基于風險分析的地鐵項目施工方案比選研究

吳守榮 李琪

(山東科技大學土木工程與建筑學院，山東 青島 266590)

0 引言

進入21 世紀，中國經濟飛速發展，城市化進程日益加快，隨之而來的是城市軌道交通的發展進入高速增長階段。在寸土寸金的大都市里，地鐵已經成為占用土地和空間少、運輸能量大、運行速度快、環境污染小、乘客安全舒適的理想交通方式。地鐵線路大多位于市區中繁華熱鬧之處，具有工程結構復雜，施工難度大，潛在建設風險種類多等特點［1］，如果在項目前期施工方案選擇時考慮不周，很可能會給之后的施工建設階段埋下隱患，所以在施工方案比選時就應考慮實施的風險，選取風險最小的方案，將風險損失控制到最小。

1 地鐵項目施工方案風險評價體系的構建

1.1 地鐵項目施工方案風險評價

地鐵項目施工方案選擇中的風險因素識別是地鐵施工準備階段的重要工作，對施工階段風險控制有著決定性影響。地鐵項目施工方案中要考慮的風險因素如下:

(1)資金風險。主要包括報價風險、財務風險、成本超支、利潤減少等。

(2)質量風險。指工程質量經評價未達標準，主要包括不能及時通過驗收的工藝、材料、工程等。質量問題是地鐵建設的重大問題，會造成資源浪費和不必要的技術難題，直接影響城市的發展速度。

(3)工期風險。主要是由于某種原因造成整個地鐵線路或局部標段的工期延長，不能及時投入使用。

(4)技術風險。主要包括新工藝、新技術方法未能成功應用，施工工藝落后，施工技術和方案不合理或存在漏洞，地基移動或場地沉降影響周邊建筑物等。

(5)環境風險。主要包括施工階段對路面交通的影響時間長，影響程度大、開挖時對周邊管線的破壞、對周邊花草樹木生態環境的影響和對周邊居民衣食住行等日常生活的影響。

(6)安全風險。地鐵施工過程中，出現人身傷亡、安全、健康以及工程或設備的損失等。

1.2 構建地鐵項目施工方案風險評價體系

通過以上分析從資金、質量、工期、技術、環境和安全6 個方面建立地鐵項目施工方案風險評價體系。該體系分為目標層、準則層和方案層，見圖1。

2 地鐵項目施工方案風險評價AHPGRAM 模型的建立

圖1 地鐵項目施工方案風險評價指標體系結構圖

本文將AHP 法與GRAM 法有機結合起來，建立AHP-GRAM 風險評價模型［2-7］。基本思路為:先用專家打分法［8］確定風險評價體系中各風險準則權重，確定各風險準則權重組成的待檢模式向量，再由AHP 法計算出方案層中各風險準則相對權重組成的典型風險特征矩陣，最后利用GRAM 法通過典型風險特征矩陣與待檢模式向量之間的灰色關聯度計算得出關聯度序列。AHPGRAM 模型的建立步驟如下。

2.1 構造判斷矩陣

(1)確定各風險準則權重系數。根據地鐵項目施工方案風險評價指標體系中準則層6 個準則的重要程度，賦予相對應的權重，再進行歸一化處理。通過網絡調研的方式由相關行業具有豐富經驗的專家對各個準則進行打分，再通過統計方法來確定出各個準則最終的權重大小。

(2)確定方案層中各風險準則相對權重系數。利用AHP 法在各風險準則下建立各方案判斷矩陣，采用1 ～9 標度法將相對重要性量化，并進行一致性檢驗確定相對權重是否合理。

2.2 灰色關聯度定義

(1)主要基本概念。設T 為地鐵施工方案比選事件，i = 1，2，…，m 為m 個施工方案，xj(j =1，2，…，n)為影響施工方案比選的n 個風險準則權重。設Xi為系統因素，其在序號上的觀測數據為xi(k)，k = 1，2，…，n(k 即為n 個風險)，則稱Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}為因素Xi的行為序列，則導致地鐵項目施工方案風險比選的結構函數可表示為:φ(x)= φ(x1，x2，…，xn)。

