基于因子分析法的超大深基坑工程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素分析

周迅 張兵 洪燕 趙慶華

(1.江蘇揚(yáng)建集團(tuán)有限公司，江蘇 揚(yáng)州 225002；2.揚(yáng)州大學(xué)，江蘇 揚(yáng)州 225127)

0 引言

伴隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，土地資源日趨緊張，全國(guó)各地迎來(lái)了地下空間開(kāi)發(fā)建設(shè)的熱潮，并涌現(xiàn)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(huán)境復(fù)雜，再加上施工現(xiàn)場(chǎng)條件差、技術(shù)難度大、工期長(zhǎng)、對(duì)環(huán)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(huán)節(jié)在時(shí)間和空間上的協(xié)調(diào)與交叉融合難度不斷增大，導(dǎo)致其工程質(zhì)量約束條件復(fù)雜。

與此同時(shí)，作為施工難度系數(shù)非常大的工程，質(zhì)量對(duì)基坑及其周邊安全的重要性不言而喻。一方面，當(dāng)前超大深基坑開(kāi)發(fā)呈現(xiàn)出向“越挖越深，越挖越大，周邊環(huán)境越挖越復(fù)雜”的超深和超大規(guī)?；l(fā)展，大量基坑項(xiàng)目質(zhì)量管理往往是邊開(kāi)挖、邊實(shí)踐、邊摸索的“三邊工程”，工程質(zhì)量管理時(shí)常依靠經(jīng)驗(yàn)或半經(jīng)驗(yàn)半理論的方法，直接導(dǎo)致超大深基坑在整個(gè)施工過(guò)程中面臨著由各種因素引起的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，一旦把控不嚴(yán)容易誘發(fā)重大質(zhì)量安全事故和生命財(cái)產(chǎn)損失。相關(guān)調(diào)查表明，超大深基坑質(zhì)量事故發(fā)生率占基坑項(xiàng)目數(shù)量的20%左右[1]。另一方面，由于參與部門(mén)多、時(shí)空效應(yīng)明顯和環(huán)境效應(yīng)復(fù)雜等，超大深基坑工程在全生命周期內(nèi)面臨著較高的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。

綜上，超大深基坑是重大質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)源項(xiàng)目，其質(zhì)量問(wèn)題已成社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)。鑒于此，本文針對(duì)超大深基坑工程高風(fēng)險(xiǎn)的特點(diǎn)和施工管理實(shí)際情況，從工程施工風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的規(guī)律性和系統(tǒng)的角度出發(fā)，運(yùn)用全生命周期質(zhì)量管理理念進(jìn)行超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)估，從錯(cuò)綜復(fù)雜的風(fēng)險(xiǎn)因素中對(duì)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)分析，初步構(gòu)建超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)體系，對(duì)建立良好的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理體系具有一定參考價(jià)值。

1 文獻(xiàn)綜述與風(fēng)險(xiǎn)因素選取

根據(jù)工程界和學(xué)術(shù)界的共識(shí)，如果項(xiàng)目的開(kāi)挖深度超過(guò)5m，或者周圍環(huán)境較為復(fù)雜，或者地下管線復(fù)雜，則稱之為超大深基坑。超大深基坑具有形狀復(fù)雜、占地面積大且開(kāi)挖深等特點(diǎn)。超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)是學(xué)術(shù)界和社會(huì)的熱點(diǎn)話題之一，對(duì)超大深基坑的質(zhì)量及其風(fēng)險(xiǎn)的研究起源于20世紀(jì)末，在地下工程施工過(guò)程的質(zhì)量監(jiān)測(cè)與控制方面涌現(xiàn)出大量文獻(xiàn)。

