ISM模型中如何对各矩阵进行区域分解并绘图

ism模型的数据如何处理

将数据放入分析框中，SPSSAU系统自动生成分析结果。
1、邻接矩阵
上表格为‘邻接矩阵’即为输入的数据矩阵，其展示要素间的逻辑影响关系情况。数字1代表两要素之间有影响关系，数字0代表两要素之间没有影响关系。右下三角对角线的数字一定为0，因为自己不可能影响自己。针对‘邻接矩阵’，某列全部为0，则为‘输入端’，即只影响别的要素，不被别的要素影响，如果某行全部为0，则为‘输出端’，即只被别的要素影响，不影响别的要素。
2、邻接矩阵与单位矩阵相加
将邻接矩阵与对应的单位矩阵进行矩阵相加，得到上表格矩阵。其目的在于得到‘可达矩阵’。
3、可达矩阵
说明：可达矩阵’展示要素之间是否存在着连接路径；
第一：如果数字为1则表示某要素到另一要素之间存在着路径；
第二：如果数字为0则表示某要素到另一要素之间不存在路径。
4、可达集合与先行集合及其交集表
说明：结合上一步‘可达矩阵’进行分解如上表结果；
第一：可达集合R，其表示‘可达矩阵’某要素对应行中，包含有1的元素集合；
第二：先行集合Q，其表示‘可达矩阵’某要素对应列中，包括有1的元素集合；
第三：交集A，其表示可达集合R和先行集合Q的交集。
5、层次分解
说明：最后SPSSAU展示‘层次分解’结果，层次分解表格展示各要素的层次分布情况；比如上图中，最后系统可拆分成5个层次，分别每个层次中的要素已经列出，可通过层次分解图绘制出图形。
第一：层次分解目的在于了解各要素层次分布关系；
第二：顶层表示系统最终目标，往下各层分别表示 是上一层的原因；
第三：底层表示系统最初点原因，往上各层分别是下一层的结果。
6、绘制图形
SPSSAU在最后展示‘有向图’， ‘邻接矩阵’的图形化展示。

ISM解释结构模型中的可达矩阵怎么运算，EXCEL能否直接做出来，或者有什么软件可以直接求解的吗？谢谢

Excel 可以，公式为MMULT，然后按control shift enter三键一起按下就可以了，不过你选中的空格要是这两个矩阵相乘后的阶数，例如你选的是2×2,2×2，那么你要选中两行两列来输入公式。

解释结构模型的解释结构模型的运用原理

ISM通过对表示有向图的相邻矩阵的逻辑运算,得到可达性矩阵,然后分解可达性矩阵，最终使复杂系统分解成层次清晰的多级递阶形式。解释结构模型在制订企业计划、城市规划等领域已广泛使用，尤其对于建立多目标、元素之间关系错综复杂的社会系统及其分析，效果更为显著。
解释结构模型用顶点Vi和Vj表示系统的元素(i=1,2,3…；j=1,2,3…)，带箭头的边(Vi,Vj)表示两元素之间的关系,即可构成有向图（图1）,用来表示有向图中各元素间连接状态的矩阵称作相邻矩阵A。当从Vi到Vj有带箭头的边连接时,矩阵元素aij取值为1；无连接时取值为零。可达性矩阵M是用矩阵形式反映有向图各顶点之间通过一定路径可以到达的程度，它通过以下计算求得：将相邻矩阵A加上单位矩阵I（矩阵中除主对角线上元素为1外，其余元素皆为零的矩阵），然后用布尔代数规则 (0+0=0,0+1=1,1+1=1;0×0=0,0×1=0,1×1=1)进行乘方运算,直到两个相邻幂次方的矩阵相等为止。相等的矩阵中幂次最低的矩阵即为可达性矩阵。图1所示有向图的可达性矩阵M如下：通过对可达性矩阵的分解(有区域分解和级间分解)，即可建立系统的多级递阶结构模型。
多级递阶结构模型非常直观清楚地反映了该系统元素之间的结构关系。ISM方法使用方便,不需要高深的数学理论，易为系统分析人员所掌握。

