新興城市地鐵施工風險評估研究

孟 楠， 張新寧， 段曉晨， 畢 岳(.石家莊鐵道大學 經濟管理學院，河北 石家莊 050043；. 中鐵十六局集團第二工程有限公司，天津 3006)

21世紀以來，我國經濟建設快速發(fā)展。地鐵作為一種快捷和環(huán)保的交通工具，逐漸開始在各大中城市興建。在我國社會經濟健康發(fā)展的背景下，我國地下交通發(fā)展取得了很大的進步，地鐵建設正進入穩(wěn)步、快速和有序的發(fā)展階段[1]。地鐵建設具有投資規(guī)模大、技術難度高、周邊環(huán)境復雜等特點，加上全國地鐵建設中安全事故頻發(fā)，以及新興城市在地鐵建設方面缺乏經驗，使得地鐵施工過程中發(fā)生事故的風險大。因此，應對地鐵工程施工的風險因素進行評價，盡早識別施工中存在的風險問題，并采取相應的措施。新興城市如何在地鐵工程建設過程中加強安全管理，有針對性地提出防范措施，對我國地鐵安全管理具有重要意義，成為地鐵風險管理的關鍵內容[2]。

國內很多學者做了相關研究。周德紅等利用模糊層次分析法找出地鐵施工中導致事故的主要風險因素[3]；劉維慶等對城市軌道交通PPP項目的風險進行了評價[4]；谷昀運用層次分析法確定各指標權重，以模糊綜合評判法為基礎建立評價模型，并使用該模型評估了北京地鐵14號線03標段的風險水平[5]；張進、馬斌、王可娜識別地鐵施工風險因素后，采用層次分析法計算各指標權重并構建梯形隸屬函數，研究了地鐵建設過程中的風險管控能力[6]。但目前我國在地鐵施工風險評估方面仍需深入的探討和研究。本文通過分析地鐵施工過程中的風險因素，建立評價指標體系，并利用三角模糊數對層次分析法的計算進行改進，計算出該指標體系中各指標的權重，并通過模糊綜合評價法[7]對石家莊地鐵施工的風險管理水平進行評價。

一、構建施工風險評估指標體系

(一)施工風險評價指標的選取原則

由于地鐵施工周邊環(huán)境復雜，為確保工程施工安全，施工中應全面考慮所有風險因素。但考慮到風險管理成本，所以應按照一定原則選擇出比較重要的因素或指標，須遵循的原則有：

(1)全面性原則。風險評價需在熟悉施工進度情況基礎上，借鑒類似工程的施工風險管理經驗，把影響施工安全的主要風險因素加以考慮，做到全面反映又突出重點，避免僅依據少量指標而使風險管理效率低下的狀況。

(2)代表性原則。施工風險管理評價指標應具代表性，在地鐵施工的不同階段區(qū)別管理重點，降低評價過程的復雜度。風險管理人員應根據特定地鐵項目的具體施工情況和特點，選擇比較典型的風險因素和指標，制定適合本工程的風險評價體系。

(3)可行性原則。在地鐵施工風險管理中，構建風險評價指標體系的目的是為了實施。因此，制定的風險評價體系必須是切實可行的，也就是選擇的指標應通俗易懂，便于風險管理人員對其進行定性或定量描述與評價[5]。

(二)施工風險評價指標體系的建立

在影響地鐵順利施工風險因素研究方面，于全勝以石家莊地鐵1號線為例，運用模糊評價方法進行了探討[2]；陳美華、李杰構建了地鐵施工風險管理評價指標體系[8]。地鐵施工風險評價是一項綜合性指標，反映的是施工過程中外界和項目本身可能存在的風險，涉及多個指標的分類與評判。新興城市在構建城市交通系統(tǒng)時，地鐵以其大容量、集約型發(fā)揮了作用。因此在地鐵施工過程中應努力建設“綠色地鐵”，盡可能降低對地鐵建設周邊環(huán)境的污染[9-10]。此外，由于新興城市多為首次修建地鐵，施工企業(yè)缺少該地區(qū)以往類似工程的施工數據與資料，更多依賴于地質勘測，增加了施工的風險與難度。地鐵建設周期長的特點會給交通帶來一定影響，這都要求地鐵施工相關人員加以考慮。本文在查閱相關資料基礎上，結合新興城市與地鐵施工風險有關的特點，形成5個一級指標17個二級指標建立地鐵施工風險評價指標體系[8]，如表1所示。

