基于因子分析法的超大深基坑工程的質量風險因素分析

周迅 張兵 洪燕 趙慶華

(1.江蘇揚建集團有限公司，江蘇 揚州 225002；2.揚州大學，江蘇 揚州 225127)

0 引言

伴隨著城市化進程的不斷加快，土地資源日趨緊張，全國各地迎來了地下空間開發建設的熱潮，并涌現出一系列超大超深基坑工程。這些超大深基坑往往位于人口密集和建筑密布的城市中心，由于周邊環境復雜，再加上施工現場條件差、技術難度大、工期長、對環境影響控制要求高和施工不確定性因素多等，超大深基坑的多工種、多工藝環節在時間和空間上的協調與交叉融合難度不斷增大，導致其工程質量約束條件復雜。

與此同時，作為施工難度系數非常大的工程，質量對基坑及其周邊安全的重要性不言而喻。一方面，當前超大深基坑開發呈現出向“越挖越深，越挖越大，周邊環境越挖越復雜”的超深和超大規模化發展，大量基坑項目質量管理往往是邊開挖、邊實踐、邊摸索的“三邊工程”，工程質量管理時常依靠經驗或半經驗半理論的方法，直接導致超大深基坑在整個施工過程中面臨著由各種因素引起的施工質量風險，一旦把控不嚴容易誘發重大質量安全事故和生命財產損失。相關調查表明，超大深基坑質量事故發生率占基坑項目數量的20%左右[1]。另一方面，由于參與部門多、時空效應明顯和環境效應復雜等，超大深基坑工程在全生命周期內面臨著較高的質量風險。

綜上，超大深基坑是重大質量風險源項目，其質量問題已成社會關注的焦點。鑒于此，本文針對超大深基坑工程高風險的特點和施工管理實際情況，從工程施工風險發生的規律性和系統的角度出發，運用全生命周期質量管理理念進行超大深基坑質量風險識別和評估，從錯綜復雜的風險因素中對質量風險進行系統分析，初步構建超大深基坑質量風險體系，對建立良好的施工質量風險管理體系具有一定參考價值。

1 文獻綜述與風險因素選取

根據工程界和學術界的共識，如果項目的開挖深度超過5m，或者周圍環境較為復雜，或者地下管線復雜，則稱之為超大深基坑。超大深基坑具有形狀復雜、占地面積大且開挖深等特點。超大深基坑質量風險是學術界和社會的熱點話題之一，對超大深基坑的質量及其風險的研究起源于20世紀末，在地下工程施工過程的質量監測與控制方面涌現出大量文獻。

國外專家、學者大多結合實例對地下工程特別是超大深基坑的質量風險管理進行研究。在阿姆斯特丹南北地鐵線路設計和施工的風險管理中，Snel和Hasselt首先提出IPB風險管理模式[2]。Clark采用風險指數的方法，對美國西雅圖地下交通線工程規劃和初步設計階段進行了風險分析。國內研究也指出超大深基坑質量事故的發生大多是由搶工和所謂的“創造速度奇跡”等違背客觀規律和缺乏基本工程常識造成的[3]。韓淑君等根據工程實例總結超大深基坑的兩類施工質量風險，即圍護體系風險和基坑坍塌、結構失穩風險[4]。張劍敏等則通過142例工程事故得出，建設單位管理問題、施工前基坑土質等勘測問題、基坑設計施工問題和基坑工程監理問題是質量事故發生的主要誘因[5]。

在具體分析層面，張劍敏等采用層次分析法，從質量風險管理的角度建立了超大深基坑質量風險層次分析模型，確立了主要的質量影響因素，并進行質量風險評價[5]。劉戈等利用層次分析(AHP)與數據包絡(DEA)綜合分析法發現施工材料質量和圍護結構穩定性容易誘發質量事故[6]。周紅波采用貝葉斯網絡建立超大深基坑風險評估模型，發現支撐失穩和支撐荷載超標事件是影響較大的風險源[7]。此外，其他風險評估方法，如風險矩陣法、故障樹分析法、模糊綜合評判法、蒙特卡洛模擬法及在此基礎上基于離散事件樹的蒙特卡洛仿真方法，也被應用到相關研究中。

