地鐵盾構工程造價異動風險WSR-BN評價模型研究

李宗亮 常嘉 馬昊 黃興紅

(1.武漢理工大學，湖北 武漢 430070；2.武漢地鐵集團有限公司，湖北 武漢 430077；3.中國建筑第七工程局有限公司，河南 鄭州 450004)

0 引言

由于地鐵項目建設環境的不確定性、勘察設計的局限性、現場的組織管理問題等因素，地鐵盾構工程的造價異動現象時有發生，成為地鐵項目投資控制的難點。因此，研究地鐵盾構工程的造價異動風險，對風險加以有效管控，具有重要現實意義。

近年來，學界對隧道及地下工程的造價影響因素開展了研究。王李剛等[1]從設計標準、材料設備的采購和供應、監理職責等方面分析了地鐵項目的造價控制理念。趙峰[2]通過分析市場的建材價格波動幅度，建立了對地鐵工程造價影響的觀察模型。劉丹[3]提出城市軌道交通的造價控制需從全生命周期的角度進行，提出了制定合理估算、推行限額設計、控制施工變更等重要管控措施。何英南[4]通過分析隧道工程成本數據，從工程技術、經濟、管理和宏觀政策等方面總結影響工程成本的主要因素。上述相關研究雖然對工程造價的影響因素進行了充分的分析研究，但未對因素間的相互作用機理進行剖析。

本文采用物理-事理-人理(WSR)方法和貝葉斯網絡(BN)模型相結合的系統方法，在對地鐵盾構工程進行造價異動風險評價的同時,分析導致造價異動現象的風險傳遞路徑，并通過敏感性分析搜尋關鍵風險因素。鑒于此，本文運用WSR理論方法，在盾構施工特點的基礎上，分析影響地鐵盾構工程造價的關鍵風險因素，建立WSR-BN模型。根據現場情況進行地鐵盾構工程造價風險評價，同時通過診斷分析搜尋影響造價的關鍵風險因素，以此為地鐵盾構工程造價管理提供參考。

1 基于WSR的地鐵盾構工程造價異動風險評價指標體系構建

本文在參考相關文獻的基礎上，基于WSR理論[5]對地鐵盾構工程造價異動風險因素進行識別、梳理。最終遴選出24個風險因素。見圖1。

圖1 地鐵盾構工程造價異動風險指標體系

1.1 物理維度

物理維度指已被證實的科學理論知識或物體運行機理。地鐵盾構工程屬于城市軌道交通建設項目，在物理方面，客觀因素將全過程影響地鐵盾構工程造價。鑒于此，本文擬從政策法規、市場、環境等因素對地鐵盾構工程物理維度的造價異動風險進行分析，具體見表1。

表1 物理維度風險

1.2 事理維度

事理維度指通過設備、材料、管理手段等方式對研究對象介入的機制。本文在綜合考慮地鐵建設工程特點的基礎上，從技術、管理、合同三方面分析地鐵盾構工程事理維度的造價異動風險因素，具體見表2。

表2 事理維度風險

1.3 人理維度

人理維度指項目參與各方所造成的影響。考慮地鐵建設工程技術特點和對盾構工程造價影響的主要參與方。本文擬從建設方、勘察設計、施工方等對地鐵盾構工程影響較大的參與單位進行造價異動風險因素的分析，具體見表3。

表3 人理維度風險

2 基于模糊貝葉斯網絡的地鐵盾構工程造價異動風險評價模型構建

2.1 確定貝葉斯網絡結構

依據WSR理論在分析建立地鐵盾構工程造價異動風險指標體系的基礎上，結合貝葉斯網絡進一步分析風險因素間的因果關系，最終構建地鐵盾構工程造價異動風險貝葉斯網絡結構，見圖2。

圖2 地鐵盾構工程造價異動風險貝葉斯網絡結構

2.2 節點風險概率計算

考慮地鐵盾構工程造價異動風險事件的發生是一種模糊狀態，本文擬采用專家群決策和三角模糊數理論進行節點風險事件的概率計算。將節點風險狀態劃分為5個等級[13]，具體劃分標準見表4。

