地鐵建設項目施工風險評價研究——以福州地鐵1號線項目為例

陳美華，李杰

(福建工程學院 管理學院，福建 福州 350118)

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地鐵建設項目施工風險評價研究——以福州地鐵1號線項目為例

陳美華，李杰

(福建工程學院 管理學院，福建 福州 350118)

摘要：通過問卷調(diào)查對福州地鐵1號線施工風險因素進行識別，從外界環(huán)境、施工管理、施工技術、施工人員4個方面建立地鐵施工風險評價指標體系。采用有序加權平均算法(OWA算法)求解評價指標的權重，通過計算各級風險評價指標的數(shù)學期望值法對地鐵施工風險進行評價。最后根據(jù)各級風險評價指標的數(shù)學期望值排查主要風險因素，提出加強地鐵施工風險管控的措施。

關鍵詞：地鐵； 施工風險； 風險評價； OWA算法； 數(shù)學期望值

地鐵建設工程不確定因素多、工期長、難度大、風險高，導致近年來全國各地地鐵建設施工過程中事故頻發(fā)[1-2]，如地面坍塌、建筑物下沉、地下管線遭破壞、人員傷亡等，造成了不可挽回的損失，并在社會上產(chǎn)生惡劣影響。應用科學的方法對地鐵施工風險進行管理，有利于減少地鐵施工安全事故的發(fā)生，提高地鐵建設項目的風險管理水平。自20世紀70年代以來，地下工程的風險管理及應用研究逐漸受到廣泛關注，日益成為各級政府規(guī)劃部門和施工單位高度重視的一項工作。

地鐵施工風險管理要求地鐵施工相關單位在風險因素識別的基礎上，及早發(fā)現(xiàn)風險并采用恰當?shù)姆椒ㄔu價地鐵施工過程中潛在的風險因素對整個系統(tǒng)的綜合影響；然后根據(jù)風險評價的結果有針對性地提出地鐵施工風險控制與管理的措施，進而達到提高風險管理能力的目的。首先構建地鐵施工風險評價指標體系，采用有序加權平均算法(ordered weight algorithm,OWA算法)求解指標的權重，然后采用問卷調(diào)查計算評價指標的數(shù)學期望值，從而對地鐵施工風險程度進行評價，以期為提高地鐵施工風險管理水平提供理論依據(jù)。

1　地鐵施工風險評價指標體系構建

1.1地鐵施工的風險識別

地鐵建設項目施工風險評價的首要工作是風險識別，通過風險識別將地鐵建設項目施工過程中潛在的各種風險因素識別出來。

本文在查閱相關參考文獻[3-6]的基礎上，分析了國內(nèi)外地鐵施工各種安全事故發(fā)生的原因，并結合福州市地鐵建設指揮部專家的意見，選用問卷調(diào)查法對地鐵建設項目施工風險進行識別。具體操作步驟是：(1)根據(jù)歷史數(shù)據(jù)和經(jīng)驗制作《地鐵建設項目施工初始風險清單表》，清單表中預選了40個可能發(fā)生風險的因素指標。(2)向福州地鐵1號線技術骨干和專家發(fā)放上述初始風險清單表，一共發(fā)放問卷50份，回收有效問卷38份。(3)統(tǒng)計調(diào)查結果中各個風險因素指標的票數(shù)，識別出票數(shù)排在前20個的風險因素，最終得到地鐵施工風險因素識別清單表(表1)。

表1地鐵施工風險因素識別清單表

Tab.1Identification list of subway construction risk factors

序號風險因素1安全管理制度風險2管理人員能力風險3施工組織風險4地下管線5周邊建筑物6地質條件7地下文物保護8地下水9安全教育及培訓10周邊交通狀況序號風險因素11止水措施12爆破13噪音和空氣污染14施工人員操作規(guī)范程度15施工人員熟練程度16施工人員安全意識17氣象條件18異常荷載19支護20降排水措施

1.2地鐵施工風險評價指標選取

由于地鐵建設項目施工風險識別必須遵循全面性原則，因此得到的風險因素數(shù)量較多、結構復雜。這些因素不可能全部羅列，為了降低風險評價的成本，需要從地鐵施工風險因素清單表中選取比較重要的風險因素作為地鐵施工風險評價指標。

