1 1 工程项目风险管理概论 1 1 1 风险的概念及特征 在社会经济活动中，人们总是面临着各种各样的风险。从总体上看，风险是 客观存在、不可避免的，而且在一定条件下还带有某些共同属性和规律性。因此， 人们只能把风险缩减到最小程度，而不能将其完全消除。 大泮人学硕十学位论文 第一章绪论 站在不同角度、居于不同层次的人对风险往往有不同的理解。概括起来有以 下几种定义：风险是可能危及计划或工程项目的潜在问题，以问题发生的可 能性及其后果的综合影响来度量；风险是目前所采取的行动在未来没有达到 预期结果的可能性，其大小以失败的概率和后果两个变量来表示；风险是人 类活动结果的不确定性，是由于未来行动决策及客观条件的不确定性而引起的后 果与预定目标之间发生多种偏离情况的综合f 5 】；由于所处的环境和条件本身 的不确定性，而使认识主体不能够准确预见或控制的因素出现，使事件最终结果 与认识主体的期望产生背离，并存在着带来损失的可能性【6 】。 总的来说，风险就是代表不利事件发生的概率及其后果严重性的函数，即风 险主体在一定的时空条件下，由于条件的变化和决策的不确定性，导致行为后果 与预期目标发生偏离的可能性。负偏离越大，风险就越大。这种偏离可由两个参 数来描述：一是发生偏离的可能性，即事件发生的概率；二是发生偏离的方向与 大小，即后果；另外人们由于所处地位和环境的不同对于这种偏离会有不同的认 识。因此，可以将风险简单的认为是上述三个变量的函数，可用式( 1 1 ) 表示： r = f ( p ，k ，u )( 1 - 1 ) 式中：r 为风险的大小： ，不利事件发生的概率； k 不利事件发生后果的严重性； u 不同认识主体对于不利事件的感受。 上式中| j 两个变量可根据历史统计资料用概率论的方法来评估，第三个变量 则带有很强的主观色彩，在同样的情况下，不同的风险主体可能得到不同的结论。 图1 1 表明了风险的概念及综合上述三种变量评估风险等级的一般结果。 发生 概率 后果的严重性 图1 1 风险概念及评估风险等级示意图 风险的特征是风险的本质及其发生规律的表现。通常，风险具有以下特征： ( 1 ) 客观性。风险是不以人的主观意志为转移的，并会在一定条件下由潜在 2 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 的风险因素而转化为风险事故； ( 2 ) 不确定性。对于风险主体而言，从总体上说，发生风险是必然的，但对 具体项目而言，风险的发生及发生时间是随机的、不确定的； ( 3 ) 可变性。风险因素可能因为人们采取的某些行动或对事物的认知程度的 不同而发生变化； ( 4 ) 相关性。同一风险事件，若风险主体采取不同的行为，做出不同的决策， 就会产生不同的风险后果，即与决策紧密相关； ( 5 ) 风险与利益的并存性。风险与利益的并存性是指风险主体在面临风险的 同时，往往有获得利益的机会。一般来说，风险越大，利益也越大，但获得一定 的利益又要以承担一定的风险为前提； ( 6 ) 部分可控性。风险主体可以对部分风险因素甚至风险事件施加有目的的 人为活动来控制其发生，减少造成的损失。 虽然风险具有不确定性，但人们对它却不是一无所知，也不是无法认知。可 以根据类似事件的统计资料，运用概率分析的方法，并结合对事物的逐步深入认 识对其做出预测和评估，从而为风险控制与管理奠定基础。 1 1 2 工程项目风险管理的基本过程 风险管理( r i s km a n a g e m e n t ) 属于项目管理功能的一部分，然而与其他管理 功能又有一定的区别。图1 2 中给出了风险管理与项目管理其他部分的关系。 