铁路隧道工程绿色施工障碍研究
2021-06-17李正焜梁巧真
李正焜，梁巧真，叶 飞
(安徽粮食工程职业学院 粮食工程系，安徽 合肥 230011)
根据中国铁路建设的总体规划，铁路建设要坚持绿色发展，提高资源利用率，建设资源节约、环境友好的绿色铁路。绿色施工由于具有“四节一环保”(节能、节地、节水、节材和环境保护)的特点，很适合在铁路隧道施工中贯彻实施。由于铁路对线路平直度要求高，因此在高山丘陵地带需要开挖大量隧道[1]。但根据已公示的五批全国建筑业绿色施工示范工程名单，隧道工程上榜次数不多，且尚无铁路隧道工程入选。说明铁路隧道工程实施绿色施工存在诸多障碍，目前尚缺乏对该障碍因素构成及其内部关系的研究。
为探索推动铁路隧道工程实施绿色施工的新途径，对铁路隧道工程实施绿色施工的障碍因素进行识别，并基于障碍因素内部结构的视角，使用经典扎根理论和集成DEMATEL/ISM方法，探讨铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素间的相互影响并构建递阶结构模型，通过文献阅读，发现扎根理论方法可以通过访谈积累数据资料，通过规范的编码过程识别因素，并构造因素间的影响关系模型，可以克服现有文献不足、专家水平不易甄别等研究困难；解释结构模型(ISM)可以更深层分析因素之间的关联关系和影响程度，找出因素间相互影响及逻辑依存结构。[2-7]将这两种方法结合起来，并适当优化，可以满足铁路隧道工程实施绿色施工的障碍因素研究的需要，为推动铁路隧道实施绿色施工提供理论参考。
1 研究方法
通过对扎根理论和集成DEMATEL/ISM方法的介绍，提出本研究的技术路线，确定研究的具体步骤。
1.1 经典扎根理论方法
经典扎根理论是一个动态研究过程，根据glaser的相关论著，经典扎根理论可简单地划分为数据收集和编码两个阶段，而编码又可分为实质性编码和理论编码[8]。
在经典扎根理论中，原始数据通过访谈形式来收集。通过对原始资料的逐字逐句编码，得到初始概念，通过不断比较将概念抽象化并重新综合，使其概念化程度逐级提升，得到核心范畴，直至核心范畴饱和。在本研究中，将实质性编码得到的相关概念或范畴作为铁路隧道实施绿色施工障碍结构的构成因素，设因素总数为n。
理论性编码的目地是概念化实质性编码所形成概念或范畴间的隐含关系，可得到因素间相互关系的有向连接图。
1.2 集成DEMATEL/ISM方法
决策分析法(DEMATEL)的综合影响矩阵和ISM的可达矩阵都可以反映因素之间的直接和间接关系，其中矩阵中非零元素表示因素间存在相互影响关系，而零元素表示矩阵间互不影响。ISM方法计算可达矩阵的过程中，需要复杂的计算，为减少可达矩阵的计算量，可用决策分析法中的整体影响矩阵(综合影响矩阵与单位矩阵之和)来计算可达矩阵，然后通过对可达矩阵的分解与分析，建立优化的结构模型[9]。
1.2.1 建立邻接矩阵A
ISM方法在建立邻接矩阵前，要识别因素及其直接关系。绿色施工用于铁路隧洞工程的相关问题尚缺乏研究，难以通过文献分析等方法找出障碍因素。因此，采用扎根理论方法识别障碍因素和因素之间的作用关系，得到的有向连接图，建立邻接矩阵A，将其作为DEMATEL方法中的直接影响矩阵。其中aij用来描述因素i对因素j是否存在影响，如果有影响，对其赋值为1，反之，赋值为0。
1.2.2 计算综合影响矩阵T
综合影响矩阵T可以描述因素间的间接关系，其计算公式为:
(1)
1.2.3 计算整体影响矩阵L
由于T只反映不同因素间的相互关系，没有考虑因素对自身的影响。因此，需要计算出整体影响矩阵L，其计算公式为：L=T+I=lij。
1.2.4 确定因素间的可达矩阵R
可达矩阵R(R=[rij])用于描述有向连接图各节点因素之间，经过阀值调整后可以到达的情况。可达表示有影响，不可达表示没有影响，其计算公式如下：
(2)
其中λ为阀值，阀值的设定不得脱离研究对象的实际情况。
1.2.5 分解可达矩阵，建立结构模型
确定各因素的可达集合以及前项集合。因素i可达集R(i)的判断公式(3)为rij=1(i=1,…，n)；因素i先行集S(j)的判断公式(4)为rji=1(i=1,…，n)。
若存在R(i)=R(i)∩S(j)，则可确定R(i)为最上级因素集合。然后在矩阵R中划去第i行和第i列。用同样的方法求得次一级因素集合，重复照此运算，便可逐级划分因素层次，最终建立结构模型，并找出根源因素[10-11]。
综上所述，本文研究过程主要包括扎根理论编码、计算可达矩阵和构建结构模型三部分，其技术路线(见图1)。
图1 技术路线图
2 铁路隧道实施绿色施工障碍的案例分析
湖南芷江县境内某铁路隧道全长6 955 m，是怀化标段最长隧道。隧道断层破碎带岩体破碎，结构松散，岩体力间结合差，围岩自稳能力差，施工难度极大。施工单位积极践行绿色施工，推行“精细化管理、标准化作业”的施工模式，严格按照“管超前、短进尺、弱爆破、强支护、快封闭、严治水、勤测量”的作业原则。现今该隧道顺利贯通，且整个高速铁路工程已开通运营。
2.1 数据收集
