Экспертно-аналитические модели выбора варианта трассы морского участка трубопровода «Южный поток» на этапе бизнес-проектирования Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

ЭКСПЕРТНО-АНАЛИТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ВЫБОРА ВАРИАНТА ТРАССЫ МОРСКОГО УЧАСТКА ТРУБОПРОВОДА «ЮЖНЫЙ ПОТОК» НА ЭТАПЕ

БИЗНЕС-ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Атаев А.М., аспирант ФАОУДПО ГАСИС Покровский А.М., к.э.н., доцент, докторант ФГБОУ ВПО «Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова»

Статья посвящена разработке экспертно-аналитической модели выбора варианта прокладки морской части трубопровода проекта «Южный поток», основанной на методах системного анализа - метода анализа иерархии и метода аналитических сетей. Приведен пример наполнения когнитивной модели экспертными данными.

Ключевые слова: экспертно-аналитическая модель, когнитивная модель, информационная модель, метод анализа иерархии, метод аналитических сетей, трубопровод, проект «Южный поток», прямая иерархия, обратная иерархия, обратная связь, сетевая модель, приоритет риска.

EXPERT AND ANALYTICAL MODELS OF THE CHOICE OF OPTION MORSKOGO

UCHASTKA TRUBOPROVODA «YUZHNY POTOK» ROUTE AT THE BUSINESS

DESIG N STAGE

Ataev A., the post-graduate student FAEIЕРЕ SASI

Pokrovsky A., Ph.D., assistant professor, doctoral candidate FSBEI of HPE «The Russian economic university of G. V. Plekhanov»

The article is devoted to the development of expert-analytical model of the choice options for the offshore part of the pipeline project »South Stream», based on the methods of systems analysis - the analitical hierarchy process and the analytic network process. An example of a cognitive model of expert content data.

Keywords: expert-analytical model, cognitive model, information model, the analitical hierarchy process, the analytic network process, the pipeline, the project «South Stream», a direct hierarchy, a inverse hierarchy, feedback, network model, the priority of risk.

Обоснованный выбор варианта на стадии бизнес-проекта трудно сделать на основе каких-либо строгих математических моделей или анализа статистических данных. В основу такого выбора должны быть положены компетентные мнения и оценки экспертов, хорошо знакомых со спецификой инновационных проектов. Однако использование прямых указаний экспертами приоритетных направлений инвестирования может привести к серьезным ошибкам, в результате которых средства будут использованы неэффективно. Необходим научно обоснованный принцип организации экспертного опроса и обработки его данных. Этому критерию в необходимой степени удовлетворяет метод аналитических сетей [1] Т. Саа-ти, являющийся развитием метода анализа иерархических систем [2].

В качестве конкретного примера применения этих методов системного анализа рассмотрим выбор варианта морского участка проекта «Южный Поток», целью которого является строительство газопровода по дну Черного моря для поставки российского газа в страны Центральной и Южной Европы. Предполагается, что морской участок трубопровода будет проложен по дну Черного моря от российского до болгарского берега (или, как альтернатива - до румынского берега). Общая протяженность газопровода составит приблизительно 900 км, максимальная глубина укладки - более 2000 м, расчетная пропускная способность газопровода - 31,5 млрд. куб. м/год.

Трудность этой задачи обусловлена ограничениями по ряду позиций. Среди них:

- инструкции и юридические требования в области охраны окружающей среды;

- экологические данные (температура воздуха, климат, ветер, температура и характеристики грунта, гидрометеорологические характеристики, воды физические и химические характеристики воды, характеристики грунта морского дна, и т.д.);

- требования органов власти (например, ограничения по выбору маршрута трассы);

- данные относительно рыболовства и интенсивности/особенностей судоходства;

- данные относительно милитаризованных зон, экологически чувствительных зон.

Ограничениями на вариант реализации наиболее сложной части проекта - морской трубопровод - являются следующие.

1. Идентификация выходов на берег. Должно быть выполнено предварительное исследование для определения местоположения площадок потенциальных точек выхода газопровода на берег.

2. Гидрометеорологические изыскания. В объем работ в рамках данных изысканий входит сбор данных о морских течениях, температуре воды и данных о волнах, требуемых для выполнения технической части проекта экспортных подводных трубопроводов, для различных трасс, которые должны быть изучены.

3. Геофизические рекогносцировочные изыскания. Объем работ по рекогносцировочным изысканиям заключается в определении возможных коридоров для трубопроводов вдоль трасс, в первую очередь в критических зонах (болгарский и российский континентальные склоны), вдоль абиссальных участков между критическими зонами и от критических зон до берега. Это - весьма трудоемкая работа, связанная со сбором батиметрических данных с помощью корпусного многолучевого эхолота, а также выполнения стратиграфии с помощью корпусного придонного профилографа для получения четкой структуры отложений с целью изучения геологических рисков. Эти изыскания должны проводиться вдоль линий, параллельных трассе трубопровода, а в критических зонах - и перпендикулярно трассе газопровода.

