基于AHP-CIM模型的軌道交通項目進度風險評價
——以寧波地鐵5號線1期項目為例

葉如 陳逸齋 周詩雨 許學(xué)國

(1.寧波市軌道交通集團有限公司，浙江 寧波 315000；2.上海大學(xué)管理學(xué)院，上海 200444)

0 引言

當前，隨著城市軌道交通建設(shè)蓬勃發(fā)展，軌道交通項目進度管理受到廣泛關(guān)注。受線路規(guī)劃、征地拆遷、交通疏解等制約因素影響，軌道交通項目進度管理難度較大，存在風險多關(guān)聯(lián)、結(jié)構(gòu)多疊加等問題。與軌道交通項目設(shè)計、竣工、運維階段相比，施工階段進度管控成為項目進度管理的主要內(nèi)容。

近年來，國內(nèi)學(xué)者對軌道交通項目的研究側(cè)重于設(shè)計、方案、模式等方面[1-5]，缺乏對軌道交通項目進度風險方面的研究。柴國榮等[6]構(gòu)建了地鐵項目施工安全風險系統(tǒng)動力學(xué)模型，通過調(diào)整勞動力、工作強度和加班時間三個指標的權(quán)重賦值進行仿真模擬。王張軍等[7]基于WSR-GCM建立了青島軌道交通施工進度風險指標體系，利用灰色聚類對其進行評價。李瀟等[8]將計劃評審技術(shù)與貝葉斯網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，構(gòu)建了進度風險分析模型，將語言變量轉(zhuǎn)化為概率值，用以推算工程進度的期望值和風險概率。

基于此，本文采用基于層次分析法(AHP)和控制區(qū)間與記憶模型(CIM模型)的混合進度風險評價方法，以寧波地鐵5號線1期項目為研究對象，分析該項目進度風險主要影響因素和風險概率，并提出相應(yīng)措施，以期提升城市軌道交通項目進度管理水平。

1 基于AHP-CIM的施工進度風險評價方法概述

1.1 CIM模型簡介

CIM控制區(qū)間和記憶模型是一種有效的概率分布疊加方法[9]，可以簡化概率分布疊加計算。CIM模型分為兩種，即并聯(lián)響應(yīng)模型和串聯(lián)響應(yīng)模型。該模型既能處理變量相互獨立的問題，又能處理變量相關(guān)的問題，是一種對風險因素進行組合、量化評價的新方法。假設(shè)一項活動中有多個風險因素存在，無論哪一個風險因素都會使得活動受到影響，那么，風險U1,U2,…,Un的概率分布組合模型被稱為并聯(lián)響應(yīng)模型，將這種并聯(lián)概率曲線的疊加稱為概率乘法。在寧波地鐵5號線1期項目施工過程中，各級風險因素均具有不確定性，因此適用并聯(lián)響應(yīng)模型。

1.2 層次分析法簡介

層次分析法(AHP)是指將與決策有關(guān)的因素分解為多個層次，如目標層、準則層、方案層等，以此為基礎(chǔ)進行定性分析和定量研究[10]。通過構(gòu)造對比矩陣，確定矩陣和單排序結(jié)果的一致性，得到各因素權(quán)重集，可解決多目標、多準則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題。

1.3 評價過程

本文基于CIM模型和AHP的混合進度風險評價方法，通過AHP確定評價指標權(quán)重，利用CIM模型將指標值轉(zhuǎn)化為進度風險概率，最終確定風險等級。該方法以專家群體決策意見為基礎(chǔ)，將指標權(quán)重與風險概率相結(jié)合，更加科學(xué)地實現(xiàn)定性與定量、主觀與客觀之間的轉(zhuǎn)化，在公路[11]、地鐵[12]、水電[13]等領(lǐng)域的工程項目風險評價中取得了良好效果。具體分析步驟如下：

(1)識別進度風險因素，構(gòu)建風險評價指標體系。

(2)通過兩兩對比重要程度構(gòu)建判斷矩陣，計算特征向量和特征值，并進行一致性檢驗，確定各影響因素權(quán)重。

(3)依據(jù)專家評分數(shù)據(jù)，確定評價對象各底層指標風險等級概率分布Pid。公式如下

(1)

式中，K表示專家人數(shù)；Kd表示認為風險因素i屬于風險等級d的專家人數(shù)。

(4)運用CIM并聯(lián)響應(yīng)模型將軌道交通項目進度風險等級向上疊加，逐層計算各風險因素概率分布，并聯(lián)疊加公式，得到

(2)