國(guó)外專家、學(xué)者大多結(jié)合實(shí)例對(duì)地下工程特別是超大深基坑的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理進(jìn)行研究。在阿姆斯特丹南北地鐵線路設(shè)計(jì)和施工的風(fēng)險(xiǎn)管理中，Snel和Hasselt首先提出IPB風(fēng)險(xiǎn)管理模式[2]。Clark采用風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)的方法，對(duì)美國(guó)西雅圖地下交通線工程規(guī)劃和初步設(shè)計(jì)階段進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。國(guó)內(nèi)研究也指出超大深基坑質(zhì)量事故的發(fā)生大多是由搶工和所謂的“創(chuàng)造速度奇跡”等違背客觀規(guī)律和缺乏基本工程常識(shí)造成的[3]。韓淑君等根據(jù)工程實(shí)例總結(jié)超大深基坑的兩類施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，即圍護(hù)體系風(fēng)險(xiǎn)和基坑坍塌、結(jié)構(gòu)失穩(wěn)風(fēng)險(xiǎn)[4]。張劍敏等則通過(guò)142例工程事故得出，建設(shè)單位管理問(wèn)題、施工前基坑土質(zhì)等勘測(cè)問(wèn)題、基坑設(shè)計(jì)施工問(wèn)題和基坑工程監(jiān)理問(wèn)題是質(zhì)量事故發(fā)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(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)管理的角度建立了超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)層次分析模型，確立了主要的質(zhì)量影響因素，并進(jìn)行質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[5]。劉戈等利用層次分析(AHP)與數(shù)據(jù)包絡(luò)(DEA)綜合分析法發(fā)現(xiàn)施工材料質(zhì)量和圍護(hù)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性容易誘發(fā)質(zhì)量事故[6]。周紅波采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立超大深基坑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，發(fā)現(xiàn)支撐失穩(wěn)和支撐荷載超標(biāo)事件是影響較大的風(fēng)險(xiǎn)源[7]。此外，其他風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，如風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、故障樹(shù)分析法、模糊綜合評(píng)判法、蒙特卡洛模擬法及在此基礎(chǔ)上基于離散事件樹(shù)的蒙特卡洛仿真方法，也被應(yīng)用到相關(guān)研究中。

在法律文件頒布方面，國(guó)務(wù)院將包括超大地下工程在內(nèi)的地下工程建設(shè)列為國(guó)家重點(diǎn)支持的民生工程，并要求完善管廊建設(shè)和抗震防災(zāi)標(biāo)準(zhǔn)，確保工程質(zhì)量；住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部針對(duì)超大地下工程等危險(xiǎn)性較大的項(xiàng)目，頒布了《危險(xiǎn)性較大分部分項(xiàng)工程管理辦法》，提出相應(yīng)的專項(xiàng)施工方案專家論證會(huì)、專項(xiàng)施工方案和監(jiān)測(cè)方案等手段和方式；針對(duì)地鐵等地下工程，《城市軌道交通地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理規(guī)范》《地鐵與地下工程建設(shè)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)控制導(dǎo)則》《地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》等規(guī)范相繼頒布執(zhí)行。根據(jù)國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)研究不難發(fā)現(xiàn)，目前有很多學(xué)者將目光轉(zhuǎn)向工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)分析這一新興領(lǐng)域，從不同角度論述風(fēng)險(xiǎn)管理理論及方法，但是關(guān)于有針對(duì)性的超大地下工程的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)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(jié)合方法對(duì)超大型地下基坑的施工質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。在建立超大地下工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)影響因素模型時(shí)，遵循相關(guān)性原則、系統(tǒng)性原則、定性與定量分析原則以及整體性原則，根據(jù)目的性、系統(tǒng)性、科學(xué)性、簡(jiǎn)明性、可操作性、真實(shí)性以及完備性等原則，從缺乏信息溝通、施工缺陷、地質(zhì)勘探不足、不可抗力、設(shè)計(jì)失誤5個(gè)方面開(kāi)展因素構(gòu)建和選取，最后對(duì)國(guó)內(nèi)外研究中所有的潛在影響因素進(jìn)行分析和提取，結(jié)合實(shí)際情況后，共選取49個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素。

2 實(shí)證分析

本研究主要通過(guò)調(diào)查問(wèn)卷法、SPSS模型分析法等探索形式篩選出對(duì)工程質(zhì)量起主要作用的因素，再通過(guò)這些因素對(duì)質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的影響進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。問(wèn)卷的可靠性和有效性需要通過(guò)進(jìn)一步檢查，因此通過(guò)對(duì)模型的維度分量表和總量表進(jìn)行檢驗(yàn)。本文根據(jù)49個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行問(wèn)卷設(shè)計(jì)，并將影響程度分為5級(jí)：“極低”“低”“一般”“高”“極高”。同時(shí)，在軟件分析中，為了方便分析說(shuō)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(diào)查問(wèn)卷發(fā)放

