AHP和模糊綜合評價(jià)在隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

王正芬

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，311122）

AHP和模糊綜合評價(jià)在隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理中的應(yīng)用

王正芬

（中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江杭州，311122）

采用層次分析法（AHP）和模糊綜合評價(jià)方法對隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行研究，研究結(jié)果表明，該方法能夠給出定性風(fēng)險(xiǎn)評語的量化指標(biāo)，并能識別項(xiàng)目的主要風(fēng)險(xiǎn)源，為項(xiàng)目施工的風(fēng)險(xiǎn)管理提供可靠的參考依據(jù)，從而通過項(xiàng)目管理手段降低工程項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)。

風(fēng)險(xiǎn)管理；層次分析法；模糊綜合評價(jià)；隧道；施工管理

0 前言

風(fēng)險(xiǎn)是某些不確定性以及由其可能引起的偏離目標(biāo)的不良后果的綜合，而項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)是指在項(xiàng)目生命周期內(nèi)，由于某些不確定性而可能導(dǎo)致項(xiàng)目偏離目標(biāo)，造成目標(biāo)損失的風(fēng)險(xiǎn)。風(fēng)險(xiǎn)具有不確定性、后果的現(xiàn)實(shí)性、風(fēng)險(xiǎn)的可控制性等特點(diǎn)，按產(chǎn)生的原因不同，可將風(fēng)險(xiǎn)分為：自然風(fēng)險(xiǎn)、社會風(fēng)險(xiǎn)、經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和管理風(fēng)險(xiǎn)等。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理是指項(xiàng)目承擔(dān)單位對項(xiàng)目全壽命期內(nèi)可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)測、識別、分析、評估，并在這基礎(chǔ)上提出對策，采取措施，減少風(fēng)險(xiǎn)損失，從而實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目目標(biāo)的科學(xué)管理方法?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展使得工程產(chǎn)品和工程活動越來越復(fù)雜，規(guī)模越來越大，工程項(xiàng)目的實(shí)施過程面臨著多變和變化急劇的環(huán)境，在這種情況下，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理問題顯得更加重要、更加突出[1-2]。

隨著交通、能源、礦山等巖體工程的發(fā)展，我國隧洞建設(shè)取得了舉世矚目的成績，隧洞規(guī)模和長度均不斷增長[3-4]。如秦嶺終南山公路隧道單洞全長18 km；鐵路西康線的秦嶺隧道長度達(dá)20 km；錦屏二級水電站引水隧洞長度達(dá)17 km，埋深達(dá)1 500～ 2 000 m，洞徑12 m。隧道工程是規(guī)模大、影響因素復(fù)雜的建設(shè)項(xiàng)目，隧道工程的進(jìn)度直接控制著整個工程的進(jìn)度，而隧道在施工期以及運(yùn)行期的安全性又至關(guān)重要，因此其安全風(fēng)險(xiǎn)管理需要引起重點(diǎn)關(guān)注。

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)就是對單個風(fēng)險(xiǎn)事件和項(xiàng)目的整體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。對單個風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行評價(jià)時(shí)，將根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)對項(xiàng)目目標(biāo)的影響程度進(jìn)行排序，各種風(fēng)險(xiǎn)的可接受或危害程度互不相同，因此就產(chǎn)生了哪些風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)該首先或者是否需要采取措施的問題。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)中，已經(jīng)估算出各種風(fēng)險(xiǎn)的概率及損失大小，通過這些結(jié)果可以對風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行判斷，對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行排序，從中找出該項(xiàng)目的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。對項(xiàng)目或方案的總體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)時(shí)，應(yīng)考慮到項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)由若干個單因素的風(fēng)險(xiǎn)事件綜合影響而成，因此必須研究各風(fēng)險(xiǎn)之間的相互影響、相互作用之后果對項(xiàng)目總體目標(biāo)的影響。現(xiàn)階段，用于項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的方法主要有：主觀評價(jià)法、決策樹法、層次分析法（AHP）、模糊綜合評價(jià)法、蒙特卡洛模擬法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)法、風(fēng)險(xiǎn)影響度分析等方法[5-7]。筆者將層次分析法（AHP）和模糊綜合決策方法相結(jié)合，以定性研究和定量研究相結(jié)合的方式，對隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行研究，對隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，根據(jù)評價(jià)結(jié)果分析項(xiàng)目主要風(fēng)險(xiǎn)源，為施工風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

