基于因子分析法的超大深基坑工程的质量风险因素分析

周迅 张兵 洪燕 赵庆华

(1.江苏扬建集团有限公司，江苏 扬州 225002；2.扬州大学，江苏 扬州 225127)

0 引言

伴随着城市化进程的不断加快，土地资源日趋紧张，全国各地迎来了地下空间开发建设的热潮，并涌现出一系列超大超深基坑工程。这些超大深基坑往往位于人口密集和建筑密布的城市中心，由于周边环境复杂，再加上施工现场条件差、技术难度大、工期长、对环境影响控制要求高和施工不确定性因素多等，超大深基坑的多工种、多工艺环节在时间和空间上的协调与交叉融合难度不断增大，导致其工程质量约束条件复杂。

与此同时，作为施工难度系数非常大的工程，质量对基坑及其周边安全的重要性不言而喻。一方面，当前超大深基坑开发呈现出向“越挖越深，越挖越大，周边环境越挖越复杂”的超深和超大规模化发展，大量基坑项目质量管理往往是边开挖、边实践、边摸索的“三边工程”，工程质量管理时常依靠经验或半经验半理论的方法，直接导致超大深基坑在整个施工过程中面临着由各种因素引起的施工质量风险，一旦把控不严容易诱发重大质量安全事故和生命财产损失。相关调查表明，超大深基坑质量事故发生率占基坑项目数量的20%左右[1]。另一方面，由于参与部门多、时空效应明显和环境效应复杂等，超大深基坑工程在全生命周期内面临着较高的质量风险。

综上，超大深基坑是重大质量风险源项目，其质量问题已成社会关注的焦点。鉴于此，本文针对超大深基坑工程高风险的特点和施工管理实际情况，从工程施工风险发生的规律性和系统的角度出发，运用全生命周期质量管理理念进行超大深基坑质量风险识别和评估，从错综复杂的风险因素中对质量风险进行系统分析，初步构建超大深基坑质量风险体系，对建立良好的施工质量风险管理体系具有一定参考价值。

1 文献综述与风险因素选取

根据工程界和学术界的共识，如果项目的开挖深度超过5m，或者周围环境较为复杂，或者地下管线复杂，则称之为超大深基坑。超大深基坑具有形状复杂、占地面积大且开挖深等特点。超大深基坑质量风险是学术界和社会的热点话题之一，对超大深基坑的质量及其风险的研究起源于20世纪末，在地下工程施工过程的质量监测与控制方面涌现出大量文献。

国外专家、学者大多结合实例对地下工程特别是超大深基坑的质量风险管理进行研究。在阿姆斯特丹南北地铁线路设计和施工的风险管理中，Snel和Hasselt首先提出IPB风险管理模式[2]。Clark采用风险指数的方法，对美国西雅图地下交通线工程规划和初步设计阶段进行了风险分析。国内研究也指出超大深基坑质量事故的发生大多是由抢工和所谓的“创造速度奇迹”等违背客观规律和缺乏基本工程常识造成的[3]。韩淑君等根据工程实例总结超大深基坑的两类施工质量风险，即围护体系风险和基坑坍塌、结构失稳风险[4]。张剑敏等则通过142例工程事故得出，建设单位管理问题、施工前基坑土质等勘测问题、基坑设计施工问题和基坑工程监理问题是质量事故发生的主要诱因[5]。

在具体分析层面，张剑敏等采用层次分析法，从质量风险管理的角度建立了超大深基坑质量风险层次分析模型，确立了主要的质量影响因素，并进行质量风险评价[5]。刘戈等利用层次分析(AHP)与数据包络(DEA)综合分析法发现施工材料质量和围护结构稳定性容易诱发质量事故[6]。周红波采用贝叶斯网络建立超大深基坑风险评估模型，发现支撑失稳和支撑荷载超标事件是影响较大的风险源[7]。此外，其他风险评估方法，如风险矩阵法、故障树分析法、模糊综合评判法、蒙特卡洛模拟法及在此基础上基于离散事件树的蒙特卡洛仿真方法，也被应用到相关研究中。

