基于灰色理論的建筑基坑造價風(fēng)險預(yù)測研究

(上海久寧建筑工程有限公司，上海 200061)

1 引言

隨著我國城市化進(jìn)程的不斷加快，基礎(chǔ)建設(shè)事業(yè)得以飛速發(fā)展，加之城市人口數(shù)量不斷增長，城市土地的使用價格愈來愈高，因此，高層甚至超高層建筑、地下軌道交通工程、大型過街通道等工程雨后春筍般在大中城市出現(xiàn)。為了保證此類建(構(gòu))筑物的抗震、抗壓與抗風(fēng)的要求、確保建(構(gòu))筑物的運營安全，使得基坑工程由之前的常規(guī)深度逐步朝深大基坑方向不斷發(fā)展[1-4]，由此帶來的建設(shè)風(fēng)險逐漸增加，引起了眾多造價從業(yè)者的極大關(guān)注。

由于基坑設(shè)計理論還不夠全面、地表地層的變異以及眾多不可預(yù)計的復(fù)雜問題的出現(xiàn)，施工過程中深大基坑工程的造價風(fēng)險具有多種不確定性，稍有不慎將造成巨大的財產(chǎn)損失[5-8]。因此針對建筑深大基坑造價風(fēng)險的預(yù)測研究具有重要意義。目前有關(guān)基坑造價常規(guī)預(yù)測方法主要有：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊數(shù)學(xué)方法以及廣聯(lián)達(dá)軟件只能預(yù)測等[9-10]。然而這些預(yù)測僅建立在現(xiàn)有的一些預(yù)測評價指標(biāo)基礎(chǔ)上，并未考慮各指標(biāo)之間的相互聯(lián)系，也并未考慮各種主觀因素對預(yù)測評分的影響。

本文針對現(xiàn)有研究中的不足，在已有文獻(xiàn)基礎(chǔ)上，將造價風(fēng)險范圍延伸到建筑基坑工程施工階段，考慮預(yù)測指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，創(chuàng)造性地將多層次灰色理論運用到施工階段基坑工程造價風(fēng)險管理評價研究中，對建筑基坑工程施工階段造價風(fēng)險進(jìn)行多層次評價預(yù)測，并給出相應(yīng)風(fēng)險控制方法，研究成果更好地為建筑基坑工程造價風(fēng)險預(yù)測評價提供理論指導(dǎo)。

2 灰色多層次評價預(yù)測理論

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的控制理論中，人們通常采用顏色的深淺來形容信息的透徹程度，一般情況下，“白色系統(tǒng)”指系統(tǒng)內(nèi)的信息完全公開透明，其內(nèi)部特性全部是已知的； “黑色系統(tǒng)”指代系統(tǒng)內(nèi)部信息相對于外界完全未知，需要通過內(nèi)部信息與外界聯(lián)系來觀察研究確定； “灰色系統(tǒng)”是介于“白色系統(tǒng)”和“黑色系統(tǒng)”之間的一種半不透明，信息半不明確的獨立系統(tǒng)，它包括元素(參數(shù))信息不完全確定、結(jié)構(gòu)信息不完全確定、邊界信息不完全確定、運行行為信息不完全確定四種情況。表1所示為廣義“灰”的含義。

表1 廣義“灰”的含義

多層次灰色評價的主要執(zhí)行思想是針對評價對象包含多層次結(jié)構(gòu)的屬性，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)計算出各層次指標(biāo)對應(yīng)于上一層次指標(biāo)的權(quán)重，接著從最低下一層起始，在充分分析了各個層次指標(biāo)相對權(quán)重后，利用關(guān)聯(lián)系數(shù)和權(quán)重的乘積結(jié)果對這一層次進(jìn)行綜合評價，同時該評價結(jié)果又可以當(dāng)作其緊鄰上層的初始指標(biāo)進(jìn)行重復(fù)運算，如此反復(fù)循環(huán)，直至該對象所有層次均評價完成，此時評價終止[11]。如果我們假設(shè)基坑工程施工階段造價風(fēng)險問題分為三個層次，那么其評價指標(biāo)體系的一般形式如圖1所示。

圖1 基坑工程造價風(fēng)險三層次灰色評價指標(biāo)預(yù)測體系一般形式

圖2 施工階段造價風(fēng)險評價預(yù)測指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)

