陳超峰， 段曉晨， 胡天明， 張燕偉

(1.石家莊鐵道大學 經濟管理學院,河北 石家莊 050043；2.中鐵隧道集團 第四處有限公司,廣西 南寧 530012 )

基于物元可拓模型的鐵路工程施工質量風險分析

陳超峰1， 段曉晨1， 胡天明1， 張燕偉2

(1.石家莊鐵道大學 經濟管理學院,河北 石家莊 050043；2.中鐵隧道集團 第四處有限公司,廣西 南寧 530012 )

隨著國家“一帶一路”戰(zhàn)略如火如荼地實施，鐵路基礎設施建設在走出去的戰(zhàn)略中起到越來越重要的作用，對于質量風險的研究成為鐵路建設的重要保障。為有效解決鐵路工程在施工過程中存在的工程質量風險問題，在概述當前鐵路工程施工質量風險研究現(xiàn)狀的基礎上，針對鐵路工程施工的特點，對影響鐵路工程施工的質量因素進行分析，確定影響鐵路工程施工質量的因素。采用物元可拓模型對各因素進行評價分析，并確定在鐵路施工階段影響工程施工的關鍵因素，針對這些因素提出具體的解決措施，有效保障鐵路施工的工程質量。

鐵路工程；施工質量；風險評價；物元可拓模型

“十三五”時期我國對鐵路建設的投資將達到3.5萬億元，整個鐵路運營里程將達到15萬km，新增鐵路干線3萬km[1]，目前我國鐵路工程建設正處于跨越式發(fā)展時期，工程規(guī)模越來越大，技術要求也越來越高，對質量標準也要求越來越嚴格，使得在施工過程中面臨著越來越多不確定因素。施工階段是工程實體質量形成的重要階段，采取有效措施降低施工過程中可能出現(xiàn)的質量風險，加強施工質量風險管理己成為迫切需要解決的問題，也是有效保證鐵路工程施工質量目標的關鍵。近年來，有不少專家學者對工程質量風險的評價、管理和控制進行研究，例如，Vivian W等[2]主要在項目管理領域研究對工程項目的實際情況建立合理有效的工程項目風險管理體系，并構建起合適的風險管理框架。David H[3]等主張通過強化各層的管理人員風險管理意識，確保工程項目各參建方充分對工程質量風險充分重視。蘇發(fā)亮[4]針對工程項目的具體特點，以工程項目風險管理的基本理論為基礎，建立起工程質量風險評價模型，進一步通過可視化的方法，來分析工程質量的風險因素，并針對實際工程項目提出可行的風險控制措施。冉龍華[5]通過對建設工程質量中人、材、機、法、環(huán)5個方面對風險進行分析識別，建立施工質量風險評價指標體系，并構建模糊綜合評價模型，通過實際工程項目進行質量狀況進行風險評價，并論證模型的正確性。在對工程質量風險研究的過程中，許多專家學者對工程風險的研究多數(shù)局限在建筑工程和一些市政工程，很少以鐵路工程為對象進行質量風險進行研究，而對于鐵路工程施工質量風險的研究更是少之又少，同時在對工程質量風險控制研究過程中，多數(shù)學者還局限于使用定性研究或者較為簡單的定量研究，而對于一些矛盾的事物缺乏無法進行充分分析和研究。物元可拓學不僅適合解決多因素評價問題，同時可以促進事物之間進行轉換，有效解決事物之間不相容的問題，物元可拓模型基本原理是將物元看成事物的組成單元，將事物之間的矛盾轉化為物元之間的矛盾。運用可拓集合理論，建立關聯(lián)函數(shù)，運用可拓域實現(xiàn)評價事物定性和定量分析。這種方法的優(yōu)點是既可以實現(xiàn)定性分析又能完成定量評價，且是一種客觀的評價方法，評價結果利用了評價指標數(shù)據本身含有的信息，受人為因素影響較小。基于此，通過對鐵路工程施工的特點分析，構建鐵路工程施工質量風險評價體系，通過物元可拓模型對鐵路工程質量風險進行評價，并對關鍵的風險因素進行分析和研究，為今后關于鐵路工程質量風險的研究提供依據。

