霍雨雨，鮑學英，李愛春，胡所亭，班新林，許見超

(1. 蘭州交通大學 土木工程學院，甘肅 蘭州 730070；2. 中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；3. 高速鐵路軌道技術國家重點實驗室，北京 100081)

由于艱險山區(qū)地形崎嶇、地勢復雜、氣候惡劣，鐵路工程橋隧占比高，橋梁與隧道之間技術接口數(shù)量多、參與方眾多，鐵路施工時會面臨資源運輸困難、參與方溝通不暢、現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差、對接口工序關系了解不深以及缺乏及時的協(xié)調措施等很多不利因素的影響[1-2]。這些不利因素會造成不同工序、活動之間的計劃沖突，引發(fā)資源供應不及時，形成資源沖突，致使整個鐵路建設工期拖延，成本增加。因此，分析和挖掘技術接口工序資源沖突的原因，研究影響因素間的因果關系以及層次結構，對于有效預防資源沖突，提高整個鐵路建設速度具有重要意義。目前，國內外學者對接口資源沖突影響因素的研究取得了一定程度的進展。綜合來看，國外學者主要以資源均衡為目標函數(shù)，考慮活動中的搶占，研究資源受限的工序調度問題，以及通過多層次灰色綜合評價法，分析探討不同參與方之間溝通不暢、配合度低等組織層面原因導致的工序資源沖突問題[3-5]。國內學者主要通過關鍵鏈技術對關鍵節(jié)點的資源需求進行研究，實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，或通過模糊綜合評價、蟻群算法和灰色聚類等方法構建資源配置模型[6-9]。很少有學者對技術接口工序資源沖突的影響因素間的內在聯(lián)系、影響程度以及層次結構進行研究。針對以上不足，本文提出DEMATEL-ⅠSM 模型研究艱險山區(qū)鐵路橋隧技術接口工序資源沖突。以地形地勢復雜、環(huán)境惡劣、人員組織困難以及施工周期長等條件為基礎，選取拉林鐵路LLZQ-2 標段橋隧工程技術接口工序為研究對象，利用全面質量管理理論中的“人、機、料、法、環(huán)”方法，全面系統(tǒng)地剖析引發(fā)工序資源沖突的各個影響因素。 利用ⅠSM[10]和DEMATEL[11]探究影響工序資源沖突的各因素之間的關聯(lián)關系，構建影響因素的多級遞階結構模型，剖析拉林鐵路LLZQ-2 標段橋隧工程技術接口工序資源沖突影響因素的結構層次，明確原因因素和結果因素。通過對這些影響因素分層管控，有效預防資源沖突的發(fā)生，確保鐵路工程按期完工。

1 艱險山區(qū)鐵路橋隧工程技術接口工序資源沖突影響因素指標體系

艱險山區(qū)鐵路是一項復雜的系統(tǒng)工程，由于沿線地質環(huán)境復雜、資源運輸困難、參與方溝通不暢，通常會導致技術接口在工序施工過程中需要投入大量人力和機械設備，施工工序繁雜，因此必須充分協(xié)調好人、財、物等基本要素，否則有可能因窩工、停工等情況導致資源沖突，進而直接影響到整個艱險山區(qū)鐵路工程施工的進度。因此，對導致技術接口工序資源沖突的影響因素進行系統(tǒng)化、層次化地分析，有助于接口管理者提出切實可行的接口管理策略和整改措施，促進艱險山區(qū)鐵路的順利竣工。

為了全面識別橋隧工程技術接口，在遵循子系統(tǒng)劃分的獨立性和功能性等原則的基礎上，通過解釋結構模型和分解分析法將橋梁與隧道工程的子系統(tǒng)進行劃分。根據(jù)橋梁與隧道工程的施工工藝及特點，并參考相關文獻及國家鐵路局等企業(yè)頒布的規(guī)范[12]，識別出橋隧連接、橋臺與洞身連接、邊坡的銜接、連接處的不均勻沉降、錨碇的錨固、防水排水和電纜槽的過渡等技術接口。

“人、機、料”是艱險山區(qū)鐵路施工最基本的資源組成，“法、環(huán)”是利用資源的方法和環(huán)境，因此從“人、機、料、法、環(huán)”5 個維度能夠深層次的探索艱險山區(qū)鐵路接口工序資源沖突。通過文獻查閱[13-15]、理論分析、實地調研等手段，從“人、機、料、法、環(huán)”5 個維度歸納出影響接口工序資源沖突的30 個因素，構建艱險山區(qū)鐵路橋隧技術接口工序資源沖突影響因素指標體系，如圖1所示。