解释结构模型的简介

解释结构模型 解释结构模型方法(Interpretative Structural Modeling Method,简称ISM法)是一种分析系统结构的方法。它可将系统单元之间复杂、凌乱的关系分解成清晰的、多级递阶的结构形式。凡系统必有结构，系统的结构决定系统功能；破坏结构，就会完全破坏系统的总体功能，这说明了系统结构的普遍性与重要性。总之，要研究一个由大量要素组成的、各要素之间又存在这相互关系的系统，就必须了解系统的结构。 20世纪70年代以来ISM在很多领域得到了广泛的应用，原因在于其结果直观，清晰明了，ISM于静态的定性模型，基本思想是通过一些基本假设和有向图、布尔矩阵的运算，得到可达

国际油气勘探开发项目风险要素结构分析

赵 旭

（中国石化石油勘探开发研究院海外油气战略研究所，北京 100083）

摘 要 以国际油气勘探开发项目的类别、实施阶段、作业类型及其各自风险特点为基础，结合专家意见，全面识别了国际油气勘探开发项目共14类风险。运用解释结构模型，以在实施的开发项目为例，构建了14类风险之间的因果结构图，得出项目建设风险、组织风险和跨文化风险是项目运营的直接风险，可通过有效的风险处置措施预防或规避；政治、经济、法律等风险为项目运营的间接风险，此类风险虽然不直接影响项目实施，但对项目效益的影响较大，且很难直接通过管理规避，更多的时候属于被动承受的风险；地质风险、资源风险和不可抗力风险属于项目深源风险，产生于项目初期，是所有风险产生的根源因素。依据典型风险事件提出了相应的风险应对策略。

关键词 国际油气项目 风险识别 ISM（解释结构模型）风险结构 风险管理

Risk Factor Analysis of International Oil andGas Exploration and Development Project

ZHAO Xu

（SINOPEC Exploration ＆ Production Research Institute，Beijing 100083，China）

Abstract Fourteen kinds of risks in the international petroleum exploration and development projects wereidentified by using preliminary hazard analysis，environmental analysis and Delphi method in this paper. Hierarchical relations among risks were hackled by introducing the interpretive structural model.It concluded that the construction and organization of projects and intercultural risks are direct risks of projects operation，which can be prevented or avoided by effective measures.Eight kinds of risks containing political risks and economic risks are indirect risks，which can’t be directly avoided through projects management.Although the indirect risks can’t directly impact the projects implementation，they have more influence on projects profits.Geological risks， resources risks and uncontrollable risks are initial risks，which generated from the early stage of projects.

Key words international oil and gas project；risk identification；ISM；risk structure；risk management

1 国际油气勘探开发项目的特点^［1］

国际油气勘探开发项目流程涉及几十道工序、上百门学科，与普通工程项目相比，具有技术含量高、综合性强、投资回收期长、不确定性高、投资规模大和作业环境差等特点，涉及跨国经营，更要体现投资环境、作业环境、文化环境、政治环境以及资源主权国与投资主体间关系等方面的差异，相比单纯的国内勘探开发，更加复杂，其主要特点如下：

1.1 合同条款相对复杂

资源国在吸引外国公司投资的同时还要保护本国利益，因此通常通过外国投资法、石油法、产量分成协议等方式与投资方进行合作。合同约束条件大体包括：(1)勘探费用全部或大部分由外国公司承担，如有商业发现，可以在生产的油气中回收，否则勘探费用沉没；(2)勘探开发区块边界明确，还可能规定特殊的深度或层位，要支付土地租金，有的国家还要求缴纳签字费；(3)项目期限有明确限制，一般勘探期为5～10年（划分为2～3个阶段，每个阶段为2～3年），开发期为10～25年；(4)每个阶段要承诺一定的义务工作量，如地震勘探公里数、探井数（进尺数）和勘探投资金额；(5)每个勘探阶段结束后，都要退回一定比例的勘探面积，同时外国公司有权结束合同；(6)如有商业性发现，要向主权国申请生产合同，主权国有一定的参股权；(7)一旦发现油气田并投入生产，资源国可能要求上缴矿区使用费、所得税和附加利润税，还可能对原油出口、设备进口、外汇出口等有所限制；(8)可能有雇佣当地劳动力的规定和资助当地社会的规定；(9)有些国家还有国有化的法律条文。

