基于風(fēng)險(xiǎn)分析的地鐵項(xiàng)目施工方案比選研究

吳守榮 李琪

(山東科技大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，山東 青島 266590)

0 引言

進(jìn)入21 世紀(jì)，中國經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，城市化進(jìn)程日益加快，隨之而來的是城市軌道交通的發(fā)展進(jìn)入高速增長階段。在寸土寸金的大都市里，地鐵已經(jīng)成為占用土地和空間少、運(yùn)輸能量大、運(yùn)行速度快、環(huán)境污染小、乘客安全舒適的理想交通方式。地鐵線路大多位于市區(qū)中繁華熱鬧之處，具有工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，施工難度大，潛在建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)種類多等特點(diǎn)［1］，如果在項(xiàng)目前期施工方案選擇時(shí)考慮不周，很可能會(huì)給之后的施工建設(shè)階段埋下隱患，所以在施工方案比選時(shí)就應(yīng)考慮實(shí)施的風(fēng)險(xiǎn)，選取風(fēng)險(xiǎn)最小的方案，將風(fēng)險(xiǎn)損失控制到最小。

1 地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系的構(gòu)建

1.1 地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)

地鐵項(xiàng)目施工方案選擇中的風(fēng)險(xiǎn)因素識別是地鐵施工準(zhǔn)備階段的重要工作，對施工階段風(fēng)險(xiǎn)控制有著決定性影響。地鐵項(xiàng)目施工方案中要考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素如下:

(1)資金風(fēng)險(xiǎn)。主要包括報(bào)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)、財(cái)務(wù)風(fēng)險(xiǎn)、成本超支、利潤減少等。

(2)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。指工程質(zhì)量經(jīng)評價(jià)未達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，主要包括不能及時(shí)通過驗(yàn)收的工藝、材料、工程等。質(zhì)量問題是地鐵建設(shè)的重大問題，會(huì)造成資源浪費(fèi)和不必要的技術(shù)難題，直接影響城市的發(fā)展速度。

(3)工期風(fēng)險(xiǎn)。主要是由于某種原因造成整個(gè)地鐵線路或局部標(biāo)段的工期延長，不能及時(shí)投入使用。

(4)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。主要包括新工藝、新技術(shù)方法未能成功應(yīng)用，施工工藝落后，施工技術(shù)和方案不合理或存在漏洞，地基移動(dòng)或場地沉降影響周邊建筑物等。

(5)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。主要包括施工階段對路面交通的影響時(shí)間長，影響程度大、開挖時(shí)對周邊管線的破壞、對周邊花草樹木生態(tài)環(huán)境的影響和對周邊居民衣食住行等日常生活的影響。

(6)安全風(fēng)險(xiǎn)。地鐵施工過程中，出現(xiàn)人身傷亡、安全、健康以及工程或設(shè)備的損失等。

1.2 構(gòu)建地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系

通過以上分析從資金、質(zhì)量、工期、技術(shù)、環(huán)境和安全6 個(gè)方面建立地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。該體系分為目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，見圖1。

2 地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)AHPGRAM 模型的建立

圖1 地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖

本文將AHP 法與GRAM 法有機(jī)結(jié)合起來，建立AHP-GRAM 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型［2-7］。基本思路為:先用專家打分法［8］確定風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系中各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重，確定各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重組成的待檢模式向量，再由AHP 法計(jì)算出方案層中各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則相對權(quán)重組成的典型風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣，最后利用GRAM 法通過典型風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣與待檢模式向量之間的灰色關(guān)聯(lián)度計(jì)算得出關(guān)聯(lián)度序列。AHPGRAM 模型的建立步驟如下。

2.1 構(gòu)造判斷矩陣

(1)確定各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重系數(shù)。根據(jù)地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系中準(zhǔn)則層6 個(gè)準(zhǔn)則的重要程度，賦予相對應(yīng)的權(quán)重，再進(jìn)行歸一化處理。通過網(wǎng)絡(luò)調(diào)研的方式由相關(guān)行業(yè)具有豐富經(jīng)驗(yàn)的專家對各個(gè)準(zhǔn)則進(jìn)行打分，再通過統(tǒng)計(jì)方法來確定出各個(gè)準(zhǔn)則最終的權(quán)重大小。

(2)確定方案層中各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則相對權(quán)重系數(shù)。利用AHP 法在各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則下建立各方案判斷矩陣，采用1 ～9 標(biāo)度法將相對重要性量化，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)確定相對權(quán)重是否合理。

2.2 灰色關(guān)聯(lián)度定義

(1)主要基本概念。設(shè)T 為地鐵施工方案比選事件，i = 1，2，…，m 為m 個(gè)施工方案，xj(j =1，2，…，n)為影響施工方案比選的n 個(gè)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重。設(shè)Xi為系統(tǒng)因素，其在序號上的觀測數(shù)據(jù)為xi(k)，k = 1，2，…，n(k 即為n 個(gè)風(fēng)險(xiǎn))，則稱Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}為因素Xi的行為序列，則導(dǎo)致地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)比選的結(jié)構(gòu)函數(shù)可表示為:φ(x)= φ(x1，x2，…，xn)。