圖1 艱險山區(qū)鐵路橋隧工程技術接口工序資源沖突影響因素指標體系Fig.1 Ⅰndex system of influencing factors of resource conflict in technical interface process of railway bridge and tunnel engineering in difficult and dangerous mountainous areas

2 基于DEMATEL-ⅠSM 模型的集成分析方法

DEMATEL和ⅠSM 都是針對復雜系統(tǒng)中各個要素間的相互關系進行分析，目前已經(jīng)在很多領域得到廣泛應用。DEMATEL法不僅能夠反映因素間的作用關系，而且能反映作用程度，主要是研究復雜系統(tǒng)中各影響因子的邏輯關系，以此構建直接影響矩陣，通過計算出每個影響因子在整個復雜系統(tǒng)中的影響程度、原因度和中心度，準確分析因素的重要程度，確定原因因素和結果因素。ⅠSM法基于人們的實踐經(jīng)驗和專業(yè)知識，以定性分析為主，可以把模糊不清的思想和看法通過因素間的相互關系形成鄰接矩陣，轉化為直觀且具有良好結構關系的模型。將單位矩陣引入綜合影響矩陣，將其轉化為整體影響矩陣，并采用一定的計算方法將整體影響矩陣轉換為可達矩陣。實現(xiàn)DEMATEL 和ⅠSM 2 種方法的集成，可將各因素間相互關系以及因素在整個體系中的層次和作用描述清楚，把復雜的因素結構化、系統(tǒng)化。這不僅能定量計算各個影響因素對接口工序資源沖突的重要程度，識別出關鍵影響因素，有效確定因素間的因果關系，還能通過層次劃分來明確導致技術接口工序資源沖突的深層次因素。利用二者的互補性，定量和定性地系統(tǒng)分析影響因素，能夠簡化計算步驟、降低計算難度，為技術接口工序資源沖突的防控提供一定的幫助。

DEMATEL-ⅠSM法研究問題的思路：首先，利用DEMATEL確定因素的綜合影響矩陣，通過計算各影響因素的影響度、被影響度、原因度和中心度指標對影響因素進行簡化，忽略不重要因素。其次，考慮影響因素自身的影響，引入合理的修正因子，將整體影響矩陣轉換為可達矩陣。最后，運用ⅠSM 建立各影響因素的多層遞階結構模型，準確辨識關鍵影響因素。具體實施步驟如下。

步驟1：從研究目的出發(fā)，確定影響因素集。X={X1,X2,…,Xn}，n為影響因素的數(shù)量。

步驟2：組建一個研究艱險山區(qū)鐵路工程技術接口資源專家委員會，根據(jù)專家經(jīng)驗，對各個影響因素進行兩兩比較，利用有向圖和矩陣等工具量化各影響因素的因果關系，確定因素的影響程度。假定邀請m位專家組成專家委員會參與評判，第k位專家給出的Xi對Xj的直接影響程度記為rk ij，按照無、弱、中、強4 個等級分別賦值0，1，2，3,若i=j，則影響程度記為0。按照平均法處理各個專家的評判結果，得到直接影響矩陣R=[rij]nxn，其中，。

步驟3：通過歸一化原始關系矩陣，對矩陣R進行處理，得到規(guī)范直接影響矩陣G=[gij]nxn，在矩陣R的基礎上計算綜合影響矩陣T=[tij]nxn。

式中：I為單位矩陣。

步驟4：計算矩陣T中各影響因素的影響度Ei、被影響度E′i、中心度Ci和原因度Yi。

式中：Ei表示第i個因素對其他因素施加的程度；E′i表示其他因素對j因素造成的程度；通過Ei和E′i的值，可以判斷各影響因素間的因果關系。Ci表示第i個因素在整個復雜系統(tǒng)中的影響程度，值越大表示該因素在整個系統(tǒng)中發(fā)揮的作用越大。Yi＞0 表示該因素為原因因素，反之為結果因素，絕對值越大，表示該因素對其它因素的影響程度越高或受其他因素的影響程度越高。

對于一個復雜系統(tǒng)，需要抓住主要問題，厘清復雜系統(tǒng)中的主要影響因素和次要影響因素。因此，可通過設定α和β2 個值對中心度和原因度進行以下判斷，以此舍去重要性低、關聯(lián)性低的因素。

