基于AHP—FCE法的高速公路施工質量風險評價研究

孟振 馬少雄

收稿日期：2023-11-13

作者簡介：孟振（1977—），男，本科，高級工程師，從事高速公路施工管理、工程信息化管理工作。

摘要 針對高速公路施工管理中存在的諸多不確定性，為有效控制和防范高速公路工程施工中的各類風險，確保安全施工，切實提高工程施工管理效率和質量安全管控水平。文章從“人-機-料-法-環”五個維度構建了高速公路施工風險評價指標體系，并結合層次分析法（AHP）和模糊綜合評價法（FEC）對高速公路施工風險進行了綜合評價。通過將模型應用于工程實際案例，以驗證模型的合理性和可行性，并對高速公路施工進行風險評估，提出應對高速公路施工風險的防控措施，以期為國內高速公路施工風險評估體系的構建提供借鑒和參考。

關鍵詞 AHP；FEC；高速公路；施工質量；風險評價

中圖分類號 U415.1; U415.6文獻標識碼 A文章編號 2096-8949（2024）01-0164-04

0 引言

高速公路建設不僅具有建設周期長、建造費用高、作業環境復雜和工藝技術要求高等特性[1]，高速公路建設施工質量的好壞與群眾的生命財產安全密切相關，一旦發生隱患或問題，必將導致安全事故，造成無法彌補的悲劇和惡劣的影響。因此，在高速公路建設過程中，根據工程地質、環境及其他影響施工質量工藝性因素，有針對性地對“人-材-機”等環節因素進行全過程監督，運用有效的質量控制手段對工程質量加以控制，最終形成適用、高效、系統的施工風險控制與評價體系，對保障高速公路的高效率、高質量安全建設具有重大意義。

國內外學者圍繞高速公路施工風險問題已開展了相關研究，并取得了一定的成果。唐艷[2]提出了一種結合數值模擬分析的風險量化評估思路，研究結果表明風險控制措施具有可行性，為工程提供了一定的參考價值；馬新露等[3]使用高速公路事故數據和實時交通流數據建立了事故風險評估與分析模型，結果表明該模型能有效地根據實時交通流來評估道路事故風險；為確保安全行駛、提升通行效率，白如月等[4]從路網系統安全的角度，對在役高速公路限速問題開展針對性研究，優化高速公路限速調整策略；邱磊等[5]針對已有評價方法在指標聚合過程中的主觀任意性，提出基于影響系數確定評價指標的權重，對評價指標進行聚合，并以此建立高速公路不同狀態下的行車風險評估模型。

綜上，目前大多研究是圍繞高速公路施工的某一環節，構建評價體系并給予解決措施。但針對高速公路的施工風險評價體系尚不完善。因此，該研究以高速公路施工風險為研究對象，從“人-機-料-法-環”五個方面構建施工風險指標體系。采取層次分析法并結合模糊綜合評價法，實現高速公路施工風險評價管理，最終將模型應用于工程實踐。

1 高速公路施工風險指標體系構建

高速公路工程施工質量主要受參建人員、機械設備、建筑材料、施工方法和環境等多方面因素影響。因此，該研究根據指標構建原則，從“人-機-料-法-環”五個方面進行施工風險影響因素分析，并構建高速公路施工風險評價體系。

（1）參建人員的因素。高速公路工程項目的生產經營主體是參建人員，也是項目施工質量控制的實施主體，參建人員的管理水平、技術能力等素質都會影響建設項目的質量。

（2）機械設備的因素。高速公路施工中使用了大量的機械設備，機械設備的實用和高效是保證工程施工進度的前提，也是工程施工質量的重要保障。在高速公路施工中，施工機械設備的影響因素應主要考慮：機械設備性能、施工機械的故障率和機械設備的自動化程度，任何一環出現問題，對施工質量均造成影響。

（3）施工材料的因素。高速公路的施工材料易受激烈的市場競爭、當地社會環境和自然環境等不確定因素影響。因此，因施工材料而造成施工風險的主要原因有材料進場控制不嚴格、材料供應不及時、材料管理不規范和廢舊物資處理不規范等四個方面。

（4）施工方法的因素。高速公路施工具有建設周期長、施工難度大和工程施工環境復雜等特點，施工方案是項目開展實施的指導性文件，設計的合理與否、是否滿足實際需求都會對施工質量、成本和進度產生影響。