在法律文件颁布方面，国务院将包括超大地下工程在内的地下工程建设列为国家重点支持的民生工程，并要求完善管廊建设和抗震防灾标准，确保工程质量；住房和城乡建设部针对超大地下工程等危险性较大的项目，颁布了《危险性较大分部分项工程管理办法》，提出相应的专项施工方案专家论证会、专项施工方案和监测方案等手段和方式；针对地铁等地下工程，《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》《地铁与地下工程建设技术风险控制导则》《地铁及地下工程建设风险管理指南》等规范相继颁布执行。根据国内外文献研究不难发现，目前有很多学者将目光转向工程项目风险分析这一新兴领域，从不同角度论述风险管理理论及方法，但是关于有针对性的超大地下工程的质量风险研究仍然较少，并且大部分尚停留在定性分析阶段。

因此，本文选取探索因子分析法，用定性和定量相结合方法对超大型地下基坑的施工质量风险进行评估。在建立超大地下工程项目风险影响因素模型时，遵循相关性原则、系统性原则、定性与定量分析原则以及整体性原则，根据目的性、系统性、科学性、简明性、可操作性、真实性以及完备性等原则，从缺乏信息沟通、施工缺陷、地质勘探不足、不可抗力、设计失误5个方面开展因素构建和选取，最后对国内外研究中所有的潜在影响因素进行分析和提取，结合实际情况后，共选取49个风险影响因素。

2 实证分析

本研究主要通过调查问卷法、SPSS模型分析法等探索形式筛选出对工程质量起主要作用的因素，再通过这些因素对质量风险的影响进行综合评价。问卷的可靠性和有效性需要通过进一步检查，因此通过对模型的维度分量表和总量表进行检验。本文根据49个风险影响因素进行问卷设计，并将影响程度分为5级：“极低”“低”“一般”“高”“极高”。同时，在软件分析中，为了方便分析说明，用1代表“极低”，用2代表“低”，用3代表“一般”，用4代表“高”，用5代表“极高”。

2.1 调查问卷发放

此次问卷发放对象为从事建筑行业的管理人员和工人。此外，考虑到结果调查的准确性、说服性，此次问卷样本容量为280份。最终，经过数周的数据收集，得到问卷回复240份，其中有效问卷224份，有效率为93.33%，相关统计数据见表1。

表1 样本数据统计分析

(续)

调查结果显示，在性别分布上，90%的调查对象为男性；在工作年限方面，5年以上的工作人员占75%；在年龄方面，20～40岁的工作人员占80%；调查人员以基层工作人员为主，大部分是在施工单位工作。因此，数据搜集包含各个阶层，且涵盖范围较广，基本符合当前建筑业从业人员的分布情况，能够保证调查数据真实反映实际情况。本研究采用SPSS软件进行数据处理。为了使数据分析简便，对上述49个因素进行编号，依次为Q1，Q2，…，Q49。

2.2 样本信度检验

只有确保数据的有效性和可信度，才能进行进一步处理分析。其中，信度检验用来表示对问卷所获数据的可靠程度，因此本文针对224份有效问卷所获取的超大地下工程质量影响因素的数据进行信度分析。本研究采用克隆巴赫信度系数法(Cronbach′s alpha values)对问卷数据进行信度检验，通过SPSS软件对问卷数据进行分析。信度分析结果见表2。

表2 可靠性统计量

由表2可以看出，整个调查问卷信度分析的Cronbach′s Alpha为0.955>0.9，基于标准化后的数据信度分析Cronbach′s Alpha系数为0.955>0.9。问卷能准确测量信息，并能满足分析要求。