图1 2 风险管理与项目管理各个部分之间的关系 美国项目管理协会( p m i ) 1 9 9 2 年颁布的项目风险管理分册t ：n ( p g h m ) 中 对风险管理以及风险管理的目的定义如下： 天津大学硕+ 学位论文 第一章绪论 项目风险管理贯穿项目整个生命期，从项目目标的最大利益出发，对项 目风险进行识别、评价以及响应( 采取对策) 的艺术和科学。 风险管理正是这种在不同的项目阶段，基于风险主体对可能遇到的风险进行 识别、量化和评价，并在此基础上有效地控制、监督风险，以最低的成本实现项 目总目标的科学管理过程嘲。由于风险的可变性等特征，风险管理的过程也是一 个不断反馈的过程，同时由于项目所处的阶段不同( 相应的风险因素也不同) ， 风险管理的内容也不尽相同，其整个过程是一个伴随着整个项目寿命期的、动态 的、不断循环的过程。如图1 3 所示为风险管理的一般过程。 图1 - 3 风险管理的一般过程 1 2 水电工程投资风险分析研究的背景及意义 由于项目技术与环境越来越复杂，特别是一些超大型项目，项目的风险性在 不断增大，国内外尤其是在发展中国家，工程项目( 包括水电工程) 工期拖延和 投资膨胀的情况时有发生i g , t o 。秦大庸等1 1 1 对国内1 0 0 多座大型水利水电工程的 原概算投资和决算投资进行了对比分析，结果表明8 2 4 的工程在不同程度上超 过原概算投资；超过原概算5 0 以内者，占2 3 ；超过原概算投资5 0 , - - 1 0 0 者，占4 0 ；超过原概算投资1 0 0 以上者，占1 9 4 。 在许多国家，发电是建设水电工程的主要目的，目前水电已经占世界总电力 供应的1 9 ，有2 4 个国家占到本国总发电量的9 0 ，6 3 个国家超过5 0 。水电 能源是一种可再生、清洁廉价、便于调峰、能修复环境生态、兼有一次与二次能 源双重功能、极大促进地区社会经济可持续发展、具有防洪、航运和旅游等综合 效益的电能资源。 水电工程有如下特点： 水电工程投资规模大，水电工程建设是一个庞大的系统工程，需要投入 大量的资金。一个项目少则数亿元，多则上百亿甚至上千亿元。按照一 般规律，投资规模越大，投资者承担的风险就越大，并且还将面对通货 4 大泮人学硕七学位论文 第一章绪论 膨胀率、贷款利息率以及电力市场供求关系等变化所带来的风险； 水电工程建设周期长，从项目初步规划或项目立项到项目建成投产，要 经历许多复杂的环节，这一过程往往需要几年，甚至十几年的时间才能 完成。在长期的建设过程中，受自然条件的影响很大； 水电工程对社会和环境的影响较大，一方面需要淹没部分农田土地、城 镇古迹，另一方面，可修复该地区的小气候，形成新的水域生态环境， 有利于生物生存，有利于人类进行防洪、灌溉、旅游和发展航运； 大型水电工程与其他基础设施工程相比，其移民数量往往非常巨大，如 三峡工程的移民和淹没补偿费用就几乎占到工程静态投资的4 5 。 进入2 l 世纪，中国的水电资源开发利用进入快速发展的黄金时蝌1 2 】( 表l l 列出了我国己建、在建、拟建和待建的部分水电站的主要指标) ，水电能源建设 己成为我国现代化建设和国家可持续发展的重要内容之一，已经展现出令人鼓舞 的美好前景。但是，随着我国投资体制改革的进行和投资主体的日益多元化，水 电工程项目投资建设已经由过去单一的政府投资兴建向银行等金融机构融资兴 建、引入民间资本和利用外资等方向转化，这就使得在兴建水电项目时，项目业 主和投资方极为关注项目的投资风险大小，以及项目的投资收益性，即项目投资 能否实现预期的目标收益。 