張新文

中國礦業(yè)大學(北京)力學與建筑工程學院,北京 100083

國務院辦公廳頒布國辦發(fā)[2015]61 號文,指導各地人民政府重點開展城市綜合管廊建設過程中標準規(guī)劃、有序建設、入廊管理、支持政策相關工作,以緩解城鎮(zhèn)化發(fā)展帶來的城市規(guī)劃建設問題。綜合管廊作為城市基礎設施和發(fā)展新模式,已經在我國城市大量建設,截至2019年我國城市新建綜合管廊已達2 226.14 km,建設投資規(guī)模約1.8 萬億元人民幣。綜合管廊具有減少對道路及城市空間的占用和對道路重復破壞、減少管線維護費用、保護城市環(huán)境和提高抗震減災能力、提高城市韌性的優(yōu)勢,建設綜合管廊符合政府工作報告中關于提高城市韌性的指示精神。然而作為城市“生命線”載體的地下綜合管廊存在建設周期較長、投資大、運營期長、運營模式不成熟等問題,導致管廊建設、運營等存在較多的風險,管廊本身的風險也影響綜合管廊建設和運營安全,進行綜合管廊的風險評價并提出針對性的措施是有必要的。

在風險研究方面,國內學者主要集中于建設環(huán)境、運營管理、成本控制、融資以及施工等風險上。張雷等[1]參考地質災害的風險評價模型,針對城市地下工程的地質災害所引起的周圍建筑安全事故,確定風險評價指標,給出了風險評價模型的計算方法;劉玉梅等[2]運用AHP 和熵權法計算風險指標權重,應用灰色聚類法對綜合管廊運營階段風險進行綜合評價;張家穎等[3]基于熵模型對城市地下綜合管廊成本風險進行了評價;趙丹等[4]建立了PPP 模式下綜合管廊的風險評價指標體系,并對融資風險進行評價;張宏建[5]等探討了在不良地質條件下管廊面臨的危險;韋海民等[6]在城市綜合管廊施工過程中采用等級全息建模(HHM)方法,對該階段中的隱含風險進行科學全面、系統有效的識別,尋找出主要影響施工建造的風險因素;陳雍君等[7]運用貝葉斯網絡對綜合管廊運維階段的潛在風險進行分析;王翔等[8]運用結構方程方法分析了綜合管廊的火災風險;張勇等[9]運用熵權-DEMATEL 法分析了綜合管廊施工階段安全風險的耦合作用。還有一些學者針對綜合管廊采用PPP 模式的風險進行了研究。舒暢等[10]運用多級可拓模型評價綜合管廊PPP 模式的融資風險;丁曉欣等[11]運用故障樹模型,分析綜合管廊應用PPP 模式的風險。

綜上所述,國內對城市地下綜合管廊的風險研究主要集中于某個階段或某種特定情形進行分析,而針對全壽命周期風險研究相對較少。既有文獻風險分析方法多采用熵權法或熵模型,對風險指標量化及指標數據收集提出了新挑戰(zhàn)。本文在綜合分析管廊建設全壽命周期各種風險因素的基礎上,建立綜合管廊全壽命周期風險評價指標體系和科學適用的AHP-fuzzy 評價模型;根據評價結果確定風險等級和提出有效規(guī)避風險的相關對策,對建設運營綜合管廊、政府管理綜合管廊以及應對潛在風險有重要參考。

1 模型建立

1.1 AHP-Fuzzy 方法的優(yōu)勢

層次分析法(AHP)可以細化風險評估因素,使評估模型清晰明了。它可以使人們更直觀地看到同一層級的各個風險因素間相對重要性,為管理者辨識風險提供了幫助[19]。但層次分析法主觀性太強、計算復雜、應用范圍較窄,容易受到所選專家學者知識結構、工作經驗、主觀偏好等方面的主觀影響。而采用模糊數學方法(Fuzzy)對其進行定量的分析,既可有效彌補AHP 法的不足,消除主觀因素對數據的影響,又有利于實現在較低準確性條件下有效處理復雜問題的目的。綜合管廊全壽命周期風險因素的識別分析比較復雜,且存在主觀上的評判,符合AHP-Fuzzy 方法的適用范疇。

