基于风险分析的地铁项目施工方案比选研究

吴守荣 李琪

(山东科技大学土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590)

0 引言

进入21 世纪，中国经济飞速发展，城市化进程日益加快，随之而来的是城市轨道交通的发展进入高速增长阶段。在寸土寸金的大都市里，地铁已经成为占用土地和空间少、运输能量大、运行速度快、环境污染小、乘客安全舒适的理想交通方式。地铁线路大多位于市区中繁华热闹之处，具有工程结构复杂，施工难度大，潜在建设风险种类多等特点［1］，如果在项目前期施工方案选择时考虑不周，很可能会给之后的施工建设阶段埋下隐患，所以在施工方案比选时就应考虑实施的风险，选取风险最小的方案，将风险损失控制到最小。

1 地铁项目施工方案风险评价体系的构建

1.1 地铁项目施工方案风险评价

地铁项目施工方案选择中的风险因素识别是地铁施工准备阶段的重要工作，对施工阶段风险控制有着决定性影响。地铁项目施工方案中要考虑的风险因素如下:

(1)资金风险。主要包括报价风险、财务风险、成本超支、利润减少等。

(2)质量风险。指工程质量经评价未达标准，主要包括不能及时通过验收的工艺、材料、工程等。质量问题是地铁建设的重大问题，会造成资源浪费和不必要的技术难题，直接影响城市的发展速度。

(3)工期风险。主要是由于某种原因造成整个地铁线路或局部标段的工期延长，不能及时投入使用。

(4)技术风险。主要包括新工艺、新技术方法未能成功应用，施工工艺落后，施工技术和方案不合理或存在漏洞，地基移动或场地沉降影响周边建筑物等。

(5)环境风险。主要包括施工阶段对路面交通的影响时间长，影响程度大、开挖时对周边管线的破坏、对周边花草树木生态环境的影响和对周边居民衣食住行等日常生活的影响。

(6)安全风险。地铁施工过程中，出现人身伤亡、安全、健康以及工程或设备的损失等。

1.2 构建地铁项目施工方案风险评价体系

通过以上分析从资金、质量、工期、技术、环境和安全6 个方面建立地铁项目施工方案风险评价体系。该体系分为目标层、准则层和方案层，见图1。

2 地铁项目施工方案风险评价AHPGRAM 模型的建立

图1 地铁项目施工方案风险评价指标体系结构图

本文将AHP 法与GRAM 法有机结合起来，建立AHP-GRAM 风险评价模型［2-7］。基本思路为:先用专家打分法［8］确定风险评价体系中各风险准则权重，确定各风险准则权重组成的待检模式向量，再由AHP 法计算出方案层中各风险准则相对权重组成的典型风险特征矩阵，最后利用GRAM 法通过典型风险特征矩阵与待检模式向量之间的灰色关联度计算得出关联度序列。AHPGRAM 模型的建立步骤如下。

2.1 构造判断矩阵

(1)确定各风险准则权重系数。根据地铁项目施工方案风险评价指标体系中准则层6 个准则的重要程度，赋予相对应的权重，再进行归一化处理。通过网络调研的方式由相关行业具有丰富经验的专家对各个准则进行打分，再通过统计方法来确定出各个准则最终的权重大小。

(2)确定方案层中各风险准则相对权重系数。利用AHP 法在各风险准则下建立各方案判断矩阵，采用1 ～9 标度法将相对重要性量化，并进行一致性检验确定相对权重是否合理。

2.2 灰色关联度定义

(1)主要基本概念。设T 为地铁施工方案比选事件，i = 1，2，…，m 为m 个施工方案，xj(j =1，2，…，n)为影响施工方案比选的n 个风险准则权重。设Xi为系统因素，其在序号上的观测数据为xi(k)，k = 1，2，…，n(k 即为n 个风险)，则称Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}为因素Xi的行为序列，则导致地铁项目施工方案风险比选的结构函数可表示为:φ(x)= φ(x1，x2，…，xn)。

设系统行为序列X∏= {x∏(1)，x∏(2)，…，x∏(n)}，相关因素行为序列Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，i = 1，2，…，m。对于ζ ∈(0，1)，令

(2)确定典型风险特征矩阵和待检模式向量。由AHP 法计算出方案层中各风险准则相对权重，并进行一致性检验。这样，m 个施工方案就构成了一个典型的风险特征矩阵，即

为了准确地评价地铁项目施工方案比选结果的各种风险准则，可以从xj(j = 1，2，…，n)的重要度开始分析。这里的重要度定义为该风险准则对施工方案比选影响程度的大小，即权重系数。n个风险准则按其权重系数就组成了一组待检模式向量{XΠ}，即