表1 - 1 我国已建、在建、拟建和待建的部分水电站主要指标汇总表 水电站 装机容量年发电量迁移人口淹没耕地投资额 序号 名称 万k w亿k w h万人万亩亿元 1二峡1 8 2 08 4 6 88 4 4 1 4 1 7 39 0 0 9 2溪洛渡 1 2 6 05 7 3 53 9 53 6 94 4 5 7 3 3 白鹤滩 1 2 0 05 1 5 06 9 9 0 14 2 4 6 4 4向家坝 6 0 02 9 3 3 87 93 5 82 2 4 5 1 5小湾 4 2 0】9 0 62 8 73 4 92 2 2 ，5 2 6二滩3 3 0 1 7 0 02 1 92 4 82 8 5 5 4 7龙滩 5 4 01 8 78 0 58 4 22 0 3 7 s构皮滩 3 0 09 6 6 71 9 73 4 41 1 5 6 9 沣；已建t 程( 用表示) 各项指标采用实际发生值；在建、拟建和待建工程采用按规划水平年物价标 准计算得到的静态投资，其他参数采用规划水平年相应标准，如兰峡工程采用1 9 9 3 年5 月的物价标准。 目j i ，胍险分析方法已逐渐被应用于各类工程项目中，在水电工程项目建设 领域，亚洲开发银行认为“大型水电项目应该进行定量风险分析”i t 3 。在招投标 领域，彭锟等将h d - p 方法和模糊数学相结合应用于d u b e ri c d a w a r 项目的风险 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 评价和招标中。而国外学者对大型水电项目风险问题研究最多的是关于大坝的可 靠性、洪水风险等关系国家或周边环境安全方面的问题1 1 5 t 嘲，而水电项目投资与 财务风险分析的研究与之相比，研究者相对较少【1 7 , 1 8 。 1 3 水电工程投资风险分析的国内外研究现状 2 0 世纪7 0 年代末，美国起草了水资源工程经济风险评价草案，强调联邦水 资源机构进行效益费用分析时须作风险与不确定性分析。h a i m c s 等 1 9 1 对水资源 工程规划与管理中的风险效益分析进行了讨论，标志着水资源工程经济风险分 析研究的开创。前苏联1 9 8 0 年首次引进考虑工程项目经济风险的概率分析方法。 我国在这方面的研究起步稍晚( 8 0 年代中) 。现行的水电建设项目经济评价规范 对此虽有所提及，但实际仍只限于盈亏平衡分析和敏感性分析。近年来，已有学 者认识到水电项目经济评价不确定性分析的不足，提出了一些新方法。 1 3 1 水电工程投资( 费用) 风险分析 文献【2 0 】【2 4 依据系统分析的原理。将工程项目投资费用分解为若干个子 费用，利用客观估计和主观估计相结合的方法，先估计出各子费用随机变化的参 数或离散概率分布，利用多元随机变量的有关理论得到总费用的概率分布曲线。 于九如【l7 】利用随机网络模拟的方法进行了投资项目工期与费用的膨胀临界分析。 随机分析方法虽然思路清晰，但子费用的划分及其相关系数比较关键及复杂，难 以正确处理。 唐晓阳【2 5 1 认为工程造价既具随机性，又具模糊性，结合概率论和模糊数学， 提出随机一模糊估算方法。苏振民应用灰色系统理论进行工程造价模糊估测。 这些方法都是根据待估工程与典型的已建工程间建筑结构的相似性来进行估计 的。由于水电工程的复杂性和长期性，将该法引入水电工程造价的估测还有一些 不足。胡颖【27 】考虑到待估和已建工程建造时间上的差异，提出工程造价动态模糊 估测法。吴泽宁等【2 8 】则引入模颧事件及模糊概率，研究基于模糊不确定性的水利 水电项目经济风险分析方法和风险评价指标。 1 3 ，2 水电工程效益风险分析 水电工程的效益有其不同于其他工程的特点，即天然来水的不确定性，运行 管理的不确定性，产出价格的特殊性，而且还有许多效益很难量化。