城市地下綜合管廊運維階段的風險因素分析

■ 虢小燕 陳德義

廣州大學管理學院 廣州 510006

0 引言

綜合管廊是城市地下用于集中敷設市政管線的公共隧道，被稱為城市的“生命線”，是城市地下空間開發運營能力的集中體現。數據顯示，在綜合管廊前期策劃、施工進度、設計以及全生命周期等方向，有大部分學者做了相關的研究，并取得了一定的成果。綜合管廊的運維管理也慢慢成為該領域的研究趨勢。Darrin-Grimsey 和Mervyn-K 等[1]將綜合管廊PPP 項目進行分類，并同時建立了適用于PPP 項目的風險識別體系。2003年，Canto-Perello 等[2]首先指出綜合管廊安全管理是綜合管廊運維過程中的最重要因素。并同時將層次分析法、德爾菲法、色達法相結合運用于綜合管廊安全風險評價。Jang 和Jung[3]研究了綜合管廊瓦斯爆炸引起的火災事故，并提出了綜合管廊項目需要設置專業的安全措施要求。K.C.Iyer與Mohammed Sagheer[4]運用ISM 法構建風險指標的層次模型，結合MACMIC 法確定風險因素之間的關聯性，最終確定了對項目影響最大的風險因素。周鮮華[5]等引入ISM-MICMAC 模型確定了綜合管廊各風險之間的相互作用。王述紅[6]等通過層次分析法確定各風險指標權重，建立了綜合管廊運維過程中多災種耦合的風險評價方法。陳雍君[7]等通過建立貝葉斯網絡模型，確定了綜合管廊整體的風險等級以及關鍵的風險因素和導致災害的關鍵途徑。韓立紅[8]等通過建立OWA-模糊灰色聚類評價模型，確定綜合管廊項目投資風險的等級。石振武[9]等采用德爾菲法以及模糊綜合評價法相結合的方式確立了一種適用城市基礎設施PPP 項目風險評價模型，為相關領域的研究提供了新視角。張勇[10]等引入綜合管廊全生命周期風險新理論，將模糊層次分析法與決策實驗及評價實驗室法相結合，找出了地下綜合管廊全壽命周期的關鍵風險，并確定了關鍵風險的原因因素和結果因素。強萬明[11]等采用定量與定性相結合的方式對綜合管廊全生命周期內的安全風險進行了梳理。李芊[12]等通過運用DEMATEL分析法確定了綜合管廊運維階段各安全風險因素的重要性。張愛琳[13]等采用改進的AHP-熵權法提出了綜合管廊施工進度風險指標體系。有維寶[14]等提出了TOPSIS-UT 理論的風險分擔方法，并將該模型運用于實際工程，合理劃分參與方承擔風險的責任歸屬與共擔風險間的最優分配比例。邵宇[15]等運用熵權法確定了綜合管廊項目風險指標權重，通過計算Shapley 值的方法建立了項目各參與方風險分擔比例。王建波[16]等通過灰色關聯與D-S證據理論建立了綜合管廊風險分擔模型，并運用專家論證的方式證實了模型的準確性、合理性與可行性。

通過閱讀以往文獻，分析得出國內外綜合管廊安全領域的研究主要集中在投融資階段、前期策劃、設計、施工以及管廊規劃和管廊結構抗震設計上，風險災種多偏向于研究火災風險對管廊的影響。然而，從項目管理者的角度出發，綜合管廊項目的運維階段才是重中之重。對項目運維階段可能出現的災種進行風險預判同時采取措施進行提前預防是我們應該關注的焦點。隨著更多的信息化技術運用于綜合管廊運維管理，完善的風險評價體系的建立會有助于項目管理者進行風險預判，幫助管理人員更好的應對風險。本文基于現階段國內綜合管廊發展現狀，首先運用文獻分析法確定綜合管廊運維過程中存在的主要風險因素，并通過問卷調查得到每個風險指標可能造成的風險損失程度及其相對重要性，然后運用改進層次分析法與熵權法相結合的方式確定各個風險因素的權重，對權重進行主客觀分析。同時引入模糊TOPSIS 法，建立改進層析分析法-熵權法-模糊TOPSIS 模型，對項目風險評價進行定性與定量研究，計算正負理想解以及指標貼近度并進行排序。并將模型運用到案例研究之中，確定項目運維階段風險管理順序與側重點，為風險管理者提供風險預防與風險規避的策略，同時節約項目資金，對綜合管廊運維階段的安全風險管理起到一定的完善作用。