一、鐵路工程施工質量風險評價模型構建

(一)鐵路工程施工質量風險指標體系構建

鐵路在建設過程中由于施工站線長、周期長、工程結構和地質條件復雜，一條鐵路工程建設往往需要被分成幾個或者更多的施工標段來共同完成，且各個工程之間工作任務相差很大，存在各種施工專業(yè)技術交叉現(xiàn)象，導致鐵路工程在施工過程中所處的環(huán)境在不斷改變。因此，鐵路工程施工質量風險隨著工程環(huán)境的改變也在不斷的改變。

根據鐵路工程施工的特點，通過參與人員、施工材料、機械設備、管理、環(huán)境等因素對質量風險因素進行歸納總結，影響質量的主要因素有：①人員因素，施工技術人員、施工管理人員、施工人員、材料供應商、質量意識因素。②物資與設備因素，特殊設備選擇與維護、施工材料檢驗與把控、原材料的防護因素。③技術方法因素，技術交底全面性、過程檢驗標準性、施工圖現(xiàn)場核對 、施工操作規(guī)范性因素。④管理制度因素，人員培訓制度、質量追溯責任終身制、信息傳遞有效性管理、施工人員調動與離職因素。⑤施工環(huán)境，場地布置、地質條件、天氣狀況、資金情況、工期情況因素。鐵路工程施工質量風險評價指標體系及指標解釋如表1所示。

表1 鐵路工程質量風險評價指標體系

(二)鐵路工程質量風險評價模型構建

1.采用熵權法確定指標體系中各指標權重

通過發(fā)放調查問卷專家訪談的方法對鐵路工程的人員因素、物資與設備因素、施工方法因素、管理制度因素、施工環(huán)境因素進行分析評價。對于一些可以定量的指標通過實地調研獲取該指標的數(shù)據，無量綱化將指標量化，對于一些不能量化的指標通過德爾菲技術確定各個指標的重要程度。

2.確定質量風險等級域和評價因素集

評價因素集是鐵路工程施工過程質量風險評價的特征指標，質量風險等級域是根據質量風險因素的特征，根據鐵路工程施工過程中對質量要求的標準，按對質量產生影響程度的大小將其劃分為不同的等級[6]。設O表示物元，C為評判因素集(鐵路工程施工質量評價特征指標)，U為質量等級域，則

C={c1,c2,…,ce}，其中e為評價因素的個數(shù)。

U={u1,u2,…,um}，其中m為質量評價等級。

3.確定經典域和節(jié)域

鐵路工程施工過程質量評價的經典域矩陣Oj表示如下

(1)

式中，Oj為第j級質量指標，j=1，2，…，m；Ck為質量Uj的評價指標，k=1，2，…，e；Vjk為Uj關于評價指標ck所確定的量值范圍，即各指標等級分別關于對應的特征所取的數(shù)據范圍—經典域〈ajk,bjk〉。

節(jié)域OU可表示為

(2)

式中，U為質量評價的全體；Vuk為U關于ck所取的量值范圍，即U的節(jié)域〈auk,buk〉。

4.確定待評價物元

對于待評價對象，把實際得分或分析結果用物元Mi表示：

(3)

式中，N表示待評價對象，即鐵路工程項目施工階段質量指標；vi為N關于ci的量值，即待評價對象分析所得的具體數(shù)據。

5.建立關聯(lián)函數(shù)

鐵路工程項目的指標等級是參照建筑工程質量評價標準體系來建立各評價等級中經典域和節(jié)域的，在國標中評價等級是相等的。因此，這里的經典域和節(jié)域都相同，所以采用下面的公式來計算特征ci關于各質量指標等級{j=1，2，3}的關聯(lián)度

(4)

式中，kj(ci)表示第i個指標與第j個等級之間的關聯(lián)函數(shù)值;|Vji|為第i個指標關于第j個等級的經典域的范圍；VUI表示第i個指標節(jié)域的范圍；vi∈Vji為第i個指標的取值屬于第j個等級關于第i個指標的經典域；ρ為距離函數(shù)，表示指標值到經典域或節(jié)域的距離。

(5)

(6)