1 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的AHP方法和模糊綜合評價(jià)方法

項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的基礎(chǔ)工作是項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)源的識別，即根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)分析可能存在的風(fēng)險(xiǎn)源，并將各種風(fēng)險(xiǎn)源組合從而建立項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)體系。項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)源識別完成后，即項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系建立后，需要采用定量方法對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量，筆者采用AHP方法的模糊綜合評價(jià)方法對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量。

1.1 層次分析法[8]

層次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP）是美國匹茲堡大學(xué)T.L.Saaty教授于20世紀(jì)70年代中期提出的一種定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)分析方法。它本質(zhì)上是一種決策思維方式。AHP把復(fù)雜的問題分解為各個組成因素，將這些因素按支配關(guān)系分組形成有序的遞階層次結(jié)構(gòu)，通過兩兩比較的方式確定層次中諸因素的相對重要性，然后綜合人的判斷以決定決策諸因素相對重要性的順序。AHP體現(xiàn)了人們決策思維的基本特征，即分解、判斷、綜合。風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中各因素對風(fēng)險(xiǎn)的貢獻(xiàn)（權(quán)重）的分析可采用層次分析法。

層次分析法確定指標(biāo)權(quán)重的過程如下：

（1）建立指標(biāo)結(jié)構(gòu)層次，該步驟在建立風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系時(shí)已經(jīng)完成；

（2）構(gòu)造判斷矩陣，即對于同一層次各因素關(guān)于上一層次中某一因素的重要性進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)造判斷矩陣A，兩兩比較重要性取值見表1。

（3）層次單排序及其一致性檢驗(yàn)。在構(gòu)造完判斷矩陣A之后，求出判斷矩陣A的最大（絕對值）特征值λmax，再利用它對應(yīng)的特征方程式（1），將其特征向量W歸一化，即可得到同一層次各因素相對于上一層中某一因素的重要性權(quán)重向量。

1.2 模糊綜合評價(jià)法[9]

模糊綜合評價(jià)可以用來對人、事、物進(jìn)行全面、正確而又定量的評價(jià)，因此它是提高領(lǐng)導(dǎo)者決策能力和管理水平的一種有效方法。對于方案、人才、成果的評價(jià)，人們的考慮往往是從多種因素出發(fā)，而且一般只能用模糊的語言來描述。例如評價(jià)者從思考問題的諸因素出發(fā)，參照有關(guān)數(shù)據(jù)和情況，根據(jù)他們的判斷對復(fù)雜問題做出“大、中、小”、“高、中、低”等模糊綜合評價(jià)，然后通過模糊數(shù)學(xué)提供的方法進(jìn)行運(yùn)算，就能得出定量的綜合評價(jià)結(jié)果，從而為正確決策提供依據(jù)。項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評估中，運(yùn)用模糊綜合評價(jià)法可以對單個風(fēng)險(xiǎn)或者整個項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)等級進(jìn)行綜合評價(jià)，為項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理提供決策支持。文中風(fēng)險(xiǎn)的定量評價(jià)采用模糊數(shù)學(xué)理論中的模糊綜合決策方法，由于影響工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)源數(shù)量往往較多，因此采用改進(jìn)的多層次模糊綜合決策方法。

表1 重要性比較取值表Table 1 Relative importance value

以兩級指標(biāo)分析為例，多層次模糊評價(jià)法評價(jià)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的基本過程如下：