借助移动互联网通讯与项目部的领导、同事持续交流，并围绕铁路隧道项目实施绿色施工的障碍问题展开深度访谈,访谈对象、时长等信息统计(见表1)。
表1 访谈信息汇总表
2.2 实质性编码
通过实质性编码，识别原始访谈数据包含的概念，并对这些概念进行筛选，筛选标准为：概念必须语义清楚、概念必须是对该铁路隧道项目推行绿色施工障碍因素的描述。在本研究中，通过不断比较把筛选过的概念打破、揉碎并重新综合，获得了编码34个编码，并得到资金障碍、技术障碍、管理障碍和人力资源障碍4个核心范畴。其中资金障碍包括材料成本增加Y1、企业资金不足Y2；技术障碍包括绿色施工技术较为复杂Y3、缺乏针对铁路隧道工程的绿色施工技术Y4；绿色施工技术适用性差Y5；管理障碍包括企业决策层对绿色施工不重视Y6、缺乏管理能力Y7；人力资源障碍包括缺乏有绿色施工经验的施工管理人员Y8、作业及管理人员现有压力繁重Y9、作业人员回避绿色施工Y10。
使用mindjet mindmanager pro 6.0对编码结果进行整理，整理结果(见图2)。
图2 实质性编码示意图
2.3 理论性编码
深入挖掘原始数据和编码间的相互比较，对实质性编码过程中形成的概念或范畴之间的关系进行探究。由于编码数量较多，且分为多个层级，为方便绘制有向连接图和计算可达矩阵，选取一级编码(Y1,Y2,…,Y10)描述该关系。例如在访谈中发现这样的描述：“XXX项目部就这几个人，人手不够，绿色施工没法严格落实，小里程、大里程都在日夜赶工，根本忙不过来，工头他们看我们不在，图省事，绿色施工的一些要求也就被忽视了……”，由此可得出关系编码Y9对Y10有直接影响。经过对编码间关系的持续分析，识别出铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素间的直接关系，绘制有向连接图(见图3)。
图3 有向连接图
2.4 建立邻接矩阵和可达矩阵
根据铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素之间直接影响关系的有向连接图，建立邻接矩阵A(见表2)。
表2 邻接矩阵
根据铁路隧道工程推行绿色施工的实际状况，取阀值λ=0.15。采用公式(1—2)，对邻接矩阵进行计算，得到可达矩阵(见表3)。
表3 可达矩阵
2.5 建立结构模型
按照公式(3—4)对可达矩阵进行处理，得出各障碍因素的可达集、先行集与共同集(见表4)。
表4 障碍因素的可达集、先行集与共同集
从表5可以看出，Y8和Y10满足R(i)=R(i)∩S(j)，为最上级因素(第1级因素)。暂时去掉Y8和Y10，用同样的方法求以下各级因素集合。汇总得：第1级因素集合F1={Y8，Y10}、第2级元素集合F2={Y2，Y9}、第3级元素集合F3={Y1}、第4级元素集合F4={Y4，Y7}、第5级元素集合F5={Y3，Y6}、第6级元素集合F6={Y5}。基于层级划分结果构建铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素的6级阶梯结构模型(见图4)。
图4 障碍因素6级阶梯结构模型
2.6 障碍因素应对措施
根据铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素结构模型，发现位于模型底部的3个障碍因素绿色施工技术适用性差Y5、绿色施工技术较为复杂Y3和企业决策层对绿色施工不重视Y6对其他障碍因素具有较大影响，故而应从提高决策层关注度和克服技术障碍这两个方面入手，推动铁路隧道工程项目实施绿色施工。一方面，由于铁路隧道工程几乎由大型国有施工单位承建，国家层面应充分表达推行绿色施工的意志，完善相关法律、政策，建立考评机制，督促决策层关注绿色施工，并付诸实践；另一方面，由于铁路隧道有自身的独特性，用于其他建筑领域的绿色施工技术往往不适合直接复制，国家、行业协会和施工单位自身应积极组织和参加相关技术交流活动，并能运用以BIM技术为代表的信息技术手段，开发出适应铁路隧道工程实际状况的绿色施工体系，克服技术障碍。
3 结 论
绿色施工是提高铁路隧道工程施工质量的有效途径，但存在多重障碍因素阻碍绿色施工在该类工程中实施。基于湖南芷江某铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素的扎根研究，识别出4个核心范畴，共包含10个有代表性的障碍因素。在此基础上，采用集成DEMATEL/ISM方法构建了铁路隧道工程实施绿色施工障碍因素的六级阶梯结构模型。根据模型，“绿色施工技术适用性差”和“企业决策层对绿色施工不重视”的下级不再有元素能够影响他们，是铁路隧道工程实施绿色施工的根源障碍因素，并从提高决策层关注度和克服技术障碍这两个方面，探讨如何推动铁路隧道工程项目实施绿色施工，具有一定的借鉴意义。本文的局限性在于研究数据的收集，仅仅局限于一个铁路隧道工程。虽然该隧道工程在施工里程和难度上很有代表性，但无法容纳铁路隧道工程实施绿色施工的全部障碍，结论的可靠性方面有待进一步验证，期待能有更多的后续研究可在这方面作补充。
