基于地鐵實例的項目施工風(fēng)險評價研究

張 冬張彥＊（北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司 天津 300070 天津城建大學(xué)土木工程學(xué)院 天津 300384）

基于地鐵實例的項目施工風(fēng)險評價研究

張 冬1張彥2＊
（1北京城建設(shè)計發(fā)展集團股份有限公司 天津 300070 2天津城建大學(xué)土木工程學(xué)院 天津 300384）

1.引言

天津市是我國較早建設(shè)地鐵的城市之一，截至目前已經(jīng)有1、2、3、9號線運營，在建5、6、7號線，步入了地鐵建設(shè)和運營的快速發(fā)展階段。眾所周知，地鐵施工過程中潛在的風(fēng)險因素數(shù)量巨大，通過對風(fēng)險因素造成的損失情況和發(fā)生概率進行分析評價，從而對風(fēng)險因素的影響程度進行量化，確定風(fēng)險因素的重要性程度。根據(jù)評價結(jié)果采取不同的方法進行應(yīng)對，對于超出施工過程風(fēng)險承受范圍的風(fēng)險因素要重新制定方案和計劃等，以避免在地鐵施工過程中造成重大的損失[1-3]。對地鐵施工過程中各類風(fēng)險進行評價，根據(jù)他們對地鐵施工目標的影響程度，包括出現(xiàn)的概率和后果，以確定他們的排序，為考慮風(fēng)險控制先后和風(fēng)險控制措施提供依據(jù)。同時，可進一步認識已估計的風(fēng)險發(fā)生的概率和引起的損失，降低風(fēng)險估計過程中的不確定性。當發(fā)現(xiàn)原估計和現(xiàn)狀出入較大，必要時可根據(jù)地鐵建設(shè)項目進展現(xiàn)狀，重新估計風(fēng)險發(fā)生的概率和可能的后果[4]。

2.評價模型

工程建設(shè)領(lǐng)域常用的風(fēng)險評價方法主要有：德爾菲法、層次分析法、故障樹分析法、蒙特卡洛模擬法、模糊綜合評價法等[5～6]。本文主要采用評價模型——基于三角模糊數(shù)的地鐵施工風(fēng)險綜合評價方法。其中，模糊數(shù)學(xué)是20世紀60年代中期以后以模糊集合（fuzzy set）論為基礎(chǔ)發(fā)展起來的一門新興科學(xué)，模糊數(shù)學(xué)的產(chǎn)生是為了解決經(jīng)濟管理和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域廣泛存在的模糊現(xiàn)象[7]。工程建設(shè)項目風(fēng)險評價過程中存在著大量的風(fēng)險因素，其風(fēng)險影響程度難以準確地進行定量描述，其影響程度往往是出于某一特定范圍之內(nèi)。模糊數(shù)學(xué)處理模糊的變量較為簡便合理，且相應(yīng)的數(shù)學(xué)結(jié)果又可以與文字描述相互轉(zhuǎn)

綜合評價是指綜合考慮多種因素影響的事物或系統(tǒng)對其進行總的評價，當評價因素具有模糊性時，這樣的評價被稱為模糊綜合評價?；谌悄：龜?shù)的模糊綜合評價法是在層次分析法（analytic hierarchy process ,AHP）和專家打分法的基礎(chǔ)上引入三角模糊數(shù)的概念并對其進行模糊評價，進而確定其風(fēng)險程度的方法。地鐵施工是一項復(fù)雜的系統(tǒng)工程，項目本身具有投資規(guī)模大，質(zhì)量要求高，施工難度大，涉及責(zé)任主體多等特點，使得地鐵項目施工過程中潛在的風(fēng)險因素較多。對這樣評價因素具有模糊性的總體系統(tǒng)進行的評價可以稱為模糊綜合評價。地鐵建設(shè)項目施工風(fēng)險模糊綜合評價法首先將風(fēng)險評價指標體系分成若干層次結(jié)構(gòu)，引入三角模糊數(shù)對所確定各指標的標度進行模糊化處理，之后通過二元對比倒數(shù)法確定權(quán)重，并建立隸屬度矩陣，最終得出評價結(jié)果。

綜上所述，模糊綜合評價充分考慮到了實際工程當中各影響因素之間的模糊程度，準確客觀地反映了實際情況。通過專家的經(jīng)驗和專業(yè)知識，根據(jù)風(fēng)險因素的影響程度和風(fēng)險事件的發(fā)生概率，確定隸屬度函數(shù)以及隸屬矩陣。這樣一來，可將定性判斷和不確定判斷轉(zhuǎn)化為了定量分析，使評價結(jié)果更為準確可靠[9]。