此次問(wèn)卷發(fā)放對(duì)象為從事建筑行業(yè)的管理人員和工人。此外，考慮到結(jié)果調(diào)查的準(zhǔn)確性、說(shuō)服性，此次問(wèn)卷樣本容量為280份。最終，經(jīng)過(guò)數(shù)周的數(shù)據(jù)收集，得到問(wèn)卷回復(fù)240份，其中有效問(wèn)卷224份，有效率為93.33%，相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 樣本數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

(續(xù))

調(diào)查結(jié)果顯示，在性別分布上，90%的調(diào)查對(duì)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(diào)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(shù)據(jù)搜集包含各個(gè)階層，且涵蓋范圍較廣，基本符合當(dāng)前建筑業(yè)從業(yè)人員的分布情況，能夠保證調(diào)查數(shù)據(jù)真實(shí)反映實(shí)際情況。本研究采用SPSS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。為了使數(shù)據(jù)分析簡(jiǎn)便，對(duì)上述49個(gè)因素進(jìn)行編號(hào)，依次為Q1，Q2，…，Q49。

2.2 樣本信度檢驗(yàn)

只有確保數(shù)據(jù)的有效性和可信度，才能進(jìn)行進(jìn)一步處理分析。其中，信度檢驗(yàn)用來(lái)表示對(duì)問(wèn)卷所獲數(shù)據(jù)的可靠程度，因此本文針對(duì)224份有效問(wèn)卷所獲取的超大地下工程質(zhì)量影響因素的數(shù)據(jù)進(jìn)行信度分析。本研究采用克隆巴赫信度系數(shù)法(Cronbach′s alpha values)對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行信度檢驗(yàn)，通過(guò)SPSS軟件對(duì)問(wèn)卷數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。信度分析結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 可靠性統(tǒng)計(jì)量

由表2可以看出，整個(gè)調(diào)查問(wèn)卷信度分析的Cronbach′s Alpha為0.955>0.9，基于標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)信度分析Cronbach′s Alpha系數(shù)為0.955>0.9。問(wèn)卷能準(zhǔn)確測(cè)量信息，并能滿足分析要求。

2.3 樣本均值分析

在保證問(wèn)卷數(shù)據(jù)可信并能滿足統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)上，本研究利用SPSS軟件針對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行均值分析。按照均值分析結(jié)果，選取排名前15位的因素進(jìn)行分析。結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 均值和標(biāo)準(zhǔn)差分析結(jié)果

表3中排名前15位的因素，均值都達(dá)到了3分以上，“材料劣質(zhì)”“設(shè)計(jì)失誤”“鋼筋、混凝土試驗(yàn)不合格”均值最大，是影響超大地下工程質(zhì)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(zhì)，說(shuō)明對(duì)質(zhì)量影響最大的因素是材料。施工過(guò)程中的因素，如“施工趕期”“施工過(guò)程中偷工減料”等在15個(gè)因素中也占有一定比重，說(shuō)明施工過(guò)程對(duì)質(zhì)量也有一定的影響。

2.4 因子分析

因子分析是一種多元統(tǒng)計(jì)方法，主要根據(jù)因子的影響力大小提取相應(yīng)的指標(biāo)，通過(guò)降維的方式從原始變量中找到公共因子，從而找出潛在關(guān)系。本文采用社會(huì)調(diào)查數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí)，為確保主成分有意義并能表現(xiàn)因子和測(cè)量項(xiàng)之間的關(guān)系，需要進(jìn)行因子旋轉(zhuǎn)。

