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期刊导读

基于次约束的深基坑施工风险应对能力评价
Evaluation of Risk Coping Capacity of Deep Foundation Pit Construction Based on Sub-constraint

夏宗龙① XIA Zong-long;朱雪欣① ZHU Xue-xin;
王江华① WANG Jiang-hua;宋瑞文② SONG Rui-wen
(①青岛理工大学管理学院,青岛 266520;②青岛原创工程设计有限公司,青岛 266000)
(①School of Management,Qingdao Technological University,Qingdao 266520,China;
②Qingdao Yuanchuang Engineering Design Co.,Ltd.,Qingdao 266000,China)

摘要:为帮助施工企业找出其在深基坑施工过程中风险应对能力的优势因素与劣势因素,使其在后续的工程管理中不断提升自身的风险应对能力。本文采用WBS-RBS方法对青岛“嘉佳广场”深基坑风险进行识别,结合工程实际构建风险应对能力评价指标体系,运用FAHP确定评价指标权重,并引入次约束理论建立评价模型对深基坑施工风险应对能力进行科学评价。为类似施工企业提供了一种自身能力考量的模型借鉴,具有一定的现实意义。
Abstract: The purpose of this article is to help the construction enterprise to find out its superiority factors and inferior factors in the risk response ability of the deep foundation pit construction process and make it continue to enhance its risk response ability in the follow-up project management. In this paper, WBS-RBS method is used to identify the risk of deep foundation pit in "Jiajia Square of Qingdao", on the basis of this, the evaluation index system of risk response capacity is established with engineering practice. The author uses the FAHP to determine the weight of the evaluation index and the sub-constraint theory is adopted to establish the evaluation model for the deep foundation pit construction risk response ability to carry out scientific evaluation. This model provides a self-reference capability considerations for similar construction enterprises, it has certain reference significance.
关键词:深基坑;风险;WBS-RBS法;FAHP;次约束
Key words: deep foundation pit;risk;WBS-RBS method;FAHP;sub-constraint

  中图分类号:TU753                                       文献标识码:A                                   文章编号:1006-4311(2018)30-0018-07