3.基于三角模糊數(shù)的地鐵施工風(fēng)險綜合評價方法的基本步驟

模糊綜合評價方法總的說來由三大部分組成。首先需要得出評價指標體系中各因素的權(quán)重；然后通過專家評判和打分得出評價集的隸屬度矩陣；最后通過綜合評價并根據(jù)最大隸屬度原則得出評價結(jié)果。根據(jù)地鐵施工過程的特點，本文采用的基于三角模糊數(shù)的地鐵施工風(fēng)險綜合評價模型的具體步驟如下[10]：

（1）劃分評價層次確定評價因素集U

對評價對象進行收集資料、整理歸類，按照層次分析法的原理將待解決的問題按目標層、準則層（一級指標）、方案層（二級指標）劃分為三個層次，從而確立評價指標體系并確定地鐵施工風(fēng)險評價因素集,即U=｛U1,U2,……, Um｝。其中，U為評價指標因素集，Ui（i=1,2, ……,m）表示各風(fēng)險因素。

所以，在劃分出的評價指標因素集中，有目標層、準則層（一級指標）、方案層（二級指標）三個層次組成。Ui(i=1,2, ……,m)為準則層（一級指標）中的各風(fēng)險因素；Uij(i=1,2, ……,m) (j=1,2, ……,n) 為方案層（二級指標）中的各風(fēng)險因素。

（2）構(gòu)造模糊判斷互補矩陣[11-12]

針對建立評價因素集進行專家打分，在各層次內(nèi)進行打分。采用三角模糊數(shù)（l，m，u）來標度各層次內(nèi)的打分情況，兩兩比較的判斷結(jié)果用三角模糊數(shù)表示為aij=(lij，mij，uij)。

（3）計算三角模糊數(shù)綜合值Si

對專家們給出的三角模糊判斷矩陣進行整理分析，并計算出算術(shù)平均值，可得出整理后的三角模糊判斷矩陣。根據(jù)整理后的結(jié)果，利用公式可求得相應(yīng)層次下的三角模糊綜合值Si。

（4）計算指標權(quán)重

利用三角模糊數(shù)原理，計算三角模糊數(shù)總和值Si的期望值，將三角模糊數(shù)綜合值進行清晰化處理。對評價的期望值向量進行歸一化處理，即可得出相應(yīng)指標權(quán)重。通過比較各風(fēng)險權(quán)重的大小，可找出相應(yīng)工程的重要風(fēng)險因素。對應(yīng)的因素集中各層次的權(quán)重為wi=﹛w1,w2,…,wn﹜。

（5） 建立評價集

評價集是利用專家對地鐵施工過程的認知和經(jīng)驗，對地鐵施工過程中的各風(fēng)險因素的可能造成的結(jié)果所做出的評價的集合。可以表示為Vi=﹛v1,v2,…,vn﹜,代表各因﹛

﹜素可能造成的各種結(jié)果。本文的評價集為 低度，一般，較高，嚴重 四個等級。

（6）構(gòu)造隸屬度矩陣

對因素集中某一個因素U中的第i個風(fēng)險因素Ui進行評價，其對評價集中第j個元素的隸屬度表示為rij,即Ri=(ri1,ri2,…,rij)。

（7）進行模糊綜合評價

將已確定的權(quán)重向量Wi=﹛w1,w2,…,wn﹜與隸屬度矩陣R,利用模糊算子進行模糊矩陣復(fù)合運算，模糊綜合評價可表示為:

Z為模糊綜合評價集，其結(jié)果即為模糊綜合評價的結(jié)果。其含義為綜合考慮了各層因素的影響，某一個因素對擇備集中某一程度等級的隸屬度。根據(jù)最大隸屬度原則，選擇與最大評價指標相對于的評語作為其評價結(jié)果13-14]。

4.應(yīng)用實例地鐵

4.1 天津地鐵某線路基本情況及工程工程地質(zhì)條件

以天津地鐵某線路為例，該線初步設(shè)計概算123.3億元，線路全長22.8千米，其中地下線21.4千米，地面及過渡段1.4千米。主要土建工程量如下：主體圍護結(jié)構(gòu)地連墻1582幅，基坑土方開挖142萬方，土體結(jié)構(gòu)混凝土42.3萬方，盾構(gòu)單線31.4公里，鋪軌長度為61.8公里。