因此，水电 工程效益风险分析的复杂性也不亚于其投资的风险分析。目前的研究不多，思路 基本与投资风险的随机分析方法一样。 文献 2 0 1 2 4 基本采用主观估计的方法。文献【2 9 】、 3 0 认为水电工程年发 6 天津大学硕七学位论文 第一章绪论 电效益主要与河流的年径流有关，可根据历史数据先求得年发电效益的概率分 布，用统计参数法求得总效益现值的概率分布或用蒙特卡罗模拟法，可不需设定 总发电效益现值的理论概率分布。谢安周1 2 9 l 认为年发电效益服从p i l l 型分布， 而总发电效益现值可认为近似服从正态分布；覃爱基 3 0 1 则提出不同意见，并用解 析法和蒙特卡罗模拟法检验证明，总发电效益现值也服从p i i i 型分布。 国内外对洪水风险率的研究成果相当丰富p “，但将其与洪水发生的后果联系 起来考虑的较少。现行的方法是水文水力计算与调查法、历史资料对比法相结合 计算洪灾损失。随着科学决策和经济评价越来越得到重视，防洪效益的定量研究 也逐渐丰富起来，主要有洪灾损失频率法，实际典型年系列法和保险费法，此外， 运用随机模拟法来计算防洪效益较传统方法更可信，精度更高。然而这都属确定 型的，由于防洪效益序列的特点( 有些年不发生洪水则无防洪效益) ，用多年平 均效益来代替年防洪效益，将与实际产生更大出入。李存斌1 3 2 1 对防洪效益进行了 风险分析，但仍采用的是频率法。朱元牲【3 3 】在传统防洪效益计算的数学模型基础 上，综合分析了水文、水流、工程旌工和运行管理等多种不确定性，建立了长江 中游防洪系统防洪效益的风险分析模型。 1 3 3 水电工程经济效益风险分析 国内学者的研究主要集中在工程费用的风险分析，以及各项工程效益如发 电、防洪等的风险分析，而对工程效果( 即经济评价指标) 的风险分析特别是评 价指标的概率分布线型的研究则以国外学者居多。 赵宝璋 2 2 1 提出用系统分析的观点，由各子系统( 子效益和子费用) 的风险推 求评价指标的风险，认为净效益现值服从分段正态分布。李国芳口4 】假设水利工程 各项子效益和子费用服从正态分布，采用参数解析法和蒙特卡罗法求解水利工程 经济效益指标的概率分布。g o i c o e c h e a a 2 叫根据估计的效益和费用的概率分布， 用解析法( 直接积分法) 推导出效益费用比的概率分布。d a n d ygc 1 2 4 1 作了进一 步简化，通过近似方法求得益本比的概率分布。y e o u k o u n gt u n g 3 5 】探讨了水资 源工程益本比、净效益的概率分布，比较了各种常用的描述益本比、净效益随机 性的概率密度函数的近似程度。此外，罗高荣【3 6 】考虑随机变量间相关性对经济评 价风险分析的影响，计算评价指标的风险率。王忠法【”l ，黄志中等用蒙特卡 罗模拟法求解经济评价指标的概率分布。罗高荣【3 9 删引入结构可靠性理论和系统 可靠性理论，研究了多重标准时求解水电工程经济评价风险率的方法。薛年华”i j 用最大熵法求解经济评价指标的概率分布。随后，李继清等 4 2 , 4 3 1 采用层次分析法， 将水利工程经济效益系统分为防洪、发电、灌溉效益子系统，辨识出风险因子， 建立了基于最大熵原理的经济效益风险分析模型。涂燕宁和肖焕雄m j 则考虑天然 7 大津人学硕十学位论文 第一章绪 论 径流的不确定性对发电效益的影响，将发电效益序列分解为低( 高) 年发电效益 两组序列，运用随机点过程理论，分别建立低( 高) 年效益的风险分析模型，研 究了发电效益的随机特性。 1 4 本文主要内容及结构 水电工程是一项充满风险且相当复杂的系统工程，涉及到许多不确定性因 素，其风险管理伴随着工程建设的全过程。