地下综合管廊运营阶段风险评价研究

张书铭 李 智 李 灿 冯 晨 李 雪

(北方工业大学土木工程学院，北京 100144)

1 概述

近几年，城市基础设施快速发展使得原有地下空间和规划空间产生冲突，管道的铺设、保养等问题导致路面的反复毁坏，严重影响交通。综合管廊的建立使得城市地下空间得到高效利用，节约土地资源；根据城市管线容量规划设计的地下综合管廊，能够满足长远的发展需要，对于管线的增设、扩容极为便利，管线建设资金可分期投入；入廊管线不再与土壤、地下水、道路结构层等直接接触，减少管线的腐蚀，延长使用寿命[1]。

综合管廊风险研究方面国内外学者已取得一定成果，Darrin等[2]从公共和私营角度分析风险，并提出类似项目的评估风险框架；Kabir等[3]提出用贝叶斯信念网络(BBN)模型来评估水管的失效风险；杨宗海[4]通过对各种风险评价的研究，引入全生命周期理论，建立了综合管廊全生命周期风险评判模型；叶青[5]在建立风险指标体系的基础上运用CIM模型，以及层次分析法，建立建设项目全寿命周期成本评估模型。

以上的研究主要是针对指标模型的建立，在具体评价项目运营阶段分析的研究较少。因此，本文将以定性和定量相结合的方式构建管廊运营阶段的风险评判模型，以期对评价管廊运营风险水平工作有所借鉴。

2 管廊运营背景及风险分析

2.1 北京某管廊运营概况

北京某管廊项目的建设资金共计约为20亿元，市政固定资产投资支持申请的30%，项目建设单位通过银行贷款筹集剩余资金的70%。该项目的运营模式是国有企业运营模式：是项目建设单位通过直接资助，由当地政府资金，贷款和开放政策以及国有企业和其他组织的政府领导下的地方政府或国有企业准备融资项目资金的方式，管廊建成后所有权归政府所有，管廊的运营管理由国有企业专门组建的项目管理公司负责，而管线单位以付费的方式有偿使用。

2.2 风险评价指标体系的构建

根据项目实际情况和查阅有关文献，形成了综合管廊运营阶段风险指标体系，具体如表1所示。

表1 综合管廊运营阶段风险指标

1)自然风险：因地下综合管廊的使用年限相当长，会受到各种各样的自然破坏，其中，举出了对地下综合管廊影响较大的洪涝、暴雨、地震、泥石流、滑坡等风险因素。

2)社会风险：建成管廊后，社会多方的各种决策也将影响运营期间的风险水准，本文将社会风险分成入廊、入廊收费、金融、需求、政治五个风险因素。

3)管理风险：在运营管理期间，可能会由于事前未商榷的事情而导致管廊的股权变动，运营管理的不确定性增加，运营成本的提升，运营生产效率低下，维修成本提高。

4)内在风险:对于管廊建设完成后，自身可能会遇到的管道破裂，墙体结构由于地下的不均匀沉降的破坏，管道破裂或是墙体受损所致的火灾或水灾，以及人为的有意无意的事故破坏。

3 基于AHP-fuzzy综合评价模型构建

3.1 建立比较判断矩阵并计算权向量

根据阶段中各个指标的相互重要性程度，通过专家赋予的1～9数值，建立比较判断矩阵Ai,i为第i个子基准层比较判断矩阵，amn为比较判断数值且有对角线上的元素为1，并满足条件使得：0≤amn≤9，amn=1/anm。基准层比较判断矩阵的建立同子基准层比较判断矩阵的建立一致。

计算权向量：判断矩阵构造完后，根据判断矩阵的比较判断数值使用平均几何法计算出权向量和最大特征值，如式(1)和式(2)所示：

(1)

(2)

其中，K为比较判断矩阵的阶数;λmax为判断矩阵的最大特征值;Wi为各层指标的相对权重，将该层所有指标的Wi(i=1,2,…,k)计算出，得到该层的权向量W。

对矩阵进行一致性的检验，只有通过相对一致性检验方能认为权重值相对合理：

(3)