1.2 模型建立過程

AHP-Fuzzy 模型首先運用層次分析法確定指標權重值,其次進行專家打分并匯總計算得出模糊矩陣值,最后進行模糊綜合評判并對評判結果進行分析。

1.2.1 建立評價指標體系

1.2.2 確定指標權重

(1) 構造判斷矩陣。運用層次分析法分析確定各風險指標上下層級之間的關系。根據每一層指標的相互重要性程度,運用李克特量表法進行賦值,并構造判斷矩陣。

(2) 計算權重值。判斷矩陣構造完成后,根據判斷矩陣計算各指標的權向量。

(3) 一致性檢測。在判斷矩陣的建立中,專家打分的主觀性或許不能很好地滿足風險的一致性,因此有必要對最終結果的一致性進行檢驗?？梢酝ㄟ^隨機一致性比率來衡量,其計算公式為

式中,λmax為最大特征值;N為判斷矩陣的階數;CI為判斷矩陣一致性指標;RI為判斷矩陣的平均隨機一致性指標。

當CR＜0.1 時,則認為判斷矩陣一致性較好。

MRI增強掃描：采用3.0T全身核磁共振掃描儀(美國 GE)，選擇體線圈。采用自旋回波序列(SE)、短時間反轉恢復序列(STIR)橫斷位、冠狀位和矢狀位。T1WI掃描參數TR：350～400 ms，TE：10～20 ms，層厚6 mm，間隔1.5 mm；T2WI采用快速自旋回波序列(FSE)，掃描參數TR：3 800～4 000 ms，TE：100～110 ms，激勵次數2次，FOV30～35 cm，層厚6 mm，間隔1.5 mm。對比劑為Gd-DTPA，劑量0.1 mol/kg，注射對比劑5 min后，采集增強T1WI。

1.2.3 進行綜合評價

通過專家打分的方式建立各階段風險模糊矩陣Ri,結合層次分析法得到各風險因素的權重Ai。對矩陣Ri進行運算,得到模糊綜合評價結果Di:

進一步對Di各行組成的綜合模糊矩陣R進行計算,得到最終的評判結果B:

2 模型應用

2.1 工程概況

北京市某管廊總長11.3 km,覆蓋9 條街道。設計形式有一層3 艙、一層5 艙、三層6 艙等多種形式,其中包含全球最大斷面三層管廊1.6 km,工程具備供水、供電、燃氣、通信、供冷/供熱、地源熱泵、再生水、有線電視共計8 大類18 種管線入廊運行條件。管廊穿3 條地鐵線,施工環(huán)境復雜,緊鄰有辦公樓等工程同期施工,場地十分狹小,交通運輸、施工組織極為困難。施工方為北京建工集團、北京城建集團、中建一局等7 家施工單位,主要采用暗挖形式,工程量大,開挖土方及回填約3×106m3,使用鋼筋約2×105t,澆筑混凝土約1.08×106m3。

2.2 風險評價指標的選取

綜合管廊是由政府直接投資或以政府代理公司為載體,將綜合管廊作為公益性市政基礎設施移交給政府的管理機構經營。全壽命周期理論廣泛應用于工程項目管理中,管廊項目同屬于工程類別,具備全壽命周期管理的特點,其全壽命周期可以按照項目建設時間流程劃分為決策、設計、招投標、施工竣工、運營、報廢處理6 個階段。

本文從參與管廊建設及運營的相關主體角度考慮風險因素,全壽命周期視角來分析各個階段風險因素。

(1) 決策階段是按照法定程序進行管廊項目可行性研究分析,科學決策進行立項,確定是否開展該項目的最前期工作階段。其風險主要是對未來事件發(fā)生的不確定性,包括:項目審批風險、項目融資風險、環(huán)境風險、項目公司風險、管理理念風險等[12-15]。

(2) 設計階段是確定項目正式立項后依托建設方的項目設計委托書以及主管部門批復等支撐文件,開展管廊項目方案設計、初步設計及管廊施工圖設計的階段。風險包括:設計任務規(guī)劃、設計成果拖延交付、設計單位采用的技術、設計變更風險、綜合管廊節(jié)點設計合理性、節(jié)點處逃生口的設計科學性、人員通行的設計合理性等[13-14,16]。