0  引言
随着城市建设的快速发展,地下空间的拓展成为工程建设的重要组成部分。许多深基坑在城市中心地带施工,由于技术难度高、周边环境复杂、不可预见因素多等各种风险因素的存在,致使深基坑施工中存在许多安全隐患。如何防范和应对复杂多变的风险,一直是相关专家和学者不断探究的论题。早在1995年,Morgenstern已经研究了岩土工程中的管理风险[1]。近年来,学者采用了故障树分析法、模糊层次综合评判法、贝叶斯网络概率模型等许多方法对深基坑施工风险进行研究[2]。例如,周红波(2009)、吕超(2014)[3-4]等采用以故障树分析为基础结合工作分解结构(WBS)-风险分解结构(RBS)对风险进行分析与识别;李朝阳(2014)、应国柱(2016)、刘俊伟(2016)等[5-7]采用模糊综合评判法对深基坑风险进行评价;赵红(2008)、吴贤国(2014)等[8-9]基于贝叶斯网络理论对工程施工风险管理进行分析,并取得了较好的效果。此外,也有学者积极探索将证据理论、投影寻踪及信息扩散理论、变权和物元原理等理论或原理应用于施工风险评价中[10-13]。可见,在工程施工风险分析与评价方法的应用上,学者已经取得了一定的成果。但是以往对深基坑施工前期风险因素识别和施工中动态风险评估的研究较多,对施工企业在深基坑施工过程中的风险应对能力进行评价还不足。施工企业正确识别施工过程中的风险,并进行积极应对后及时总结发现自身风险应对能力的不足且在深基坑施工的大环境中对自身有一个准确的定位,以便在后续管理中有针对性的改善风险应对能力的薄弱环节。这对企业健康、长远发展具有重要意义。本文引入次约束评价模型对施工企业在施工过程中的风险应对能力进行综合评价,能够帮助施工企业找出自身风险应对能力的优势因素与劣势因素,有助于企业有针对性的进行自身能力提升。
1  风险应对能力评价方法
1.1 风险识别
对于深基坑项目而言,其风险的识别是一个复杂的过程,使用常规的方法进行风险识别花费时间较长且易造成风险识别不全面的问题。正确的识别工程风险对于风险应对具有重要意义。本文采用WBS-RBS方法识别深基坑施工过程中的风险。WBS(工作分解结构)和RBS(风险分解结构)都是将项目目标作为导向,并将项目任务逐层分解到最小工作包,形成WBS和RBS树形,通过将两者结合形成WBS-RBS矩阵。风险因素经过归类和层次划分后以矩阵形式表现出来使表达更加清晰直观,能系统整理项目的风险规律,通过对每个风险节点进行识别,避免风险遗漏。
在分析相关文献和明确风险可能发生的范围的基础上,本文将深基坑项目分解成为施工准备、土石方工程、降排水工程、支护工程、监测工程五大模块,形成WBS树形。同时,按照面临的主要风险形成RBS树形,其中包括技术风险、管理风险、经济风险和环境风险。建立WBS-RBS矩阵,结合工程的实际情况,判断存在何种风险,进而及早提出风险应对策略与预防措施。
1.2 风险应对能力评价模型
在风险识别、评估、应对之后我们可以对相关单位的风险应对能力进行评价,在后续的管理过程中有针对性的改进自己的不足,完善对工程的管理能力。科学合理的评价模型的建立是风险应对能力评价的基础。
1.2.1 评价指标体系构建及FAHP法指标赋权
在工程风险管理的基础上,结合工程实际建立相应的风险应对能力评价指标体系,并对相应的评价指标进行科学赋权。荷兰学者Van Laarhoven于1983年提出了用三角模糊数表示模糊比较判断的方法,并运用三角模糊数的运算和对数最小二乘法,求得元素的排序,把AHP拓展为能够在模糊环境下使用FAHP[14]。FAHP相对于传统的AHP方法的使用,能更好的贴合决策过程中人类思维的模糊性特点,使评价过程更加科学合理。本文应用文献[14]中的FAHP法对评价指标进行相应赋权,因FAHP法的应用已相对成熟,在此就不做详细介绍。
1.2.2 次约束模型构建
次约束评价方法自20世纪80年代提出以来,在经济、科技、管理等诸多复杂系统评价领域已经取得广泛的应用和认可[15]。本文应用此方法找出施工企业在深基坑施工过程中风险应对能力较好的方面和不足的方面。具体思路如下:
①确定指标权重。
通过运用FAHP法确定的深基坑风险应对能力评价指标权重进行后续相关运算,且为方便求得评价指标的优隶属度与次隶属度运用公式对原始隶属度进行处理。
■(1)
xij-第i个专家对第j个指标打分的处理结果;Vij-第i个专家对第j个指标的打分值;m=15
②确定优向量和次向量。
风险评价指标的优向量V?琢和次向量V?茁分别为

其中,vjα与vjβ分别表示第j个指标下,待评价对象原始数据的最优样本值与最差样本值(j=1,2,…,n)。
③确定优隶属度与次隶属度。
根据优向量Vα和次向量Vβ,可得对应的优隶属度Xα以及次隶属度Xβ:

  ④建立次约束。
次约束是由从n个评价指标中任意取出的t个评价指标在m个专家中打分最低的值所构成的向量(1≤t≤n),则x■代表的由t个指标组成的次约束为:
■(6)
  ⑤确定权优异度和权次异度。
■为第i个专家评价打分的隶属度向量,可得该评价隶属度向量xi与优隶属度Xα、以及与次隶属度向量Xβ的欧式权距离:

y■■-第i个专家的评价打分从属于优向量Vα的隶属度;y■■-第i个专家的评价打分从属于次向量Vβ的隶属度;则该打分从属于优向量Vα的权优异度D(xi,xα)、以及该打分从属于次向量Vβ的权次异度D(xi,xβ)分别为:

  ⑥确定次约束的权次异度。
假设风险评价共P个次约束,分别记为x■,k=1,2,…, P。则第i专家评价打分的隶属度向量xi与次约束x■的欧式权距离为:
■(11)
y■■-第i个专家评价打分从属于次约束Sk的次向量
x■的隶属度,则该评价打分从属于次约束Sk的权次异
度为:
■(12)
式(12)通过评价指标权重wj占次约束中各评价指标权重和的比重进行二次赋权,既保证了距离定义的一致性,同时这种修正也能弥补一个次约束屏蔽掉其它次约束作用的不足。
⑦次约束评价模型构建。
将数学中最小二乘方法的距离平方和最小准则拓展为权距离平方和最小准则,根据这一拓展构造目标函数,进一步建立基于次约束的深基坑施工风险应对评价模型。