而且，由于水电项目实施的过程较为 漫长，目标体系的构成也会随工程进展情况不断发生变化。因此，在这漫长的过 程中，遇到的不确定性就会很多，另外，不同阶段不确定性的出现频率和属性都 会不同。而对于建设项目，尤其是水电项目，这种最大的不确定性往往存在于项 目的早期，随着项目的进展，一般来说，这种不确定性会逐渐减少。如图1 4 所 示为一个典型的成本随时间变化的模型。从图中可以看出，随着项目的进行，不 确定性随之减少，成本也越来越接近实际成本。因此，在项目可行性研究阶段就 进行风险分析并在分析的基础上主动采取应对措施对于水电工程节约投资、提高 工程质量、如期完工有着十分重要的意义。 可燃段甏臻黪嚣箍 图1 q 项目成本随时间变化的鱼雷模型 水电工程投资巨大，一旦发生风险，造成的损失往往是十分巨大的，因此， 对风险的f j l 期评估就显得尤为重要。项目可行性研究作为水电项目生命周期的一 个非常重要的阶段，是在项目投资决策前对建设项目进行全面技术经济分析和论 证，并对项目建成后的经济效益进行科学的预测和评价，是项目投资的主要依据。 因此，本文主要针对项目可行性研究阶段进行水电工程的投资风险分析，将项目 的风险损失与最终的收益相联系。 8 大津大学硕士学位论文第一章绪论 在研究过程中，较为系统的探讨了水电工程投资风险分析须重点考虑的因 素，并结合案例对项目可行性研究阶段的投资风险分析进行实证研究。 结合水电工程项目自身的特点，建立基于w b s ( w o r kb r e a k d o w ns t r u c t u r e ) 和r b s ( r i s kb r e a k d o w ns t r u c t u r e ) 的水电工程动态风险管理体系； 在对发电量的预测过程中，由于目前阶段，水电项目一般与电网公司签 订购电协议和上网协议，因此，本文所研究的水电工程不考虑售电风险 的影响，故在考虑厂用电率之后，可得到年售电量，从而确定售电收入； 采用蒙特卡洛方法模拟各项工作的投资，形成投资额的概率分布，并得 到项目每年及各子项目的静态投资额及其分布情况； 针对项目资本金的构成情况以及各项贷款的还款年限，同时考虑项目在 运行期问主要税收支出、以及相关运营成本等因素，再结合前面所得到的年投资 额等指标，计算年净现金流量、内部收益率等财务指标； 以某水电工程为例，说明投资风险分析在水电工程中的应用。 本文共分五章，具体内容按章节划分如下： 在第一章中首先对风险及项目风险管理的一般流程进行了简要叙述，并对水 电工程投资( 费用) 及效益方面的风险分析的研究现状作了较详细的阐述，由此 通过对风险不确定性的认识以及可行性研究阶段对于水电工程的特殊意义，提出 本文的主要内容将围绕水电工程可行性研究阶段的风险分析与管理展开论述。第 二章，首先介绍项目分解结构( w b s ) 分析和风险分解结构( r b s ) 分析的一般步骤， 并构建了水电工程动态风险管理体系，进而为构建以项目活动为对象的风险管理 与控制体系打下基础。第三章则首先阐述水电工程投资( 费用) 和效益的构成情 况，进而通过水电工程投资风险分析的评价指标体系从盈利能力指标和清偿能力 指标两方面来估计水电工程的投资风险，在简要介绍风险因素发生及其影响的确 定的基础上，给出水电工程投资和财务评价的现金流构成，研究大型水电工程投 资风险变量的影响关系，并讨论模拟次数的确定的方法。第四章以我国西南某水 电工程为例，进行项目结构分解( w b s ) ，结合专家经验对该工程进行风险因素辨 识，在综合考虑总成本费用及税收等因素的基础上，对工程投资风险及其指标进 行分析评价，进而为工程的可行性研究提供必要的决策依据。