張 冬張彥＊（北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)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(shí)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(tuán)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(yùn)營，在建5、6、7號線，步入了地鐵建設(shè)和運(yùn)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(jìn)行分析評價，從而對風(fēng)險因素的影響程度進(jìn)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(jìn)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(jìn)行評價，根據(jù)他們對地鐵施工目標(biāo)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(jìn)一步認(rèn)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(dāng)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(jìn)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(jì)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(jì)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(zhǔn)確地進(jìn)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(jìn)行總的評價，當(dāng)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(jìn)行模糊評價，進(jìn)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(diǎn)，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(jìn)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(biāo)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(biāo)的標(biāo)度進(jìn)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(shí)際工程當(dāng)中各影響因素之間的模糊程度，準(zhǔn)確客觀地反映了實(shí)際情況。通過專家的經(jīng)驗(yàn)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(zhǔn)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(biāo)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(diǎn)，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(jìn)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(biāo)層、準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)）、方案層（二級指標(biāo)）劃分為三個層次，從而確立評價指標(biāo)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(biāo)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(biāo)因素集中，有目標(biāo)層、準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)）、方案層（二級指標(biāo)）三個層次組成。Ui(i=1,2, ……,m)為準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)）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(biāo)）中的各風(fēng)險因素。

（2）構(gòu)造模糊判斷互補(bǔ)矩陣[11-12]

針對建立評價因素集進(jìn)行專家打分，在各層次內(nèi)進(jìn)行打分。采用三角模糊數(shù)（l，m，u）來標(biāo)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(jìn)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(biāo)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(jìn)行清晰化處理。對評價的期望值向量進(jìn)行歸一化處理，即可得出相應(yīng)指標(biāo)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(rèn)知和經(jīng)驗(yàn)，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?？梢员硎緸閂i=﹛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(yán)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(jìn)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(jìn)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(jìn)行模糊矩陣復(fù)合運(yùn)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(biāo)相對于的評語作為其評價結(jié)果13-14]。

4.應(yīng)用實(shí)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(hù)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(jī)掘進(jìn)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(jì)晚期海進(jìn)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(diǎn)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(jìn)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(biāo)體系。該評價指標(biāo)體系共分為三個層次，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)）、方案層（二級指標(biāo)），其中一級指標(biāo)為7個，二級指標(biāo)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(biāo)體系，該線路施工風(fēng)險為目標(biāo)層，用U表示。準(zhǔn)則層（一級指標(biāo)）為7個、方案層（二級指標(biāo)）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(jìn)行確定，通過計算指標(biāo)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(jìn)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(yán)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(yán)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(yán)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(jìn)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(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會帶來消極的負(fù)面影響，所以必須加強(qiáng)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(shí)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(yán)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(jìn)行防范。同時，需要加強(qiáng)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(jìn)行。

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1007-6344（2016）06-0303-01