4. Оценка сейсмической опасности должна включать:

- вероятностную оценку сейсмической опасности: сейсмическое зонирование, характеристики источника сейсмического воздействия, выбор справочного каталога по землетрясениям, определение параметров источника сейсмического воздействия, определение отношений затухания колебаний грунта;

- определение расчетных параметров коренной породы для существенных точек трасс: разные уровни сейсмической активности должны рассматриваться для разных периодов повторяемости; для каждого периода повторяемости должны быть представлены: пиковое ускорение грунта, псевдоскорость и магнитуда; унифицированные спектры опасностей;

- временные диаграммы синтетического ускорения (акселерограммы) горизонтального движения грунта коренной породы для вышеупомянутых периодов повторяемости;

- оценку приращения и уменьшения бальности, выполненную на основе имеющихся геологических данных;

- оценку опасности сдвига на основе анализа справочной литературы, что подразумевает оценку активного сдвига, если таковой имеется, на основе региональных признаков, а также проектное отклонение сдвига, которое следует учесть при проектировании трубопровода.

5. Определение потенциальных опасных геологических процессов, к которым относятся: неустойчивость и эрозия морского дна; отложения и активизация толщи осадочных пород; гравитаци-

онное течение пород, вызванное суспензионными течениями; наличие активных разломов; наличие газа в поверхностных отложениях; зоны утечки флюида, такие как грязевые вулканы или оспи-

6. Анализ трассы должен быть выполнен с учетом различных аспектов (уклонов и неровностей морского дна, условий грунта, возможных опасных геологических процессов, пересечений с другими коммуникациями, процедуры укладки, наличия милитаризованных и экологически чувствительных зон, деятельности третьих сторон и требований органов власти), с целью оценки возможности использования выбранной трассы для укладки и безопасной эксплуатации трубопровода. Ожидается, что неровное морское дно с довольно крутыми откосами будет наблюдаться при пересечении континентальных склонов России, Румынии и Болгарии. Более того, зоны предполагаемых коридоров пересечения являются сейсмическими активными.

Рассматриваются следующие варианты трассы:

1) от России до Болгарии через исключительные экономические зоны (ИЭЗ) России, Турции и Болгарии; начало трассы вблизи г. Анапа;

2) от России до Болгарии через ИЭЗ России, Турции и Болгарии; начало трассы вблизи КС "Береговая";

3) от России до Болгарии через ИЭЗ России, Украины, Румынии и Болгарии; начало трассы вблизи г. Анапа;

4) от России до Болгарии через ИЭЗ России, Украины, Румынии и Болгарии; начало трассы вблизи КС "Береговая";

5) от России до Румынии через ИЭЗ России, Украины и Румынии; начало трассы вблизи г. Анапа;

6) от России до Румынии через ИЭЗ России, Украины и Румынии; начало трассы вблизи КС "Береговая".

7. Требования международного и национального законодательства в области проектирования, строительства и эксплуатации морских газопроводов, пересечения территориальных вод и исключительных экономических зон стран, граничащих с Черным морем: России, Украины, Турции, Румынии и Болгарии, включая главным образом требования, касающиеся получения лицензий и разрешений, а также ограничений, накладываемых затрагиваемыми странами при пересечении газопроводами милитаризованных и экологически чувствительных зон, основных навигационных трасс и прочих специализированных режимных зон.

8. Гидравлические и оптимизационные изыскания, связанные с укладкой морских трубопроводов большой протяженности на значительных глубинах. В этих целях должен использоваться опыт предыдущих проектов.

9. Изыскания в области образования гидратов. Задачей данных изысканий является определение условий возможного образования гидратов в морском трубопроводе "Южный Поток" с целью определения необходимых превентивных мер и мер по устранению.

10. Предварительная оценка устойчивости трубопровода на дне.

11. Предварительный анализ рельефа дна.

12. Оценка возможностей укладки.

13. Влияние деятельности человека (рыболовство, торговое судоходство, деятельность на море).

14. Оценка воздействия на состояние окружающей среды, связанного с выполнением проекта "Южный Поток".

По оценкам специалистов компании «South Stream AG», общий объем работы по указанным выше позициям оценен примерно как 16000 км линий изысканий, а ожидаемая продолжительность изысканий - примерно 160 дней, однако привлечение к их оценке по каждому из вариантов трассы трубопровода экспертов может значительно сократить объем и длительность работ. Ниже излагается экспертно-аналитическая модель сравнения вариантов прокладки морского трубопровода.