第五章对本文的重 要结论进行总结，并阐明了未来研究工作的重点、难点及可能的研究方向。 9 大津人学硕十学位论文第二章基于w b s 和r b s 的水电工程投资风险因素分折 第二章基于w b s 和r b s 的水电工程投资风险因素分析 2 1 引言 工程项目风险分析理论方法研究起源于2 0 世纪6 0 年代，1 9 7 5 年以前，工 程项目风险研究的进展缓慢，特别是在定量分析方面；从1 9 7 6 年之后的2 0 年间， 工程项目风险分析理论与应用研究得到了快速发展，将系统理论应用于工程项目 风险分析是在2 0 世纪7 0 年代，也就是系统理论产生1 5 年之后1 4 ”。 关于风险分析与风险管理的关系问题，一般认为风险分析是风险管理的组成 部分。风险分析一般在项目前期准备阶段进行，可以作为项目可行性研究的一部 分，为项目投资决策、项目招投标、项目目标的确定与优化提供技术支持，当然 在整个项目生命周期其他阶段仍然需要进行风险分析工作，只是其作用没有在可 行性研究阶段明显、突出。针对项目进行风险分析与风险管理的优点，许多学者 进行了总结1 4 l 。 但由于水电工程本身的复杂性和所处环境的多样性，按照传统方式对其进行 投资和财务风险管理所得到的一般仅仅是风险度的大小，而没有考虑到其风险准 备金和财务成本等；另外，由于水电工程的建设周期长，所面临的风险因素也是 不断变化的，因此，怎样适应这种变化就成为水电工程投资风险管理的一项重要 的研究课题。 本章将针对水电工程项目生命周期构建适应水电工程特点的动态风险管理 体系，在构建风险管理体系的过程中，考虑到水电工程的复杂性，将其按照项目 结构进行分解，以便充分利用专家经验和已有的工程实例来估计工作的基本投资 额；同时按照风险来源对风险因素进行分类分解，将分解后的风险因素与项目工 作分解后的基本工作相对应，通过此种方法来考虑风险因素对整个水电工程的影 响。 2 2 项目分解结构( w b s ) 分析 在对水电工程项目进行投资风险分析过程中，由于建设期一般较长，且各子 项目所面对的自然条件也大不相同，如地下洞室群施工主要考虑地质因素的影 响，而导截流工程则主要考虑洪水的影响，两者同为水电工程中的重要组成部分， 主要考虑的风险因素却相去甚远。因此，从笼统上对水电工程进行风险分析显然 有失妥当。另外，人们在认识事物时一般采取将复杂的问题分解为多个较简单的 l o 大泮人学硕士学位论文第二章基于w b s 和r b s 的水电工程投资风险因素分析 问题，以便理解和问题的解决，在对水电工程进行风险管理的过程中，个很重 要的环节，即风险识别，必须将工程分解为较容易识别与理解的工作。 工作分解法就是分解原则，将复杂的事物分解成较为简单的容易被识别的事 物，将大系统分解成若干小系统，从而识别可能存在的种种风险与潜在的损失。 w b s 能够为所有的水电工程项目要素、项目中的专项任务的进度和投资估 算提供一个共同的参照框架体系。w b s 有利于减少遗漏关键的项目因素的可能 性，并通过将项目分解成为可估算的较小的项目单元，来简化风险分析工作，并 可以将项目进度和项目投资估算结合起来【4 9 】。 水电工程项目投资风险来源于各子项工程投资的不确定性，只要弄清楚项目 的成本组成和影响各组成成本的不确定因素，就可以进行投资风险分析。 w b s 正是为了进行投资风险分析，而将项目分解成小的组成部分的一种统 一的、连续的和合乎逻辑的方法。能够起到易于进行基本投资额估算和识别该部 分风险的作用。 。 