新興城市地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評估研究

孟 楠， 張新寧， 段曉晨， 畢 岳(.石家莊鐵道大學(xué) 經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，河北 石家莊 050043；. 中鐵十六局集團(tuán)第二工程有限公司，天津 3006)

21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)快速發(fā)展。地鐵作為一種快捷和環(huán)保的交通工具，逐漸開始在各大中城市興建。在我國社會經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的背景下，我國地下交通發(fā)展取得了很大的進(jìn)步，地鐵建設(shè)正進(jìn)入穩(wěn)步、快速和有序的發(fā)展階段[1]。地鐵建設(shè)具有投資規(guī)模大、技術(shù)難度高、周邊環(huán)境復(fù)雜等特點(diǎn)，加上全國地鐵建設(shè)中安全事故頻發(fā)，以及新興城市在地鐵建設(shè)方面缺乏經(jīng)驗(yàn)，使得地鐵施工過程中發(fā)生事故的風(fēng)險(xiǎn)大。因此，應(yīng)對地鐵工程施工的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評價(jià)，盡早識別施工中存在的風(fēng)險(xiǎn)問題，并采取相應(yīng)的措施。新興城市如何在地鐵工程建設(shè)過程中加強(qiáng)安全管理，有針對性地提出防范措施，對我國地鐵安全管理具有重要意義，成為地鐵風(fēng)險(xiǎn)管理的關(guān)鍵內(nèi)容[2]。

國內(nèi)很多學(xué)者做了相關(guān)研究。周德紅等利用模糊層次分析法找出地鐵施工中導(dǎo)致事故的主要風(fēng)險(xiǎn)因素[3]；劉維慶等對城市軌道交通PPP項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評價(jià)[4]；谷昀運(yùn)用層次分析法確定各指標(biāo)權(quán)重，以模糊綜合評判法為基礎(chǔ)建立評價(jià)模型，并使用該模型評估了北京地鐵14號線03標(biāo)段的風(fēng)險(xiǎn)水平[5]；張進(jìn)、馬斌、王可娜識別地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)因素后，采用層次分析法計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重并構(gòu)建梯形隸屬函數(shù)，研究了地鐵建設(shè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)管控能力[6]。但目前我國在地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評估方面仍需深入的探討和研究。本文通過分析地鐵施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立評價(jià)指標(biāo)體系，并利用三角模糊數(shù)對層次分析法的計(jì)算進(jìn)行改進(jìn)，計(jì)算出該指標(biāo)體系中各指標(biāo)的權(quán)重，并通過模糊綜合評價(jià)法[7]對石家莊地鐵施工的風(fēng)險(xiǎn)管理水平進(jìn)行評價(jià)。

一、構(gòu)建施工風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)體系

(一)施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)的選取原則

由于地鐵施工周邊環(huán)境復(fù)雜，為確保工程施工安全，施工中應(yīng)全面考慮所有風(fēng)險(xiǎn)因素。但考慮到風(fēng)險(xiǎn)管理成本，所以應(yīng)按照一定原則選擇出比較重要的因素或指標(biāo)，須遵循的原則有：

(1)全面性原則。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)需在熟悉施工進(jìn)度情況基礎(chǔ)上，借鑒類似工程的施工風(fēng)險(xiǎn)管理經(jīng)驗(yàn)，把影響施工安全的主要風(fēng)險(xiǎn)因素加以考慮，做到全面反映又突出重點(diǎn)，避免僅依據(jù)少量指標(biāo)而使風(fēng)險(xiǎn)管理效率低下的狀況。

(2)代表性原則。施工風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)指標(biāo)應(yīng)具代表性，在地鐵施工的不同階段區(qū)別管理重點(diǎn)，降低評價(jià)過程的復(fù)雜度。風(fēng)險(xiǎn)管理人員應(yīng)根據(jù)特定地鐵項(xiàng)目的具體施工情況和特點(diǎn)，選擇比較典型的風(fēng)險(xiǎn)因素和指標(biāo)，制定適合本工程的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。

(3)可行性原則。在地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理中，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的目的是為了實(shí)施。因此，制定的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系必須是切實(shí)可行的，也就是選擇的指標(biāo)應(yīng)通俗易懂，便于風(fēng)險(xiǎn)管理人員對其進(jìn)行定性或定量描述與評價(jià)[5]。