1 綜合管廊項目運維階段風險評估體系風險指標確定

構建綜合管廊運維階段風險指標體系應遵循具有全面性、有代表性和可操作性的原則。通過對2003～2019年中國知網（CNKI）數據庫中的有關綜合管廊運維階段的文獻分析，得出綜合管廊運維階段的風險災害種類主要是火災與水災而導致的廊體爆炸[17]。本文基于風險分類的基本原則,首先運用德爾菲法對城市地下綜合管廊運維階段過程中的風險因素進行識別，具體的步驟如下：

（1）邀請綜合管廊領域相關專家進行問卷調查，對中國知網（CNKI）的相關文獻中總結出的風險因素進行一輪篩選；

（2）對專家問卷調查結果進行初步處理，保留可用數據，去除明顯不合理的問卷；

（3）對專家進行問卷回訪，進行第二輪問卷調查，對結果進行分析。

最后，總結出綜合管廊運維階段的風險應該分為管廊本體風險、入廊管線風險、設備風險、管理風險和環境風險5 個準則層風險指標，同時將準則層指標再次分解為20 個因素層指標。這20 個指標基本已經包含了綜合管廊運維階段可能出現的所有風險因素，并且能夠比較好的對綜合管廊運維過程中的風險進行量化分析[17]。綜合管廊運維階段的最終風險因素清單如表1所示。

表1 綜合管廊運維階段風險指標體系明細表

2 綜合管廊運維階段風險評估模型

2.1 改進層次分析法確定指標權重

2.1.1 構造判斷矩陣

根據建立的風險指標層次模型，標度體系為B1比B2重要記為2，B1與B2同等重要記為1，B1沒有B2重要記為0的方式。構建指標的判斷矩陣C。

2.1.2 計算指標權重

（1）改進層次分析法[18]計算主觀權重

（2）熵權法計算客觀權重

熵權法是一種客觀賦權法，其原理就是如果某個指標因素的信息熵越小，那它提供的信息量就越大，在整個風險評估中的權重也就最高[18]。首先，通過Pij=處理矩陣D，其次，計算熵值ej與熵權U2，其中ej=且0 ≤ej ≤1，U2=

（3）計算綜合權重

2.2 運用模糊TOPSIS 法對綜合管廊項目運維階段風險進行綜合評價

2.2.1 構建綜合管廊工程項目運維階段風險評價集合

根據上述模型中提到的風險評價指標體系，可以建立評價因素集合A，其中A 包含5 個一級指標，A={B1，B2，B3，B4，B5}；二級指標因素集：B1={C1，C2，C3，C4，C5}，B2={C6，C7，C8，C9}，B3={C10，C11，C12}，B4={C13，C14，C15，C16，C17}，B5={C18，C19，C20}。問卷設置中將各因素層風險等級分為極大、大、一般、較低、低5 種類別，確定采用“1-5評分法”建立有關評價集V，其中V={V1、V2、V3、V4、V5}={極大、大、一般、較低、低}[19]。

2.2.2 構建模糊評價矩陣

按照上述方法做好問卷后，將問卷得分加權處理之后歸一化，采用上述方法確定各個風險因素綜合權重，得到因素層指標的權重組成矩陣U。繼而運用同樣的方法，確定各個準則層指標的權重組成矩陣B，同時計算風險因素的相對權重得到W，相對權重是指同一準則層下的因素層指標的相對權重值。

調查問卷調查的方式，邀請與項目有關或者行業頂尖專家對項目的運維階段的各個風險打分，并且將所得數據進行標準化處理形成矩陣Ri，將Ri按行排列組成矩陣R。

2.2.3 進行模糊綜合評價

為了使評價的結果更具有實用性，采用兩級模糊綜合評價的方式來確目標層的風險等級，并給出最終的風險應對策略。

一級模糊綜合評價就是將問卷打分歸一處理建立好的模糊評判矩陣Ri與其對應的權重向量Wi相乘而得到的一級模糊綜合評價結果。其中，Di=Wi·Ri，Wi表示準則層下各因素層風險相對指標權重，Di表示第i 個準則層風險評價模糊矩陣，R=（D1，D2，...，Dm）T。且A=B·R，A表示經過兩層模糊綜合評價之后，目標層的風險評價模糊矩陣。將準則層的模糊判斷矩陣進行TOPSIS 分析，計算出相對貼近度，其中TOPSIS 的具體計算步驟已經在很多文章中提到，在此不在贅述，詳見[20]。

3 案例分析

3.1 工程概況

聯邦快遞綜合管廊是廣州市第三大已建成的綜合管廊，該工程橫跨廣州市白云區與花都區，位于人和鎮與花東鎮交接處，處在廣州白云國際機場的東側，流溪河的西側，全長3000 米左右。管廊內共包含電力電纜、通訊電纜、給水管、燃氣管、供熱管、供冷管和再生水等7類管道。