1.2 项目选择相对复杂

国外油气项目分布在各种类型的盆地和区块，需要全面分析优劣后进行综合评价。要对待选区块的地质、资源条件进行比较和筛选；要考虑油气发现后的生产状况，结合区块所在国的财税条款考虑对项目的效益进行评估；同时还要综合考虑项目所在地的作业条件、市场条件、政治环境等影响因素。不仅要能够正确地评价它的有利方面，看到某个区块的资源远景，而且要避免 “只重资源，不顾效益” 的盲目投资。任何一个环节的不科学考虑或者忽略，都有可能增加项目的风险。

1.3 工作量投入相对谨慎

相对国内的勘探开发投资，国际项目需要严格遵循效益观念，十分强调勘探开发程序，尽可能少投入工作量，使已投入工作量充分发挥作用。同时勘探作业与地质评价交替进行以便及时作出勘探决策。油气发现后，仍然要谨慎投入工作量，每项勘探作业后都要对油气田的资源和经济效益作出评价。当油气田确定具有商业价值后，则要尽可能加快开采速度，以便及时地收回投资，不同于国内强调稳产年限的思路。当然油田开采速度加快必然会加大建设投资，加速油气产量的递减，因此，需要结合效益评价找到合理平衡点。

2 国际油气勘探开发项目的风险特点

国际油气勘探开发项目从类别方面可分为勘探项目和开发项目。油气勘探项目根据勘探程序可分为区域勘探、圈闭勘探、油气田评价勘探3个阶段；开发项目从项目实施过程所处的状态阶段方面主要可分为项目评价期、项目建设期、油气开采期3个阶段，还可能包括弃井恢复期；无论是勘探项目还是开发项目，从作业性质方面可分为作业者项目和非作业者项目^［2］，如图1所示。

图1 国际石油勘探开发项目类别

对处于区域勘探阶段的勘探项目来说，对项目地质条件的认识和资源量的估算应该站在公正、客观的立场上，尽量避免评价者主观的判断。这是尽量缩小预期收益与实际收益差距的重要一步。资源量的确定性与否也是整个项目最根源的风险因素，因此，在这个时期地质风险和资源量估算风险是重点需要关注的风险因素。对处于建设期的开发项目来说，每项工作都是有计划有步骤进行的。前一项工作延期，必然导致后续工作无法按期开展而使整个油气勘探开发项目不能如期实施，从而使风险事件发生的可能性增加。因此，在这个时期，项目建设和组织实施的风险会成为影响项目整体风险的最直接因素。对于非作业者项目来说，虽然投资主体不承担主要作业任务，但由于勘探开发项目的高风险性，有必要对主体作业方进行有效的监管和跟踪，特别是对于深水开采等技术难度较高的作业项目，格外需要密切跟踪分析，从而避免项目实施过程中由于作业方的技术方法不当带来的连带损失。此外，外部环境的瞬息万变，也会给项目的经济效益带来损失的风险，国际油气勘探开发系统的复杂性决定了其风险因素的复杂性，需要具体问题具体分析。^［3］

3 国际油气勘探开发项目风险结构模型构建

3.1 ISM模型简介

ISM模型即解释结构模型，是1973年由美国Warfield教授为分析复杂社会经济系统的有关问题而开发的一种结构模型化技术。该模型可将系统中各要素之间的复杂、零乱关系分解成清晰的多级递阶的结构形式，是用于分析和揭示复杂关系结构的有效方法。其基本思想是列出影响某一系统的各个要素，比较其两两之间的相互关系，建立邻接矩阵和可达矩阵，根据可达矩阵的分解建立结构模型，最后建立解释结构模型。

3.2 风险ISM模型的建立^［4］

1）成立风险结构分析专家组。成立ISM模型实施小组，小组成员主要由从事国际石油勘探开发项目管理的工作人员、行业专家、高校及科研机构从事该领域研究的人员组成。专家组综合运用风险因素分析法、环境分析法和德尔菲法，根据项目的类别、实施阶段、作业类型，全面识别国际油气勘探开发项目的14类风险。（表1）。