(二)施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系的建立

在影響地鐵順利施工風(fēng)險(xiǎn)因素研究方面，于全勝以石家莊地鐵1號線為例，運(yùn)用模糊評價(jià)方法進(jìn)行了探討[2]；陳美華、李杰構(gòu)建了地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)指標(biāo)體系[8]。地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是一項(xiàng)綜合性指標(biāo)，反映的是施工過程中外界和項(xiàng)目本身可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，涉及多個(gè)指標(biāo)的分類與評判。新興城市在構(gòu)建城市交通系統(tǒng)時(shí)，地鐵以其大容量、集約型發(fā)揮了作用。因此在地鐵施工過程中應(yīng)努力建設(shè)“綠色地鐵”，盡可能降低對地鐵建設(shè)周邊環(huán)境的污染[9-10]。此外，由于新興城市多為首次修建地鐵，施工企業(yè)缺少該地區(qū)以往類似工程的施工數(shù)據(jù)與資料，更多依賴于地質(zhì)勘測，增加了施工的風(fēng)險(xiǎn)與難度。地鐵建設(shè)周期長的特點(diǎn)會給交通帶來一定影響，這都要求地鐵施工相關(guān)人員加以考慮。本文在查閱相關(guān)資料基礎(chǔ)上，結(jié)合新興城市與地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)有關(guān)的特點(diǎn)，形成5個(gè)一級指標(biāo)17個(gè)二級指標(biāo)建立地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系[8]，如表1所示。

表1 地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)指標(biāo)體系

二、地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評估模型構(gòu)建

(一)基于三角模糊數(shù)AHP的地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評估模型

Zadeh 在1965年提出Dev 模糊集的概念，三角模糊數(shù)常被用來解決不確定環(huán)境下的問題，可應(yīng)用在成本管理、績效評價(jià)、質(zhì)量管理等。首先給出三角模糊數(shù)的定義[7]。

若模糊數(shù)A由(a，b，c)決定，且隸屬函數(shù)為

(1)

則稱A為三角模糊數(shù)，記作A=(a，b，c)，若a=b=c時(shí)，A為一個(gè)精確數(shù)。

(2)建立基于三角模糊數(shù)的判斷矩陣

相關(guān)專家依據(jù)表1和表2，按照三角模糊數(shù)對各指標(biāo)進(jìn)行兩兩比較打分。

表2 xi比xj強(qiáng)(重要)的程度

通過對風(fēng)險(xiǎn)因素的兩兩比較，專家給出三角模糊數(shù)判斷矩陣R=(aij,bij,cij)n×n,i,j=1,2,…,n。其中專家對指標(biāo)i和指標(biāo)j比較結(jié)果的最小值，最可能值，最大值，分別用aij,bij,cij表示。

(3)排序方法[11]。設(shè)三角模糊數(shù)A1=(a1,b1,c1),A2=(a2,b2,c2)，則稱

(2)

為A1≥A2的可能度。

由可能度的定義給出三角模糊判斷矩陣的排序方法。

假設(shè)有n個(gè)三角模糊數(shù)構(gòu)成的集合為

{A1,A2,…,An}，則A1≥A2,A3,…,An的可能度為V{A1,A2,…,An} =min{V(A1≥A2),V(A1≥A3),…,V(A1≥An)}

(3)

步驟一，計(jì)算三角模糊判斷矩陣的行和并歸一化，求出三角模糊數(shù)的權(quán)重向量：

(4)

步驟二，對三角模糊數(shù)wi進(jìn)行兩兩比較，利用可能度公式，求得相應(yīng)的可能度：即V(wi>wj)，i=1，2，…，n；j=1，2，…，n。從而得到可能度矩陣

P=(pij)n×n

(5)

步驟三，利用公式

(6)

