基于灰色理論的建筑基坑造價風險預測研究

(上海久寧建筑工程有限公司，上海 200061)

1 引言

隨著我國城市化進程的不斷加快，基礎建設事業得以飛速發展，加之城市人口數量不斷增長，城市土地的使用價格愈來愈高，因此，高層甚至超高層建筑、地下軌道交通工程、大型過街通道等工程雨后春筍般在大中城市出現。為了保證此類建(構)筑物的抗震、抗壓與抗風的要求、確保建(構)筑物的運營安全，使得基坑工程由之前的常規深度逐步朝深大基坑方向不斷發展[1-4]，由此帶來的建設風險逐漸增加，引起了眾多造價從業者的極大關注。

由于基坑設計理論還不夠全面、地表地層的變異以及眾多不可預計的復雜問題的出現，施工過程中深大基坑工程的造價風險具有多種不確定性，稍有不慎將造成巨大的財產損失[5-8]。因此針對建筑深大基坑造價風險的預測研究具有重要意義。目前有關基坑造價常規預測方法主要有：神經網絡、模糊數學方法以及廣聯達軟件只能預測等[9-10]。然而這些預測僅建立在現有的一些預測評價指標基礎上，并未考慮各指標之間的相互聯系，也并未考慮各種主觀因素對預測評分的影響。

本文針對現有研究中的不足，在已有文獻基礎上，將造價風險范圍延伸到建筑基坑工程施工階段，考慮預測指標的關聯性，創造性地將多層次灰色理論運用到施工階段基坑工程造價風險管理評價研究中，對建筑基坑工程施工階段造價風險進行多層次評價預測，并給出相應風險控制方法，研究成果更好地為建筑基坑工程造價風險預測評價提供理論指導。

2 灰色多層次評價預測理論

在工農業生產的控制理論中，人們通常采用顏色的深淺來形容信息的透徹程度，一般情況下，“白色系統”指系統內的信息完全公開透明，其內部特性全部是已知的； “黑色系統”指代系統內部信息相對于外界完全未知，需要通過內部信息與外界聯系來觀察研究確定； “灰色系統”是介于“白色系統”和“黑色系統”之間的一種半不透明，信息半不明確的獨立系統，它包括元素(參數)信息不完全確定、結構信息不完全確定、邊界信息不完全確定、運行行為信息不完全確定四種情況。表1所示為廣義“灰”的含義。

表1 廣義“灰”的含義

多層次灰色評價的主要執行思想是針對評價對象包含多層次結構的屬性，采用層次分析法(Analytic Hierarchy Process)計算出各層次指標對應于上一層次指標的權重，接著從最低下一層起始，在充分分析了各個層次指標相對權重后，利用關聯系數和權重的乘積結果對這一層次進行綜合評價，同時該評價結果又可以當作其緊鄰上層的初始指標進行重復運算，如此反復循環，直至該對象所有層次均評價完成，此時評價終止[11]。如果我們假設基坑工程施工階段造價風險問題分為三個層次，那么其評價指標體系的一般形式如圖1所示。

圖1 基坑工程造價風險三層次灰色評價指標預測體系一般形式

圖2 施工階段造價風險評價預測指標體系結構

3 工程概況

本工程位于上海浦東新區張楊路新上海商業城內，是一幢集購物、商住、娛樂于一體的綜合性建筑。大廈占地3 300m2，總建筑面積25 000mm2，主體高38m，為9層智能化商辦商住綜合樓。地下2層車庫，地下室2層。建筑總高度34.6m。其主樓樁徑Φ700，有效樁長17.4m，總計158根，裙房樁徑Φ650，有效樁長12.4m，總計213根。地下室設計平面呈半圓形，直徑72m，埋置深度-11.90m。實際開挖深度11m，電梯井處達13.7m，基坑占地面積為6 645m2。

基坑西南側原水管與基坑開挖邊線最小距離約14.1m； 南側有多幢保護建筑，離基坑較近的5幢建筑與基坑開挖邊線最小距離分別為0.9m、2.8m、3.6m、14.1m、15.0m； 基礎施工階段保證基坑及周邊建筑、管線安全要求較高，施工難度大。

整個基坑的圍護形式為Φ850mm厚SMW工法三軸水泥土勁性攪拌樁，攪拌樁水泥摻量為20%(遇到安浜位置水泥摻量為25%)，攪拌樁長度為22.7m、25.7m。攪拌樁內插H700×300×13×24，基坑南側靠近保護建筑的區域，H型鋼密插間距600mm，東側靠居民房位置H型鋼區域H型鋼間距1 800mm，其余部位的H型鋼跳插，間距1 200mm，插入深度為插入攪拌樁內長度為攪拌樁長度減去500mm。型鋼在地下室結構出零之后拔除。