（1）對風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行多層次劃分，將風(fēng)險(xiǎn)因素集分為n組U={U1,U2,……Un}，稱為第一級因素集，其中m個因素Ui={ui1,ui2,……uim}稱為第二級因素集。

（2）設(shè)評價(jià)集V={v1,v2,v3,v4,v5}，對第二級因素的單因素進(jìn)行單因素評價(jià)，即建立模糊映射式（2），可得到單因素評價(jià)矩陣Ri。

設(shè)該因素集的權(quán)重矩陣為Ai，則利用模糊集合成運(yùn)算可求得綜合評價(jià)集Bi為：

（3）對各級因素進(jìn)行綜合評價(jià)即可得到最終的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)。

風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)過程中，將上述兩種方法結(jié)合，即通過層次分析法，依據(jù)各風(fēng)險(xiǎn)因素的重要性評分可得到各因素對于總體風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重。通過模糊綜合評價(jià)法，依據(jù)各風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)評分以及各因素權(quán)重，通過模糊數(shù)學(xué)運(yùn)算即可得到最終的項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評分。

2 隧洞施工安全管理應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

以某水電工程導(dǎo)流洞的施工風(fēng)險(xiǎn)管理為例，對該導(dǎo)流隧洞施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識別和評價(jià)，為施工管理提供參考依據(jù)。導(dǎo)流洞位于該工程大壩右岸，距壩約780 m，洞長為680 m，為城門洞型隧洞，洞涇10 m，洞身最大埋深約190 m，其中進(jìn)出口段埋深較淺?？紤]到導(dǎo)流洞圍巖主要為IV類到V類巖體，成洞條件差，因此開挖施工過程中尤其要重視施工過程的風(fēng)險(xiǎn)管理。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系建立

根據(jù)隧洞施工組織和管理情況，對隧洞施工風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行識別，建立隧洞施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系指標(biāo)及其重要性和危險(xiǎn)性評分，見表2。表中數(shù)據(jù)根據(jù)施工現(xiàn)場記錄、安全檢查以及專家決策等措施綜合評定。其中，重要程度評分1～10分，分別代表不重要到非常重要；風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值為對應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)等級所占百分比。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)管理

根據(jù)表2中數(shù)據(jù)，根據(jù)層次分析法和模糊綜合決策法原理，編制計(jì)算機(jī)程序?qū)υ摴こ痰氖┕わL(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。最終，評價(jià)結(jié)果如表3所示。表中各風(fēng)險(xiǎn)因素的評分按百分制計(jì)算，根據(jù)最大隸屬度原則可以確定項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)。

根據(jù)基于AHP的模糊綜合評價(jià)方法對隧洞項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)結(jié)果，可對項(xiàng)目施工管理提出建設(shè)性意見。從本項(xiàng)目隧洞施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果看：

（1）人員風(fēng)險(xiǎn)方面總體風(fēng)險(xiǎn)水平較高，其中技術(shù)人員安全意識缺乏以及技術(shù)人員本身素質(zhì)較低是產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的主要因素。因此，可通過培訓(xùn)和教育等措施加強(qiáng)技術(shù)人員職業(yè)素質(zhì)，尤其要提高人員自我安全意識，降低隧洞施工過程中的該類風(fēng)險(xiǎn)。

表2 隧洞施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Risk assessment index system for tunnel construction

（2）行政管理方面總體風(fēng)險(xiǎn)水平較低，從風(fēng)險(xiǎn)評分看，其風(fēng)險(xiǎn)處于中等偏下水平。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，若能在管理方面加強(qiáng)施工安全重視度以及施工過程中的緊急救援措施，則該類風(fēng)險(xiǎn)完全可以進(jìn)一步降低甚至規(guī)避該類風(fēng)險(xiǎn)。

表3 隧洞項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)評分表Table 3 Risk assessment score of tunnel