式中，U1和U2分別表示兩個影響因素；di為概率區(qū)間的組中值。

(5)依據(jù)各級指標權(quán)重，確定該項目總體進度風險概率分布，進而判斷風險評價等級。

2 軌道交通項目進度風險評價指標體系

軌道交通項目施工操作復(fù)雜，存在較多風險因素。對中國知網(wǎng)近10年核心期刊文獻進行檢索，關(guān)鍵詞設(shè)置為“軌道交通”“地鐵項目”“進度風險”等，在梳理相關(guān)文獻的基礎(chǔ)上，依據(jù)專業(yè)知識和專家評價，整理出15個主要風險因素，并歸納為人員因素、機械因素、管理因素、技術(shù)因素、環(huán)境因素五大類一級風險因素。軌道交通項目一級風險因素和二級風險因素見表1。

2.1 人員因素

通過對盾構(gòu)機等施工設(shè)備配備專業(yè)崗位人員，避免頻繁更換人員導(dǎo)致的項目質(zhì)量及進度風險。同時，管理人員需要具有較強的責任心和豐富的實踐經(jīng)驗。此外，運營環(huán)節(jié)作為軌道交通項目管控的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，站務(wù)人員的應(yīng)急聯(lián)動能力也十分重要。

2.2 機械因素

在盾構(gòu)穿越過程中，應(yīng)盡可能保持勻速推進，以減小盾構(gòu)推進對前方土體的擾動。盾構(gòu)姿態(tài)變化不可過大/過頻，以減少盾構(gòu)施工對地層的擾動。此外，該項目對施工機械用具的要求較高，機械設(shè)備的運行狀態(tài)、機械類型、主要參數(shù)、配置選取、供應(yīng)進度等都會影響項目進度。

2.3 管理因素

該項目創(chuàng)新性地提出了全包干、全委托、全認可的征地拆遷“三全”管理模式，確立了三個主體：指揮部為拆遷主體，區(qū)政府為責任主體，街道為工作主體。三方共同制定征地拆遷考核辦法，強化激勵機制，推進征地拆遷工作。由此可見，合理的組織架構(gòu)和管理模式是軌道交通項目進度風險的主要影響因素。

2.4 技術(shù)因素

該項目涉及許多技術(shù)問題，如將CP Ⅲ控制網(wǎng)與無砟軌道精調(diào)的相關(guān)技術(shù)引入鋪軌施工，提升了整體道床軌道的高平順性與乘坐的舒適性。在該項目施工過程中，門檻、排水溝閘板預(yù)埋件混凝土必須與門框墻共同澆筑，定位支座必須在道床施工時澆筑，工序的協(xié)調(diào)難度較大。由此可見，專業(yè)交叉施工難度大、專項施工方案不成熟、系統(tǒng)運行及性能測試不成熟是影響軌道交通項目進度風險的關(guān)鍵因素。

2.5 環(huán)境因素

寧波屬于典型的軟土地區(qū)，土層含水率高、壓縮性高、靈敏度高，但強度低、透水性差。加之，寧波市的軌道交通線路較多，且大多鋪設(shè)在交通主干道地下，線路上方建筑物與市政設(shè)施較多，因此施工環(huán)境極為復(fù)雜。由此可見，軌道交通項目進度與當?shù)厥┕さ臍夂驐l件、水文地質(zhì)條件、施工環(huán)境復(fù)雜程度等因素關(guān)系密切。

3 實證研究

本文以寧波地鐵5號線1期項目為例。該工程線路全長27.945km，均為地下線；共設(shè)22座車站，其中，換乘站10座，全線平均站間距1.27km。該項目具有工程體量大、拆遷難度大、施工工藝新、建設(shè)工期緊等特點，項目進度管理難度極大。

3.1 計算風險因素權(quán)重

根據(jù)該項目的實際情況，邀請10名專家參與問卷調(diào)查，采用1～9標度法進行評判。一級風險因素權(quán)重計算結(jié)果見表2。由計算可知，一級風險因素的特征向量為5.146 8，一致性比率為0.032 8<0.1，滿足一致性檢驗。同時，認定各二級風險因素權(quán)重相同。