4 施工階段灰色層次評價預測模型

4.1 評價預測指標

根據施工單位的管理檔案，同樣采用層次分析法構建遞階層次指標體系以評定世博變電站施工期造價風險等級，綜合考慮各方面影響因素，設定四項一級指標：B1環境污染風險、B2施工擾動風險、B3施工造價控制、B4科學施工管理。各項一級指標根據所表征問題性質的不同，分為若干相應的二級指標，其中，一級指標B1的4項二級指標為：C1噪音污染、C2空氣污染、C3建筑垃圾污染、C4輻射污染； B2的4項二級指標為：C5土方開挖、C6地下水抽取、C7鄰近建筑擾動、C8文物保護； B3的5項二級指標為：C9節約能源、C10節約建材、C11節約用水、C12節省工期、C13廢棄物再利用； B4的3項二級指標為：C14信息化管理、C15文明施工環境、C16人員健康安全。施工階段造價風險評價遞階層次指標體系結構如圖2所示。

根據施工單位的管理提供的信息，具體在實施階段評價體系就如圖2所示的三層次評價指標體系。假設也是有兩種封建評價預測方法需要評價，即q=2，s=1， 2。根據施工階段的評價預測步驟，對實施階段的造價風險預測管理方法采用灰色多層次評價法的步驟為：

(1)確定最底層評價指標Vij的評分等級標準

參考自然人的最大分辨能力，我們不妨把評價指標Vij的劃分為4個優劣等級，將其分別給與評分值為4， 3， 2， 1分。比如當指標V31“節約能源”達到造價風險預測管理的標準具有重要貢獻(或較大貢獻、一般貢獻、無貢獻)，相應的評分值就為4分(或3分、2分、1分)。當指標等級介于緊鄰等級間時，評分值為中間值3.5分、2.5分和1.5分。其它指標等級亦可參考上述規定(這里從略)。

(2)確定評價指標Vij和Ui的權重

采用層次分析法，同理可確定出中間層指標Ui(i=1， 2， 3， 4)的權重集A=(a1，a2，a3，a4)=(0.30， 0.31， 0.24， 0.15)，按照相同方法可以得出最底層評價指標的權重集分別：

A1=(0.33， 0.16， 0.32， 0.19)，

A2=(0.20， 0.33， 0.26， 0.21)，

A3=(0.20， 0.13， 0.21， 0.24， 0.22)，

A4=(0.34， 0.38， 0.28)。

(3)組織相關專家評分

工程施工過程中總共安排6位專家進行評分，分別對施工階段的兩種評價指標Vij評分標準進行打分，匯總后編制專家評分表。例如，專家對避免環境污染的4個造價風險因素進行評分表如表2所示，其余專家評分以此參見表3～表5所示。

表2 避免環境污染4個造價風險預測因素專家評分

表3 減少施工環境擾動4個造價風險預測因素專家評分

表4 合理降低造價5個造價風險預測因素專家評分

表5 以人為本施工管理3個綠色管理因素專家評分

(4)根據前述6名專家的評分表，得出評價樣本矩陣D1和D2，其值如下所示。

(5)確定評價灰類。

(6)計算灰色評價系數。

(8)對中間層指標Ui做綜合評價

對管理方法1的U1、U2、U3、U4做綜合評價，其結果分別為：

(9)對該管理方法進行綜合評價

根據上述Ui的綜合評價結果，可以求得管理方法1的總灰類評價權矩陣R(1)：

這樣，我們就可以對本工程造價風險做出綜合評價，評價結果為：

(10)綜合評價的計算與排序

本工程施工階段的造價風險的綜合評價值為：

在專家看來，任何一種造價的風險評價預測指標評分2分及以上者都應為真正的風險源(表5所示)，該值對應的綜合評價值為2.85，所以可以看出文中所給造價風險評價指標值3.264大于2.85，為較嚴重造價風險。

表6 風險等級量化表

5 結論

基于多層次灰色理論，針對建筑基坑工程施工階段的造價風險預測，結合考慮預測指標的關聯性，研究了施工階段基坑工程造價風險管理評價預測問題，并依托上海500kV上海世博變電站工程，對其基坑工程施工階段造價風險進行了多層次評價預測，并給出相應風險控制方法。主要結論為：

(1)在基坑工程施工中，可設定環境污染風險、施工擾動風險、施工造價控制、科學施工管理四項一級指標；

(2)設定噪音污染、空氣污染、建筑垃圾污染、輻射污染、土方開挖、地下水抽取、鄰近建筑擾動、文物保護、節約能源、節約建材、節約用水、節省工期、廢棄物再利用、信息化管理、文明施工環境、人員健康安全等二級評價預測指標;

(3)在基坑工程施工階段，造價風險預測綜合評價值為W(1)=3.264，大于施工階段造價風險預測評價的最低值2.85，表明在該階段，該工程的造價風險為較嚴重風險；

(4)基于灰色理論的造價風險評價方法是切實可行的，并且操作簡單，在實踐中很具針對性，案例分析后也說明在往后的工程實踐中，可以找到一種一般性的造價風險預測評價方法，以供今后類似相關工程參考。

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