3 工程概況

本工程位于上海浦東新區(qū)張楊路新上海商業(yè)城內(nèi)，是一幢集購物、商住、娛樂于一體的綜合性建筑。大廈占地3 300m2，總建筑面積25 000mm2，主體高38m，為9層智能化商辦商住綜合樓。地下2層車庫，地下室2層。建筑總高度34.6m。其主樓樁徑Φ700，有效樁長17.4m，總計158根，裙房樁徑Φ650，有效樁長12.4m，總計213根。地下室設(shè)計平面呈半圓形，直徑72m，埋置深度-11.90m。實際開挖深度11m，電梯井處達(dá)13.7m，基坑占地面積為6 645m2。

基坑西南側(cè)原水管與基坑開挖邊線最小距離約14.1m； 南側(cè)有多幢保護(hù)建筑，離基坑較近的5幢建筑與基坑開挖邊線最小距離分別為0.9m、2.8m、3.6m、14.1m、15.0m； 基礎(chǔ)施工階段保證基坑及周邊建筑、管線安全要求較高，施工難度大。

整個基坑的圍護(hù)形式為Φ850mm厚SMW工法三軸水泥土勁性攪拌樁，攪拌樁水泥摻量為20%(遇到安浜位置水泥摻量為25%)，攪拌樁長度為22.7m、25.7m。攪拌樁內(nèi)插H700×300×13×24，基坑南側(cè)靠近保護(hù)建筑的區(qū)域，H型鋼密插間距600mm，東側(cè)靠居民房位置H型鋼區(qū)域H型鋼間距1 800mm，其余部位的H型鋼跳插，間距1 200mm，插入深度為插入攪拌樁內(nèi)長度為攪拌樁長度減去500mm。型鋼在地下室結(jié)構(gòu)出零之后拔除。

4 施工階段灰色層次評價預(yù)測模型

4.1 評價預(yù)測指標(biāo)

根據(jù)施工單位的管理檔案，同樣采用層次分析法構(gòu)建遞階層次指標(biāo)體系以評定世博變電站施工期造價風(fēng)險等級，綜合考慮各方面影響因素，設(shè)定四項一級指標(biāo)：B1環(huán)境污染風(fēng)險、B2施工擾動風(fēng)險、B3施工造價控制、B4科學(xué)施工管理。各項一級指標(biāo)根據(jù)所表征問題性質(zhì)的不同，分為若干相應(yīng)的二級指標(biāo)，其中，一級指標(biāo)B1的4項二級指標(biāo)為：C1噪音污染、C2空氣污染、C3建筑垃圾污染、C4輻射污染； B2的4項二級指標(biāo)為：C5土方開挖、C6地下水抽取、C7鄰近建筑擾動、C8文物保護(hù)； B3的5項二級指標(biāo)為：C9節(jié)約能源、C10節(jié)約建材、C11節(jié)約用水、C12節(jié)省工期、C13廢棄物再利用； B4的3項二級指標(biāo)為：C14信息化管理、C15文明施工環(huán)境、C16人員健康安全。施工階段造價風(fēng)險評價遞階層次指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

根據(jù)施工單位的管理提供的信息，具體在實施階段評價體系就如圖2所示的三層次評價指標(biāo)體系。假設(shè)也是有兩種封建評價預(yù)測方法需要評價，即q=2，s=1， 2。根據(jù)施工階段的評價預(yù)測步驟，對實施階段的造價風(fēng)險預(yù)測管理方法采用灰色多層次評價法的步驟為：

(1)確定最底層評價指標(biāo)Vij的評分等級標(biāo)準(zhǔn)

參考自然人的最大分辨能力，我們不妨把評價指標(biāo)Vij的劃分為4個優(yōu)劣等級，將其分別給與評分值為4， 3， 2， 1分。比如當(dāng)指標(biāo)V31“節(jié)約能源”達(dá)到造價風(fēng)險預(yù)測管理的標(biāo)準(zhǔn)具有重要貢獻(xiàn)(或較大貢獻(xiàn)、一般貢獻(xiàn)、無貢獻(xiàn))，相應(yīng)的評分值就為4分(或3分、2分、1分)。當(dāng)指標(biāo)等級介于緊鄰等級間時，評分值為中間值3.5分、2.5分和1.5分。其它指標(biāo)等級亦可參考上述規(guī)定(這里從略)。