其中，α和β的值一般取0.75～1[16]。

步驟5：計算可達矩陣M=[mij]nxn。

剔除矩陣M中滿足式(7)的因素行和列，組成新的綜合影響矩陣T′，由于考慮因素自身的相關性，需要引入單位矩陣將T′轉化成整體影響矩陣D。

式中：n為剔除不重要因素后剩余的因素個數(shù)。

為了得到最簡化的鄰接矩陣，需引入閾值λ，將矩陣T′轉變?yōu)猷徑泳仃嘙。閾值λ的大小會影響整個系統(tǒng)的層級劃分，λ越大則系統(tǒng)中因素的層級劃分越細，越小則越粗糙，因素的層級劃分并不是越細或越粗糙越好。根據(jù)經(jīng)驗以及推算，得到最為適合本研究的閾值計算公式。

式中：μ和ν分別為T′中所有元素的均值和標準差；矩陣M中的元素mij由式(10)確定。

步驟6：借助可達集、先行集和共同集，對最終得到的可達矩陣M中的元素進行層級劃分。通過可達矩陣M的第i行上的值為1 的列對應的因素得到可達集Q(Xi)——因素Xi可以到達其他因素的集合。通過可達矩陣M的第i列上的值為1 的列對應的因素得到先行集A(Xi)——其他因素可以到達因素Xi的因素集合。共同集C(Xi)——可達集與先行集的交集，即C(Xi) =A(Xi) ∩Q(Xi)(具體見式(11)～(13))。層級劃分和具體的迭代過程可以根據(jù)式(14)生成，首先將第一次得到的因素集放置于第1 層，然后將該因素集中所有因素所在的行與列從可達矩陣M中劃去，在剩余的矩陣中確定第2層的因素。以此類推，直到所有的因素都被劃分。

式中：i=1,2,…,k;k≤n;L0≠?。

步驟7：繪制因素的多級遞階結構模型。從最底層往頂層來確定同層級和不同層級因素間的關系。根據(jù)因素被劃除的順序依次找出滿足上述要求的因素集Li(i=1,2,…,k)，其中k為分層級數(shù)。先獲取的集合Li中的元素被稱為表層直接影響因素，最后獲取的元素被稱為根源因素，根據(jù)獲取的因素集合Li，繪制影響因素的多級遞階結構模型。

3 實例分析研究

3.1 工程概況

選取拉林鐵路LLZQ-2 標段工程作為研究對象進行分析。起訖里程DK56+050～DK103+085，全線總長47.035 km，隧道9 座共7.355 km，橋梁31座共12.940 km。該區(qū)域山高谷深，沿線地質條件復雜，災害頻發(fā)，使得該區(qū)段的橋隧工程施工難度大大增加。不利的氣候條件和惡劣環(huán)境致使所需的資源在運輸過程中損耗，引起資源供應不及時，產(chǎn)生技術接口工序資源沖突，影響整個施工進度及成本目標的實現(xiàn)，增加了技術接口工序實施和管理難度。因此，有必要對該地區(qū)橋隧工程接口工序資源沖突的影響因素進行分析，劃分因素的結構層次，明確直接因素和間接因素，以提高橋隧工程技術接口工序的管理水平。

3.2 影響因素DEMATEL建模分析

通過文獻查閱、實地調研和問卷調查，確定了前文所列的30 個資源沖突的影響因素。成立專家組對其進行打分，邀請20 位研究川藏鐵路技術接口的專家進行評分，包括鐵路工程建設單位和施工單位的總工、管理者、現(xiàn)場技術人員以及從事資源沖突研究的學者。采用專家打分法確定的直接影響矩陣R。

基于矩陣R，運用Matlab軟件編寫矩陣運算命令，根據(jù)式(1)～(2)計算矩陣T，在此基礎上，根據(jù)式(3)～(6)分別計算各個影響因素的影響度、被影響度、原因度和中心度，如表1所示。

通過表中Yi值的正負情況可知：影響因素X1，X2，X4，X5，X6，X7，X13，X14，X20，X21，X22，X23，X24，X27，X28，X29和X30是拉林鐵路LLZQ-2標段橋隧工程技術接口工序資源沖突的原因因素，會通過各種途徑對其他因素產(chǎn)生影響，為減小資源沖突就必須重點考慮這些因素，嚴格防控。X3，X8，X9，X10，X11，X12，X15，X16，X17，X18，X25和X26則是造成資源沖突的結果因素，容易受原因因素的影響，當采取一些防治資源沖突的手段后，可以通過考察結果因素的變化情況及所處的狀態(tài)來衡量采取的措施是否有效。