得到可能度矩陣P的排序向量W=(w1，w2，…，wn)T，歸一化處理后得到權(quán)重排序，wi越大，相應(yīng)的指標(biāo)越重要。

(二)地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理效果模糊綜合評價(jià)模型

1.方法介紹

由于在對地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行評價(jià)時(shí)具有較大的模糊性，宜使用模糊綜合評價(jià)方法。模糊綜合評價(jià)法主要被用來綜合評判多個(gè)因素對評判事物隸屬度的等級狀況，利用模糊變換和模糊關(guān)系綜合的原理綜合各個(gè)指標(biāo)，進(jìn)而對評價(jià)對象作出總體評價(jià)。目前被廣泛用于建筑風(fēng)險(xiǎn)和成本評價(jià)、生態(tài)安全評判、煤礦安全評價(jià)等領(lǐng)域中。

模糊綜合評價(jià)法包含的主要因素有[12]：

評價(jià)因素域U：代表綜合評價(jià)中各級的評價(jià)指標(biāo)體系，即所有評價(jià)因素的集合，包括準(zhǔn)則性指標(biāo)及具體評價(jià)指標(biāo)。

評語集V：也叫評語等級域，指的是對各項(xiàng)指標(biāo)好壞的評價(jià)結(jié)果，可以采用定量或定性評價(jià)，一般為一個(gè)區(qū)間，比如優(yōu)、良、中、差等評語或90、80、70、60、60以下這樣的范圍。

模糊綜合評價(jià)矩陣R：它表示單個(gè)因素的評價(jià)，將多個(gè)因素評價(jià)結(jié)果綜合以后得到模糊關(guān)系矩陣R。

除上述三個(gè)因素外，還有評價(jià)因素權(quán)向量A、模糊算子和評價(jià)結(jié)果向量B。

2.模型構(gòu)建

通過構(gòu)建的評價(jià)指標(biāo)體系，確定各層評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配向量W，每一級指標(biāo)的權(quán)重之和應(yīng)為1。

評語集為V={V1，V2，V3，V4，V5}，評級等級的個(gè)數(shù)不宜過多或過少，通常大于4并且不超過9，在此將其用定量指標(biāo)來表示，即V={5，4，3，2，1}，分別代表“好”，“較好”，“一般”，“差”，“很差”5個(gè)等級的表達(dá)，該評語集在一定程度上可以反映評價(jià)的模糊性。

構(gòu)建模糊綜合評價(jià)矩陣R。從單個(gè)因素的評價(jià)結(jié)果出發(fā)，確定評價(jià)對象備擇集元素的隸屬程度，可得到單因素評價(jià)矩陣，即模糊綜合評價(jià)矩陣R：

(7)

式中，第i行元素代表被評價(jià)指標(biāo)對評價(jià)集中該等級指標(biāo)的隸屬度；第j列元素代表被評價(jià)指標(biāo)所取的評語集中第j個(gè)等級的程度描述。rij的模糊計(jì)算方法為

(8)

式中，rij表示第i個(gè)元素被評價(jià)委員評價(jià)到第j個(gè)等級Vj的百分比。

考慮權(quán)重以后，對各指標(biāo)因素進(jìn)行模糊關(guān)系的變換，可得到一級模糊綜合評價(jià)集：

(9)

(S=1，2，…，m)表示評價(jià)指標(biāo)體系中第s個(gè)元素的綜合模糊評價(jià)。根據(jù)隸屬度，可知bsj的取值范圍為[最壞評價(jià)結(jié)果，最佳評價(jià)結(jié)果]。

綜合評價(jià)具體的指標(biāo)因素，由B1，B2，Bm，得到因素層U={u1,u2,…,um}的單因素評價(jià)矩陣

(10)

可以看出，只要給出指標(biāo)體系中最低一級的單因素評價(jià)矩陣，再得到各層次所占的權(quán)重，就能求得任一層次中的任何評價(jià)結(jié)果，以及最終的綜合評價(jià)結(jié)果。

分析結(jié)果，得出結(jié)論?？梢愿鶕?jù)某一標(biāo)準(zhǔn)將評價(jià)結(jié)果量化，統(tǒng)計(jì)、匯總所有評委的評價(jià)數(shù)據(jù)，得出各評價(jià)指標(biāo)的評價(jià)結(jié)果。在該方法中，用評委評價(jià)的占各等級的人數(shù)來表示，之后，利用模糊加權(quán)計(jì)算，最終判斷地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理的等級。