式中，aji，bji分別為因子層每一個指標節(jié)域的最大值以及最小值。

6.確定綜合關聯(lián)度及質量等級

鐵路工程施工階段工程質量風險評價各等級的綜合關聯(lián)度為

(7)

式中，kj(ci)為鐵路工程施工質量風險各等級j的關聯(lián)度；wi為各評價指標的權重，取對應關聯(lián)度最大時的質量風險等級評價結果，即若滿足：kj(p0)=maxkj(ci)，則評價指標p0屬于等級j，可以從最低指標開始，逐級計算，一直到最終的目標層。

二、實例分析

(一)數(shù)據收集及權重確定

A鐵路客運專線施工第六標段線路自運城北站出發(fā)到達西安北站，線路全長50.694 km。工程內容有：路基、棄土場、鋪軌、隧道、橋梁。評價因素集為待評價施工質量的各評價指標。在研究過程中對于施工質量評價的標準主要是通過質量特征中工作滿意度、美觀性、經濟性、環(huán)境協(xié)調性、耐久性、安全性、通用性7個方面來建立[7]，同時以《建筑工程質量評定標準》[8]為依據為鐵路工程施工劃分質量等級，如表2所示，通過構建物元可拓模型關于風險等級的分析中可以知道風險等級標準，如表3所示。

表2 質量等級劃分表

表3 風險等級評價標準

由15名在鐵路建設領域都具有豐富的管理經驗專家對本項目工程質量風險因素進行評判，各指標評價結果如表4所示。

表4 鐵路工程施工質量風險評價結果

為有效判斷風險因素，根據專家打分，綜合考慮風險引起損失的程度和風險發(fā)生概率，所打的分值為風險的期望值(風險的期望值=損失程度×風險概率)[9]，滿分為100分，指標共22項，打分標準根據《建筑工程質量評價標準》和工程質量特征的7個特點(工作滿意度、美觀性、經濟性、環(huán)境協(xié)調性、耐久性、安全性、通用性)[10]來綜合評價質量風險狀況，分值越高說明風險越小，最終得分精確到個位數(shù)，各指標得到風險值分別為87，90，88，95，82，83，80，79，86，80，83，75，95，86，79，80，86，90，93，86 。通過物元可拓模型對各指標風險的計算可得到各指標的施工質量風險等級如表5所示。

表5 鐵路工程施工質量風險等級

根據構建物元可拓模型可以得到鐵路工程施工質量影響評價中的一級二級指標的影響因素的關聯(lián)度，用kj(Bi)表示一級指標的綜合關聯(lián)度，kj(N)表示目標層的綜合關聯(lián)度，根據公式kj(Ci)=maxki(Ci)可以判斷該指標對工程質量的影響程度為j，由此可以得出各指標質量影響程度等級，各指標的綜合關聯(lián)度結果匯總如表6所示。

表6 鐵路工程質量綜合評價結果表

(二)結果分析

通過表6可以知道，A鐵路工程第六標段風險狀況中人員因素對質量影響最為巨大，其次是工程所處的環(huán)境對工程質量有著重要影響。根據表5可以知道在人員因素中對工程質量有著巨大影響的因素，同時發(fā)現(xiàn)施工人員是影響工程質量的關鍵因素，在實際的調查分析發(fā)現(xiàn)主要原因是由于一線施工人員質量意識薄弱、責任感不強、業(yè)務水平不高及由于艱苦的環(huán)境導致施工作業(yè)人員的流動率要比其他人員高。其次是施工管理人員對質量的影響比較大，主要是因為施工管理人員沒有合理的體制規(guī)范來激勵其嚴格按照施工規(guī)范保證工程質量，另外在施工現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)中層的施工管理人由于比較年輕，管理能力相對較為欠缺而產生質量問題。同時工程環(huán)境也是影響工程質量的問題，主要是由于該標段面臨較多的隧道，且地質條件比較復雜，導致施工難度增大，由于工程工期要求緊張導致工程質量出現(xiàn)問題的概率增大很多。通過分析發(fā)現(xiàn)該評估結果和實際調查結果相符合，從而證明了該方法在進行質量風險評價過程中具有一定的有效性，能夠使工程施工單位抓住施工管理中的重點，可以將有限的精力和資源投入到關鍵風險上，采取相應的措施控制關鍵質量風險，最大限度地保證工程質量目標的實現(xiàn)。

