基于地铁实例的项目施工风险评价研究

张 冬张彦＊（北京城建设计发展集团股份有限公司 天津 300070 天津城建大学土木工程学院 天津 300384）

基于地铁实例的项目施工风险评价研究

张 冬1张彦2＊
（1北京城建设计发展集团股份有限公司 天津 300070 2天津城建大学土木工程学院 天津 300384）

1.引言

天津市是我国较早建设地铁的城市之一，截至目前已经有1、2、3、9号线运营，在建5、6、7号线，步入了地铁建设和运营的快速发展阶段。众所周知，地铁施工过程中潜在的风险因素数量巨大，通过对风险因素造成的损失情况和发生概率进行分析评价，从而对风险因素的影响程度进行量化，确定风险因素的重要性程度。根据评价结果采取不同的方法进行应对，对于超出施工过程风险承受范围的风险因素要重新制定方案和计划等，以避免在地铁施工过程中造成重大的损失[1-3]。对地铁施工过程中各类风险进行评价，根据他们对地铁施工目标的影响程度，包括出现的概率和后果，以确定他们的排序，为考虑风险控制先后和风险控制措施提供依据。同时，可进一步认识已估计的风险发生的概率和引起的损失，降低风险估计过程中的不确定性。当发现原估计和现状出入较大，必要时可根据地铁建设项目进展现状，重新估计风险发生的概率和可能的后果[4]。

2.评价模型

工程建设领域常用的风险评价方法主要有：德尔菲法、层次分析法、故障树分析法、蒙特卡洛模拟法、模糊综合评价法等[5～6]。本文主要采用评价模型——基于三角模糊数的地铁施工风险综合评价方法。其中，模糊数学是20世纪60年代中期以后以模糊集合（fuzzy set）论为基础发展起来的一门新兴科学，模糊数学的产生是为了解决经济管理和科学技术领域广泛存在的模糊现象[7]。工程建设项目风险评价过程中存在着大量的风险因素，其风险影响程度难以准确地进行定量描述，其影响程度往往是出于某一特定范围之内。模糊数学处理模糊的变量较为简便合理，且相应的数学结果又可以与文字描述相互转

综合评价是指综合考虑多种因素影响的事物或系统对其进行总的评价，当评价因素具有模糊性时，这样的评价被称为模糊综合评价。基于三角模糊数的模糊综合评价法是在层次分析法（analytic hierarchy process ,AHP）和专家打分法的基础上引入三角模糊数的概念并对其进行模糊评价，进而确定其风险程度的方法。地铁施工是一项复杂的系统工程，项目本身具有投资规模大，质量要求高，施工难度大，涉及责任主体多等特点，使得地铁项目施工过程中潜在的风险因素较多。对这样评价因素具有模糊性的总体系统进行的评价可以称为模糊综合评价。地铁建设项目施工风险模糊综合评价法首先将风险评价指标体系分成若干层次结构，引入三角模糊数对所确定各指标的标度进行模糊化处理，之后通过二元对比倒数法确定权重，并建立隶属度矩阵，最终得出评价结果。

综上所述，模糊综合评价充分考虑到了实际工程当中各影响因素之间的模糊程度，准确客观地反映了实际情况。通过专家的经验和专业知识，根据风险因素的影响程度和风险事件的发生概率，确定隶属度函数以及隶属矩阵。这样一来，可将定性判断和不确定判断转化为了定量分析，使评价结果更为准确可靠[9]。

3.基于三角模糊数的地铁施工风险综合评价方法的基本步骤

模糊综合评价方法总的说来由三大部分组成。首先需要得出评价指标体系中各因素的权重；然后通过专家评判和打分得出评价集的隶属度矩阵；最后通过综合评价并根据最大隶属度原则得出评价结果。根据地铁施工过程的特点，本文采用的基于三角模糊数的地铁施工风险综合评价模型的具体步骤如下[10]：

（1）划分评价层次确定评价因素集U

对评价对象进行收集资料、整理归类，按照层次分析法的原理将待解决的问题按目标层、准则层（一级指标）、方案层（二级指标）划分为三个层次，从而确立评价指标体系并确定地铁施工风险评价因素集,即U=｛U1,U2,……, Um｝。其中，U为评价指标因素集，Ui（i=1,2, ……,m）表示各风险因素。

所以，在划分出的评价指标因素集中，有目标层、准则层（一级指标）、方案层（二级指标）三个层次组成。Ui(i=1,2, ……,m)为准则层（一级指标）中的各风险因素；Uij(i=1,2, ……,m) (j=1,2, ……,n) 为方案层（二级指标）中的各风险因素。

（2）构造模糊判断互补矩阵[11-12]

针对建立评价因素集进行专家打分，在各层次内进行打分。采用三角模糊数（l，m，u）来标度各层次内的打分情况，两两比较的判断结果用三角模糊数表示为aij=(lij，mij，uij)。

（3）计算三角模糊数综合值Si

对专家们给出的三角模糊判断矩阵进行整理分析，并计算出算术平均值，可得出整理后的三角模糊判断矩阵。根据整理后的结果，利用公式可求得相应层次下的三角模糊综合值Si。

（4）计算指标权重

利用三角模糊数原理，计算三角模糊数总和值Si的期望值，将三角模糊数综合值进行清晰化处理。对评价的期望值向量进行归一化处理，即可得出相应指标权重。通过比较各风险权重的大小，可找出相应工程的重要风险因素。对应的因素集中各层次的权重为wi=﹛w1,w2,…,wn﹜。