其中，CR为相对一致性指标，平均随机一致性指标RI参考文献[4]。当CR≤0.1时，一致性基本通过。

3.2 建立模糊矩阵并进行模糊评判

邀请专家对综合管廊运营阶段子基准层风险指标按照表2打分，根据式(4)得到风险指标在不同打分等级下的占比，每个风险指标都会得到模糊矩阵的一组行向量，全部计算出后建立该子基准层的模糊关系矩阵Ri(i=1,2,3,4)。

表2 风险指标打分方法

(4)

其中，L为专家评判的等级得分;n为对应等级下的人数;l为该层的第l个风险指标，1≤j≤5。

再由各子基准层风险指标的权重Wi和其模糊关系矩阵Ri进行叉乘乘法计算，得到基准层的模糊关系矩阵R。最后与基准层的权重W叉乘计算，就能得到综合管廊运营阶段风险的最终评判向量，如式(5)所示：

(5)

其中，bij为子基准层权重Wi与其模糊关系矩阵Ri计算后得到的数值，1≤i≤4;B为综合评判结果。

对评判结果运用模糊分布法求得目标层的评判百分比结果：

(6)

对子基准层模糊关系矩阵用加权平均法求得子基准层的风险等级值：

(7)

4 基于北京某管廊的评价模型应用

4.1 模型计算过程

通过3.1节中的方法和公式，以及查得的RI(4)=0.89，RI(5)=1.12,计算出表3。

表3 北京某管廊运营阶段风险评价指标权重

使用式(4)得出表4。

表4 子基准层指标风险等级占比

使用式(5)得到基准层综合评判结果：

对综合评判结果使用式(6)得到模糊分布后的评判结果：

对子基准层模糊关系矩阵使用式(7)得到加权平均后的评判结果：

4.2 评判结果分析

5 风险规避措施

1)自然风险：生产活动所处的自然环境突发诱变的事故主要是自然灾害问题。在运营过程中，建立良好的预警体系来应对突发事件，对降雨量等有关风险因素进行监测，并进行发展趋势预测，做好紧急预案的各项方法，对各种不可预见灾难做好应对处理。同时，对项目设备做好检验工作，确保在紧急情况下能够发挥作用。

2)社会风险：对于社会风险，管廊单位的建设和使用应当采用目前使用较为广泛的PPP模式，这样可以分担部分风险。从社会经济角度，PPP模式的抗风险能力也是比单一国企高很多的。政府方面，协调好运营单位和管线单位间的责任和利益分配，制定合理的政策支持和鼓励。金融风险中的利率问题，当变化比例超过一定上限时，政府和项目公司支付相应的补偿协议中的数额。

3)管理风险：对于运营期间发生的股权变更等问题，政府应严格审查，防止不正常的资金流转，避免发生合同纠纷。在PPP模式前提下，以及政府的政策支持下，项目公司对管线单位收取政府管理部门核定的管廊入线费用。运营维修风险转移给工程公司和保险公司。

4)内部风险：对于内部管道的风险规避措施，制定定期检查以及维修工作方案，以及人员管理规划大纲。对人员进行定期考核和安全教育，防止员工造成违规操作将设备损坏。对结构裂缝进行检测和记录，做好管廊内部管体的质量检查，以减轻风险。

6 结论

1)基于工程背景，结合项目自身的运营模式特点，综合管廊运营阶段的风险可划分为自然风险、社会风险、管理风险以及内部风险等四个一级指标。对一级指标中的各个风险进行了分析，总结了20个风险因素。建立了风险运营阶段指标体系。较为全面的反映了管廊运营阶段风险因素。

2)层次分析法和模糊评判法相结合的方法具有定性和定量的特点，通过此方法建立了运营阶段的风险评价模型，并对管廊运营风险进行分析，应用结果显示该模型具有较好的适用性。

3)模型应用结果显示该管廊的风险等级为中等风险，其中内部风险的等级较高，并提出了相应的对策，可为业主风险管理提供借鉴。