(13)
其中,L=次约束个数P+1。通过遴选在次约束x■作用下、目标函数F最小的一组解,找出施工企业深基坑施工过程中风险应对较好的方面。
  ⑧评价模型的求解。
将式(7)-(12)分别代入(13),然后在式(13)中分别关于y■■、y■■和y■■求导数、得到方程组,求解方程组得到模型的最优解,即为深基坑风险应对评价引入次约束时的最优解y■■。
■(14)
令(14)等号右端分母第三项为0,同理可得深基坑施工风险应对评价在无次约束时的最优解y■■。
■(15)
2  工程应用
2.1 工程概况
青岛市“嘉佳广场”项目拟建建筑物为24层住宅楼,两层地下室,周长约266m,面积约4380m2,地下室基底标高一般筏板厚度区为13.15m,筏板增厚区为12.15m,场区标高约19.0~24.5m,最大开挖深度约12m。设计采用放坡开挖、喷射混凝土与土钉墙支护结合的防护体系。
2.1.1 水文地质条件
场区岩土层层序较清晰,自上而下可分为7层,分述如下:第(1)层素填土:广泛分布于整个场区,层厚1.20~6.70m;第(7)层粉质粘土:主要分布于场区东侧,层厚1.20~3.80m;第(11)层粉质粘土:除场区东部外,其余地段均有揭露,层厚1.30~5.30m;第(12)层砾砂:主要分布于场区中、东部,层厚0.50~3.70m;第(16)层强风化花岗岩:较为广泛地分布于整个场区,揭露层厚0.30~5.00m;第(17)层中等风化花岗岩:为广泛地分布于整个场区,揭露最大厚度6.50m;第(18)层微风化花岗岩:最大揭露厚度4.70m。场区地下水类型主要为填土层中的少量滞水、弱承压水,含主要水层为第(12)、(16)层,场区内地势北高南低,南侧原创业中心基坑汇有积水,根据现场踏勘,场区稳定水位在16m左右。
2.1.2 施工降排水
基坑南侧创业中心原基坑内积水应预先抽出,基坑内设置集水坑(或集水井)进行降水,并设置6个降水井进行预降水,基坑坡顶进行地面硬化并设置挡水台阶与截水沟防止地表水排入基坑,坡面设置泄水孔,基坑底部沿周边设置排水沟与集水井进行集水明排。
2.2 风险因素识别
该工程项目采用变动总价合同,在合同中约定当设计变更和工程量等发生变化时可以调整合同总价。由此,项目的设计偏差与图纸变更风险、合同风险可忽略。对于施工过程中可能面临的风险,企业应根据自身特点判断应采取何种策略,如对于金融风险可以通过及时了解政策动向和借助内部资金流动等降低此类风险;对于三大目标控制风险和人材机供应风险可以通过在施工过程中严把质量关,对进度实施调整和选择更可靠的供应商等降低风险;对不可抗力和紧急事件风险应采取接受策略,提早做好应急预案等,减少风险造成的损失。而HSE管理风险和不可抗力风险可能出现在施工过程的某个阶段,要加强人员教育与做好预防措施。在此,对不同阶段最可能发生的风险运用WBS-RBS法进行识别,结果如图1。
2.3 风险应对能力评价
2.3.1 评价指标体系构建
针对前期运用WBS-RBS法识别的深基坑工程可能面临的风险及其在风险管理的基础上结合工程实际情况,建立如图2的风险应对能力评价指标体系,来评判施工企业对不同风险的应对能力大小。
2.3.2 FAHP法指标赋权
通过应用FAHP法对评价指标进行相应赋权,三角模糊数的引入可消除各指标间的模糊不确定性,本文设定语言变量如表1所示。A1-A4对A的模糊判断矩阵与模糊综合判断矩阵如表2和表3所示。
由此求得指标A1-A4相对于总目标A的权重为Wi=[0.405 0.302 0.118 0.175],同理可得准则层相对于总目标的权重Wij,如表4中所示。
2.3.3 风险应对能力评价