三、石家莊地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理評估

(一)工程概況

石家莊市地鐵建設(shè)主干線和輔助線均為3條，建成后長度總和達(dá)到241.7公里，形成支持經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的交通網(wǎng)主骨架。石家莊地鐵1號線車站和2號線車站穿越的地質(zhì)主要是黃土狀粉質(zhì)黏土層、黃土粉狀土和砂層，地下水位較高。目前，1號線、3號線已部分通車，全部為地下敷設(shè)，到2020年將建成軌道交通1、2、3號線一期工程，能夠緩解城內(nèi)部中長距離的交通壓力，還將帶動正定新區(qū)等重點(diǎn)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)增長，促進(jìn)石家莊多層次交通網(wǎng)絡(luò)的形成與城市的快速發(fā)展。

(二)石家莊地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)

邀請20名地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方面的專家和施工企業(yè)的管理人員，由他們根據(jù)建立的評價(jià)指標(biāo)體系并構(gòu)造各層次的模糊判斷矩陣，在此以一級指標(biāo)為例，判斷矩陣如表3所示。

表3 一級指標(biāo)三角模糊判斷矩陣

計(jì)算得出三角模糊數(shù)的權(quán)重向量：

w1=(0.167,0.218,0.282)

w2=(0.125,0.161,0.218)

w3=(0.125，0.169，0.227)

w4=(0.139，0.185，0.245)

w5=(0.208，0.266，0.336)

對三角模糊數(shù)兩兩比較，得到相應(yīng)的可能度矩陣：

可能度矩陣P的排序向量為w=(0.621，0.350，0.413，0.505，0.7)T，歸一化后得到一級指標(biāo)中外界環(huán)境、施工管理、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、特殊風(fēng)險(xiǎn)、施工人員的權(quán)重為w1=(0.240，0.135,0.160,0.195,0.27)T。

對二級指標(biāo)也分別按照上述方法進(jìn)行計(jì)算，得到外界環(huán)境中社會人文環(huán)境、周邊交通、地下管線、建筑物地基等干擾、氣象條件的三角模糊判斷矩陣如表4所示：

表4 一級指標(biāo)外界環(huán)境下各指標(biāo)三角模糊判斷矩陣

得到其權(quán)重為：w21=(0.286,0.217,0.211,0.286)T

同理得到施工管理中“綠色”施工、施工組織與安全管理、地質(zhì)條件的權(quán)重為

w22=(0.307,0.355,0.338)T

技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)中基坑開挖支護(hù)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、安全專項(xiàng)方案風(fēng)險(xiǎn)、變形監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重為

w23=(0.393,0.345,0.261)T

特殊風(fēng)險(xiǎn)中起重吊裝風(fēng)險(xiǎn)、高聳設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、臨時(shí)工程風(fēng)險(xiǎn)、腳手架風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重為

w24=(0.269,0.234,0.222,0.275)T

施工人員中安全意識、熟練程度、規(guī)范程度的權(quán)重為

w25=(0.406,0.258,0.336)T

根據(jù)上述計(jì)算結(jié)果，對一級指標(biāo)和二級指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)平均計(jì)算，得到的結(jié)果如表5所示。

表5 各指標(biāo)綜合權(quán)重

以上一節(jié)計(jì)算得到的各指標(biāo)綜合權(quán)重為基礎(chǔ)，選取公司調(diào)查對象和施工成本評價(jià)方面的專家共20名作為評價(jià)委員，統(tǒng)計(jì)、匯總他們的評價(jià)結(jié)果，如表6所示。

表6 一級指標(biāo)三角模糊判斷矩陣

采用同樣的方法計(jì)算各二級指標(biāo)因素評價(jià)結(jié)果，匯總后如表7所示。

類似地，可以計(jì)算得到施工管理、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、特殊風(fēng)險(xiǎn)和施工人員風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)結(jié)果，如表8至表11所示。