Согласно [1, 2], для выбора управленческого решения, в общем случае, необходимо выполнить сравнительный анализ выгод, возможностей, издержек и рисков (метод BOCR: Benefits -Opportunities - Costs - Risks), что является аналогом элементов SWOT-анализа Strengths, Opportunities, Weakness, Threats. Однако представляется, что в оценке вариантов прокладки морского участка газопровода достаточно учесть лишь следующие внешние вероятные факторы, которые могут осложнить достижение цели (риски): сейсмическая опасность; деятельность на море; воздействие на окружающую среду; политические риски; угроза терроризма. Тогда когнитивная экспертно-аналитическая модель сравнения вариантов прокладки морского трубопровода может быть представлена в виде полной трехуровневой иерархии, фокусом которой являются риски проекта, средний уровень занимают пять видов рисков, а на нижнем расположены шесть вариантов прокладки морского участка газопровода - рис. 1.

На рис. 1 принято равенство приоритетов видов рисков и альтернативных вариантов трассы морского участка газопровода - для видов рисков это 1/5=0,200, для альтернативных вариантов прокладки морского участка газопровода - это 1/6=0,167. Фактически не все критерии и не все варианты трассы морского участка газопровода равно приоритетны (заметим, что вместо термина «приоритет» здесь более уместен термин «вес», поскольку более высокий приоритет в данном случае означает больший уровень риска.

Действительно, в результате опроса одного из экспертов (топ-менеджера компании «ГАЗПРОМ») была получена следующая информационная модель приоритетов видов рисков и альтернативных вариантов трассы морского участка газопровода - рис. 2.

Как следует из диаграммы рис. 1, полученной в программной среде программного продукта Expert Solution 1.0, наибольший вес эксперт присвоил критерию «политические риски» - 0,510, на втором месте - сейсмическая опасность (приоритет 0,193), на третьем - воздействие на окружающую среду (приоритет 0,113). Из альтернативных вариантов трассы морского участка трубопровода наименьшими рисками характеризуется вариант 3 - от России до Бол-

Рис. 1. Когнитивная иерархическая модель сравнения критериев и вариантов оценки прокладки морского участка газопровода (получена в системе Expert Solution 1.0 [3] при условии равенства приоритетов видов риска и вариантов трассы)

Рис. 2. Информационная иерархическая модель сравнения критериев и вариантов оценки прокладки морского участка трубопровода

Рис. 3. Результаты оценки весов видов рисков (а) и рисков вариантов трассы морского участка трубопровода (б)

гарии через ИЭЗ России, Украины, Румынии и Болгарии; начало трассы вблизи г. Анапа.

В более наглядном виде полученные результаты представлены на рис. 3, созданным в программной среде экспертно-аналитичес-кой системы Expert Solution 1.0. Как следует из диаграммы, согласованность матрицы парных сравнений вполне удовлетворительная - отношение согласованности ОС=0,079 при критическом значении 0,20 и хорошем - 0,10 (согласно теории метода анализа иерархий, приоритеты носят характер количественных показателей; так, например, можно считать, что приоритет политических рисков 0,510 более чем вдвое больше приоритета сейсмической опасности 0,193).

На диаграмме рис. 3 б представлены компоненты итогового вектора весов рисков вариантов трассы морского участка трубопровода. Этот вектор рассчитан как взвешенная оценка приоритетов альтернатив с учетом весов видов риска. Более детальную информацию дает векторы приоритетов весов рисков вариантов трассы, рассчитанные по матрицам парных сравнений для каждого критерия - табл. 1.

В последней графе табл. 1 приведены значения отношения согласованности суждений по матрицам для всех видов рисков. Поскольку эти отношения не превышают величины 0,025, можно говорить о высокой степени согласованности суждений данного эксперта. По табл. 1 можно заметить, что приоритеты вариантов трассы могут быть большими по одним видам рисков и малыми - по другим, итоговым же результатом является взвешенный вектор приори-

тетов, компоненты которого приведены в нижней строке таблицы.

Заметим также, что имеется асимметрия в надежности оценок приоритетов элементов уровней прямой иерархии: если на нижнем уровне мы получаем итоговый вектор приоритетов альтернатив, и можно считать эти оценки достаточно надежными, то на среднем уровне сравнение весов видов риска производится «напрямую», и надежность этих оценок ниже. Можно, однако, построить модель обратной иерархии, в которой на среднем уровне будут варианты трассы морского участка трубопровода, а на нижнем - виды рисков, т.е. критерии их оценки. Такая возможность предусмотрена в экспертно-аналитической системе Expert Solution 1.0. Работа экспертов при этом усложняется, но в результате достигается повышение надежности оценок.