表1 国际油气勘探开发项目风险因素分析^［2，5］

2）确定各风险间的关联性，建立关联矩阵。根据各风险间的两两关系，按照解释结构模型方法和步骤，可以建立二元关系图（图2）。

图2 国际石油勘探开发项目风险因素二元关系图

根据二元关系图，构建关联矩阵A。关联矩阵A用M×M方形矩阵来表示，M为系统要素的个数。矩阵的每一行和每一列对应图中一个节点（系统要素）。矩阵中每个元素的取值遵循下列原则：要素S_i对S_j有影响时，矩阵元素a_ij为1；要素S_i对S_j无影响时，矩阵元素a_ij为0。即：

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

以风险因素二元关系图为基础，依据上述原则，构建关联矩阵A如下：

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3）建立可达矩阵。可达矩阵M反映了不同风险因素间存在的所有直接和间接的结构关系。根据关联矩阵A和布尔运算法则，运用Matlab计算得（A＋I）3≠（A＋I）4＝（A＋I）

5，由此得到可达矩阵M＝（A＋I）4。

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

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4）确定可达集与先行集，进行级间划分。按照ISM方法，要对可达矩阵M进行处理。首先要划去M中完全相同的行及与其相对应的列，本可达矩阵中S₂和S₇节点相应的行、列元素值分别完全相同，S₃、S₄、S₅、S₆、S₉、S₁₀完全相同，S₁₂、S₁₃、S₁₄完全相同，因此划去S₇、S₄、S₅、S₆、S₉、S₁₀ 、S₁₃、S₁₄，得到可达矩阵缩减后的缩减矩阵M′，然后再按M′中每行元素“1” 的个数多少，按从少到多的顺序排列，形成右上角元素全为0的缩减矩阵M*。M*中行和列的排列顺序为S₁₂、S₁₁、S₃、S₂、S₈、S₁。

油气成藏理论与勘探开发技术：中国石化石油勘探开发研究院2011年博士后学术论坛文集.4

M^*中对角线上的每个单位矩阵（M^*中所标示）所对应的全部行因素为一个递阶结构层次。被划去的S₁₃、S₁₄和S₁₂，S₄、S₅、S₆、S₉、S₁₀和S₃，S₇和S₂、S₈处于同一层级，且为强连接要素。因此，从M*中可以看出，影响项目风险的因素有5层：第一层：S₁₂、S₁₃、S₁₄；第二层：S₁₁；第三层：S₃、S₄、S₅、S₆、S₉、S₁₀；第四层：S₂、S₇、S₈；第五层：S₁。

5）作出递阶有向图。这5层因素集中反映了国际石油勘探开发项目风险因素之间的层次关系，它们之间的层次关系形成了有一定逻辑关系的影响因素链，通过对M*分析可绘出影响因素的层次结构图，如图3所示。

图3 国际油气勘探开发项目风险解释结构模型

4 解释结构模型分析

如图3所示，对一个正在实施的油田开发项目来说，起主要作用的风险因素共14个，由缩减矩阵M′经过初等变换得到的M*所显示的结果可知，项目风险结构可分为5个层次，每个层次对项目总风险的作用方式和影响程度各不相同。将这5个层次的风险依据可管理性划为3个类别。

第一类是直接风险，包括第一层次的项目建设风险、项目组织风险和跨文化风险，以及在项目建设施工过程中由于人的行为不当可能给项目各方造成损失的风险，而多文化的工作环境使得项目的组织与管理难度增加。因此，这3个项目实施过程中的影响因素处理的好坏直接决定了国际油气勘探开发项目能否顺利实施。尤其是对于勘探项目，存在一旦失败则前期投资沉没的巨大风险。因此，在项目实施过程中应对其给予足够的重视。