(三)建議措施

對影響鐵路工程質量的各因素進行分析總結，制定A鐵路工程第六標段主要質量風險應對措施表如表7所示。

表7 質量風險應對措施

三、結束語

鐵路施工質量風險研究是一個較為復雜的過程，需要綜合考慮各種風險影響因素、風險特征的權重賦值，風險等級評定方法、構建計算模型和數(shù)學函數(shù)等方面。基于物元理論和可拓集合的方法，從鐵路工程施工中影響質量風險的多個因素出發(fā)，能最大限度地利用專家評價結果，數(shù)據較為客觀，并將定性的定級方法轉化為定量的定級方法，能較全面地反映出鐵路工程施工質量風險狀態(tài)符合評價等級的程度，較好地解決了評價中定性與定量因素進行綜合評價的問題。實例應用表明，該評價方法有效可行。

[1]國務院新聞辦公室.中國交通運輸發(fā)展[EB/OL].(2016-12-26)[2017-08-02].http://www.gov.cn/zhengce/2016-12-29/content_5154095.htm#1.

[2]Vivian W, Tama Y， Shen L Y.Investigating the intentional quality risks in public foundationprojects：A Hong Kong study[J].Building and Environment，2007，42(12)：330-343.

[3]David H,Hamburger.The Project Manager：Risk Taker and Contingency Planner[J].Project Manager Journal，1990，21(4)：58-64.

[4]蘇發(fā)亮.鐵路南京南站綜合交通客運樞紐換乘設計與建設管理的思考[J].鐵道經濟研究，2013(6)：76-79.

[5]冉龍華.鐵路工程項目施工風險管理及對策研究[D].成都：西南交通大學，2007.

[6]劉玲，陳娟娟，徐代忠.基于可拓云理論的施工安全綜合評價[J].土木工程與管理學報，2017，34(3)：39-44.

[7]賈真，韓同銀，雷書華.基于德爾菲法和模糊綜合評價的質量掙值法在工程項目管理中的應用[J].石家莊鐵道大學學報：社會科學版，2015，9(1)：43-47.

[8]李琦.軌道交通工程安全質量風險管控狀態(tài)評價及預警預測[J].鐵道建筑，2017(5)：87-90.

[9]閆鵬程，段創(chuàng)峰，喻鋼，等.基于BIM的越江隧道工程質量管理研究[J].施工技術，2016，45(18)：7-9.

[10]賈真，韓同銀，雷書華.基于改進掙值法的項目多要素集成管理探討[J].石家莊鐵道大學學報：社會科學版，2016，10(3)：32-36.

StudyonRiskAnalysisofRailwayEngineeringConstructionQualityBasedonMatter-elementExtensionModel

ChenChaofeng1,DuanXiaochen1,HuTianming1,ZhangYanwei2

(1.College of Economics and Management,Shijiazhuang Tiedao University, Shijiazhuang, 050043, China;2. Fourth Co Ltd of China Railway Tunnel Group, Nanning, 530012, China)

In order to effectively solve the engineering quality risks existing in the construction process of railway, the paper summarized the current researches on construction quality risk in railway engineering. Targeting at the characteristics of railway construction and based on the analysis of the elements that may affect the construction quality, the paper applied matter-element extension model to evaluate and analyze the factors that may lead to risksin railway construction quality. The feasibility of the model was verified by an examplein hope of providing reference for the study of railway construction quality risk.

railway engineering; construction quality; risk evaluation; model ofmatter-element extension

2095-0365(2017)04-0009-07

U215.1

A

10.13319/j.cnki.sjztddxxbskb.2017.04.02

2017-08-25

陳超峰(1991-)，男，碩士研究生，研究方向：工程經濟與造價管理。

本文信息:陳超峰， 段曉晨， 胡天明，等.基于物元可拓模型的鐵路工程施工質量風險分析[J].石家莊鐵道大學學報：社會科學版，2017，11(4)：9-15.