表7 地鐵施工外界環(huán)境管理模糊綜合評價(jià)結(jié)果

表8 地鐵施工管理風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評價(jià)結(jié)果

表9 地鐵施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)管理模糊綜合評價(jià)結(jié)果

表10 地鐵施工特殊風(fēng)險(xiǎn)管理模糊綜合評價(jià)結(jié)果

表11 地鐵施工人員風(fēng)險(xiǎn)管理模糊綜合評價(jià)結(jié)果

由上表可看出，在外界環(huán)境管理中，評價(jià)結(jié)果為“一般”的評價(jià)值最大，達(dá)到了0.371 7，20名評委認(rèn)為施工企業(yè)對該工程項(xiàng)目的外界環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)管理效果總體一般。約有10%的評委對該項(xiàng)目外界環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的管理極大不滿。在施工管理評價(jià)中，最大值也出現(xiàn)在“一般”這一等級中，值為0.478 3，表明評委總體認(rèn)為該方面成本管理效果“一般”。在評價(jià)中，安全意識這一指標(biāo)評價(jià)結(jié)果為好的為0，有3個(gè)專家認(rèn)為“很差”，且施工人員風(fēng)險(xiǎn)管理中模糊綜合評價(jià)結(jié)果達(dá)到了12%，其次是外界環(huán)境和技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)這兩個(gè)指標(biāo)，“很差”這一評價(jià)結(jié)果所占比例分別為10.34%和9.57%。在其他一級指標(biāo)評價(jià)中，最大值同樣在“一般”這個(gè)等級中，與總體評價(jià)結(jié)果相似，可認(rèn)為該工程項(xiàng)目成本評價(jià)結(jié)果總體“一般”。

根據(jù)模糊評價(jià)的計(jì)算步驟，可得各具體指標(biāo)構(gòu)成的模糊矩陣Ru

采用加權(quán)平均的方法進(jìn)行矩陣Ru的模糊計(jì)算，可得到項(xiàng)目成本管理評價(jià)效果的向量Bu=Wu×Ru。

(三)該項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)管理對策

施工企業(yè)在地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)管理方面還存在較大的進(jìn)步和完善的空間，企業(yè)應(yīng)提高項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)的管理效果[13]，可采取以下保障措施：

1.增強(qiáng)施工風(fēng)險(xiǎn)管理意識

在工程項(xiàng)目的建設(shè)過程中，企業(yè)和施工人員必須建立風(fēng)險(xiǎn)意識，以指導(dǎo)風(fēng)險(xiǎn)管理活動，這對于保證項(xiàng)目安全具有重要意義。而且由“海恩法則”揭示的原理可知，任何安全事故都是由許多小因素導(dǎo)致的，而在實(shí)際管理中，是可以通過采取風(fēng)險(xiǎn)管理措施加以預(yù)防的。

2.做好對外界環(huán)境的監(jiān)控

由于地鐵是在地下施工，施工臨近已有地下管線，施工過程中應(yīng)做好地質(zhì)管線等的監(jiān)測，當(dāng)出現(xiàn)與勘察設(shè)計(jì)不相符的情況時(shí)，及時(shí)采取應(yīng)對措施。此外，地上施工條件，如氣象條件、交通、環(huán)保措施等也會影響工程的施工，所以收集以往氣候資料,關(guān)注天氣變化也是施工風(fēng)險(xiǎn)管理的組成部分。

3.加強(qiáng)對技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)的管理

施工組織和技術(shù)直接影響施工的安全，在施工前要制定合理的施工安排，選用合適的施工機(jī)械和設(shè)備，在基坑開挖后，要做好其支護(hù)，避免塌方等危險(xiǎn)的發(fā)生。雖在施工中加強(qiáng)了對風(fēng)險(xiǎn)的管理，但仍要制定切實(shí)可行的安全專項(xiàng)管理方案，為施工的安全提供保證。

四、結(jié)語

本文在介紹地鐵施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)選取原則，建立風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)指標(biāo)體系后，利用三角模糊數(shù)對傳統(tǒng)層次分析法進(jìn)行改進(jìn)，用其確定評價(jià)指標(biāo)體系中各指標(biāo)因素的權(quán)重，通過綜合模糊評價(jià)法對地鐵項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的管理效果進(jìn)行評價(jià)，最后用石家莊地鐵工程項(xiàng)目分析驗(yàn)證該模型的可行性，針對風(fēng)險(xiǎn)管理評價(jià)結(jié)果和等級，提出加強(qiáng)施工企業(yè)在項(xiàng)目建設(shè)過程中提高風(fēng)險(xiǎn)管理效果的保障措施。

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