表1 地鐵施工風險管理評價指標體系

二、地鐵施工風險評估模型構建

(一)基于三角模糊數AHP的地鐵施工風險評估模型

Zadeh 在1965年提出Dev 模糊集的概念，三角模糊數常被用來解決不確定環(huán)境下的問題，可應用在成本管理、績效評價、質量管理等。首先給出三角模糊數的定義[7]。

若模糊數A由(a，b，c)決定，且隸屬函數為

(1)

則稱A為三角模糊數，記作A=(a，b，c)，若a=b=c時，A為一個精確數。

(2)建立基于三角模糊數的判斷矩陣

相關專家依據表1和表2，按照三角模糊數對各指標進行兩兩比較打分。

表2 xi比xj強(重要)的程度

通過對風險因素的兩兩比較，專家給出三角模糊數判斷矩陣R=(aij,bij,cij)n×n,i,j=1,2,…,n。其中專家對指標i和指標j比較結果的最小值，最可能值，最大值，分別用aij,bij,cij表示。

(3)排序方法[11]。設三角模糊數A1=(a1,b1,c1),A2=(a2,b2,c2)，則稱

(2)

為A1≥A2的可能度。

由可能度的定義給出三角模糊判斷矩陣的排序方法。

假設有n個三角模糊數構成的集合為

{A1,A2,…,An}，則A1≥A2,A3,…,An的可能度為V{A1,A2,…,An} =min{V(A1≥A2),V(A1≥A3),…,V(A1≥An)}

(3)

步驟一，計算三角模糊判斷矩陣的行和并歸一化，求出三角模糊數的權重向量：

(4)

步驟二，對三角模糊數wi進行兩兩比較，利用可能度公式，求得相應的可能度：即V(wi>wj)，i=1，2，…，n；j=1，2，…，n。從而得到可能度矩陣

P=(pij)n×n

(5)

步驟三，利用公式

(6)

得到可能度矩陣P的排序向量W=(w1，w2，…，wn)T，歸一化處理后得到權重排序，wi越大，相應的指標越重要。

(二)地鐵施工風險管理效果模糊綜合評價模型

1.方法介紹

由于在對地鐵施工風險管理進行評價時具有較大的模糊性，宜使用模糊綜合評價方法。模糊綜合評價法主要被用來綜合評判多個因素對評判事物隸屬度的等級狀況，利用模糊變換和模糊關系綜合的原理綜合各個指標，進而對評價對象作出總體評價。目前被廣泛用于建筑風險和成本評價、生態(tài)安全評判、煤礦安全評價等領域中。

模糊綜合評價法包含的主要因素有[12]：

評價因素域U：代表綜合評價中各級的評價指標體系，即所有評價因素的集合，包括準則性指標及具體評價指標。

評語集V：也叫評語等級域，指的是對各項指標好壞的評價結果，可以采用定量或定性評價，一般為一個區(qū)間，比如優(yōu)、良、中、差等評語或90、80、70、60、60以下這樣的范圍。

模糊綜合評價矩陣R：它表示單個因素的評價，將多個因素評價結果綜合以后得到模糊關系矩陣R。

除上述三個因素外，還有評價因素權向量A、模糊算子和評價結果向量B。

2.模型構建

通過構建的評價指標體系，確定各層評價指標的權重分配向量W，每一級指標的權重之和應為1。

評語集為V={V1，V2，V3，V4，V5}，評級等級的個數不宜過多或過少，通常大于4并且不超過9，在此將其用定量指標來表示，即V={5，4，3，2，1}，分別代表“好”，“較好”，“一般”，“差”，“很差”5個等級的表達，該評語集在一定程度上可以反映評價的模糊性。