2 ，2 1w b s 设计步骤 整个水电工程项目投资由各个分项工程( 子项目块) 构成，为了实现目标分 解，工作分解系统( w b s ) 将整个工程项目进行分解，对工程项目进行分解( 总工 程一单项工程一单位工程一分部工程一分项工程一基本活动) ，以分解后的最低层 “基本活动”，以上步骤中每一层次都可以作为目标投资块，具体视风险分析的 阶段和对项目投资的划分程度而定。如图2 1 所示为某水电工程的工作分解分析 示意图。 某 水 电 1 ： 程 单项工程单位工程分部工程 变电站工程 导截流工程 进水口工程 引水隧洞厂 l 调压井 压力管道 图2 - 1 工程项目工作分解结构示意图 分项工程 广隧洞底板 l 隧洞边墙 士一隧洞顶拱 l 其他 最理想的情况就是，要在最低层次的投资块中维持一个合理的一致性。并不 是所有的分支都需要达到同样的层次，但对于所有的最底层投资块都要有同等的 重要性。因此，根据项目自身的情况，有些单项工程仅仅可以达到单位工程的程 度，有些则可以达到4 层，有些甚至能够达到5 层或6 层。 大律人学硕+ 学位论文第二章基于w b s 和r b s 的水电t 程投资风险因素分析 这个过程要一直持续到将项目细分成可估算该部分基本投资的、并且可以对 其进行风险识别的小项目，即前面所提到的基本活动。 2 2 2 项目分解结构( w b s ) 的基本原则与基础 2 2 2 1 项目分解结构的原则 从总体上说，应通过项目结构分解，将一个水电工程项目分解为可估算基本 投资额和能够进行风险识别的活动。但目前除了概预算中有所提及外尚没有统一 的普遍适用的分解方法和规则。按照实际工作经验和系统工作方法，它应符合工 程的特点、项目自身的规律性，符合项目实施者的要求和后继管理工作的需要。 在分解过程中应注意如下基本原则： 1 应在各层次上保持项目内容上的完整性，不能遗漏任何必要的组成部分。 要不断地检查项目结构分解所得到的活动的完整性。 任何一个单元，在被分解成几个低一层次单元以，以，以时，应存在 集合关系： j = j t u j 2 u j ，u u j ，c 2 - 1 、 而，和l ，之间互不重叠，存在以下关系： ，n ，= a ( i _ ，)( 2 - 2 ) 在工作内容上，完成了以，以，以，即完成了，其基本投资额之和 应等于j 的总的基本投资额，即 q = c j , ( 2 。3 ) j 的工期由，以，以的开始时间的最小值和结束时间的最大值决 定。 2 一个项目单元，只能从属于某一个上层单元，不能同时交叉属于两个 上层单元，和，。如果发生这种情况，可以通过如下办法解决： a ) 重新定义和，使它们界限清楚，再作进一步分解。 b ) 将，和，合并。 c ) 将，分解成两部分，使它们分属于，和，。 3 一个项目单元，不宜在工作中有时间间断，即应保持分解之后的子项目 在时间上的连续性。 4 适当的详细程度。对一个水电项目进行结构分解，总的方针是，在一个 结构图内不要建太多的层次。在可行性研究阶段，层次太多既不能进行 有效的基本投资额估算，又在风险识别上有一定的困难。 另外，项目的投资者所关心的往往只是项目可能遇到的风险因素和总投资额 及项目收益情况，因此一般仅考虑上面几层，如考虑到单位工程层次。 1 2 大津人学硕十学位论文第二章基于w b s 和r b s 的水电工程投资风险因素分析 5 结合风险程度对水电项目进行分解。对风险程度较大的项目可以适当的 分解得详细，以便透彻地分析风险。而对于风险较小的、常规性的项目 可以分解得较粗。 6 考虑水电项目所处的不同阶段。在可行性研究阶段对项目结构分解一般 较粗，以便于分析，随着项目的进程逐渐由粗到细，由上面下，不断细 化，但它们应前后连贯，保持稳定性。 