地下综合管廊全寿命周期风险评估与分析

张 勇, 张然然

(西安建筑科技大学 管理学院，陕西 西安 710055)

近年来，“马路拉链”“空中蜘蛛网”等现象频发，地下综合管廊可将各类市政管线收纳入廊，统筹规划，统一管理，有效解决此种现状，提升城市形象，因此，我国积极设立试点城市，以探索地下综合管廊建设.同时，《国务院办公厅关于推进城市地下综合管廊建设的指导意见》(国办发〔2015〕61号)中要求全面推动地下综合管廊建设.地下综合管廊具有建设周期长、资金投入量大、投资回收期长的特点，且我国地下综合管廊建设尚处于探索阶段，技术与管理难点众多，因此，其全寿命周期内存在大量风险因素，极易导致项目失败，影响经济与社会效益.研究地下综合管廊全寿命周期潜在风险，做好应急预案，有利于项目的安全建设和推广.

目前，国内外学者对地下综合管廊风险的研究涉及规划、设计、施工、运维各个阶段，但缺乏全寿命周期风险的系统研究.Canto .Perello J等[1]识别了地下综合管廊中的人为风险因素，提出有利于员工适应隧道工作环境的规划建议；杨秋侠等[2]构建地下综合管廊中心线定位优化模型，为降低规划风险提供新思路；邵帅等[3]以大连市某地下综合管廊穿越既有铁路为例，介绍穿越既有铁路路段的加固设计和施工要点，具有理论和实践意义；桂小琴等[4]通过“囚徒困境”模型和激励理论对地下综合管廊建设资金分摊问题及激励机制进行了研究，有利于降低运维风险；刘慧慧等[5]采用VFM评价PPP模式下的地下综合管廊全寿命周期成本风险；李芊等[6]归类、说明了地下综合管廊全寿命周期各个阶段风险因素，并提出风险策略建议；韦海民等[7]识别并过滤分析地下综合管廊施工阶段的风险因素.

现有的地下综合管廊风险研究均将风险因素看成独立个体，且主要集中在因素识别和风险应对方面，缺乏因素内部影响关系及风险分析的相关研究.地下综合管廊全寿命周期风险因素众多，其内部影响会随着项目的进展不断加深，极易引发工程事故，造成经济损失和人员伤亡.对地下综合管廊全寿命周期风险因素进行准确的评估与分析，找出关键风险因素，分析其内部关联关系，有利于针对性地进行风险控制，降低项目事故发生率.

1 风险识别及数据收集

1.1 风险识别

风险识别是风险评估、分析的前提和基础，全面、客观、准确的风险识别，有利于提高评估和分析结果的准确性.参考《城市综合管廊工程技术规范》(GB50838—2015)和相关文献，结合地下综合管廊工程特点，从全寿命周期角度入手，归纳整理风险因素，确定4个一级指标和32个二级指标，最终得出风险指标体系[2-8]，如表1所示.

表1 地下综合管廊全寿命周期风险指标体系及调查问卷原始数据汇总表

注：Pi,j表示在所有有效问卷中，对第i个风险因素的评价值为j的数量

1.2 问卷设计及数据收集

本文主要研究地下综合管廊建设过程中的风险因素及其重要程度，计算相关权重，实现风险分析.为保证研究结果的有效性，采用问卷调查法对相关人员进行调研，获取可靠资料.问卷包括四个部分：导言、被调查者基本信息、风险因素重要性打分、开放性问题.其中，第三部分为问卷的核心部分，分值设计和打分标准为：非常不重要计1分，比较不重要计2分，一般重要计3分，比较重要计4分，非常重要计5分，且该部分对风险因素进行了解释说明，保证被调查者对风险因素的理解和认知保持一致；开放性问题主要针对问卷存在的不足提出意见或建议.

采用现场发放方式，共计发放问卷120份，回收107份，删除有明显规律和严重缺项的问卷9份，得有效问卷98份，有效回收率81.67%.从被调查者基本资料来看(如表2)，被调查者受教育程度相对较高，对地下综合管廊风险因素理解无障碍，数据来源相对合理.