（5） 建立评价集

评价集是利用专家对地铁施工过程的认知和经验，对地铁施工过程中的各风险因素的可能造成的结果所做出的评价的集合。可以表示为Vi=﹛v1,v2,…,vn﹜,代表各因﹛

﹜素可能造成的各种结果。本文的评价集为 低度，一般，较高，严重 四个等级。

（6）构造隶属度矩阵

对因素集中某一个因素U中的第i个风险因素Ui进行评价，其对评价集中第j个元素的隶属度表示为rij,即Ri=(ri1,ri2,…,rij)。

（7）进行模糊综合评价

将已确定的权重向量Wi=﹛w1,w2,…,wn﹜与隶属度矩阵R,利用模糊算子进行模糊矩阵复合运算，模糊综合评价可表示为:

Z为模糊综合评价集，其结果即为模糊综合评价的结果。其含义为综合考虑了各层因素的影响，某一个因素对择备集中某一程度等级的隶属度。根据最大隶属度原则，选择与最大评价指标相对于的评语作为其评价结果13-14]。

4.应用实例地铁

4.1 天津地铁某线路基本情况及工程工程地质条件

以天津地铁某线路为例，该线初步设计概算123.3亿元，线路全长22.8千米，其中地下线21.4千米，地面及过渡段1.4千米。主要土建工程量如下：主体围护结构地连墙1582幅，基坑土方开挖142万方，土体结构混凝土42.3万方，盾构单线31.4公里，铺轨长度为61.8公里。

天津地处冲击平原，车站基坑及隧道主要位于10—30m高压缩性的淤泥质软土与粉质粘土地层，地质条件差。天津地铁工程穿越中心城区，天津地铁建设区域内地下承压水广泛分布，砂层分布不规律，与海河、津河、月牙河存在水利联系，周边建构物、桥梁、管线、河流密集，基坑降水、土方开挖以盾构机掘进施工极易造成涌水、涌砂、路面沉陷、建筑物倾斜破坏、管线破裂等。地面以下均为新生界沉积岩层，地貌特征以陆相沉积层为主。由于受第四纪晚期海进海退的影响，从而形成了海陆交互沉积层。所以天津地铁建设施工所处的工程地质条件有一定的规律性，地下地层分布规律从上至下为：人工填土层、新近沉积层、第Ⅰ陆相层、第Ⅱ陆相层、第Ⅲ陆相层、第Ⅱ海相层、第Ⅳ陆相层、第Ⅲ海相层。

4.2 风险识别

本文根据天津地铁施工过程的特点以及天津特殊的工程地质环境，对天津地铁该线建设项目的施工过程中的风险进行了梳理和归纳，并构建了天津地铁施工风险评价指标体系。该评价指标体系共分为三个层次，即目标层、准则层（一级指标）、方案层（二级指标），其中一级指标为7个，二级指标为32个。

4.3 基于三角模糊数的地铁施工风险综合评价

4.3.1 确定地铁施工各风险因素的权重

根据地铁施工风险评价指标体系，该线路施工风险为目标层，用U表示。准则层（一级指标）为7个、方案层（二级指标）为32个，均为导致地铁施工风险的事件，分别表示为Ui(i=1，2，┅，7) ，Uij(i=1，2，┅，7；j=1,2, ┅，6)。这样，就划分出来风险评价因素集。

接下来对各因素对地铁施工所造成风险的重要程度进行确定，通过计算指标权重来确定各因素的重要性。

4.4 评价结果分析

根据最大隶属度原则，可以得出天津地铁某线路施工风险综合评价结果如下：

一般风险包括：进度风险、成本风险、社会风险；较大风险包括：周边环境风险、质量风险；严重风险包括：自然风险、安全风险。本线路施工总体风险属于较大风险。

评价结果中的严重风险（自然风险、安全风险）形成原因分析：

自然风险主要是由于沿线水文地质条件造成的。本线路所穿越的地层为第四系全新统至上更新统之海相沉积及陆相沉积层，为松散土层，地质条件欠佳；市区和近郊地表土层较为混杂，受人工影响较大，市区内地基由于河流古道较多，经人工填垫和海河吹填，土壤压缩性较大，多形成软土地基；且地下水位较高。所以较高的地下水位和地基土的软弱等自然因素形成地铁施工的严重风险。

安全风险贯穿地铁建设的始终，对地铁建设的成败具有重要作用。地铁建设投资规模大，施工难度高，技术要求复杂。对于天津市地铁建设而言，由于城区多处于软弱土层，地下水丰富，地上建筑密集，地下管线网交错，这样的施工条件给地铁施工增加了难度，同时形成了极大的安全风险。对于地铁建设这样大型的共建工程，一旦出现安全事故，会对整个工程的质量、进度、投资等方面产生巨大的影响。安全事故的出现不仅会造成严重的经济损失，还会带来消极的负面影响，所以必须加强对安全风险控制和管理。

可以看出，本文采用的基于三角模糊数的地铁施工风险评价方法所得出的结论与在实际工程现场所调查的结果基本一致。自然风险和安全风险是天津地铁施工过程中的重要风险，其发生概率和导致的损失都十分严重，在工程施工过程中应根据风险等级对相应风险采取必要的措施进行防范。同时，需要加强风险管理和相应的技术措施，避免风险事故的发生，确保地铁建设的顺利进行。

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