2.3 样本均值分析

在保证问卷数据可信并能满足统计分析的基础上，本研究利用SPSS软件针对样本数据进行均值分析。按照均值分析结果，选取排名前15位的因素进行分析。结果见表3。

表3 均值和标准差分析结果

表3中排名前15位的因素，均值都达到了3分以上，“材料劣质”“设计失误”“钢筋、混凝土试验不合格”均值最大，是影响超大地下工程质量最主要的3种因素。在这3种因素中，其中有两种涉及材质，说明对质量影响最大的因素是材料。施工过程中的因素，如“施工赶期”“施工过程中偷工减料”等在15个因素中也占有一定比重，说明施工过程对质量也有一定的影响。

2.4 因子分析

因子分析是一种多元统计方法，主要根据因子的影响力大小提取相应的指标，通过降维的方式从原始变量中找到公共因子，从而找出潜在关系。本文采用社会调查数据进行分析时，为确保主成分有意义并能表现因子和测量项之间的关系，需要进行因子旋转。

本文采用主成分分析法，通过软件SPSS用特征值>1作为标准共提取因子11个(表4)。初始累积方差解释率为75.746%；最大方差法旋转后，11个因子的累积方差解释率为75.75%，说明问卷结构效度较好。表5给出了各个因子的名称、解释程度和涉及的影响因素。

表4 解释的总方差表

表5 影响因子的因子分析结果

从表5可以看出，11种影响因子的作用存在显著差异，最大影响因子的解释率超过30%，而最小影响因子的解释率仅为2%。为了抓住超大深基坑施工质量的主要影响因子，本研究根据分析结果选取解释率超过5%的因子进行详细解释，具体分析如下：

因子1：参与各方互动交流程度低。沟通管理是项目管理知识体系中一个重要的知识领域。在整个项目中，项目经理需要将75%以上的时间花在沟通上，可见沟通在项目中的重要性。而在目前的超大深基坑施工中，经常会出现由于业主方不满意而返工、由于相关文件回复不及时而引起工程价款争议等现象，这都是由于各方缺乏有效的互动交流引起的。

因子2：监管机制缺位。超大深基坑施工质量监督管理是一项系统、复杂的工作。因为超大深基坑的规模庞大，施工过程复杂，再加上参与方较多，人员流动性较大，给监督管理工作带来很大的困难，并由此带来相应的质量安全问题，如施工过程中的偷工减料、建设单位盲目赶工期等。因此，针对当前建筑工程质量与施工安全管理中存在的问题，需要从分析问题入手，提出有效的解决方案，规范建筑市场，进一步做好超大深基坑施工管理工作。

因子3：项目全过程管理体系不完善。尽管我国建筑行业发展历史悠久，但对超大深基坑从开始到结束的全过程质量管理仍存在诸多不足。如在现场施工中，经常会出现建设单位不按照审查图样施工、施工单位自行更改工程设计等现象，这些都是在缺乏全过程管理的情况下发生的。

因子4：维护管理体制不健全。在超大深基坑建设过程中，机械、材料等是施工的基础。尽管我国建筑企业的生产规模在不断扩大，但是大部分施工企业在超大深基坑机械设备维护、材料质量监管等方面的能力仍然较薄弱。这就会直接影响建筑行业的生产质量，日积月累将会导致超大深基坑质量问题。

3 结语

在建筑行业高速发展的大背景下，如何控制并降低超大深基坑质量风险，提高超大深基坑质量管理已成为整个建筑行业的重中之重，而定性与定量相结合的系统梳理和归纳总结影响超大深基坑质量风险因素，有利于为提高质量提供参考。

本文研究结果表明，要降低质量风险，首先要加强材料监管。任何工程质量都依赖于材料质量，尤其是超大深基坑工程这类复杂项目，需要对施工材料进行严格的控制。其次，还要对施工中用到的设备进行严格把控，实时进行检修。最后，应推进信息化施工。超大地下工程需要融入信息技术，BIM等技术的应用不仅可以对地下工程质量进行实时监控，还可以有效避免返工，提高项目效益。