設系統行為序列X∏= {x∏(1)，x∏(2)，…，x∏(n)}，相關因素行為序列Xi= {xi(1)，xi(2)，…，xi(n)}，i = 1，2，…，m。對于ζ ∈(0，1)，令

(2)確定典型風險特征矩陣和待檢模式向量。由AHP 法計算出方案層中各風險準則相對權重，并進行一致性檢驗。這樣，m 個施工方案就構成了一個典型的風險特征矩陣，即

為了準確地評價地鐵項目施工方案比選結果的各種風險準則，可以從xj(j = 1，2，…，n)的重要度開始分析。這里的重要度定義為該風險準則對施工方案比選影響程度的大小，即權重系數。n個風險準則按其權重系數就組成了一組待檢模式向量{XΠ}，即

風險準則不同，施工方案比選所受影響程度就不同，其重要度亦不同。

2.3 關聯度的計算

通過{XΠ}與典型風險特征向量{Ti}(i = 1，2，…，m)之間灰色關聯度的分析計算，得到關聯度序列。之后，依次從大到小排列關聯度，這樣就可以分析得出各個地鐵項目施工方案風險可能性的大小，比選出風險最小的方案，并為風險控制提供參考。

3 實例分析

3.1 工程概況

青島地鐵3 號線五四廣場站位于香港西路與山東路路口，沿香港西路東西向布置。緊鄰青島市政府和五四廣場，周邊還有香格里拉酒店、頤和國際大廈、中鐵青島中心(在建)等重要建筑物。五四廣場站是地鐵3 號線與2 號線的平行換乘站，車站為5 柱6 跨雙層框架結構，長277.6m，寬44.8m，平行設置兩個14m 寬站臺，基本實現“零距離”同臺換乘，是青島在建的最大平行換乘車站。車站設置了7 個出入口，同時還與周邊新建物業結合，在保證地鐵功能和投資的基礎上，最大限度地方便了旅客在周邊建筑物和地鐵中的穿行。該地鐵車站主體施工備選方案有4 種分別為:①方案1:蓋挖順做法;②方案2:全明挖法;③方案3:明挖法和蓋挖逆做法結合;④方案4:明挖法和蓋挖順做法結合。

3.2 備選施工方案風險計算

(1)確定各風險準則權重系數。通過上述方法得到的各風險準則的綜合權重系數為W = (r1，r2，r3，r4，r5，r6) = (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(2)確定方案層中各風險準則相對權重系數。通過AHP 法得到四個方案在六項風險準則中的權重系數分配如下:①資金風險W1(0.537，0.049，0.279，0.135);②質 量 風 險W2(0.050，0.324，0.271，0.355);③工 期 風 險W3(0.476，0.057，0.258，0.209);④技 術 風 險W4(0.479，0.050，0.339，0.132);⑤環 境 風 險W5(0.064，0.467，0.175，0.294);⑥安 全 風 險W6(0.356，0.237，0.214，0.193)。

(3)確定典型風險特征矩陣和待檢模式向量。由上述可得，典型風險特征矩陣為

由風險準則權重系數組成的待檢模式向量為

XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)

(4)計算關聯度。以XΠ= (e1，e2，e3，e4，e5，e6)= (0.132，0.289，0.166，0.131，0.088，0.194)為母因素，Ti(i =1，2，3，4)為子因素，對{XΠ}作初始化處理，得

由上述可得出差序列矩陣

故

(5)結果分析。由此可知:γΠ4＜γΠ2＜γΠ3＜γΠ1，則Ti對XΠ的關聯度中，施工方案4 關聯度最小，即在青島地鐵3 號線五四廣場站施工方案比選中，方案4 為比選風險最小方案，可采用方案4 明挖法和蓋挖順做法結合的施工方案。

4 結語

在全國各地大力推進地鐵建設的背景下，本文從風險分析的角度出發，根據地鐵建設的特點，建立地鐵項目施工方案風險評價體系和AHP-GRAM 評價模型，通過對備選方案的風險評價，確定最合適的施工方案。通過青島地鐵3 號線五四廣場站實例證明該方法的可行性及可操作性。

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