①工程实际实施过程中,因对人材机供应风险的有效应对,节约损失约3万元,因对工期工程成本比预期略有增加,对地下管线等进行了有效保护,但因情况复杂和勘察略有偏差,使少量地下管线有轻程度破坏。根据表5结合工程实际邀请15位相关管理和技术专家对该施工企业本工程中的风险应对能力进行隶属度打分,如表6所示。
②运用公式■对表6中数据进行处理后,进行各专家隶属度打分与优、次隶属度及各次约束欧式距离的计算。在数据处理的基础上结合公式(7)、(8),可得各专家打分的隶属度与优隶属度以及次隶属度向量欧式距离的平方和,如表7中1、2行所示,结合公式(11)求得各专家打分的隶属度向量与不同次约束欧式距离的平方和。如表7所示。
③根据公式(14)和(15)求得各指标次约束下的排名与无次约束时的排名差异的值,通过差异值的大小判断施工企业在深基坑施工过程中风险应对能力的优势方面与劣势方面。具体计算如表8和表9中所示,其中表9中“求和”一列中反映排名综合差异值的大小。和越大表明施工企业在该方面风险的应对能力较强,反之能力较弱。
2.4 风险应对能力分析
2.4.1 应对能力优劣势分析
为更加直观的展现出施工企业在该项目中风险应对能力的优劣势因素。根据表9“求和”一列得到相应的优劣势因素分析曲线图如图3所示。从中看出曲线在“30”上下波动,那么我们以此线为基准进行判断,该施工单位在本次深基坑工程施工中对施工工艺风险、三大目标控制风险、HSE管理能力风险、应急能力风险的应对做的较好,对于勘察偏差风险、地下管线的保护风险应对能力较差,而对金融市场风险的应对能力最差。这表明该公司对深基坑支护等的相关施工技术掌握较好,在施工过程中对质量、时间、成本的控制已比较成熟,在后期的工程施工中应尽量做好金融市场预测,规避此类风险且施工过程中要加大对地下管线等的保护,减少破坏。
2.4.2 应对能力等级分析
为了解施工企业在该深基坑项目施工过程中的风险应对总体能力在同类工程项目中处于一个什么样的水平,有助于施工企业在深基坑工程施工的大环境中对自身有一个更好的定位。对此,依据上述求得的指标权重和专家打分,利用平均加权求和法对施工企业总体风险应对能力进行评定,获得本工程的综合评定得分为S=6.44。假设对项目的整体评定测度我们依然采用表5中的等级划分标准,那么本项目的整体风险控制应对能力在同类工程项目大环境中处于“较好”等级,因此,施工单位在风险应对管理方面依然有较大的提升空间。
3  结论
①以往对项目实施前期风险评估的研究较多,而对项目其他阶段的风险管理研究较少。在项目前期对风险进行合理评估有利于更好的应对风险,而在项目完成后对项目实施过程中的风险应对情况进行事后评价也不可忽视,本文在项目竣工后,通过对项目实施过程中的风险应对能力进行评价,有利于施工企业更好的认识自身风险管理能力的不足,以便及时提高自身的管理水平。
②以实际工程实例为依托,在应用WBS-RBS进行风险识别的基础上建立评价指标体系,并采用FAHP方法确定指标权重,该方法能有效处理专家评估时的模糊性,降低人为主观因素的影响,使赋权结果更加科学合理。
③考虑以往评价模型的风险综合评价结果只能对因素进行排序而不能提取优势因素与劣势因素的特点,本文引入次约束模型对施工企业风险应对能力进行评价,得出了该企业对施工工艺风险、三大目标控制风险、HSE管理能力风险、应急能力风险的应对做的较好,对于勘察偏差风险、地下管线的保护风险应对能力较差,而对金融市场风险的应对能力最差;同时,该企业的总体风险应对能力处于“较好”等级中,仍有一定的提升空间。研究结果表明该评价方法在帮助施工企业进行自我能力考核,使其有针对性的进行管理能力提升方面,具有一定的优越性和实际意义。
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