公路隧道工程施工階段質量風險模糊層次綜合評價模型

摘 要：文章首先對影響公路隧道工程施工階段質量風險的人員、物、方法、環境四大因素進行了識別，建立了風險指標體系，對評價指標進行量化，構建了模糊層次綜合評價模型，并以湖南省懷通公路隧道工程為例進行分析，論證了該模型的正確性。

關鍵詞：公路隧道工程 施工階段風險 評價指標體系 模糊層次評價模型

中圖分類號:F540.3 文獻標識碼:A

文章編號:1004-4914（2012）02-290-04

一、引言

本文對公路隧道工程施工階段質量風險的研究，在參考工程質量風險評價以及其他行業的風險評價研究的基礎上，將風險評價的基本理論應用于公路隧道工程質量風險評價，實現對公路隧道工程施工階段質量風險評價的研究與探討。本文對公路隧道工程施工階段風險評價進行全面研究，完善隧道施工質量風險管理體系，為從事隧道施工的單位和相關人員提供分析隧道施工階段質量風險的管理方法及應用程序具有重要的理論意義和現實意義。

二、公路隧道工程施工階段質量風險的構成與指標分析

公路隧道工程項目規模大、投資高、涉及面廣、技術密集，對社會、國民、經濟等要素都有著重大影響。公路隧道工程質量風險是將一般質量風險概念運用于隧道工程研究中的特例，是指隧道工程項目在設計、施工和竣工驗收等各個階段可能遭遇的質量風險。本文主要從人員的因素、物的因素、方法的因素、環境因素等四個方面對公路隧道工程項目施工階段存在的質量風險進行分析。

1.人的因素。人是指直接參與隧道工程施工的組織者、指揮者和操作者。人作為控制的對象，是避免產生失誤；作為控制動力，是充分調動人的積極性，發揮人的主導作用。人的因素影響主要包括人的技術水平、人的生理缺陷、人的心理行為以及人的錯誤行為等。而其中人的政治素質、業務素質和身體素質是影響質量的首要因素。故本文在總結人的指標歸納為兩個:隧道工程管理者的素質和操作者的素質。

2.物的因素。公路隧道工程作為實體工程，物的因素影響是必然的。本文主要討論物的因素主要包括材料（包括原材料、成品、半成品、構配件）和機械設備對公路隧道工程質量風險的影響。材料構成隧道工程實體的物質基礎，材料費約占隧道工程造價的60%，而且品種多，數量大，所以工程材料的質量對工程項目的質量有著重要的影響，因此對公路隧道工程材料的質量進行嚴格控制對提高隧道工程的質量具有重要的意義。

隧道工程施工中采用了大量的各種施工機械，加快了施工進度，也促使了隧道施工技術的不斷發展，而其中機械設備的選擇和利用率，是主要部分。故本文以機械設備選擇的合理性和機械設備的利用率作為其主要指標之一，來分析其對隧道工程質量風險的影響。

3.方法的因素。隧道工程所謂方法主要是指隧道工程項目的施工組織設計、施工方案、施工技術措施、施工工藝、檢測方法和措施等。所采取的“方法”是否得當，直接影響到工程項目的質量形成，特別是施工方案是否合理和正確，不僅影響到施工質量，還對施工的進度和費用產生重要影響。因此應結合工程項目的實際情況，從技術、組織、管理、經濟等方面進行全面分析，確保施工方案在技術上可行、經濟上合理，方法先進，操作簡便，既能保證工程項目質量，又能加快施工進度，降低成本。

4.環境的因素。影響隧道工程質量的環境因素較多，歸納起來有三個方面，即隧道工程技術環境、隧道工程管理環境和勞動環境。其中，隧道工程技術環境即隧道工程地質、地形地貌、水文地質、工程水文、氣象等；隧道工程管理環境主要包括質量管理體系、質量管理制度、工作制度、質量保證活動等；勞動環境包括勞動組合、施工工作面等。在工程項目施工中，環境因素是在不斷變化的，如施工過程中氣溫、溫度、降水、風力等。前一道工序為后一道工序提供了施工環境，施工現場的環境也是變化的。不斷變化的環境對隧道工程項目的質量就會產生不同程度的影響。因此，環境因素的控制，就是要通過合理確定施工方法，安排施工時間和交叉作業等，為施工活動創造有利于提高質量的環境。

三、公路隧道工程施工階段風險評價模型的構建

1.評價指標體系的建立。根據前面對公路隧道工程施工階段質量風險因素的分析，本文建立以下指標體系，如圖1所示。

2.模糊層次評價模型的建立。

（1）確定因素的層次。設因素集為U=（u1，u2，…，um），ui（i=1，2，…m）為第一層次（即最高層次）中第i個元素，它由第二層次中n個因素決定。即：

ui=（ui1，ui2，…，uin），（i=1，2，…m）

（2）建立權重集。運用AHP法分析每一層中各個指標的重要程度，分別給每一指標賦予相應的權重并進行歸一化處理。通過10名相關行業、有豐富經驗的專家對該項目各方案中的每個因素進行打分，并運用統計方法確定出各個不同因素最終的權值大小。如下表所示:

故歸一化后，一級指標權重分配為：

因素W（0.1186，0.0951，0.3265，0.4598）

同理，可以得出二級指標權重分配：

人的因素W1（0.6210，0.3790）

物的因素W2（0.5360，0.2694，0.1946）

方法的因素W3（0.5373，0.3743，0.0884）

環境的因素W4（0.4325，0.1779，0.3896）

（3）評價集建立。評價集就是評判者對評判對象可能作出的各種總的評價結果組成的集合。公路隧道工程項目施工階段風險程度的評價是一個模糊概念，是用經典數學無法解決的。本文將評價集劃分為五個等級，如下：

V=（v1，v2，v3，v4，v5）={低風險，輕低風險，中度風險，較高風險，高度風險}

（4）評價矩陣。用隸屬度分別描述各子因素相對于評判集V的隸屬程度，得出單因素模糊評判矩陣。

其中，r'ij表示第i個一級評價指標下的第1個二級指標隸屬于第j個評價等價程度，i為一級指標的數目，k為第i個一級指標下的二級指標的數目，n為評判集中評語的數目，r'ij的意義及求法如下:

首先由各位評價委員對每個被評價的子因素進行評定，然后通過統計整理的方法得到相對于子因素Vij的若干個評語:其中包括Vij1個u1級評語，Vij2個u2級評語，…以及Vijn個un級評語，則子因素層指標Vij隸屬于第uk級評語的程度即隸屬度為:

（5）模糊綜合評價運算。

一級模糊綜合評判:

二級模糊綜合評判：

式中，bk（k=1，2，…，p）表示評判對象按第一層次中所有因素評價時，第k個元素的隸屬度。B為模糊綜合評價的結果；W為模糊評價因素權重集合。

此為風險指標評價的最終結果，從中可以直觀地反映出某公路隧道工程施工階段所面臨的質量風險。

四、案例分析

1.工程概況。湖南省HT高速公路是國家高速公路網“7918網”規劃南北縱向線中的第7縱—包頭至茂名國家高速公路的重要組成部分，是湖南省“五縱七橫”高速公路網規劃中的第5縱。HT高速公路起自懷化市竹田西互通，與SH高速公路懷化連接線相接，并與包茂高速公路JH段相接，路線全長197.636Km。

本項目位于湖南省最偏遠的湘西南，項目區處于云貴高原向江南丘陵的過渡地帶——雪峰山之西麓，呈南高北低的總體地貌格局，地勢起伏明顯，高差較大，侵蝕、溶蝕構造地貌形成溝溪較發達。其隧道多處于板巖地區，圍巖情況整體性較差，多為薄層結構，水系發育，圍巖遇水軟化易崩解，節理裂隙較發育，圍巖級別和原設計有多處不符，針對復雜的施工環境和技術難度，有三位專家參與施工階段風險因素的預測工作，分別是項目經理、風險分析專家和技術專家。

2.施工階段風險評價。根據前文評價指標體系的建立以及層次評價模型的構建，可以確定一級指標和二級指標的權重分配以及評價集的劃分。

用隸屬度分別描述各子因素相對于評判集V的隸屬程度，得出單因素模糊評判矩陣如下：

一級模糊綜合評判:

B1=W1°R1=（0.156，0.204，0.297，0.288，0.115）

B2=W2°R2=（0.259，0.2411，0.295，0.135，0.071）

B3=W3°R3=（0.184，0.165，0.256，0.25，0.145）

B4=W4°R4=（0.237，0.222，0.215，0.223，0.103）

二級模糊綜合評判，并做歸一化處理后為：

此為湖南省HT高速公路隧道工程施工階段質量風險指標評價的最終結果，得出HT高速公路隧道工程施工階段質量風險等級為較高風險。根據以上結果可以得出湖南省HT高速公路隧道工程施工階段質量風險分布餅狀圖：

3.風險評價結果分析及應對。根據以上對湖南省HT高速公路隧道工程施工階段質量風險進行評價，可以得出以下結論：

（1）在人員的因數、物的因素、方法的因數、環境的因素四個影響因素中，方法因素和環境因素所占的比重較大，為主要風險。為減少方法因素引起的質量風險，項目部應積極引進先進的技術（如提高掘進效率和光爆效果等）、采取正確的施工工序（例如：控制好掌子面掘進、下臺階掘進和二襯施工工序的調整以及鋼筋原材料的加工等工序調整工作）。對于環境因素引起的質量風險，項目部應該積極做好地質預報和監控量測工作，及時掌握隧道施工中隧道的地質情況和隧道初支變形、沉降等，以其指導施工，以確保施工的安全與質量，同時建立良好的勞動保障以及質量安全控制制度，以此促使施工有條不紊地進行。

（2）在四大影響因素中，人員風險所占的比重次之，為較主要風險。為減少經濟風險，項目部應根據施工實際情況積極召開技術交流和技術交底會議以及多種形式的培訓工作等，提高項目部隧道工程施工管理水平和施工隊伍現場操作，從而使施工管理者的施工管理水平和施工操作者的操作水平得到提高，并且更好地與施工現場實際情況相結合，使施工隧道質量風險得到較好的控制。

（3）物的因素所占的比重最小，為次要風險。為控制這種因素對質量風險的影響，項目部保證機械使用的合理性與正確性，購置先進的設備，盡量避免設備閑置，以確保施工的效率，在實際操作中，重視技術交底工作，使機械的操作更加規范，保障隧道施工的順利進行。

五、結論

該評價模型具有可行性和易操作性等特點，通過以上建立的指標體系和模型，可以對某一公路隧道工程施工階段質量風險進行評價，從而得出隧道工程的質量風險水平。

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（作者單位：長沙理工大學 湖南長沙 410000）

（責編:賈偉）