在问卷数据使用前，为保证其有效性，需进行可靠性检验.Cronbach’s Alpha系数，即α系数是目前最常见的检验数据可靠性的方法，本文沿用此方法.α系数的取值范围为0～1，取值越大，则问卷数据内部一致性越大，可靠性越高.一般认为，当0.7<α<0.9时，问卷数据高度可信.采用SPSS 20.0计算α系数，经计算，地下综合管廊全寿命周期4个阶段的α系数分别为0.795、0.801、0.833、0.786，均大于0.75，故可靠性较高，可用于下一步的风险评估与分析.对问卷原始数据进行汇总，汇总结果如表1所示.

2 基于IFAHP的地下综合管廊全寿命周期风险评估

2.1 层次结构体系构建

地下综合管廊全寿命周期风险的层次结构体系可划分为A、B、C三个层次，其中，A为目标层，代表地下综合管廊全寿命周期风险；B为一级指标层，即为地下综合管廊全寿命周期4个阶段的风险；C为二级指标层，共包含32个风险因素；层次结构体系图如表1所示.

2.2 确定三种判断矩阵

表2 被调查者资料统计

2.3 确定指标权重

采用行和归一化法，即可得出精度较低的排序向量权重，在此基础上，采用乘幂法计算精度较高的排序向量权重.利用叠代法求解方程En×nV=λmaxVn×1，其中En×n为互反型判断矩阵，λmax为矩阵E的最大特征值，Vn×1为λmax对应的特征向量；取精度较低的排序向量权重W(0)为叠代初值V0，将其与数值分析中的无穷范数运算相结合，进一步求出精度较高的排序向量权重W(K)，计算步骤具体如下：

(1)确定绝对误差ε=1/1 000，最大叠代次数N=10；

(2)确定特征向量的叠代初值V0=(v01,v02,…,v0n)，则V0的无穷范数‖V0‖∞=max{v01,v02,…,v0n}；

(4)若‖Vk+1‖∞-‖Vk‖∞<ε，则‖Vk+1‖∞为最大特征值λmax，将Vk+1归一化处理 ，叠代结束，向量W(K)=Vk+1即为排序向量权重；否则，VK=(VK+1,1/‖VK+1‖∞,VK+1,2/‖VK+1‖∞,…,VK+1,N/‖VK+1‖∞)作为新初值，进行再次叠代.

经过四次叠代，将精度较低的排序向量转化为精度较高的排序向量：

W0(4)=(0.267,0.084,0.495,0.154)T,λmax=‖V4‖∞=4.015;

W1(4)=(0.276,0.128,0.595)T,λmax=‖V4‖∞=3.005;

W2(4)=(0.302,0.086,0.150,0.204,0.113,0.065,0.048,0.033)T,λmax=‖V4‖∞=8.067;

W3(4)=(0.167,0.031,0.027,0.068,0.036,0.128,0.078,0.031,0.060,0.106,0.020,0.060,0.014,0.017,0.041,0.046,0.068)T,λmax=‖V4‖∞=17.207;

W4(4)=(0.084,0.495,0.154,0.267)T,λmax=‖V4‖∞=4.015.

2.4 总排序

由以上计算结果可知精度较高的排序向量权重值，从而可得地下综合管廊全寿命周期风险因素重要程度总排序，见表3.由表3可知，策划阶段和施工阶段风险因素在地下综合管廊全寿命周期风险中占据重要地位，二者权重之和占一级指标总权重的76.2%.在策划阶段风险中，C3(缺乏相关政策、法规支持)为最突出风险因素，在二级指标排序和总排序中均排在第1位，则政策和法规支持在地下综合管廊建设中起至关重要的作用，国家及相关部门应出台相应政策，大力支持地下综合管廊建设.在施工阶段风险中，C12(施工条件差)为最突出风险因素，在总排序中排在第2位，C17(施工方案不合理或未得到有效执行)、C21(设备进场检验、施工操作及保养不到位)也较为重要，在总排序中排第5和第6位.由此，在地下综合管廊施工过程中，必须确定科学、合理、有效、可实施性强的施工方案且严格执行，设备进场时须遵照检验标准进行检验，并规范施工操作及设备保养.