在法律文件頒布方面，國務院將包括超大地下工程在內的地下工程建設列為國家重點支持的民生工程，并要求完善管廊建設和抗震防災標準，確保工程質量；住房和城鄉建設部針對超大地下工程等危險性較大的項目，頒布了《危險性較大分部分項工程管理辦法》，提出相應的專項施工方案專家論證會、專項施工方案和監測方案等手段和方式；針對地鐵等地下工程，《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》《地鐵與地下工程建設技術風險控制導則》《地鐵及地下工程建設風險管理指南》等規范相繼頒布執行。根據國內外文獻研究不難發現，目前有很多學者將目光轉向工程項目風險分析這一新興領域，從不同角度論述風險管理理論及方法，但是關于有針對性的超大地下工程的質量風險研究仍然較少，并且大部分尚停留在定性分析階段。

因此，本文選取探索因子分析法，用定性和定量相結合方法對超大型地下基坑的施工質量風險進行評估。在建立超大地下工程項目風險影響因素模型時，遵循相關性原則、系統性原則、定性與定量分析原則以及整體性原則，根據目的性、系統性、科學性、簡明性、可操作性、真實性以及完備性等原則，從缺乏信息溝通、施工缺陷、地質勘探不足、不可抗力、設計失誤5個方面開展因素構建和選取，最后對國內外研究中所有的潛在影響因素進行分析和提取，結合實際情況后，共選取49個風險影響因素。

2 實證分析

本研究主要通過調查問卷法、SPSS模型分析法等探索形式篩選出對工程質量起主要作用的因素，再通過這些因素對質量風險的影響進行綜合評價。問卷的可靠性和有效性需要通過進一步檢查，因此通過對模型的維度分量表和總量表進行檢驗。本文根據49個風險影響因素進行問卷設計，并將影響程度分為5級：“極低”“低”“一般”“高”“極高”。同時，在軟件分析中，為了方便分析說明，用1代表“極低”，用2代表“低”，用3代表“一般”，用4代表“高”，用5代表“極高”。

2.1 調查問卷發放

此次問卷發放對象為從事建筑行業的管理人員和工人。此外，考慮到結果調查的準確性、說服性，此次問卷樣本容量為280份。最終，經過數周的數據收集，得到問卷回復240份，其中有效問卷224份，有效率為93.33%，相關統計數據見表1。

表1 樣本數據統計分析

(續)

調查結果顯示，在性別分布上，90%的調查對象為男性；在工作年限方面，5年以上的工作人員占75%；在年齡方面，20～40歲的工作人員占80%；調查人員以基層工作人員為主，大部分是在施工單位工作。因此，數據搜集包含各個階層，且涵蓋范圍較廣，基本符合當前建筑業從業人員的分布情況，能夠保證調查數據真實反映實際情況。本研究采用SPSS軟件進行數據處理。為了使數據分析簡便，對上述49個因素進行編號，依次為Q1，Q2，…，Q49。

2.2 樣本信度檢驗

只有確保數據的有效性和可信度，才能進行進一步處理分析。其中，信度檢驗用來表示對問卷所獲數據的可靠程度，因此本文針對224份有效問卷所獲取的超大地下工程質量影響因素的數據進行信度分析。本研究采用克隆巴赫信度系數法(Cronbach′s alpha values)對問卷數據進行信度檢驗，通過SPSS軟件對問卷數據進行分析。信度分析結果見表2。

表2 可靠性統計量

由表2可以看出，整個調查問卷信度分析的Cronbach′s Alpha為0.955>0.9，基于標準化后的數據信度分析Cronbach′s Alpha系數為0.955>0.9。問卷能準確測量信息，并能滿足分析要求。