構建模糊綜合評價矩陣R。從單個因素的評價結果出發(fā)，確定評價對象備擇集元素的隸屬程度，可得到單因素評價矩陣，即模糊綜合評價矩陣R：

(7)

式中，第i行元素代表被評價指標對評價集中該等級指標的隸屬度；第j列元素代表被評價指標所取的評語集中第j個等級的程度描述。rij的模糊計算方法為

(8)

式中，rij表示第i個元素被評價委員評價到第j個等級Vj的百分比。

考慮權重以后，對各指標因素進行模糊關系的變換，可得到一級模糊綜合評價集：

(9)

(S=1，2，…，m)表示評價指標體系中第s個元素的綜合模糊評價。根據隸屬度，可知bsj的取值范圍為[最壞評價結果，最佳評價結果]。

綜合評價具體的指標因素，由B1，B2，Bm，得到因素層U={u1,u2,…,um}的單因素評價矩陣

(10)

可以看出，只要給出指標體系中最低一級的單因素評價矩陣，再得到各層次所占的權重，就能求得任一層次中的任何評價結果，以及最終的綜合評價結果。

分析結果，得出結論。可以根據某一標準將評價結果量化，統(tǒng)計、匯總所有評委的評價數據，得出各評價指標的評價結果。在該方法中，用評委評價的占各等級的人數來表示，之后，利用模糊加權計算，最終判斷地鐵施工風險管理的等級。

三、石家莊地鐵施工風險管理評估

(一)工程概況

石家莊市地鐵建設主干線和輔助線均為3條，建成后長度總和達到241.7公里，形成支持經濟和社會發(fā)展的交通網主骨架。石家莊地鐵1號線車站和2號線車站穿越的地質主要是黃土狀粉質黏土層、黃土粉狀土和砂層，地下水位較高。目前，1號線、3號線已部分通車，全部為地下敷設，到2020年將建成軌道交通1、2、3號線一期工程，能夠緩解城內部中長距離的交通壓力，還將帶動正定新區(qū)等重點地區(qū)的經濟增長，促進石家莊多層次交通網絡的形成與城市的快速發(fā)展。

(二)石家莊地鐵施工風險管理評價

邀請20名地鐵施工風險評價方面的專家和施工企業(yè)的管理人員，由他們根據建立的評價指標體系并構造各層次的模糊判斷矩陣，在此以一級指標為例，判斷矩陣如表3所示。

表3 一級指標三角模糊判斷矩陣

計算得出三角模糊數的權重向量：

w1=(0.167,0.218,0.282)

w2=(0.125,0.161,0.218)

w3=(0.125，0.169，0.227)

w4=(0.139，0.185，0.245)

w5=(0.208，0.266，0.336)

對三角模糊數兩兩比較，得到相應的可能度矩陣：

可能度矩陣P的排序向量為w=(0.621，0.350，0.413，0.505，0.7)T，歸一化后得到一級指標中外界環(huán)境、施工管理、技術風險、特殊風險、施工人員的權重為w1=(0.240，0.135,0.160,0.195,0.27)T。

對二級指標也分別按照上述方法進行計算，得到外界環(huán)境中社會人文環(huán)境、周邊交通、地下管線、建筑物地基等干擾、氣象條件的三角模糊判斷矩陣如表4所示：

表4 一級指標外界環(huán)境下各指標三角模糊判斷矩陣

得到其權重為：w21=(0.286,0.217,0.211,0.286)T

同理得到施工管理中“綠色”施工、施工組織與安全管理、地質條件的權重為

w22=(0.307,0.355,0.338)T

技術風險中基坑開挖支護技術風險、安全專項方案風險、變形監(jiān)控風險的權重為

w23=(0.393,0.345,0.261)T

特殊風險中起重吊裝風險、高聳設備風險、臨時工程風險、腳手架風險的權重為

w24=(0.269,0.234,0.222,0.275)T

施工人員中安全意識、熟練程度、規(guī)范程度的權重為

w25=(0.406,0.258,0.336)T

根據上述計算結果，對一級指標和二級指標進行加權平均計算，得到的結果如表5所示。

表5 各指標綜合權重

以上一節(jié)計算得到的各指標綜合權重為基礎，選取公司調查對象和施工成本評價方面的專家共20名作為評價委員，統(tǒng)計、匯總他們的評價結果，如表6所示。

