地铁盾构工程造价异动风险WSR-BN评价模型研究

李宗亮 常嘉 马昊 黄兴红

(1.武汉理工大学，湖北 武汉 430070；2.武汉地铁集团有限公司，湖北 武汉 430077；3.中国建筑第七工程局有限公司，河南 郑州 450004)

0 引言

由于地铁项目建设环境的不确定性、勘察设计的局限性、现场的组织管理问题等因素，地铁盾构工程的造价异动现象时有发生，成为地铁项目投资控制的难点。因此，研究地铁盾构工程的造价异动风险，对风险加以有效管控，具有重要现实意义。

近年来，学界对隧道及地下工程的造价影响因素开展了研究。王李刚等[1]从设计标准、材料设备的采购和供应、监理职责等方面分析了地铁项目的造价控制理念。赵峰[2]通过分析市场的建材价格波动幅度，建立了对地铁工程造价影响的观察模型。刘丹[3]提出城市轨道交通的造价控制需从全生命周期的角度进行，提出了制定合理估算、推行限额设计、控制施工变更等重要管控措施。何英南[4]通过分析隧道工程成本数据，从工程技术、经济、管理和宏观政策等方面总结影响工程成本的主要因素。上述相关研究虽然对工程造价的影响因素进行了充分的分析研究，但未对因素间的相互作用机理进行剖析。

本文采用物理-事理-人理(WSR)方法和贝叶斯网络(BN)模型相结合的系统方法，在对地铁盾构工程进行造价异动风险评价的同时,分析导致造价异动现象的风险传递路径，并通过敏感性分析搜寻关键风险因素。鉴于此，本文运用WSR理论方法，在盾构施工特点的基础上，分析影响地铁盾构工程造价的关键风险因素，建立WSR-BN模型。根据现场情况进行地铁盾构工程造价风险评价，同时通过诊断分析搜寻影响造价的关键风险因素，以此为地铁盾构工程造价管理提供参考。

1 基于WSR的地铁盾构工程造价异动风险评价指标体系构建

本文在参考相关文献的基础上，基于WSR理论[5]对地铁盾构工程造价异动风险因素进行识别、梳理。最终遴选出24个风险因素。见图1。

图1 地铁盾构工程造价异动风险指标体系

1.1 物理维度

物理维度指已被证实的科学理论知识或物体运行机理。地铁盾构工程属于城市轨道交通建设项目，在物理方面，客观因素将全过程影响地铁盾构工程造价。鉴于此，本文拟从政策法规、市场、环境等因素对地铁盾构工程物理维度的造价异动风险进行分析，具体见表1。

表1 物理维度风险

1.2 事理维度

事理维度指通过设备、材料、管理手段等方式对研究对象介入的机制。本文在综合考虑地铁建设工程特点的基础上，从技术、管理、合同三方面分析地铁盾构工程事理维度的造价异动风险因素，具体见表2。

表2 事理维度风险

1.3 人理维度

人理维度指项目参与各方所造成的影响。考虑地铁建设工程技术特点和对盾构工程造价影响的主要参与方。本文拟从建设方、勘察设计、施工方等对地铁盾构工程影响较大的参与单位进行造价异动风险因素的分析，具体见表3。

表3 人理维度风险

2 基于模糊贝叶斯网络的地铁盾构工程造价异动风险评价模型构建

2.1 确定贝叶斯网络结构

依据WSR理论在分析建立地铁盾构工程造价异动风险指标体系的基础上，结合贝叶斯网络进一步分析风险因素间的因果关系，最终构建地铁盾构工程造价异动风险贝叶斯网络结构，见图2。

图2 地铁盾构工程造价异动风险贝叶斯网络结构

2.2 节点风险概率计算

考虑地铁盾构工程造价异动风险事件的发生是一种模糊状态，本文拟采用专家群决策和三角模糊数理论进行节点风险事件的概率计算。将节点风险状态划分为5个等级[13]，具体划分标准见表4。

表4 地铁盾构工程节点风险状态等级划分标准

根据现场情况和专家评价，收集节点风险状态数据，在此基础上计算各节点风险概率值，即

=(amn,bmn,cmn)

(1)

(2)

式中，Pzmn表示第z位专家对风险指标m评价为n风险等级所对应的模糊数；P′mn表示风险指标m被评价为n风险等级所对应的平均模糊概率；Pmn表示风险指标m被评价为n风险等级的概率。

计算出各节点风险状态概率值后依据最大隶属度原则，选取概率值最大的作为节点的风险状态。

2.3 地铁盾构工程造价异动风险评价

通过式(1)、式(2)计算出各根节点风险发生概率，运用GeNIe软件，在导入贝叶斯网络结构的基础上输入各节点先验概率。通过正向推理对地铁盾构工程造价异动风险进行评价；通过反向诊断和敏感性分析，假设目标节点风险必然发生，搜寻引起造价异动风险的关键风险因素。

3 案例应用与分析

3.1 工程概况

武汉地铁A号线项目某区间工程采用盾构施工，根据水文地质情况选用泥水平衡盾构机从标段的江北始发站开始施工。隧道横跨汉江，左线隧道长1162m，右线隧道长1163m。其中左线包含960m的盾构掘进段和202m的空推段，右线包括981m的盾构掘进段和182m的空推段。

3.2 地铁盾构工程造价异动风险评价模型

应用GeNIe软件，建立地铁盾构工程造价异动风险BN结构。遴选从事地铁项目造价咨询的专家4人，地铁盾构施工专家2人和项目管理专家3人，通过调查问卷方式，对风险因素指标进行打分。根据式(2)，计算并输入各根节点先验概率和父节点连接概率。节点先验概率排序见表5，概率值越高,表明该节点风险等级越高，发生概率越大。

表5 节点先验概率

3.3 结果分析

运用GeNIe软件，录入节点先验概率和连接概率并运行，分析结果显示地铁盾构工程造价异动风险概率为P(R=1)=0.673；依据三角模糊数和最大隶属度原则，造价异动风险等级较高。在风险等级较高的情况下，可对贝叶斯网络进行逆向推理分析。例如：现场发生事理维度风险，将事理维度S的风险状态设置为100%，根据已有模型进行逆向推导，显示技术方案选择不当S12、盾构机地层适配度不足S13、已建工程质量不合格S22等因素发生概率较大，因此现场应对上述风险因素重点排查并采取措施。假设该地铁盾构工程发生造价异动现象，则对各根节点进行敏感性分析，输出敏感性较大的风险因素依次为水文地质条件异常W21、设计变更S11、技术方案选择不当S12、盾构机地层适配度不足S13，结合贝叶斯网络结构，分析与该类因素存在因果关系的风险因素，进行重点监控，并准备应对措施。

4 结语

(1)运用WSR理论，建立地铁盾构工程造价异动风险评价指标体系。该体系基于人理、物理、事理，考虑地铁盾构工程特点，遴选包括技术、管理等9个二级指标，盾构机地层适配度不足、材料质量不达标等23个三级指标。

(2) 构建基于 WSR-BN 的地铁盾构工程造价异动风险评价模型，通过正向因果推理，得到地铁盾构工程造价异动风险概率等级；通过反向诊断推理和敏感性分析，识别关键风险因素。对武汉地铁A号线项目进行实证分析，证明了该模型的有效性。

(3)在地铁盾构工程造价管理工作中，应重视水文地质条件异常对设计工作和技术方案选择的影响，保障盾构施工效率，确保工期的顺利推进。下一步的研究可参考项目推进过程中产生的客观数据，对指标体系的客观性和实时性进行优化，以提高此模型的动态性和准确性。