В случае обратной иерархии вопросы звучат уже иначе: вначале эксперту предлагается сравнить варианты трассы морского участка трубопровода по их интегральным рискам, а затем оценить, какой из видов рисков наиболее характерен для того или иного варианта трассы. Понятно, что при сравнении вариантов трассы эксперт использует информацию, полученную на этапе анализа прямой иерархической модели, но далее он формирует новые суждения, в результате обработки которых аналитики получают дополнительную информацию.

Из сравнения информационной модели обратной иерархии сравнения вариантов и критериев оценки прокладки морского участка трубопровода, представленной на рис. 4, с полученными ра-

Таблица 1. Риски вариантов трассы морского участка трубопровода

Вариант трассы От-

Вид риска Вес Апа-па тУРи-Болг. Береговая Турц. Болг. Анапа Береговая Анапа Укр. Рум. Береговая Укр. Рум. ношение согласованности

риска Укр. Рум. Болг. Укр. Рум. Болг.

Сейсмическая опас- 0,193 0,333 0,333 0,083 0,083 0,083 0,083 0,000

ность

Деятельность на море 0,073 0,317 0,327 0,120 0,129 0,054 0,052 0,010

Воздействие на окру- 0,113 0,317 0,327 0,120 0,129 0,054 0,052 0,010

жающую среду

Политические риски 0,510 0,075 0,073 0,092 0,098 0.337 0,325 0,024

Угроза терроризма 0,111 0,320 0,289 0,076 0,190 0.063 0,062 0,025

Взвешенный риск варианта 0,197 0,194 0,094 0,111 0,205 0,198 -

трассы

Рис. 4. Информационная модель обратной иерархии сравнения вариантов и критериев оценки прокладки морского участка трубопровода

Таблица 2. Риски вариантов трассы морского участка трубопровода

Вариант трассы Приоритет риска варианта Вид риска Отношение согласованности

Сейсмическая опасность Деятельность на море Воздействие на ОС Политические риски Угроза терроризма

Анапа Турц. Болг. 0,087 0,408 0,131 0,136 0,180 0,145 0,058

Береговая Турц. Болг. 0,083 0,408 0,131 0,136 0,180 0,145 0,058

Анапа Укр. Рум. Болг. 0,083 0,138 0,191 0,191 0,328 0,153 0,073

Береговая Укр. Рум. Болг. 0,077 0,138 0,191 0,191 0,328 0,153 0,073

Анапа Укр. Рум. 0,344 0,131 0,187 0,187 0,353 0,142 0,098

Береговая Укр. Рум. 0,327 0,132 0,189 0,189 0,337 0,152 0,088

Взвешенный риск 0,180 0,179 0,180 0,315 0,147 -

Рис. 5. Результаты оценки весов видов рисков (а) и рисков вариантов трассы морского участка трубопровода (б) по сетевой модели

нее оценками, можно заключить, что интегральный вектор весов видов рисков отличается от оценок прямой иерархической модели; так, вес политических рисков уменьшился с 0,510 до 0,315, а риск воздействия на окружающую среду, напротив увеличился с 0,113 до 0,180.

По модели обратной иерархии можно также получить более детальную информацию - табл. 2.

Обращает на себя внимание, что согласованность в матрицах обратной иерархии несколько хуже, чем в матрицах прямой иерархии, что, по-видимому, вызвано несколько непривычной формулировкой вопроса.

В экспертно-аналитической системе Expert Solution 1.0 имеется еще одна возможность повышения надежности оценок приоритетов элементов иерархических моделей - за счет учета обратной связи между компонентами сетевой модели, которыми являются виды риска, с одной стороны, и варианты трассы морского участка

трубопровода - с другой. Не останавливаясь на деталях расчетов, приведем полученный при этом результат - рис. 5.

В данной публикации мы не касаемся еще одной важной особенности экспертно-аналитической системы Expert Solution 1.0 -она допускает работу с группой экспертов, что, конечно, значительно повышает надежность получаемых оценок.

Литература:

1. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий. М.: Радио и связь, 1993.

2. Саати Т. Принятие решений при зависимостях и обратных связях: Аналитические сети. Пер. с англ. / Науч. ред. А.В. Андрей-чиков, О.Н. Андрейчикова. М.: Изд-во ЛКИ, 2008.

3. Покровский А.М. Алгоритмы экспертно-аналитического метода сравнительной оценки инновационных проектов // Инновационная экономика. М.: 2010.