AHP和模糊综合评价在隧道施工风险管理中的应用

王正芬

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122）

AHP和模糊综合评价在隧道施工风险管理中的应用

王正芬

（中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，浙江杭州，311122）

采用层次分析法（AHP）和模糊综合评价方法对隧道施工风险管理进行研究，研究结果表明，该方法能够给出定性风险评语的量化指标，并能识别项目的主要风险源，为项目施工的风险管理提供可靠的参考依据，从而通过项目管理手段降低工程项目施工风险。

风险管理；层次分析法；模糊综合评价；隧道；施工管理

0 前言

风险是某些不确定性以及由其可能引起的偏离目标的不良后果的综合，而项目风险是指在项目生命周期内，由于某些不确定性而可能导致项目偏离目标，造成目标损失的风险。风险具有不确定性、后果的现实性、风险的可控制性等特点，按产生的原因不同，可将风险分为：自然风险、社会风险、经济风险、技术风险和管理风险等。项目风险管理是指项目承担单位对项目全寿命期内可能遇到的风险进行预测、识别、分析、评估，并在这基础上提出对策，采取措施，减少风险损失，从而实现项目目标的科学管理方法。现代科学技术的迅速发展使得工程产品和工程活动越来越复杂，规模越来越大，工程项目的实施过程面临着多变和变化急剧的环境，在这种情况下，项目风险管理问题显得更加重要、更加突出[1-2]。

随着交通、能源、矿山等岩体工程的发展，我国隧洞建设取得了举世瞩目的成绩，隧洞规模和长度均不断增长[3-4]。如秦岭终南山公路隧道单洞全长18 km；铁路西康线的秦岭隧道长度达20 km；锦屏二级水电站引水隧洞长度达17 km，埋深达1 500～ 2 000 m，洞径12 m。隧道工程是规模大、影响因素复杂的建设项目，隧道工程的进度直接控制着整个工程的进度，而隧道在施工期以及运行期的安全性又至关重要，因此其安全风险管理需要引起重点关注。

项目风险评价就是对单个风险事件和项目的整体风险进行评价。对单个风险事件进行评价时，将根据风险对项目目标的影响程度进行排序，各种风险的可接受或危害程度互不相同，因此就产生了哪些风险应该首先或者是否需要采取措施的问题。项目风险估计中，已经估算出各种风险的概率及损失大小，通过这些结果可以对风险大小进行判断，对风险进行排序，从中找出该项目的主要风险因素。对项目或方案的总体风险进行评价时，应考虑到项目的总体风险由若干个单因素的风险事件综合影响而成，因此必须研究各风险之间的相互影响、相互作用之后果对项目总体目标的影响。现阶段，用于项目风险评价的方法主要有：主观评价法、决策树法、层次分析法（AHP）、模糊综合评价法、蒙特卡洛模拟法、神经网络评价法、风险影响度分析等方法[5-7]。笔者将层次分析法（AHP）和模糊综合决策方法相结合，以定性研究和定量研究相结合的方式，对隧道施工风险管理进行研究，对隧道施工风险进行评价，根据评价结果分析项目主要风险源，为施工风险管理提供参考。

1 风险评价的AHP方法和模糊综合评价方法

项目风险评价的基础工作是项目风险源的识别，即根据项目特点分析可能存在的风险源，并将各种风险源组合从而建立项目风险因素指标体系。项目风险源识别完成后，即项目风险指标体系建立后，需要采用定量方法对项目风险进行定量，笔者采用AHP方法的模糊综合评价方法对项目风险进行定量。

1.1 层次分析法[8]

层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美国匹兹堡大学T.L.Saaty教授于20世纪70年代中期提出的一种定性与定量相结合的系统分析方法。它本质上是一种决策思维方式。AHP把复杂的问题分解为各个组成因素，将这些因素按支配关系分组形成有序的递阶层次结构，通过两两比较的方式确定层次中诸因素的相对重要性，然后综合人的判断以决定决策诸因素相对重要性的顺序。AHP体现了人们决策思维的基本特征，即分解、判断、综合。风险评价中各因素对风险的贡献（权重）的分析可采用层次分析法。