天津地處沖擊平原，車站基坑及隧道主要位于10—30m高壓縮性的淤泥質(zhì)軟土與粉質(zhì)粘土地層，地質(zhì)條件差。天津地鐵工程穿越中心城區(qū)，天津地鐵建設(shè)區(qū)域內(nèi)地下承壓水廣泛分布，砂層分布不規(guī)律，與海河、津河、月牙河存在水利聯(lián)系，周邊建構(gòu)物、橋梁、管線、河流密集，基坑降水、土方開挖以盾構(gòu)機掘進施工極易造成涌水、涌砂、路面沉陷、建筑物傾斜破壞、管線破裂等。地面以下均為新生界沉積巖層，地貌特征以陸相沉積層為主。由于受第四紀晚期海進海退的影響，從而形成了海陸交互沉積層。所以天津地鐵建設(shè)施工所處的工程地質(zhì)條件有一定的規(guī)律性，地下地層分布規(guī)律從上至下為：人工填土層、新近沉積層、第Ⅰ陸相層、第Ⅱ陸相層、第Ⅲ陸相層、第Ⅱ海相層、第Ⅳ陸相層、第Ⅲ海相層。

4.2 風(fēng)險識別

本文根據(jù)天津地鐵施工過程的特點以及天津特殊的工程地質(zhì)環(huán)境，對天津地鐵該線建設(shè)項目的施工過程中的風(fēng)險進行了梳理和歸納，并構(gòu)建了天津地鐵施工風(fēng)險評價指標體系。該評價指標體系共分為三個層次，即目標層、準則層（一級指標）、方案層（二級指標），其中一級指標為7個，二級指標為32個。

4.3 基于三角模糊數(shù)的地鐵施工風(fēng)險綜合評價

4.3.1 確定地鐵施工各風(fēng)險因素的權(quán)重

根據(jù)地鐵施工風(fēng)險評價指標體系，該線路施工風(fēng)險為目標層，用U表示。準則層（一級指標）為7個、方案層（二級指標）為32個，均為導(dǎo)致地鐵施工風(fēng)險的事件，分別表示為Ui(i=1，2，┅，7) ，Uij(i=1，2，┅，7；j=1,2, ┅，6)。這樣，就劃分出來風(fēng)險評價因素集。

接下來對各因素對地鐵施工所造成風(fēng)險的重要程度進行確定，通過計算指標權(quán)重來確定各因素的重要性。

4.4 評價結(jié)果分析

根據(jù)最大隸屬度原則，可以得出天津地鐵某線路施工風(fēng)險綜合評價結(jié)果如下：

一般風(fēng)險包括：進度風(fēng)險、成本風(fēng)險、社會風(fēng)險；較大風(fēng)險包括：周邊環(huán)境風(fēng)險、質(zhì)量風(fēng)險；嚴重風(fēng)險包括：自然風(fēng)險、安全風(fēng)險。本線路施工總體風(fēng)險屬于較大風(fēng)險。

評價結(jié)果中的嚴重風(fēng)險（自然風(fēng)險、安全風(fēng)險）形成原因分析：

自然風(fēng)險主要是由于沿線水文地質(zhì)條件造成的。本線路所穿越的地層為第四系全新統(tǒng)至上更新統(tǒng)之海相沉積及陸相沉積層，為松散土層，地質(zhì)條件欠佳；市區(qū)和近郊地表土層較為混雜，受人工影響較大，市區(qū)內(nèi)地基由于河流古道較多，經(jīng)人工填墊和海河吹填，土壤壓縮性較大，多形成軟土地基；且地下水位較高。所以較高的地下水位和地基土的軟弱等自然因素形成地鐵施工的嚴重風(fēng)險。

安全風(fēng)險貫穿地鐵建設(shè)的始終，對地鐵建設(shè)的成敗具有重要作用。地鐵建設(shè)投資規(guī)模大，施工難度高，技術(shù)要求復(fù)雜。對于天津市地鐵建設(shè)而言，由于城區(qū)多處于軟弱土層，地下水豐富，地上建筑密集，地下管線網(wǎng)交錯，這樣的施工條件給地鐵施工增加了難度，同時形成了極大的安全風(fēng)險。對于地鐵建設(shè)這樣大型的共建工程，一旦出現(xiàn)安全事故，會對整個工程的質(zhì)量、進度、投資等方面產(chǎn)生巨大的影響。安全事故的出現(xiàn)不僅會造成嚴重的經(jīng)濟損失，還會帶來消極的負面影響，所以必須加強對安全風(fēng)險控制和管理。

可以看出，本文采用的基于三角模糊數(shù)的地鐵施工風(fēng)險評價方法所得出的結(jié)論與在實際工程現(xiàn)場所調(diào)查的結(jié)果基本一致。自然風(fēng)險和安全風(fēng)險是天津地鐵施工過程中的重要風(fēng)險，其發(fā)生概率和導(dǎo)致的損失都十分嚴重，在工程施工過程中應(yīng)根據(jù)風(fēng)險等級對相應(yīng)風(fēng)險采取必要的措施進行防范。同時，需要加強風(fēng)險管理和相應(yīng)的技術(shù)措施，避免風(fēng)險事故的發(fā)生，確保地鐵建設(shè)的順利進行。

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1007-6344（2016）06-0303-01