3.2 聯邦快遞綜合管廊項目運維階段風險評估

3.2.1 確定運維階段風險因素的權重

采用專家調查法，邀請15 位專家，根據其從事相關項目的經驗或者在本綜合管廊項目現場的所見所聞，對因素層的各個風險因素按照不同的影響后果的級別進行打分，同時對指標進行相對重要性判斷。得到因素層指標的初步判斷矩陣，如表2。為確定聯邦快遞綜合管廊項目運維階段各風險因素的權重，運用改進層次分析法處理初步判斷矩陣得到表3。同時利用熵權法對改進層次分析法得出的權重進行修正。算出綜合權重如表4。

表2 因素層指標初步判斷矩陣

由上述方法得出準則層各風險因素的權重向量是：

B=[0.3590,0.0335,0.0335,0.1387,0.4352]

因素層各風險因素的權重向量是：

W1=[0.0088,0.0060,0.6345,0.2772,0.0736]

W2=[0.8128,0.0283,0.0029,0.1559]

W3=[0.3080,0.1755,0.5165]

W4=[0.0267,0.2217,0.100,0.0810,0.6607]

W5=[0.1267,0.0264,0.8470]

3.2.2 運用模糊TOPSIS法進行風險評估

根據問卷調查結果得出各層各個風險因素的模糊矩陣，將專家對每一個風險因素的打分數據進行歸一化，組成因素層模糊判斷矩陣Ri。

表3 因素層指標改進判斷矩陣

由上述各個風險因素的相對權重以及評價矩陣得出各層綜合評價結果且Di= Wi× Ri。最后將Di按行排列形成R。其中，A = B× R構造得出加權模糊矩陣A。

計算聯邦快遞綜合管廊項目運維階段的準則層風險的正負理想解以及各個因素評價指標距離正負理想解的距離，同時計算相對貼近度，得到風險因素重要性排序。結果如表5所示。

由表5可知，在綜合管廊項目運維階段準則層的風險排序依次是B1（管廊本體風險）、B3（設備風險）、B4（管理風險）、B2（入廊管線風險）、B5（環境風險）。

4 結論

基于改進層次分析法-熵權法-模糊TOPSIS 法相結合的模型對聯邦快遞綜合管廊項目運維階段的綜合分析，得出以下結論：

（1）從權重方面來看，環境風險（B5）是綜合管廊運維過程中的最大風險因素，其次是管廊本體風險（B1），再然后是管理風險（B4）。初步數據可以看出，環境風險中的地震風險等不可抗力的風險權重是最大的，同時也是風險識別中最難的一個部分。設備風險以及入廊管線風險雖然所占權重不大，但也是不可忽略的一部分。

在20個因素指標中，屬廊體本部土質不均勻沉降導致裂縫等（C3)所占總權重最高，我們在設計以及施工時應該重視；管廊后期需要擴容，導致管線擺放方式變更（C8)所占總權重最低，這同時也是綜合管廊運維階段管理應該最先且容易解決的問題之一，我們可以通過加強巡檢的方式來降低項目運維階段的風險等級。

表4 因素層指標綜合權重表

表5 準則層指標TOPSIS分析表

（2）從模糊TOPSIS 的分析結果來看，在聯邦快遞綜合管廊項目運維階段，管廊本體風險（B1）是最大的風險影響因素，其次為設備風險（B3），再然后是管理風險（B4），影響較小的是入廊管線風險（B2），影響最小的是環境風險（B5）。各風險之間具有一定的關聯性，一旦多個風險同時發生，將對整個項目帶來難以接受的損失。

在項目運維過程中，我們應該加強防范管廊本體風險以及入廊設備風險，同時引入全過程風險管理的理念。在前期策劃階段就應該充分調研整理相似項目的運維階段可能出現的風險加以防范。同時在設計階段充分考慮已知風險，應加大專家論證的力度，保證項目完全可行。在施工階段，應該較為妥善的達到設計擬定要求，保證施工質量，在運維階段，增加巡檢以及監控力度，以保證項目在整個生命周期內穩定的運行。

（3）形成了一套能較好的適用于綜合管廊運維項目的風險因素分析模型，運用該模型找到運維過程中權重占比最大的風險，以及最大的風險影響因素及其類別。方便項目管理者進行風險預防，找到風險管理的側重點。同時，為綜合管廊項目提供了一定的參考，也為綜合管廊運維階段的風險管理提供了新思路。

5 討論與不足

本文采用的改進層次分析法-熵權法-模糊TOPSIS法常用于項目參與各方的風險分擔研究，較少用于風險評價研究，其分析結果相較于傳統的模糊層析分析法要更客觀、更嚴謹、且適用性更強。然而，在風險后果確定的過程中仍然采用的是專家對風險指標進行打分的方式，盡管對分值進行了模糊性與隨機性的處理，但還是難以準確無誤評價各風險因素之間的相互影響。