中心度反映了導致拉林鐵路LLZQ-2 標段工序資源沖突的各個影響因素的相對位置及作用，將表1中其值進行排序：C3＞C21＞C22＞C24＞C26＞C23＞C2＞C15＞C1＞C19＞C13＞C6＞C16＞C9＞C5＞C18＞C8＞C17＞C4＞C11＞C25＞C29＞C27＞C28＞C20＞C10＞C14＞C12＞C30＞C7。由 排 序結果可知：X21，X22，X23和X24對工序資源沖突的作用明顯，需要對這些重要性程度高的因素進行重點管控。

表1 DEMATEL建模分析結果Table 1 DEMATEL Modeling analysis results

3.3 關鍵影響因素ISM建模分析

取α=β=0.875，采用步驟3對影響因素進行簡化，剔除因素X7，X10，X12，X14，X17，X20，X25和X30，將剩下的22 個因素運用ⅠSM 探究其層次關系。先根據(jù)式(8)計算整體影響矩陣D，然后運用Matlab 軟件求出矩陣D中所有元素均值μ、標準差ν和閾值λ。其中，μ=0.043 1，ν=0.056 2，λ=μ+ν=0.099 3。

執(zhí)行步驟5 中式(10)去除冗余值，得到可達矩陣M。

根據(jù)步驟6 和步驟7，通過計算先行集、可達集和共同集來劃分影響因素的層級，共得到6個層級，如表2所示。

根據(jù)表2 層級劃分的結果，繪制出拉林鐵路LLZQ-2 標段技術接口工序資源沖突影響因素的結構模型，見圖2。該圖反映了各個影響因素的層次結構，可以達到分層管理的目的。圖中箭頭的連線表示這2個因素具有關聯(lián)關系。

3.4 關鍵影響因素DEMATEL-ISM綜合建模分析

由 表2 中Ci的 大 小 可 知：X3，X21，X22，X23，X24和X26中心度排序靠前，說明它們對拉林鐵路LLZQ-2 標段技術接口工序資源沖突的影響顯著。從圖2 也可以看出，這6 個影響因素與其他影響因素的連接最多，處于重要的節(jié)點位置。其中，X3“進線”最大，受其他因素的影響大；X23和X24“出線”最大，對其他因素的影響大。

表2 各個影響因素的層級劃分Table 2 Hierarchy division of each influencing factor

在原因因素中，X21，X23，X24和X1原因度排序為前四。在圖2中可以看到，X1是導致工序資源沖突的中層因素，X23和X24是深層因素，X21則是根源因素。總體來看，工序安排不合理和缺乏及時的協(xié)調措施會導致工序施工所需的材料分配不合理、周邊現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境差以及各個參與方的配合度低，進而影響拉林鐵路LLZQ-2 標段整個工序施工的進度以及質量。因此，從長遠來看，對該標段鐵路資源沖突進行防范時應該著重加強原因因素的管控。在整個橋隧工程的設計階段，應確保整個工序計劃的完整性和合理性，并加大對每個施工人員行為的管控，定期組織培訓和檢查。同時，做好應對各種惡劣天氣的準備工作，最大限度地減小原因因素對資源沖突的影響。

圖2 拉林鐵路LLZQ-2標段橋隧工程技術接口資源沖突影響因素解釋結構模型Fig.2 Ⅰnterpretation structure model of influencing factors of resource conflict in technical interface of bridge and tunnel engineering of LLZQ-2 section of Lalin Railway

在結果因素中，X3，X15，X16和X26原因度的絕對值大小位于前四。由圖2 可知，這些因素受X21和X24等多個因素的影響。其中，X3和X15是導致工序資源沖突的最直接因素，從短期看，需要采取積極有效的手段對這些因素進行控制，可以有效降低工序資源沖突出現(xiàn)的概率。

3.5 關鍵影響因素MICMAC驗證分析

MⅠCMAC 是1973年 法 國 學 者Duperrin 和Godet 提出的。主要是應用矩陣相乘的原理，通過計算因素的驅動力和依賴性，分析因素之間的影響程度及關聯(lián)關系，常與ⅠSM 結合使用識別系統(tǒng)中具有高動力性和高依賴性的因素，并對其進行重點管理。該方法將其因素分為自治、依賴、聯(lián)系和獨立4大類，如圖3所示。

圖3 交叉影響矩陣相乘法(MⅠCMAC)Fig.3 Matrices impacts croises-multiplication appliance classement(MⅠCMAC)