表6 一級指標三角模糊判斷矩陣

采用同樣的方法計算各二級指標因素評價結果，匯總后如表7所示。

類似地，可以計算得到施工管理、技術風險、特殊風險和施工人員風險管理評價結果，如表8至表11所示。

表7 地鐵施工外界環(huán)境管理模糊綜合評價結果

表8 地鐵施工管理風險模糊綜合評價結果

表9 地鐵施工技術風險管理模糊綜合評價結果

表10 地鐵施工特殊風險管理模糊綜合評價結果

表11 地鐵施工人員風險管理模糊綜合評價結果

由上表可看出，在外界環(huán)境管理中，評價結果為“一般”的評價值最大，達到了0.371 7，20名評委認為施工企業(yè)對該工程項目的外界環(huán)境風險管理效果總體一般。約有10%的評委對該項目外界環(huán)境風險的管理極大不滿。在施工管理評價中，最大值也出現在“一般”這一等級中，值為0.478 3，表明評委總體認為該方面成本管理效果“一般”。在評價中，安全意識這一指標評價結果為好的為0，有3個專家認為“很差”，且施工人員風險管理中模糊綜合評價結果達到了12%，其次是外界環(huán)境和技術風險這兩個指標，“很差”這一評價結果所占比例分別為10.34%和9.57%。在其他一級指標評價中，最大值同樣在“一般”這個等級中，與總體評價結果相似，可認為該工程項目成本評價結果總體“一般”。

根據模糊評價的計算步驟，可得各具體指標構成的模糊矩陣Ru

采用加權平均的方法進行矩陣Ru的模糊計算，可得到項目成本管理評價效果的向量Bu=Wu×Ru。

(三)該項目施工風險管理對策

施工企業(yè)在地鐵施工風險管理方面還存在較大的進步和完善的空間，企業(yè)應提高項目施工風險的管理效果[13]，可采取以下保障措施：

1.增強施工風險管理意識

在工程項目的建設過程中，企業(yè)和施工人員必須建立風險意識，以指導風險管理活動，這對于保證項目安全具有重要意義。而且由“海恩法則”揭示的原理可知，任何安全事故都是由許多小因素導致的，而在實際管理中，是可以通過采取風險管理措施加以預防的。

2.做好對外界環(huán)境的監(jiān)控

由于地鐵是在地下施工，施工臨近已有地下管線，施工過程中應做好地質管線等的監(jiān)測，當出現與勘察設計不相符的情況時，及時采取應對措施。此外，地上施工條件，如氣象條件、交通、環(huán)保措施等也會影響工程的施工，所以收集以往氣候資料,關注天氣變化也是施工風險管理的組成部分。

3.加強對技術風險的管理

施工組織和技術直接影響施工的安全，在施工前要制定合理的施工安排，選用合適的施工機械和設備，在基坑開挖后，要做好其支護，避免塌方等危險的發(fā)生。雖在施工中加強了對風險的管理，但仍要制定切實可行的安全專項管理方案，為施工的安全提供保證。

四、結語

本文在介紹地鐵施工風險指標選取原則，建立風險管理評價指標體系后，利用三角模糊數對傳統(tǒng)層次分析法進行改進，用其確定評價指標體系中各指標因素的權重，通過綜合模糊評價法對地鐵項目風險的管理效果進行評價，最后用石家莊地鐵工程項目分析驗證該模型的可行性，針對風險管理評價結果和等級，提出加強施工企業(yè)在項目建設過程中提高風險管理效果的保障措施。

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