在選取地鐵施工風險評價指標時，遵循如下原則：(1)代表性原則。由于影響地鐵施工的風險因素較多，為了降低風險，評價的復雜度風險評價指標需選擇具有代表性和典型性的風險指標。(2)完備性原則。地鐵施工具有工期長、難度大、環(huán)境復雜多變、不確定性因素多等特點，導致地鐵施工風險因素繁多。在深入了解具體地鐵工程建設情況的基礎上，確保選取的指標必須滿足全面綜合地反映地鐵項目施工的整體風險特征的要求。(3)可操作性原則。確定地鐵施工評價指標的目的是為了能夠對施工風險程度進行評價，如果所選取的指標無法定量表示或者無法定性描述，那么施工風險評價不具有可操作性，因此問卷調(diào)查表中所選取的指標應當通俗易懂，便于專家對指標的風險程度進行定量表示或者定性描述。在這個指標選取的原則下，最終從施工風險因素識別清單表中綜合篩選出14個風險因素作為地鐵施工風險評價指標。

1.3地鐵施工風險評價指標體系設立

本文從地鐵施工安全事故發(fā)生原因的角度出發(fā)，對選取出來的14個風險指標進行二次分類。將14個地鐵建設項目施工風險指標分為外界環(huán)境風險和項目自身風險兩大類，其中項目自身風險又可以劃分成施工管理風險、施工技術風險、施工人員風險三類。

1)外界環(huán)境

外界環(huán)境風險在很大程度上影響著地鐵施工風險發(fā)生的概率，地鐵施工常見的外界環(huán)境風險包括地下管線爆裂、周邊建筑物地基下沉、地質滑坡、流砂現(xiàn)象、涌水等。特別是惡劣氣候與極端氣象,如臺風、雷電、暴雨、暴雪、洪水、地震等對地鐵施工的威脅巨大，容易引發(fā)重大安全事故。概括地說，外界環(huán)境風險主要包括地下管線、周邊建筑物、地質條件、地下水、氣象條件等方面的風險。

2)施工管理

施工管理是施工安全的保障，地鐵施工過程中經(jīng)常由于安全管理制度不完善、不嚴格執(zhí)行技術標準、不嚴格遵守施工管理規(guī)定、施工組織混亂、管理人員能力低下等原因致使重大事故發(fā)生。因此施工管理風險主要包括安全管理制度、施工組織、管理人員能力等方面的風險。

3)施工技術

地鐵施工大部分是地下作業(yè)，常見的施工技術風險有地鐵施工在淺埋或者軟弱地層施工進行支護時失穩(wěn)引發(fā)坍塌、施工降水不當可能造成地面不均勻沉降、排水不暢引發(fā)滲水事件、爆破的沖擊力導致周邊建筑物開裂等?？偟膩碚f，施工技術風險主要包括支護、降排水、爆破等方面的風險。

4)施工人員

施工人員是工程建設的實施者，施工人員的行為與態(tài)度直接決定了工程施工質量和發(fā)生安全事故的概率。施工人員常見的風險有工人違反施工紀律、沒有嚴格遵守施工規(guī)程違規(guī)操作、操作不熟練、安全意識淡薄等?？梢姡┕と藛T風險主要包括施工人員的施工要求、熟練程度、安全意識等方面的風險。

根據(jù)以上分類的結果最終構建了一個包括外界環(huán)境、施工管理、施工技術、施工人員4個一級評價指標，14個二級評價指標的風險評價指標體系(表2)。

表2地鐵建設項目施工風險評價指標體系

Tab.2Risk evaluation index system of subway construction projects

一級指標外界環(huán)境施工管理施工技術施工人員二級指標地下管線周邊建筑物地質條件地下水氣象條件安全管理制度施工組織管理人員能力支護降排水爆破規(guī)范程度熟練程度安全意識

2　地鐵施工風險評價

本文以福州地鐵1號線為例，簡述采用OWA算法賦權和計算評價指標的數(shù)學期望法對地鐵施工風險進行分析與評價的過程。

2.1福州地鐵1號線工程簡介

根據(jù)福州市政府城市地鐵建設規(guī)劃，福州將建設9條線路，總長約338 km,共設215座車站，其中有26座是換乘站。福州地鐵1號線作為福州市地鐵交通的核心線路，同時也是福州市南北發(fā)展主軸，總長約30 km，共分兩期建設，北起新店秀峰路，南至東部新城，其中敞開段約0.65 km，地下約24.55 km，高架線約4.0 km。全線共設24個車站，平均每站間距1.237 km。

2.2利用OWA算法確定各級評價指標的權重

地鐵施工風險評價指標權重的確定方法主要有主觀賦權法、熵權法、OWA法等，本文采用OWA法[7]來確定福州地鐵1號線施工風險評價指標的權重，下面以確定4個一級指標權重為例闡述具體的操作過程：

(1)福州市城市地鐵有限責任公司組織5名行內(nèi)專家分別對福州地鐵1號線外界環(huán)境在施工風險評價中的重要性進行打分(分值在0～10之間)，將5名專家給的分值寫成向量的形式并記為向量a=(a1,a2,a3,a4,a5)，對向量a的分量從大到小重新排序得向量b=(b1,b2,b3,b4,b5)。