（5）施工環境的因素。高速公路工程一般位于城市郊區，項目建設施工單位多，多專業交叉施工頻繁，施工及工序銜接使工期壓力增加，同時對技術人員的能力要求更高，而且，高速公路施工易受地質情況影響。

通過對高速公路施工風險影響因素的分析，高速公路施工風險指標體系如圖1所示。

2 基于AHP—FEC的高速公路施工風險評價

2.1 層次分析法（AHP）

層次分析法是將專家將定性的判斷轉化為定量的數據，通過定性定量相結合，將復雜問題層次化來構建一個清晰的系統，以期科學地計算出各指標權重值[6]。主要步驟如下：

（1）建立層次階梯模型。綜合考慮高速公路施工過程的風險影響因素，將目標分級并對每個要素逐層分析。

（2）構造判斷矩陣。在層次分析法中，一般邀請相關領域專家根據主客觀條件，判斷準則層或指標層影響因素之間的相對重要性，根據不同因素的相對重要性進行賦值，確定各個指標的權重。

（3）影響要素的相對重要程度。得到各指標得分之后，以數值大小為判斷依據，可以明確各指標及各層級之間的重要程度。

①計算第i行所有指標賦值的乘積Pi，如式（1）：

（1）

式中，i——矩陣行數；j——矩陣列數。

②計算Pi的n次方根Wi，如式（2）：

（2）

③對向量W=[W1， W2 ，...， Wn]T進行歸一化處理，并計算出判斷矩陣的最大特征值λmax，如式（3）（4）：

（3）

（4）

（4）一致性檢驗計算：

（5）

（6）

當C.R.≤0.1時，說明矩陣通過一致性檢驗，且具有良好的一致性。

2.2 模糊綜合評價法（FCE）

模糊綜合評價法模型構建基本思想是基于模糊數學理論，將評價的總目標分解為由多個指標組成的模糊集合，用來處理不確定信息[7]。具體運算過程包括：

（1）建立綜合評價指標因素集：根據圖1建立的施工風險評價指標因素集，確立施工風險準則層影響因素指標B=[B1， B2， B3， B4， B5]，指標層影響因素指標B1=[C1， C2， C3]，以此類推。

（2）建立綜合評價評語集：綜合評價評語集，對每個指標的重要程度賦予一個等級，并選出理想結果。評語集為V=[V1， V2， V3， V4， V5]，n為評價等級數，V1為“高”、V2為“中等”、V3為“一般”等。

（3）確定模糊關系矩陣：在因素集B和評語集V確定了之后，需要構建指標層影響因素模糊矩陣R，若因素集B中第i個因素對評語集V第j個元素隸屬度為rij，則對第i個因素評價模糊集合為Ri=（Ri1， Ri2， Ri3， ，...， Rim）。rij表示為評價因素隸屬于某個評價等級的程度，當對m個元素進行綜合分析評價時，可獲得m行n列的矩陣R，R=[R1， R2， ... Vn]T，（i=1， 2， 3 ，...， n，j=1， 2， 3 ，...， m）。

（7）

（4）進行模糊綜合評價運算：根據上述層次分析法可以求出權向量Wi=[W1， W2， W3 ，...， Wn]，繼而計算出各指標的權重系數，最終評價為模糊矩陣Rij與權向量Wi之間的運算，記作A。

（8）

完成模糊矩陣Rij與權向量Wi之間的運算求解，即可進行模糊綜合評價。

2.3 AHP—FCE模型

AHP—FCE評價法是充分考慮了兩種方法各自的優勢，將其結合運用以降低因主觀臆斷所帶來的不足，更能反映客觀實際[8]。該方法將多個評價意見綜合考慮，充分考慮各種因素對研究對象的影響，將定性評價描述定量化，有效解決了評價過程中遇到的模糊問題。該方法的應用既能減少評價時可能摻雜個人主觀的弊端，又可以體現評價因素的準確性。

3 實證研究

該研究以天峨至巴馬高速公路項目為例，首先邀請施工單位相關技術人員進行訪談和咨詢，并對影響施工質量的15項指標風險進行打分；其次，對獲得的數據進行分析處理得到高速公路施工風險評價指標體系中指標的權重，具體分析過程如下。