层次分析法确定指标权重的过程如下：

（1）建立指标结构层次，该步骤在建立风险指标体系时已经完成；

（2）构造判断矩阵，即对于同一层次各因素关于上一层次中某一因素的重要性进行两两比较，构造判断矩阵A，两两比较重要性取值见表1。

（3）层次单排序及其一致性检验。在构造完判断矩阵A之后，求出判断矩阵A的最大（绝对值）特征值λmax，再利用它对应的特征方程式（1），将其特征向量W归一化，即可得到同一层次各因素相对于上一层中某一因素的重要性权重向量。

1.2 模糊综合评价法[9]

模糊综合评价可以用来对人、事、物进行全面、正确而又定量的评价，因此它是提高领导者决策能力和管理水平的一种有效方法。对于方案、人才、成果的评价，人们的考虑往往是从多种因素出发，而且一般只能用模糊的语言来描述。例如评价者从思考问题的诸因素出发，参照有关数据和情况，根据他们的判断对复杂问题做出“大、中、小”、“高、中、低”等模糊综合评价，然后通过模糊数学提供的方法进行运算，就能得出定量的综合评价结果，从而为正确决策提供依据。项目的风险评估中，运用模糊综合评价法可以对单个风险或者整个项目的风险等级进行综合评价，为项目的风险管理提供决策支持。文中风险的定量评价采用模糊数学理论中的模糊综合决策方法，由于影响工程项目的风险源数量往往较多，因此采用改进的多层次模糊综合决策方法。

表1 重要性比较取值表Table 1 Relative importance value

以两级指标分析为例，多层次模糊评价法评价项目风险的基本过程如下：

（1）对风险源进行多层次划分，将风险因素集分为n组U={U1,U2,……Un}，称为第一级因素集，其中m个因素Ui={ui1,ui2,……uim}称为第二级因素集。

（2）设评价集V={v1,v2,v3,v4,v5}，对第二级因素的单因素进行单因素评价，即建立模糊映射式（2），可得到单因素评价矩阵Ri。

设该因素集的权重矩阵为Ai，则利用模糊集合成运算可求得综合评价集Bi为：

（3）对各级因素进行综合评价即可得到最终的风险评价指标。

风险评价过程中，将上述两种方法结合，即通过层次分析法，依据各风险因素的重要性评分可得到各因素对于总体风险的权重。通过模糊综合评价法，依据各风险因素的风险评分以及各因素权重，通过模糊数学运算即可得到最终的项目风险评分。

2 隧洞施工安全管理应用实例

2.1 工程概况

以某水电工程导流洞的施工风险管理为例，对该导流隧洞施工风险因素进行识别和评价，为施工管理提供参考依据。导流洞位于该工程大坝右岸，距坝约780 m，洞长为680 m，为城门洞型隧洞，洞泾10 m，洞身最大埋深约190 m，其中进出口段埋深较浅。考虑到导流洞围岩主要为IV类到V类岩体，成洞条件差，因此开挖施工过程中尤其要重视施工过程的风险管理。

2.2 风险指标体系建立

根据隧洞施工组织和管理情况，对隧洞施工风险源进行识别，建立隧洞施工风险评价体系指标及其重要性和危险性评分，见表2。表中数据根据施工现场记录、安全检查以及专家决策等措施综合评定。其中，重要程度评分1～10分，分别代表不重要到非常重要；风险评价值为对应风险等级所占百分比。

2.3 风险评价和风险管理

根据表2中数据，根据层次分析法和模糊综合决策法原理，编制计算机程序对该工程的施工风险进行评价。最终，评价结果如表3所示。表中各风险因素的评分按百分制计算，根据最大隶属度原则可以确定项目施工风险。

根据基于AHP的模糊综合评价方法对隧洞项目施工风险的评价结果，可对项目施工管理提出建设性意见。从本项目隧洞施工风险评价结果看：

（1）人员风险方面总体风险水平较高，其中技术人员安全意识缺乏以及技术人员本身素质较低是产生风险的主要因素。因此，可通过培训和教育等措施加强技术人员职业素质，尤其要提高人员自我安全意识，降低隧洞施工过程中的该类风险。