設(shè)系統(tǒng)行為序列X∏= {x∏(1)，x∏(2)，…，x∏(n)}，相關(guān)因素行為序列Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，i = 1，2，…，m。對于ζ ∈(0，1)，令

(2)確定典型風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣和待檢模式向量。由AHP 法計(jì)算出方案層中各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則相對權(quán)重，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。這樣，m 個(gè)施工方案就構(gòu)成了一個(gè)典型的風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣，即

為了準(zhǔn)確地評價(jià)地鐵項(xiàng)目施工方案比選結(jié)果的各種風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則，可以從xj(j = 1，2，…，n)的重要度開始分析。這里的重要度定義為該風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則對施工方案比選影響程度的大小，即權(quán)重系數(shù)。n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則按其權(quán)重系數(shù)就組成了一組待檢模式向量{XΠ}，即

風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則不同，施工方案比選所受影響程度就不同，其重要度亦不同。

2.3 關(guān)聯(lián)度的計(jì)算

通過{XΠ}與典型風(fēng)險(xiǎn)特征向量{Ti}(i = 1，2，…，m)之間灰色關(guān)聯(lián)度的分析計(jì)算，得到關(guān)聯(lián)度序列。之后，依次從大到小排列關(guān)聯(lián)度，這樣就可以分析得出各個(gè)地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)可能性的大小，比選出風(fēng)險(xiǎn)最小的方案，并為風(fēng)險(xiǎn)控制提供參考。

3 實(shí)例分析

3.1 工程概況

青島地鐵3 號線五四廣場站位于香港西路與山東路路口，沿香港西路東西向布置。緊鄰青島市政府和五四廣場，周邊還有香格里拉酒店、頤和國際大廈、中鐵青島中心(在建)等重要建筑物。五四廣場站是地鐵3 號線與2 號線的平行換乘站，車站為5 柱6 跨雙層框架結(jié)構(gòu)，長277.6m，寬44.8m，平行設(shè)置兩個(gè)14m 寬站臺(tái)，基本實(shí)現(xiàn)“零距離”同臺(tái)換乘，是青島在建的最大平行換乘車站。車站設(shè)置了7 個(gè)出入口，同時(shí)還與周邊新建物業(yè)結(jié)合，在保證地鐵功能和投資的基礎(chǔ)上，最大限度地方便了旅客在周邊建筑物和地鐵中的穿行。該地鐵車站主體施工備選方案有4 種分別為:①方案1:蓋挖順做法;②方案2:全明挖法;③方案3:明挖法和蓋挖逆做法結(jié)合;④方案4:明挖法和蓋挖順做法結(jié)合。

3.2 備選施工方案風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

(1)確定各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重系數(shù)。通過上述方法得到的各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則的綜合權(quán)重系數(shù)為W = (r1，r2，r3，r4，r5，r6) = (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(2)確定方案層中各風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則相對權(quán)重系數(shù)。通過AHP 法得到四個(gè)方案在六項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則中的權(quán)重系數(shù)分配如下:①資金風(fēng)險(xiǎn)W1(0.537，0.049，0.279，0.135);②質(zhì) 量 風(fēng) 險(xiǎn)W2(0.050，0.324，0.271，0.355);③工 期 風(fēng) 險(xiǎn)W3(0.476，0.057，0.258，0.209);④技 術(shù) 風(fēng) 險(xiǎn)W4(0.479，0.050，0.339，0.132);⑤環(huán) 境 風(fēng) 險(xiǎn)W5(0.064，0.467，0.175，0.294);⑥安 全 風(fēng) 險(xiǎn)W6(0.356，0.237，0.214，0.193)。

(3)確定典型風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣和待檢模式向量。由上述可得，典型風(fēng)險(xiǎn)特征矩陣為

由風(fēng)險(xiǎn)準(zhǔn)則權(quán)重系數(shù)組成的待檢模式向量為

XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)度。以XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)為母因素，Ti(i =1，2，3，4)為子因素，對{XΠ}作初始化處理，得

由上述可得出差序列矩陣

故

(5)結(jié)果分析。由此可知:γΠ4＜γΠ2＜γΠ3＜γΠ1，則Ti對XΠ的關(guān)聯(lián)度中，施工方案4 關(guān)聯(lián)度最小，即在青島地鐵3 號線五四廣場站施工方案比選中，方案4 為比選風(fēng)險(xiǎn)最小方案，可采用方案4 明挖法和蓋挖順做法結(jié)合的施工方案。

4 結(jié)語

在全國各地大力推進(jìn)地鐵建設(shè)的背景下，本文從風(fēng)險(xiǎn)分析的角度出發(fā)，根據(jù)地鐵建設(shè)的特點(diǎn)，建立地鐵項(xiàng)目施工方案風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系和AHP-GRAM 評價(jià)模型，通過對備選方案的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)，確定最合適的施工方案。通過青島地鐵3 號線五四廣場站實(shí)例證明該方法的可行性及可操作性。

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