第二类是间接风险，包括政治风险、经济风险、法律风险、价格风险、汇率风险、竞争风险，这些风险因素对项目实施的影响会通过合同来传导。其中，经济环境的变化和国际油价的波动，会促使资源国调整合同分成条款来约束投资者的超额收益，资源国与财税相关的法律条款的变动和由政权更迭、内部和外部战争导致的政治风险可能导致合同财税条款的变更甚至项目搁浅；来自国际或资源国同行业公司的竞争，可能使合同约定的获利条件更加苛刻。上述风险除突发性政治事件可能导致项目中止外，其他风险的作用效果都是通过影响项目合同的执行，进而影响项目整体的经济效益，增加了项目获利能力的不确定性。上述6类风险加上合同风险又会对项目的推进带来各种难以预测的风险。

第三类是深源风险，是较难通过管理和研究规避的客观风险，主要由资源风险、技术风险和不可抗力风险组成，而地质认识方面的不确定性，又是导致这3类风险的根源，更是国际油气勘探开发项目系统风险的源头。这4个风险因素属于自然性风险范畴。表面上看这类风险与项目其他风险的相关性较小，但由于涉及油气资源的重要性及勘探开发业务的特殊性，深源风险与直接风险和间接风险也有着千丝万缕 的联系。如：主要油气区块的自然灾害可能推高油价，地质资料获取的难度可能增加信息不对称的同行业竞争风险，而技术手段的不恰当及资源估算的不准确又可能直接导致项目失败。

5 风险管理思路^［3，6］

以上通过建立解释结构模型，明确了影响国际油气勘探开发项目实施的风险因素的结构特征，以及各风险因素之间的影响和制约关系。为了消除和降低项目实施过程中可能出现的不确定性，基于ISM模型，提出国际油气勘探开发项目风险管理的思路如下：

1）地质风险、资源风险、技术风险、不可抗力风险处于模型最底部，它们从根本上影响着国际油气勘探开发项目的成功实施，属于所有项目风险中最基本、最深层次的风险因素，同时也是可控程度最低的风险，可以全过程密切关注并努力适应这些风险因素的变化，尽力避免与之相关的风险导致项目最终失利（表2）。

2）政治风险、经济风险、法律风险、价格风险、汇率风险、竞争风险及由此产生的合同风险处于中间层。一方面，它们的风险效果不如直接风险那样常态化地与项目实施关系紧密，无法直接进行管理和控制；另一方面，这类风险是三类风险中相互关系及传导方式最复杂的一类，但其可控性仍然较深源风险强，可通过科学的研究和分析进行预测和控制（表3）。

表2 常规深源风险的处置方式

表3 常规间接风险的处置方式

3）项目建设风险、项目组织风险和跨文化风险是最直接、常态化的风险因素，但却是可控性最强的风险因素，只要管理者在整个勘探开发项目实施过程中进行细致的分析和严格的控制，就可将此类风险带来的不确定性降到最低（表4）。

6 结 论

国际油气勘探开发活动具有综合性风险高、投资回收期长、不确定性高、区域性风险大和政治风险高等特点。项目的成败不仅取决于技术先进与否、资金雄厚与否，更取决于风险分析与管理的水平。本文运用解释结构模型（ISM）对国际油气勘探开发项目风险因素进行了分析，通过找出各风险因素之间的递阶层次关系，将风险解释为直接风险、间接风险和深源风险3类，并总结各类风险的特点，提出常规风险事件的应对策略，使管理者在不能全面兼顾的情况下抓住主要矛盾和根本矛盾，寻找合理措施，提高风险管理水平和项目经营效率。

表4 常规直接风险的处置方式

参考文献

［1］焦方正.油气勘探开发项目风险分析［M］.北京：石油工业出版社，1999

［2］杨宝君.国际油气勘探开发项目风险管理研究［D］.哈尔滨工程大学，2003.

［3］徐涛.油气勘探开发投资项目风险管理研究［D］.西南石油学院，1999，19～25.

［4］朱琳，吕本富.解释结构模型的简便方法［J］.系统工程与电子技术，2004，（12）.

［5］廖鲁海，谢霞.油气勘探开发投资风险分析的理论方法研究及应用［J］.预测，1999，（3）：56.

［6］邱克华.现代项目风险管理方法与实践［M］.北京：科学出版社，2003.

标签：结构模型 信息技术 自然科学 数学 ism