表2 隧洞施工风险评价指标体系Table 2 Risk assessment index system for tunnel construction

（2）行政管理方面总体风险水平较低，从风险评分看，其风险处于中等偏下水平。根据计算结果，若能在管理方面加强施工安全重视度以及施工过程中的紧急救援措施，则该类风险完全可以进一步降低甚至规避该类风险。

表3 隧洞项目施工风险评分表Table 3 Risk assessment score of tunnel

（3）现场管理风险方面总体风险水平中等偏上，从评价结果看，该类风险的主要产生原因是施工规范性有所欠缺。因此，若能在施工规范性上面有所改善，也有望将该类风险降低到较低水平。

（4）施工设备风险方面总体风险水平并不高，风险评价值处于中等偏下水平。从风险评价值看，若能在施工管理中提高和加强对设备的日常维护检修水平，并在工作状态下对设备进行实时监测，该类风险能明显降低。

（5）施工环境风险方面总体风险水平较高，根据风险评价值分析，造成高风险的主要原因是隧洞地质条件复杂以及工作条件恶劣。因此，施工管理过程中需要采取相应措施尽量改善施工环境，并且加强施工过程的规范性，从而在一定程度上降低该类风险。

总体而言，本隧洞开挖项目的施工风险中等偏上，造成风险的主要因素包括以下几点：①施工技术人员素质较低且缺乏安全意识；②行政管理团队对施工安全的重视度不够；③施工过程的规范性欠缺；④施工设备的日常维护和检修以及工作中的实时监测有待完善；⑤隧洞地质条件复杂，工作环境恶劣。

由此可见，施工组织管理中，若能根据风险评价结果对上述造成项目风险较高的各方面风险因素进行改善，则能大大降低该项目的施工风险，使项目保质保量完成。

3 结语

采用AHP方法和模糊综合决策法对隧道施工风险管理进行研究，主要内容和结论如下：

（1）采用AHP方法和模糊综合决策法评价隧道施工风险，其中AHP主要用于因素重要性权重的确定，模糊评价法主要用于风险值的评价，两者结合能对项目风险进行定量评价。

（2）以某工程隧洞开挖为例，采用AHP方法和模糊综合决策法对项目整体施工风险进行评价，得到项目风险评价指标。

（3）从应用结果看，采用的风险评价方法能够给出项目整体实施风险，并且能够得到各风险源对项目风险的影响。根据评价结果，能够识别项目主要风险，为项目风险管理提供可靠的参考依据，通过风险管理降低项目施工风险。

（4）项目风险评价的关键在于项目风险源的识别以及项目风险的评分，项目风险评价的可靠性依赖于定性评分的科学性，因此评分需要由一定数量有经验的工程师或专家评定并统计得到。

[1]郭波,龚时雨,谭云涛.项目风险管理[M].北京：电子工业出版社,2008.

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[3]刘国琦,杜文库.我国地铁施工技术的发展及展望[J].施工技术,1996(1)：6-7.

[4]夏永旭,杨忠,黄骤屹.我国长大公路隧道建设的有关技术问题[J].现代隧道技术,2001,38(6)：1-3.

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[6]蒋闯,周进生,王伟."一带一路"背景下中国海外石油项目风险评价研究[J].商业经济研究,2016(9)：124-126.

[7]冯楠,李敏强,寇纪淞,等.基于人工神经网络的IT项目风险评价模型[J].计算机工程与应用,2006,42(6)：24-26.

[8]郭金玉,张忠彬,孙庆云.层次分析法的研究与应用[J].中国安全科学学报,2008,18(5)：148-153.

[9]谢季坚,刘承平.模糊数学方法及其应用[M].武汉：华中科技大学出版社,2006.

Application of AHP and fuzzy comprehensive evaluation in tunnel construction risk management

by WANG Zheng-fen
PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited

The AHP and fuzzy comprehensive evaluation method is used for tunnel construction risk management.Research results show that the risk evaluation index and main risk source can be given, which provides a reliable reference for the construction risk management and risk reduction.

risk management;AHP;fuzzy comprehensive evaluation method;tunnel;construction management

book=10,ebook=16

TV523

B

1671-1092（2016）06-0010-04

2016-11-21

王正芬（1962-），女，浙江杭州人，高级工程师，主要从事工程项目管理工作。

作者邮箱：wang_zf@ecidi.com