本文采用主成分分析法，通過(guò)軟件SPSS用特征值>1作為標(biāo)準(zhǔn)共提取因子11個(gè)(表4)。初始累積方差解釋率為75.746%；最大方差法旋轉(zhuǎn)后，11個(gè)因子的累積方差解釋率為75.75%，說(shuō)明問(wèn)卷結(jié)構(gòu)效度較好。表5給出了各個(gè)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(jié)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(guò)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(zhì)量的主要影響因子，本研究根據(jù)分析結(jié)果選取解釋率超過(guò)5%的因子進(jìn)行詳細(xì)解釋，具體分析如下：

因子1：參與各方互動(dòng)交流程度低。溝通管理是項(xiàng)目管理知識(shí)體系中一個(gè)重要的知識(shí)領(lǐng)域。在整個(gè)項(xiàng)目中，項(xiàng)目經(jīng)理需要將75%以上的時(shí)間花在溝通上，可見(jiàn)溝通在項(xiàng)目中的重要性。而在目前的超大深基坑施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)由于業(yè)主方不滿意而返工、由于相關(guān)文件回復(fù)不及時(shí)而引起工程價(jià)款爭(zhēng)議等現(xiàn)象，這都是由于各方缺乏有效的互動(dòng)交流引起的。

因子2：監(jiān)管機(jī)制缺位。超大深基坑施工質(zhì)量監(jiān)督管理是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工作。因?yàn)槌笊罨拥囊?guī)模龐大，施工過(guò)程復(fù)雜，再加上參與方較多，人員流動(dòng)性較大，給監(jiān)督管理工作帶來(lái)很大的困難，并由此帶來(lái)相應(yīng)的質(zhì)量安全問(wèn)題，如施工過(guò)程中的偷工減料、建設(shè)單位盲目趕工期等。因此，針對(duì)當(dāng)前建筑工程質(zhì)量與施工安全管理中存在的問(wèn)題，需要從分析問(wèn)題入手，提出有效的解決方案，規(guī)范建筑市場(chǎng)，進(jìn)一步做好超大深基坑施工管理工作。

因子3：項(xiàng)目全過(guò)程管理體系不完善。盡管我國(guó)建筑行業(yè)發(fā)展歷史悠久，但對(duì)超大深基坑從開(kāi)始到結(jié)束的全過(guò)程質(zhì)量管理仍存在諸多不足。如在現(xiàn)場(chǎng)施工中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)建設(shè)單位不按照審查圖樣施工、施工單位自行更改工程設(shè)計(jì)等現(xiàn)象，這些都是在缺乏全過(guò)程管理的情況下發(fā)生的。

因子4：維護(hù)管理體制不健全。在超大深基坑建設(shè)過(guò)程中，機(jī)械、材料等是施工的基礎(chǔ)。盡管我國(guó)建筑企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模在不斷擴(kuò)大，但是大部分施工企業(yè)在超大深基坑機(jī)械設(shè)備維護(hù)、材料質(zhì)量監(jiān)管等方面的能力仍然較薄弱。這就會(huì)直接影響建筑行業(yè)的生產(chǎn)質(zhì)量，日積月累將會(huì)導(dǎo)致超大深基坑質(zhì)量問(wèn)題。

3 結(jié)語(yǔ)

在建筑行業(yè)高速發(fā)展的大背景下，如何控制并降低超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，提高超大深基坑質(zhì)量管理已成為整個(gè)建筑行業(yè)的重中之重，而定性與定量相結(jié)合的系統(tǒng)梳理和歸納總結(jié)影響超大深基坑質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)因素，有利于為提高質(zhì)量提供參考。

本文研究結(jié)果表明，要降低質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)，首先要加強(qiáng)材料監(jiān)管。任何工程質(zhì)量都依賴于材料質(zhì)量，尤其是超大深基坑工程這類復(fù)雜項(xiàng)目，需要對(duì)施工材料進(jìn)行嚴(yán)格的控制。其次，還要對(duì)施工中用到的設(shè)備進(jìn)行嚴(yán)格把控，實(shí)時(shí)進(jìn)行檢修。最后，應(yīng)推進(jìn)信息化施工。超大地下工程需要融入信息技術(shù)，BIM等技術(shù)的應(yīng)用不僅可以對(duì)地下工程質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，還可以有效避免返工，提高項(xiàng)目效益。