（3）現(xiàn)場管理風(fēng)險(xiǎn)方面總體風(fēng)險(xiǎn)水平中等偏上，從評價(jià)結(jié)果看，該類風(fēng)險(xiǎn)的主要產(chǎn)生原因是施工規(guī)范性有所欠缺。因此，若能在施工規(guī)范性上面有所改善，也有望將該類風(fēng)險(xiǎn)降低到較低水平。

（4）施工設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)方面總體風(fēng)險(xiǎn)水平并不高，風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值處于中等偏下水平。從風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值看，若能在施工管理中提高和加強(qiáng)對設(shè)備的日常維護(hù)檢修水平，并在工作狀態(tài)下對設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，該類風(fēng)險(xiǎn)能明顯降低。

（5）施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)方面總體風(fēng)險(xiǎn)水平較高，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值分析，造成高風(fēng)險(xiǎn)的主要原因是隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜以及工作條件惡劣。因此，施工管理過程中需要采取相應(yīng)措施盡量改善施工環(huán)境，并且加強(qiáng)施工過程的規(guī)范性，從而在一定程度上降低該類風(fēng)險(xiǎn)。

總體而言，本隧洞開挖項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)中等偏上，造成風(fēng)險(xiǎn)的主要因素包括以下幾點(diǎn)：①施工技術(shù)人員素質(zhì)較低且缺乏安全意識；②行政管理團(tuán)隊(duì)對施工安全的重視度不夠；③施工過程的規(guī)范性欠缺；④施工設(shè)備的日常維護(hù)和檢修以及工作中的實(shí)時(shí)監(jiān)測有待完善；⑤隧洞地質(zhì)條件復(fù)雜，工作環(huán)境惡劣。

由此可見，施工組織管理中，若能根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)結(jié)果對上述造成項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)較高的各方面風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行改善，則能大大降低該項(xiàng)目的施工風(fēng)險(xiǎn)，使項(xiàng)目保質(zhì)保量完成。

3 結(jié)語

采用AHP方法和模糊綜合決策法對隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行研究，主要內(nèi)容和結(jié)論如下：

（1）采用AHP方法和模糊綜合決策法評價(jià)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，其中AHP主要用于因素重要性權(quán)重的確定，模糊評價(jià)法主要用于風(fēng)險(xiǎn)值的評價(jià)，兩者結(jié)合能對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評價(jià)。

（2）以某工程隧洞開挖為例，采用AHP方法和模糊綜合決策法對項(xiàng)目整體施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)，得到項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)。

（3）從應(yīng)用結(jié)果看，采用的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法能夠給出項(xiàng)目整體實(shí)施風(fēng)險(xiǎn)，并且能夠得到各風(fēng)險(xiǎn)源對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的影響。根據(jù)評價(jià)結(jié)果，能夠識別項(xiàng)目主要風(fēng)險(xiǎn)，為項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理提供可靠的參考依據(jù)，通過風(fēng)險(xiǎn)管理降低項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)。

（4）項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的關(guān)鍵在于項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)源的識別以及項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的評分，項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的可靠性依賴于定性評分的科學(xué)性，因此評分需要由一定數(shù)量有經(jīng)驗(yàn)的工程師或?qū)＜以u定并統(tǒng)計(jì)得到。

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Application of AHP and fuzzy comprehensive evaluation in tunnel construction risk management

by WANG Zheng-fen
PowerChina Huadong Engineering Corporation Limited

The AHP and fuzzy comprehensive evaluation method is used for tunnel construction risk management.Research results show that the risk evaluation index and main risk source can be given, which provides a reliable reference for the construction risk management and risk reduction.

risk management;AHP;fuzzy comprehensive evaluation method;tunnel;construction management

book=10,ebook=16

TV523

B

1671-1092（2016）06-0010-04

2016-11-21

王正芬（1962-），女，浙江杭州人，高級工程師，主要從事工程項(xiàng)目管理工作。

作者郵箱：wang_zf@ecidi.com