(2)確定評價指標(biāo)Vij和Ui的權(quán)重

采用層次分析法，同理可確定出中間層指標(biāo)Ui(i=1， 2， 3， 4)的權(quán)重集A=(a1，a2，a3，a4)=(0.30， 0.31， 0.24， 0.15)，按照相同方法可以得出最底層評價指標(biāo)的權(quán)重集分別：

A1=(0.33， 0.16， 0.32， 0.19)，

A2=(0.20， 0.33， 0.26， 0.21)，

A3=(0.20， 0.13， 0.21， 0.24， 0.22)，

A4=(0.34， 0.38， 0.28)。

(3)組織相關(guān)專家評分

工程施工過程中總共安排6位專家進(jìn)行評分，分別對施工階段的兩種評價指標(biāo)Vij評分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行打分，匯總后編制專家評分表。例如，專家對避免環(huán)境污染的4個造價風(fēng)險因素進(jìn)行評分表如表2所示，其余專家評分以此參見表3～表5所示。

表2 避免環(huán)境污染4個造價風(fēng)險預(yù)測因素專家評分

表3 減少施工環(huán)境擾動4個造價風(fēng)險預(yù)測因素專家評分

表4 合理降低造價5個造價風(fēng)險預(yù)測因素專家評分

表5 以人為本施工管理3個綠色管理因素專家評分

(4)根據(jù)前述6名專家的評分表，得出評價樣本矩陣D1和D2，其值如下所示。

(5)確定評價灰類。

(6)計算灰色評價系數(shù)。

(8)對中間層指標(biāo)Ui做綜合評價

對管理方法1的U1、U2、U3、U4做綜合評價，其結(jié)果分別為：

(9)對該管理方法進(jìn)行綜合評價

根據(jù)上述Ui的綜合評價結(jié)果，可以求得管理方法1的總灰類評價權(quán)矩陣R(1)：

這樣，我們就可以對本工程造價風(fēng)險做出綜合評價，評價結(jié)果為：

(10)綜合評價的計算與排序

本工程施工階段的造價風(fēng)險的綜合評價值為：

在專家看來，任何一種造價的風(fēng)險評價預(yù)測指標(biāo)評分2分及以上者都應(yīng)為真正的風(fēng)險源(表5所示)，該值對應(yīng)的綜合評價值為2.85，所以可以看出文中所給造價風(fēng)險評價指標(biāo)值3.264大于2.85，為較嚴(yán)重造價風(fēng)險。

表6 風(fēng)險等級量化表

5 結(jié)論

基于多層次灰色理論，針對建筑基坑工程施工階段的造價風(fēng)險預(yù)測，結(jié)合考慮預(yù)測指標(biāo)的關(guān)聯(lián)性，研究了施工階段基坑工程造價風(fēng)險管理評價預(yù)測問題，并依托上海500kV上海世博變電站工程，對其基坑工程施工階段造價風(fēng)險進(jìn)行了多層次評價預(yù)測，并給出相應(yīng)風(fēng)險控制方法。主要結(jié)論為：

(1)在基坑工程施工中，可設(shè)定環(huán)境污染風(fēng)險、施工擾動風(fēng)險、施工造價控制、科學(xué)施工管理四項一級指標(biāo)；

(2)設(shè)定噪音污染、空氣污染、建筑垃圾污染、輻射污染、土方開挖、地下水抽取、鄰近建筑擾動、文物保護(hù)、節(jié)約能源、節(jié)約建材、節(jié)約用水、節(jié)省工期、廢棄物再利用、信息化管理、文明施工環(huán)境、人員健康安全等二級評價預(yù)測指標(biāo);

(3)在基坑工程施工階段，造價風(fēng)險預(yù)測綜合評價值為W(1)=3.264，大于施工階段造價風(fēng)險預(yù)測評價的最低值2.85，表明在該階段，該工程的造價風(fēng)險為較嚴(yán)重風(fēng)險；

(4)基于灰色理論的造價風(fēng)險評價方法是切實可行的，并且操作簡單，在實踐中很具針對性，案例分析后也說明在往后的工程實踐中，可以找到一種一般性的造價風(fēng)險預(yù)測評價方法，以供今后類似相關(guān)工程參考。

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