风险准则不同，施工方案比选所受影响程度就不同，其重要度亦不同。

2.3 关联度的计算

通过{XΠ}与典型风险特征向量{Ti}(i = 1，2，…，m)之间灰色关联度的分析计算，得到关联度序列。之后，依次从大到小排列关联度，这样就可以分析得出各个地铁项目施工方案风险可能性的大小，比选出风险最小的方案，并为风险控制提供参考。

3 实例分析

3.1 工程概况

青岛地铁3 号线五四广场站位于香港西路与山东路路口，沿香港西路东西向布置。紧邻青岛市政府和五四广场，周边还有香格里拉酒店、颐和国际大厦、中铁青岛中心(在建)等重要建筑物。五四广场站是地铁3 号线与2 号线的平行换乘站，车站为5 柱6 跨双层框架结构，长277.6m，宽44.8m，平行设置两个14m 宽站台，基本实现“零距离”同台换乘，是青岛在建的最大平行换乘车站。车站设置了7 个出入口，同时还与周边新建物业结合，在保证地铁功能和投资的基础上，最大限度地方便了旅客在周边建筑物和地铁中的穿行。该地铁车站主体施工备选方案有4 种分别为:①方案1:盖挖顺做法;②方案2:全明挖法;③方案3:明挖法和盖挖逆做法结合;④方案4:明挖法和盖挖顺做法结合。

3.2 备选施工方案风险计算

(1)确定各风险准则权重系数。通过上述方法得到的各风险准则的综合权重系数为W = (r1，r2，r3，r4，r5，r6) = (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(2)确定方案层中各风险准则相对权重系数。通过AHP 法得到四个方案在六项风险准则中的权重系数分配如下:①资金风险W1(0.537，0.049，0.279，0.135);②质 量 风 险W2(0.050，0.324，0.271，0.355);③工 期 风 险W3(0.476，0.057，0.258，0.209);④技 术 风 险W4(0.479，0.050，0.339，0.132);⑤环 境 风 险W5(0.064，0.467，0.175，0.294);⑥安 全 风 险W6(0.356，0.237，0.214，0.193)。

(3)确定典型风险特征矩阵和待检模式向量。由上述可得，典型风险特征矩阵为

由风险准则权重系数组成的待检模式向量为

XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(4)计算关联度。以XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)为母因素，Ti(i =1，2，3，4)为子因素，对{XΠ}作初始化处理，得

由上述可得出差序列矩阵

故

(5)结果分析。由此可知:γΠ4＜γΠ2＜γΠ3＜γΠ1，则Ti对XΠ的关联度中，施工方案4 关联度最小，即在青岛地铁3 号线五四广场站施工方案比选中，方案4 为比选风险最小方案，可采用方案4 明挖法和盖挖顺做法结合的施工方案。

4 结语

在全国各地大力推进地铁建设的背景下，本文从风险分析的角度出发，根据地铁建设的特点，建立地铁项目施工方案风险评价体系和AHP-GRAM 评价模型，通过对备选方案的风险评价，确定最合适的施工方案。通过青岛地铁3 号线五四广场站实例证明该方法的可行性及可操作性。

［1］张莉，曾朝文，虞兴福，等. 软土地铁车站基坑的施工安全现状及危险源述评［J］ . 中国水运，2009，9 (3):170-172.

［2］ 张振辉，达庆利. AHP-GRAM 模型在企业兼并风险评价中的应用［J］. 科研管理，2003，24 (3):130-136.

［3］ 罗欢. 基于AHP-GRAM 模型的企业跨国并购交易过程风险评价［J］. 安阳师范学院学报，2004 (4):23-28.

［4］ 颜晓晖. 基于AHP-GRAM 模型的跨国并购投资风险评价［J］. 首都经济贸易大学学报，2007 (5):101-106.

［5］ 雷荣军. 房地产投资风险分析研究［D］. 天津:天津大学，2005.

［6］ 谢任芝. 基于AHP-GRAM 方法的“M 地产”项目投资风险评价［D］. 广州:华南理工大学，2011.

［7］ 荀之. 基于AHP-GRAM 的境外水电工程项目风险评价研究［D］. 北京:华北电力大学，2013.

［8］ 周树金，易鑫，邹澜，等. 公路工程项目施工方案风险比选AHP-GRAM 评价模型研究［J］ . 公路工程，2013，38(6):194-197，223. PMT