MⅠCMAC 分析的結果可以通過圖3 形象地表達，縱軸代表驅動力，橫軸代表依賴性。在整個復雜系統(tǒng)中每個因素的驅動力DF(Xi)和依賴性DP(Xi)的大小可基于可達矩陣M計算得出，方法如式(15)和式(16)所示：

根據(jù)MⅠCMAC 的原理以及矩陣M，可算出導致拉林鐵路技術接口工序資源沖突各個影響因素的驅動力及依賴度，如表3。在此基礎上，繪制出拉林鐵路LLZQ-2 標段技術接口工序資源沖突的因素驅動力-依賴度圖，如圖4所示。

表3 影響技術接口工序資源沖突的因素驅動力和依賴度Table 3 Driving force and dependence of factors influencing resource conflicts in technical interface processes

由圖4 可知，X2，X4，X5，X6，X13，X27和X28屬于自治因素；X3，X8，X9，X15和X18屬于依賴因素；X21，X22，X23和X24屬于獨立因素；X1和X29既屬于自治因素又屬于獨立因素；X11，X16和X19既屬于自治因素又屬于依賴因素；X26既屬于獨立因素又屬于聯(lián)系因素。

綜合圖2 和圖4 可知，5 個依賴因素位于解釋結構模型的最上面兩層，受其他因素的影響大，容易識別，對拉林鐵路技術接口工序資源沖突有最直接的影響。6 個自發(fā)因素位于解釋結構模型的中間兩層，影響力度較小，由所處的層級及類別可以看出，在防治技術接口工序資源沖突的舉措中，此類因素需要全面多角度的共同控制。4 個獨立因素位于解釋結構模型的最底下兩層，受其他因素的波及小，但由于有高的驅動力，對其他因素的影響力度大，屬于根源性及深層因素，要想降低技術接口工序資源沖突的發(fā)生，就必須重點處理好此類因素。

綜上所述，利用DEMATEL-ⅠSM 模型對影響拉林鐵路技術接口工序資源沖突的因素進行關聯(lián)性分析得出的結果是符合邏輯的。將構建的6級解釋結構模型與MⅠCMAC驅動力-依賴度圖結合起來看，技術接口工序資源沖突的形成是一個鏈狀結構，各個影響因素并不獨立存在，而是相互影響、相互作用，不同層級因素的影響力經(jīng)過一層又一層的傳遞產(chǎn)生累加效應，嚴重影響技術接口工序所需的資源。必須認識到技術接口工序資源沖突形成的系統(tǒng)性，樹立閉環(huán)管理及反饋控制理論的方法，動態(tài)監(jiān)測資源的運行狀態(tài)，并根據(jù)變化的資源需求對當前緊缺資源的分配狀況進行調整,使得所有資源得到充分利用。同時，對所有參建單位人員的不規(guī)范行為采取積極的措施予以制止。最后，從拉林鐵路LLZQ-2 標段橋隧工程技術接口規(guī)劃分析階段就針對不同工序實施特點制定相應的措施，不斷改進，實現(xiàn)所需資源的動態(tài)管控。

4 結論

1)拉林鐵路LLZQ-2 標段橋隧工程技術接口工序所需的物料因素是導致資源沖突的主要原因，其次是人員、環(huán)境和機器設備因素。由工序實施方法直接誘發(fā)資源沖突的情況較少，這類因素主要通過對人員、機器設備、物料和環(huán)境因素產(chǎn)生作用，間接導致工序資源沖突的發(fā)生。

2) 將DEMATEL 與ⅠSM 相結合，通過計算因素的影響度、被影響度、原因度和中心度，構建6層遞階結構模型。其中，工序安排不合理、接口工序施工技術管理不足、接口參與方的溝通不暢以及缺乏及時的協(xié)調措施是主要的原因因素；各個參與方的配合度低、物料供給延遲及周邊現(xiàn)場作業(yè)環(huán)境條件復雜是重要的結果因素，制定資源沖突防治對策時應重點防控。

3)基于MⅠCMAC 得出的拉林鐵路工序資源沖突影響的自治因素、依賴因素和獨立因素，與通過DEMATEL-ⅠSM 得出的直接因素、淺層因素、中層因素、深層因素和根源因素在影響性質上具有高度的統(tǒng)一性，進一步證明了DEMATEL-ⅠSM對影響因素的分類及層次分析具有科學性，對拉林鐵路LLZQ-2 標段橋隧工程技術接口工序資源沖突的預防和管理具有一定的參考價值。