表2 一級風險因素權(quán)重計算結(jié)果

從表2可知，該項目進度風險影響因素重要性排序為：管理因素>技術(shù)因素>人員因素>環(huán)境因素>機械因素。其中，管理因素和技術(shù)因素權(quán)重較高，這是由于該項目線路較長且跨越不同的行政區(qū)域，施工前需要協(xié)調(diào)交通、城管、綠化、管線等多家單位辦理施工許可手續(xù)。政策協(xié)調(diào)涉及的部門較多，管理人員協(xié)調(diào)難度較大。同時，該項目參建單位在項目管理過程中需要協(xié)調(diào)接口、作業(yè)交叉等不同工作，工作量巨大。因此，管理因素的風險控制是該項目進度風險控制的重要環(huán)節(jié)。

3.2 計算風險分布概率

首先，構(gòu)建風險評價集V，設(shè)V={風險高、風險較高、風險一般、風險較低、風險低}；其次，邀請10名專家對各二級風險因素打分，并計算風險概率。二級風險因素分布概率見表3。

表3 二級風險因素分布概率

3.3 計算風險概率

運用CIM模型并聯(lián)響應(yīng)模型計算主要風險因素概率分布。以環(huán)境因素E為例，通過并聯(lián)響應(yīng)模型計算E1與E2的風險概率，結(jié)果見表4。

表4 E1與E2的風險概率計算結(jié)果

同理，疊加E3得出環(huán)境因素E的風險概率，見表5。

表5 環(huán)境因素風險E的風險概率

以此類推，計算出5個主要因素風險概率，見表6。

表6 主要因素風險概率

綜上所述，寧波地鐵5號線1期項目進度風險總概率分布見表7。

表7 寧波地鐵5號線1期項目進度風險總概率分布

3.4 評價結(jié)果分析

綜上所述，寧波地鐵5號線1期項目進度風險處于較低等級，風險概率為35.04%。主要風險包括機械類型、主要參數(shù)、配置選取不合理B3，組織措施不到位C1，參與方之間的協(xié)調(diào)與干擾C2，進度計劃實施與監(jiān)督不力C3，專業(yè)交叉施工難度大D1。

由此可見，該項目進度風險影響因素具有較大的隨機性。在項目施工過程中，針對上述主要風險采取如下應(yīng)對措施：

(1)有針對性地對項目管理和技術(shù)人員進行培訓(xùn)，提升相關(guān)人員專業(yè)技術(shù)水平，規(guī)范操作過程，減少人員因素對項目的不利影響。

(2)基于該項目建設(shè)特點，在前期開展專家會談，進行技術(shù)交底，有效規(guī)避進度風險。

(3)借鑒其他項目的先進管理模式，構(gòu)建符合該項目特點的動態(tài)風險監(jiān)控管理模式。

4 結(jié)語

本文通過梳理和研究相關(guān)文獻，構(gòu)建了包含人員、機械、管理、技術(shù)、環(huán)境五大類風險因素的軌道交通項目進度風險評價體系。通過實地調(diào)研，結(jié)合專家調(diào)查結(jié)果，建立了AHP-CIM風險評價模型，運用混合進度風險評價方法計算主要風險指標權(quán)重系數(shù)和風險概率分布。以寧波地鐵5號線1期項目為例進行實證研究，計算該項目五大因素所處風險等級的概率分布，得到的評價結(jié)果與實際工程進度監(jiān)測結(jié)果相符，進一步驗證了該方法的科學(xué)性和有效性，同時提高了該項目風險管理的效率與質(zhì)量。主要結(jié)論如下：

(1)在軌道交通項目進度風險一級影響因素中，管理風險因素所占權(quán)重最大，為0.512；其次是技術(shù)風險因素和人員風險因素，所占權(quán)重分別為0.212和0.124；環(huán)境風險因素所占權(quán)重較小，為0.101；機械風險因素所占權(quán)重最小，為0.051。

(2)在寧波地鐵5號線1期項目中，人員因素在較低風險等級的分布概率為0.492，機械因素在低風險等級的分布概率為0.352，管理因素在一般風險等級的分布概率為0.476，技術(shù)因素在低風險等級的分布概率為0.488，環(huán)境因素在低風險等級的分布概率為0.608。綜合評價結(jié)果可知，該項目進度風險處于較低等級，風險概率分布為0.35。

(3)基于AHP-CIM建立軌道交通項目進度風險評價模型，有效解決了風險指標體系不可觀測等問題。根據(jù)各風險因素的概率分布發(fā)現(xiàn)，進度風險主要受機械類型及參數(shù)配置、管理的組織措施與計劃監(jiān)督、參與方的協(xié)調(diào)方式以及專業(yè)交叉施工難度各項因素影響。本文研究成果可為其他類似項目的進度風險管理提供參考。