2 2 2 2 项目结构分解的基础 与传统项目分解结构不同的是，在本文中的项目分解结构中由于在考虑风险 因素对该项目投资额的影响时采用按逐个项目逐个风险因素考虑的方式，再根据 工期换算进而得到年现金流量，因此，在进行项目结构分解时不用考虑子项目之 间的逻辑关系，即紧前紧后关系。 对水电项目进行合适的w b s 分析，从一个层次向另外一个层次的转换须兼 顾以下考虑因素： 面向项目进度( 抛如肠o r i e n t e d ) ： 面向项目风险僻i s k - o r i e n t e d ) ； 面向项目基本投资额( i n v e s t m e n t - o r i e n t e d ) 。 上述三个因素缺一不可，由于水电工程生命周期一般较长，项目进度直接关 系到整个项目投资的分配，在本文的投资风险分析中假设最基本的投资块( w b s 的最底层节点) 的投资额均匀分布于整个工期内，如果该投资块的持续时间存在 较长时间的间断，则在进行投资风险分析时会出现较大的偏差，因此分解得到的 投资块中不宜存在工期间断；分解必须有利于风险识别和估算基本投资额。因此， 整个项目结构分解是整个水电工程投资风险分析的基础。 2 2 3 水电工程项目分解结构( w b s ) 实仞 项目分解结构应有一定的弹性，应能方便地扩展项目的范围、变更项目的内 容和结构，以适应项目不同阶段风险分析的需要。如果分解结构没有弹性，则一 个微小的变更就可能导致对整个项目或项目的一部分进行重新分解，增加工作 量，并且不利于不同阶段的风险分析的进行。 项目分解结构没有定型的模式，它常常受到管理者工作经验和管理水平的影 响和制约，再加上水电工程系统本身的复杂性和独特性以及规模等因素的影响， 使得不同水电工程之间的项目分解结构相去甚远。 本文在总结三峡、溪洛渡、小湾等大型水电工程系统结构和风险分析中所考 虑的工程分解因素的基础上，结合在2 2 2 中所阐述的项目结构分解原则建立了 较通用的、针对项目可行性研究阶段的水电工程结构分解( w b s ) 图，如图2 2 所 天津大学硕士学位论文第二章基于w b $ 和r b $ 的水电工程投资风险因素分析 示为建筑工程部分的分解图。图中列出了水电工程中建筑工程部分需要考虑的主 要工程分解结构，对更详细的工程分解结构一般在项目实施阶段才有所涉及，故 在此省略。其他的诸如金属结构安装、机电设备安装等部分的分解结构与建筑工 图2 - 2 水电工程中建筑工程部分结构分解图 1 4 天津人学硕十学位论文第二章基于w b s 和r b s 的水电工程投资风险因素分析 程部分基本类似，在此也省略。 2 3 风险因素分解结构( r b s ) 分析 2 3 1 水电工程项目风险产生的原因和发展变化规律 水电工程项目的一次性使其不确定性要比其它一些经济活动大得多，由于水 电工程中风险因素种类繁多且涉及面较广，一般具有可预测性差、可补偿性差、 风险存在期长、造成的损失和影响大、风险因项目而差异大、多种风险因素同时 并存，相互交叉组合作用的特点。 风险对于水电工程项目而言，究其原因，较为复杂，难以总结出统一的模式 和固定的规律，项目因各自的具体建设条件不同隐含的不确定性也就不一。尽管 如此，大量统计结果仍然表明，有许多共同的原因常常是导致风险问题的根源， 称之为风险因素或风险源。 项目不同阶段会有不同的风险，风险在大多数情况下是潜在的，随项目的进 展而不断变化1 5 0 】。而最大的不确定性又往往存在于项目的前期。这是由于在前期 阶段，决策者可能对项目还缺乏足够的了解和认识，决策的依据建立在不够精确 的预测和分析评估的基础上，这都必然使项目今后的开展和项目目标的实现受较 大的影响，当项目逐步向前推进