表3 地下综合管廊全寿命周期风险因素重要程度总排序

3 基于DEMATEL的地下综合管廊全寿命周期关键风险分析

3.1 确定影响因素集

本文在参考相关文献和法规的基础上，结合我国地下综合管廊建设现状，选取综合指标权重大于3.0%的风险因素作为关键风险因素，则关键风险因素为：C1(项目融资难度大)、C2(地下空间和土地的使用权获取难度大)、C3(缺乏相关政策、法规支持)、C12(施工条件差)、C15(施工方缺乏管廊施工经验)、C17(施工方案不合理或未得到有效执行)、C18(施工组织设计不合理或未得到有效执行)、C20(材料进场检验及保管不到位)、C21(设备进场检验、施工操作及保养不到位)、C23(安全施工风险)、C28(不可抗力风险)、C30(收费方式选择不合理或未进行及时调整)、C32(运营责任不明确).构建关键风险因素集F={F1,F2,…,Fn}，并对因素间的相互影响关系进行DEMATEL建模分析.

3.2 构建综合影响矩阵

表4 地下综合管廊全寿命周期关键风险因素综合影响矩阵

3.3 绘制因果关系图

地下综合管廊全寿命周期关键风险因素中的原因因素(原因度大于0的因素)，按原因度排序为：C15(施工方缺乏管廊施工经验)、C28(不可抗力风险)、C3(缺乏相关政策、法规支持)、C20(材料进场检验及保管不到位)、C21(设备进场检验、施工操作及保养不到位)、C2(地下空间和土地的使用权获取难度大)，这6项因素具有主动性，能影响其他风险因素且影响程度较大，对项目成败起决定性作用，属地下综合管廊全寿命周期基本风险因素；C12(施工条件差)、C17(施工方案不合理或未得到有效执行)、C18(施工组织设计不合理或未得到有效执行)的原因度为0，表明这3项因素受其他因素的影响程度与影响其他因素的程度相当；结果因素(原因度小于0的因素)排序为：C23(安全施工风险)、C1(项目融资难度大)、C30(收费方式选择不合理或未进行及时调整)、C32(运营责任不明确)，这4项因素受其他因素影响较大，对地下综合管廊项目的成败及效益有重大影响，应予以重视.

表5 地下综合管廊全寿命周期关键风险因素综合影响关系

图1 地下综合管廊全寿命周期关键风险因素因果关系图Fig.1 The causality diagram of life-cycle key risk factors ofunderground comprehensive utility tunnel

4 结论

本研究利用IFAHP-DEMATE方法对地下综合管廊全寿命周期风险因素进行了评估和关键风险因素分析，结论如下：

(1)通过IFAHP对地下综合管廊全寿命周期风险因素进行评估，得重要程度总排序，并选取综合指标权重大于3.0%的风险因素作为关键风险因素：C1(项目融资难度大)、C2(地下空间和土地的使用权获取难度大)、C3(缺乏相关政策、法规支持)、C12(施工条件差)、C15(施工方缺乏管廊施工经验)、C17(施工方案不合理或未得到有效执行)、C18(施工组织设计不合理或未得到有效执行)、C20(材料进场检验及保管不到位)、C21(设备进场检验、施工操作及保养不到位)、C23(安全施工风险)、C28(不可抗力风险)、C30(收费方式选择不合理或未进行及时调整)、C32(运营责任不明确).

(2)利用DEMATEL方法，分析地下综合管廊关键风险因素间的逻辑关系，得出原因因素为：C15(施工方缺乏管廊施工经验)、C28(不可抗力风险)、C3(缺乏相关政策、法规支持)、C20(材料进场检验及保管不到位)、C21(设备进场检验、施工操作及保养不到位)、C2(地下空间和土地的使用权获取难度大)；结果因素为：C23(安全施工风险)、C1(项目融资难度大)、C30(收费方式选择不合理或未进行及时调整)、C32(运营责任不明确).该分析方法考虑了风险因素的内部关联关系，有利于针对性的风险控制，提高项目成功率及项目效益.