(4)最后將向量v歸一化得一級指標權重向量w。

利用該方法計算出一級指標權重向量為w=(0.25,0.28,0.26,0.21)；同理可計算得二級指標權重向量分別為w1=(0.18,0.22,0.20,0.19,0.21)，w2=(0.28,0.39,0.33)，w3=(0.35,0.36,0.29)，w4=(0.38,0.31,0.31)。

2.3地鐵施工風險評價

地鐵施工風險評價指標體系中的大部分指標是定性指標，如地下管線等。對這類指標的風險程度進行評價時，主要通過向專家發(fā)放問卷調(diào)查表進行打分將定性指標轉化為定量指標。根據(jù)上述地鐵建設項目施工風險評價指標體系制定風險評價表；向福州地鐵1號線技術骨干和專家發(fā)放評價表，專家們根據(jù)經(jīng)驗和資料對風險指標的風險程度進行打分(總分10分)；管理人員及時收回評價表進行匯總并計算各個風險評價指標的數(shù)學期望值，從而獲得風險程度的量化數(shù)值。

地鐵施工風險評價是根據(jù)安全性要求和所能掌握的安全信息對系統(tǒng)可能存在的危險進行風險程度評價，因此專家對地鐵施工風險進行評價時應該考慮風險可能發(fā)生的概率及嚴重程度。地鐵施工風險程度分為5個等級：低風險(0～2分)，較低風險(2～4分)，中等風險(4～6分)，較高風險(6～8分)，高風險(8～10分)。我們向50位福州地鐵1號線技術骨干和專家發(fā)放問卷調(diào)查表，專家根據(jù)福州地鐵1號線工程所有的數(shù)據(jù)及資料，對照風險評價指標體系分別對各個指標的風險程度進行打分。比如專家A認為地下管線的風險程度大小應該處于低風險，那么這個指標的分值應該是0～2分之間，其余以此類推。然后計算問卷調(diào)查表中各個風險指標評價的數(shù)學期望值如表3所示。顯然某一個評價指標數(shù)學期望值越大，說明該指標的風險程度越大；反之數(shù)學期望值越小，說明該指標的風險程度越小。

根據(jù)2.2計算出各級評價指標的權重，然后把每個二級風險評價指標的權重乘上相應的數(shù)學期望值，就得到這個指標的加權數(shù)學期望值。各個一級指標下的所有二級指標數(shù)學期望值加權之和稱為一級指標數(shù)學期望值；所有一級指標的數(shù)學期望值加權之和稱為總數(shù)學期望值。最終的計算結果見表4。

表3　福州地鐵1號線施工風險評價指標的數(shù)學期望值Tab.3　The mathematical expectation value of construction risk assessment indicators for Fuzhou subway line 1

表4　數(shù)學期望值計算表Tab.4　Mathematical expectation value calculation

根據(jù)上述福州地鐵1號線風險評價的結果可以看出：福州地鐵1號線總體施工風險總數(shù)學期望值為6.20，處于“較高風險”等級，需要有針對性地進行風險管控。本文將數(shù)學期望值比較大的兩個因素指標稱為主要風險因素。福州地鐵1號線施工風險評價的結果顯示一級指標中主要風險因素是外界環(huán)境和施工技術兩個指標。其中，外界環(huán)境中二級主要風險因素是地下管線和氣象條件這兩個指標；施工技術中二級主要風險因素是支護和降排水等指標。

2.4地鐵施工主要風險因素控制措施分析

根據(jù)上述福州地鐵1號線施工風險評價分析，針對數(shù)學期望值比較大的主要風險因素，采取下列措施以規(guī)避和控制施工風險。

1)安排專職安全員，實行全過程動態(tài)監(jiān)測

福州地鐵1號線特有的富含水的碎卵礫石和殘積土層地質，特別是下穿閩江段具有全斷面硬巖、軟硬交界面和江底中砂層三種地質，決定了福州地鐵1號線施工風險高、難度大，而且風險處于不斷的變化與發(fā)展中。這就要求監(jiān)控工作貫穿施工全過程，對監(jiān)測的數(shù)據(jù)實時處理并及時反饋，及時對風險進行動態(tài)分析。福州市城市地鐵有限責任公司應當安排專職安全員負責定期動態(tài)監(jiān)測評價結果。安全員應當密切關注風險評價指標的數(shù)學期望值，一旦數(shù)學期望值偏高，施工單位應當及時根據(jù)評價結果調(diào)整施工方案、優(yōu)化設計、采取措施，保證施工順利完成。