3.1 建立層次階梯模型

根據高速公路施工風險指標體系的特點，確定兩級評估指標集B={人的因素B1， 機的因素B2， 料的因素B3， 法的因素B4， 環的因素B5}，其中人的因素B1={組織體系的不健全C1， 制度責任的不落實C2， 參建人員的水平低C3}、機的因素B2={機械設備的性能C4， 機械設備的故障率C5， 機械設備的自動化C6}、料的因素B3={進場控制不嚴格C7， 材料供應不及時C8， 材料管理不規范C9}、法的因素B4={施工方案的合理性C10， 施工交底的可行性C11， 工程施工的信息化C12}、環的因素B5={施工地質的環境C13， 人文社會的環境C14， 現場作業的環境C15}。

3.2 構建權重集

根據層次結構模型，分別對準則層和指標層不同因素的相對重要性進行兩兩比較，并根據主觀成分進行賦值，根據公式（1）～（6）確定施工風險。各影響要素評價模型的指標權重如表2所示。

由表2可得到高速公路施工質量一級指標的權重為B={B1， B2， B3， B4， B5}={0.042， 0.077， 0.258， 0.132， 0.490}，其中施工環境對施工質量的影響所占權重最高，體現了高速公路工程建設的內外在環境在施工風險評價中的關鍵作用，而相比之下參加人員所占權重最低。在二級指標中，施工地質的環境、材料進場控制不嚴格、現場作業的環境所占權重較高，在工程施工時應給予更多的關注。

3.3 建立隸屬度矩陣

為了提高評價結果的準確性，邀請20位高速公路施工方面經驗豐富的專家，對其施工風險影響因素進行評價，并根據評價結果建立評價矩陣。為了方便快捷地對各因素作出評價，現將評價結果分為5個等級，每個等級對應不同的評判值，指標的綜合評價集合為：V={V1， V2， V3， V4， V5}={高，中等，一般，低，略低}；評價集合對應的分數集合表示為：U={U1， U2， U3， U4， U5}={50， 60， 70， 80， 90}。結合專家認定高速公路施工風險各指標所屬的等級，根據頻數可獲取各指標的隸屬度，整理數據如表3所示。

3.4 施工風險綜合評價

根據專家對不同影響因素的賦值及公式（1）～（5），可得高速公路施工風險準則層Bi和指標層Ci的權重集Qi為：

QB=（0.042， 0.077， 0.258， 0.132， 0.490）；QB1=（0.094， 0.280， 0.627）；QB2=（0.105， 0.258， 0.637）；QB3=（0.637，

0.105， 0.258）；QB4=（0.195， 0.088， 0.717）；QB5=（0.696， 0.075， 0.229）。

根據指標層各指標權重，則可計算出指標層B1的模糊綜合評價結果為：

SB1=QB1×RB1=（0.094， 0.280， 0.627）×

=（0.000， 0.067， 0.132， 0.173， 0.626）

同理可計算得：SB2=（0.000， 0.000， 0.055， 0.167， 0.775）；SB3=（0.000， 0.005， 0.049， 0.193， 0.746）；SB4 =（0.000， 0.053， 0.135， 0.180， 0.626）；SB5=（0.004， 0.007， 0.030， 0.193， 0.752）。

結合最大隸屬度原則，接下來對高速公路目標層進行模糊綜合評價，根據上面的規則和標準，將其分為5個分數等級｛50， 60， 70， 80， 90}。

=（0.002， 0.015， 0.055， 0.188， 0.730）×（50， 60， 70， 80， 90）T

=85.620

因此，計算得到最后的模糊綜合評價結果為85.62，也就是說，高速公路施工風險最終評分為85.62，介于80～90之間，意味著高速公路施工質量的風險水平介于“中等”和“高”的區間內，還存在很大的改善空間。

4 結語

該研究通過對高速公路施工風險要素進行提煉，建立了5級評價指標體系。以天峨至巴馬高速公路項目為例，通過引入AHP—FEC法，進行了施工風險指標權重計算和綜合評估，研究取得的成果如下：

（1）系統地分析了高速公路施工風險影響因素，提出了風險評估的指標體系。

（2）根據AHP和FEC的各自優點，通過采用層次分析法，確定了施工環境的因素是5個一級指標中影響施工風險最大的因素，參建人員對施工風險的影響最小。在二級指標中，施工地質環境、材料進場控制不嚴格綜合權重系數最高，而組織體系不健全綜合權重系數最低。因此，通過引入模糊綜合評價法，更為有效地研判高速公路施工風險問題中的不確定性因素。

（3）通過上述研究為國內高速公路施工風險評價管理與防控措施制定等提供科學依據和參考。

參考文獻

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