(3) 招投標階段主要是圍繞管廊工程建設標的,通過政府公開招投標平臺選定適宜工程建設和運營的合作單位,并依據招采平臺的中標通知書及雙方關切展開雙方的合同談判事宜,并簽訂綜合管廊項目合同。風險包括:招標單位暗定中標單位、透露標底及暗箱操作、招標失敗、合同文件漏洞、招標文件漏洞、招投標競爭不充分、投標單位串標、圍標等風險[17]。

(4) 施工及竣工階段是施工單位獲得綜合管廊施工設計藍圖進行開工建設到建設單位組織項目參建方開展竣工驗收,直至管廊質量合格,參建方同意簽收工程實體的全過程,涉及工程建設人員、管廊建設材料、施工機械、施工方法、施工現場環(huán)境等方面的管理工作。風險包括:施工質量控制、施工安全、財務(成本控制)、不可抗力、材料供應及質量、材料價格上漲、工程延期交付、工地安全隱患、環(huán)境破壞、施工技術先進性、不可預見地質條件、竣工驗收不合格等風險[7-14]。

(5) 運營階段是施工單位交付工程實體后由專業(yè)單位開展長周期運營管理工作,以保障管廊在設計有效期內正常運轉。風險包括:入廊單位入廊意愿、入廊收費定價高低、經營管理經驗及水平、運營責任不清、管線間協調管理、運營成本控制、管廊環(huán)境、人為破壞、日常維護費支付、政府補貼支付延遲或撤銷等風險[16-19]。

(6) 報廢階段是超出設計使用年限并且經具有相應工程檢測資質單位出具工程檢測報告明確顯示難以維系其正常運轉的階段。風險包括:報廢資產核算準確、變賣價格合理性、國有資產流失等風險。

2.3 計算風險權重值

通過文獻研究及調查問卷和德爾菲法,本研究最終確定該綜合管廊全壽命周期風險評價指標體系,全壽命周期6 個階段(表1)為準則層1,每個階段對應的風險指標為準則層2,準則層共計43 項。

表1 最終風險清單表Table 1 Final risk checklist

邀請與項目相關的施工單位、建設單位、運營單位具備高級職稱的管理人員6 名以及風險管理專家4 名共10 位,對風險指標體系按1～9 標尺進行打分,根據打分取算術平均值并四舍五入取整,構造判斷矩陣,對各個階段以及整體風險的判斷矩陣進行層次單排序一致性檢驗,CR值分別是0.086 4、0.011 5、0.003 8、0.011 5、0.034 6、0.022 0、0.018 1,一致性檢驗符合要求,得到全壽命周期各個階段的風險權重(表2)。

表2 一級指標及二級指標權重Table 2 Weight of the first-level and second-level risk indicator

2.4 進行模糊綜合評價

參考已有風險劃分原則,將全壽命周期風險根據風險重要程度劃分為5 個等級,分別為低風險、較低風險、中等風險、較高風險、高風險。風險指標屬于低風險賦值1 分,較低風險賦值2 分,中等風險賦值3 分,較高風險賦值4 分,高風險賦值5 分。10 位專家對綜合管廊全壽命周期各個階段風險指標進行打分,最后根據每一風險隸屬度,得出各階段風險隸屬度矩陣,建立各階段風險模糊矩陣Ri。

根據上述模糊綜合評判算法步驟,依次計算出各階段的模糊評判矩陣,最后得到綜合模糊矩陣R和綜合評判結果B。

2.5 評判結果分析

為更好地對全壽命周期各個階段提出更加具有針對性的措施,本文采用如下兩種方法對其評價結果進行更準確的分析。

(1) 最大隸屬度法。從綜合評價結果B=(0.203,0.261,0.380,0.122,0.035)中,其最大值為0.380,根據最大隸屬度原則,屬于中等風險,即得出該綜合管廊全壽命周期風險等級為中等風險。