2)主要風險因素應對措施

施工單位采取措施時要重點突出主要風險因素，加以重點防范。福州地鐵1號線施工過程中將地下管線、氣象條件、支護、降排水4個指標作為主要風險因素加以重點控制，制定詳細應對措施：(1)地下管線措施： 及時向有關產(chǎn)權單位匯報和溝通；配合相關產(chǎn)權單位進行維修處理；適當增加維修設備。(2)氣象條件措施：及時掌握天氣信息；根據(jù)季節(jié)特征制定防水災、防風災、防地震等措施；通過購買工程保險將不可預測的風險轉移給保險公司。(3)支護措施：加強施工人員的安全施工意識；嚴格按照設計要求施工；做到及時支護和襯砌等。(4)降排水措施：及時掌握氣象條件、落實降水措施、保證排水暢通。

3)優(yōu)化工程保險的風險管理模式

福州地鐵1號線轉移施工風險的手段之一是通過購買工程保險來轉移工程風險，但是在實際工作中由于缺乏工程、經(jīng)濟、管理等交叉專業(yè)技術的支持，保險公司對地鐵施工風險管理處于被動狀態(tài)。為了克服保險公司被動地參與地鐵施工風險管理的現(xiàn)狀，福州地鐵1號線運用全委托風險管理模式[8]來優(yōu)化地鐵施工風險管理。該模式是保險公司參與風險管理，形成以監(jiān)理機構為主體，保險經(jīng)紀人、地鐵公司與保險公司共同參與的風險管理全委托模式。通過優(yōu)化施工風險管理模式，地鐵公司可以實現(xiàn)施工風險的合理規(guī)避，而保險公司在降低安全事故發(fā)生概率的同時能夠獲得豐厚的保險收益。

總之，在地鐵施工過程中施工管理人員應該增強風險意識，加強日常安全管理與控制，定期對施工潛在的風險因素進行監(jiān)測，可采用所介紹的OWA算法和計算風險指標的數(shù)學期望值法對地鐵建設項目施工風險程度進行評價，及時發(fā)現(xiàn)主要風險因素，從而運用確實有效的措施防范風險事故的發(fā)生。

參考文獻：

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[2] 李聰,陳建宏，楊珊，等.五元聯(lián)系數(shù)在地鐵施工風險綜合評價中的應用[J].中國安全科學學報,2015,10(10):21-26.

[3] 陳帆,謝洪濤.基于粗糙集和RBF神經(jīng)網(wǎng)絡的地鐵施工安全風險評估[J].安全與環(huán)境學報,2013,8(4):232-235.

[4] 吳賢國,陳躍慶，張立茂，等.地鐵工程施工安全監(jiān)控預警管理及評價標準研究[J].鐵道工程學報,2013,5(5):107-111.

[5] 張國軍,李宏男.大連地鐵隧道施工風險評估[J].鐵道建筑,2012(10):47-49.

[6] 李潔,鄒小偉.地鐵工程風險評價[J].建筑經(jīng)濟,2009(5):71-74.

[7] 趙金先,李龍,劉敏.基于OWA算子賦權的地鐵工程項目管理績效灰色評價[J].建筑經(jīng)濟,2014,35(9):125-129.

[8] 李杰.地鐵建設項目風險管理全委托模式的研究[J].保險研究,2011(12)：40-44.

(責任編輯： 肖錫湘)

Construction risk evaluation for subway construction projects：Taking Fuzhou subway line 1 as an example

Chen Meihua，Li Jie

(School of Management, Fujian University of Technology, Fuzhou 350118, China)

Abstract：Questionnaires investigation was conducted to identify the risk factors of Fuzhou subway line 1.An index system of subway construction risk evaluation was established from the four aspects of external environment, construction management,construction technology and construction personnel.Ordered weight average (OWA)algorithm was used to resolve the weight of evaluation indexes.The mathematical expectation method of calculating risk evaluation indexes was adopted to evaluate the subway construction risks.Finally,the main risk factors were determined via the mathematical expectation method of calculating risk assessment indicators.Approaches to strengthen the risk management and control of the subway construction were proposed.

Key words：subway;construction risk; risk evaluation; ordered weight average(OWA) algorithm; mathematical expectation value

doi:10.3969/j.issn.1672-4348.2016.04.017

收稿日期:2016-05-29

基金項目：福建省科技廳軟科學項目(2015R0003 )；福建工程學院科研啟動項目(GY-Z13041);福建省中青年教師教育科研項目(JAS160341)

第一作者簡介：陳美華(1977-)，女，福建莆田人，實驗師，碩士，研究方向：工程管理、風險分析。

中圖分類號：U231.3

文獻標志碼：A

文章編號：1672-4348(2016)04-0398-05