表4 地鐵盾構工程節點風險狀態等級劃分標準

根據現場情況和專家評價，收集節點風險狀態數據，在此基礎上計算各節點風險概率值，即

=(amn,bmn,cmn)

(1)

(2)

式中，Pzmn表示第z位專家對風險指標m評價為n風險等級所對應的模糊數；P′mn表示風險指標m被評價為n風險等級所對應的平均模糊概率；Pmn表示風險指標m被評價為n風險等級的概率。

計算出各節點風險狀態概率值后依據最大隸屬度原則，選取概率值最大的作為節點的風險狀態。

2.3 地鐵盾構工程造價異動風險評價

通過式(1)、式(2)計算出各根節點風險發生概率，運用GeNIe軟件，在導入貝葉斯網絡結構的基礎上輸入各節點先驗概率。通過正向推理對地鐵盾構工程造價異動風險進行評價；通過反向診斷和敏感性分析，假設目標節點風險必然發生，搜尋引起造價異動風險的關鍵風險因素。

3 案例應用與分析

3.1 工程概況

武漢地鐵A號線項目某區間工程采用盾構施工，根據水文地質情況選用泥水平衡盾構機從標段的江北始發站開始施工。隧道橫跨漢江，左線隧道長1162m，右線隧道長1163m。其中左線包含960m的盾構掘進段和202m的空推段，右線包括981m的盾構掘進段和182m的空推段。

3.2 地鐵盾構工程造價異動風險評價模型

應用GeNIe軟件，建立地鐵盾構工程造價異動風險BN結構。遴選從事地鐵項目造價咨詢的專家4人，地鐵盾構施工專家2人和項目管理專家3人，通過調查問卷方式，對風險因素指標進行打分。根據式(2)，計算并輸入各根節點先驗概率和父節點連接概率。節點先驗概率排序見表5，概率值越高,表明該節點風險等級越高，發生概率越大。

表5 節點先驗概率

3.3 結果分析

運用GeNIe軟件，錄入節點先驗概率和連接概率并運行，分析結果顯示地鐵盾構工程造價異動風險概率為P(R=1)=0.673；依據三角模糊數和最大隸屬度原則，造價異動風險等級較高。在風險等級較高的情況下，可對貝葉斯網絡進行逆向推理分析。例如：現場發生事理維度風險，將事理維度S的風險狀態設置為100%，根據已有模型進行逆向推導，顯示技術方案選擇不當S12、盾構機地層適配度不足S13、已建工程質量不合格S22等因素發生概率較大，因此現場應對上述風險因素重點排查并采取措施。假設該地鐵盾構工程發生造價異動現象，則對各根節點進行敏感性分析，輸出敏感性較大的風險因素依次為水文地質條件異常W21、設計變更S11、技術方案選擇不當S12、盾構機地層適配度不足S13，結合貝葉斯網絡結構，分析與該類因素存在因果關系的風險因素，進行重點監控，并準備應對措施。

4 結語

(1)運用WSR理論，建立地鐵盾構工程造價異動風險評價指標體系。該體系基于人理、物理、事理，考慮地鐵盾構工程特點，遴選包括技術、管理等9個二級指標，盾構機地層適配度不足、材料質量不達標等23個三級指標。

(2) 構建基于 WSR-BN 的地鐵盾構工程造價異動風險評價模型，通過正向因果推理，得到地鐵盾構工程造價異動風險概率等級；通過反向診斷推理和敏感性分析，識別關鍵風險因素。對武漢地鐵A號線項目進行實證分析，證明了該模型的有效性。

(3)在地鐵盾構工程造價管理工作中，應重視水文地質條件異常對設計工作和技術方案選擇的影響，保障盾構施工效率，確保工期的順利推進。下一步的研究可參考項目推進過程中產生的客觀數據，對指標體系的客觀性和實時性進行優化，以提高此模型的動態性和準確性。