(2) 加權分布法。將全壽命周期各階段模糊矩陣評判結果與風險等級的打分[1,2,3,4,5]分別對應到相應階段,結果見表3。

表3 全壽命周期風險值表Tab.3 Life cycle risk value table

綜上,應用最大隸屬度法和加權分布法得出的結論相同,即該管廊的整體風險數值介于[2,3]之前,屬于低風險與中等風險之間,且更傾向于中等風險。同時通過加權分布法可得出報廢階段風險值最高,其次為施工與竣工階段、運營階段、設計階段、招投標階段和決策階段。

3 管廊高風險階段應對策略

下面僅針對風險等級較高的設計階段、施工階段、運營階段和報廢階段提出應對措施,供決策者參考。

(1) 設計階段。要進行充分的調研,充分了解用戶的入廊需求,建立和完善標準的管線數據標準和技術標準;加強技術管理,充分分析綜合管廊可能出現的各種風險,通過技術設計進行風險斷鏈管理,減少施工和運營階段的風險。

(2) 施工及竣工階段。在施工準備、施工建設和竣工驗收階段,都需建立相應的風險管理體系,圍繞雙重預防體制,開展風險因素識別和分級,進行施工隱患排查。尤其是針對施工過程中的危、大、深工程,重點開展風險排查及隱患治理;在治理工程中充分利用信息技術的優(yōu)勢,進行風險隱患的識別及預警,充分體現人防和技防的綜合優(yōu)勢。

(3) 運營階段。管廊正式運營前應制定科學合理的管理制度,明確運營方、入廊單位責任與義務,政府相關管理部門如質監(jiān)站、城管部門應隨時對運營單位進行監(jiān)督檢查,規(guī)范綜合管廊管理工作。在進行綜合管廊招商費用談判時應充分考慮相關單位所屬管線截面占比、管線風險系數、管線維修難易程度等,以便合理設置管廊入廊費用,按實際需求設計管廊體量確保管廊管線入廊率合理可行?？紤]管廊運營期長的特點以及考量利率及通貨膨脹等因素,為了降低綜合管廊運營成本,政府應在必要時向主要管道單位提供必要的政策激勵和政府補貼,保障運維費收取,杜絕運營成本過高的風險。運營單位要保障管廊安全運營環(huán)境、檢修、盡可能降低不可抗力、人為破壞等對管廊運營安全造成的威脅。

(4) 報廢階段。目前,我國管廊報廢階段的管理文件制定滯后,尤其是管廊報廢缺乏強制性的法律法規(guī)。管廊報廢后的處理更是缺乏相應的政策指導。要加強相應的指導政策制定;報廢拆除工作應在專門管理部門的監(jiān)督和指導下進行,按照不影響地上建筑物和居民生活的原則完成;加強對廢棄管廊的監(jiān)管,各種管線、器件等登記造冊、變賣應由相應的部門執(zhí)行;若將廢棄物再利用,則需要明確規(guī)定廢棄物回收、利用處置的方式和方法,收益分配制度等,做好廢棄管廊的拆除和安置工作。

4 結 論

以某綜合地下綜合管廊項目為背景,綜合運用層次分析法和模糊綜合評價法,對管廊進行了風險評價,得出以下結論:

(1) 立足全壽命周期理論,結合既有文獻和管廊開發(fā)特點,將管廊項目劃分為決策、設計、招標投標、施工及竣工、運營、報廢6 個階段,并對各階段進行系統性分析,辨識43 個潛在風險指標,構建出綜合管廊全壽命周期風險清單表。

(2) 邀請綜合管廊開發(fā)管理人員與風險管理專家進行評估,并采用層次分析法科學準確得出運營階段與施工及竣工階段風險權重相對較大。通過風險評判并依據最大隸屬度法和加權分布法得出,某綜合管廊項目屬于中等風險,其中報廢階段風險值最高,其余依次為施工與竣工階段、運營階段、設計階段、招投標階段和決策階段,有效實現了指標風險值的量化。

(3) 針對較高風險建設階段分別提出了管控措施。設計階段要建立技術標準和數據收集標準進行設計優(yōu)化;施工及竣工階段要建立相應的風險管理體系,充分利用信息技術進行風險排查;運營階段要明確各參與方的責任與義務,制定合理的收費標準及政府提供必要的補貼,以提高管理效率;報廢階段要加強政策文件的制定。