2.3 樣本均值分析

在保證問卷數據可信并能滿足統計分析的基礎上，本研究利用SPSS軟件針對樣本數據進行均值分析。按照均值分析結果，選取排名前15位的因素進行分析。結果見表3。

表3 均值和標準差分析結果

表3中排名前15位的因素，均值都達到了3分以上，“材料劣質”“設計失誤”“鋼筋、混凝土試驗不合格”均值最大，是影響超大地下工程質量最主要的3種因素。在這3種因素中，其中有兩種涉及材質，說明對質量影響最大的因素是材料。施工過程中的因素，如“施工趕期”“施工過程中偷工減料”等在15個因素中也占有一定比重，說明施工過程對質量也有一定的影響。

2.4 因子分析

因子分析是一種多元統計方法，主要根據因子的影響力大小提取相應的指標，通過降維的方式從原始變量中找到公共因子，從而找出潛在關系。本文采用社會調查數據進行分析時，為確保主成分有意義并能表現因子和測量項之間的關系，需要進行因子旋轉。

本文采用主成分分析法，通過軟件SPSS用特征值>1作為標準共提取因子11個(表4)。初始累積方差解釋率為75.746%；最大方差法旋轉后，11個因子的累積方差解釋率為75.75%，說明問卷結構效度較好。表5給出了各個因子的名稱、解釋程度和涉及的影響因素。

表4 解釋的總方差表

表5 影響因子的因子分析結果

從表5可以看出，11種影響因子的作用存在顯著差異，最大影響因子的解釋率超過30%，而最小影響因子的解釋率僅為2%。為了抓住超大深基坑施工質量的主要影響因子，本研究根據分析結果選取解釋率超過5%的因子進行詳細解釋，具體分析如下：

因子1：參與各方互動交流程度低。溝通管理是項目管理知識體系中一個重要的知識領域。在整個項目中，項目經理需要將75%以上的時間花在溝通上，可見溝通在項目中的重要性。而在目前的超大深基坑施工中，經常會出現由于業主方不滿意而返工、由于相關文件回復不及時而引起工程價款爭議等現象，這都是由于各方缺乏有效的互動交流引起的。

因子2：監管機制缺位。超大深基坑施工質量監督管理是一項系統、復雜的工作。因為超大深基坑的規模龐大，施工過程復雜，再加上參與方較多，人員流動性較大，給監督管理工作帶來很大的困難，并由此帶來相應的質量安全問題，如施工過程中的偷工減料、建設單位盲目趕工期等。因此，針對當前建筑工程質量與施工安全管理中存在的問題，需要從分析問題入手，提出有效的解決方案，規范建筑市場，進一步做好超大深基坑施工管理工作。

因子3：項目全過程管理體系不完善。盡管我國建筑行業發展歷史悠久，但對超大深基坑從開始到結束的全過程質量管理仍存在諸多不足。如在現場施工中，經常會出現建設單位不按照審查圖樣施工、施工單位自行更改工程設計等現象，這些都是在缺乏全過程管理的情況下發生的。

因子4：維護管理體制不健全。在超大深基坑建設過程中，機械、材料等是施工的基礎。盡管我國建筑企業的生產規模在不斷擴大，但是大部分施工企業在超大深基坑機械設備維護、材料質量監管等方面的能力仍然較薄弱。這就會直接影響建筑行業的生產質量，日積月累將會導致超大深基坑質量問題。

3 結語

在建筑行業高速發展的大背景下，如何控制并降低超大深基坑質量風險，提高超大深基坑質量管理已成為整個建筑行業的重中之重，而定性與定量相結合的系統梳理和歸納總結影響超大深基坑質量風險因素，有利于為提高質量提供參考。

本文研究結果表明，要降低質量風險，首先要加強材料監管。任何工程質量都依賴于材料質量，尤其是超大深基坑工程這類復雜項目，需要對施工材料進行嚴格的控制。其次，還要對施工中用到的設備進行嚴格把控，實時進行檢修。最后，應推進信息化施工。超大地下工程需要融入信息技術，BIM等技術的應用不僅可以對地下工程質量進行實時監控，還可以有效避免返工，提高項目效益。