基于AHP-灰色關聯(lián)度分析的公路工程施工風險評價研究

鄭祖恩， 龍 英

(湖南省交通科學研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 引言

隨著社會經濟快速發(fā)展，我國公路工程的投資體量逐年遞增，由于公路工程施工周期長、人員流動大、施工條件差等安全問題突出，公路工程施工安全事故時有發(fā)生，給公路施工企業(yè)和管理部門增加了安全壓力，也給社會造成不良影響。

為了全面系統(tǒng)地辨識、評估、管控、降低公路施工過程中潛在的安全風險，業(yè)內專家學者系統(tǒng)性地研究了多種公路工程施工風險辨識和評估方法，例如: 李得英[1]重點剖析了公路工程施工安全風險現(xiàn)狀及管理不足，并提出了有效的安全對策;喬建剛等[2]基于相對差異函數(shù)對高速公路施工風險進行了評估;劉偉等[3]探討了公路隧道施工技術與安全管理;吳威等[4]精細化分析了影響高速公路施工的風險因素；唐志鋼[5]研究了高速公路風險管控與隱患排查治理機制等；劉紀坤等[6]研究構建了山區(qū)高速公路施工工程風險評價模型；薛亞東等[7]利用軟科學方法量化分析了山嶺公路隧道施工風險；郭內強等[8]研究了山區(qū)高速公路風險防控方法；張世凱[9]結合WBS和RBS分析公路工程施工安全風險因素。本文將層次分析方法(AHP)和與灰色理論中的灰色關聯(lián)度分析法有效結合起來，研究建立了具有普適性的公路工程施工風險評價方法、體系和技術路徑，并在某公路施工中示范應用該風險評價體系，驗證其有效性。

1 公路施工安全風險評價指標體系構建

公路工程施工通常為多標段同時開工，呈線性狀態(tài)分布，工程施工周圍環(huán)境復雜多變，工作面不斷延伸，施工作業(yè)易受自然災害、地質地形條件等因素影響，施工安全影響因素還包括施工單位人員組成和技術水平等，通常情況下，項目成員組成越復雜，施工工藝越繁多，潛在的安全風險相對更高。因此，在咨詢專家、教授、現(xiàn)場施工人員等基礎上，本文綜合分析了公路工程施工過程中的技術風險、施工人員素質、管理組織能力、施工安全環(huán)境、材料設備供應等風險薄弱點，形成公路工程施工安全風險評價指標體系，具體如圖1所示。

2 基于AHP-灰色關聯(lián)度分析的公路工程施工風險評價模型

2.1 AHP法原理與步驟

AHP法是為有效地將系統(tǒng)總的待評價目標根據(jù)分析分解成不同的層次，計算下一個層次對上一個層次因素指標的權重值[10]，其具體步驟如圖2所示。

圖1 公路工程施工安全風險評價指標體系圖

圖2 層次分析法步驟圖

2.2 灰色關聯(lián)度分析法

灰色關聯(lián)分析法基于灰色理論分析系統(tǒng)因素之間的差異程度，常以關聯(lián)系數(shù)來量化系統(tǒng)各因素之間的關聯(lián)程度。

1) 查閱資料，咨詢專家系統(tǒng)分析評價對象之間的相互關系，并構造公式系統(tǒng)評價矩陣，其中m代表各風險因素的個數(shù)，即:

(1)

2) 為有效地將各指標無量綱化處理，先選取合適的參考數(shù)據(jù)列，使得計算合理化，本文參考數(shù)據(jù)列以各風險因素正向指標的最大值構成。

3) 無量綱化處理分為初值化法與均值化法，本文選取初值化法，得到公式(2)矩陣：

(X0，X1， …，Xn)=

(2)

4) 依據(jù)公式(3)為各因素的評價指標數(shù)據(jù)與參考數(shù)列之間的絕對值。

Δ=|x0(k)-xi(k)|

(3)

5) 結合公式(4)和公式(5)，分別計算兩級最小差與兩級最大差數(shù)值。

(4)

(5)

6) 為有效地判斷各風險因素之間的關聯(lián)情況，需計算指標的關聯(lián)系數(shù)，即:

(6)

式中:k=1，2，…，m，ρ為分辨系數(shù)，0<ρ<1，且ρ越小，關聯(lián)系數(shù)間差異更大，ρ通常取0.5。

7) 將各風險指標因素的關聯(lián)系數(shù)取均值，得到關聯(lián)度。

8) 對各關聯(lián)系數(shù)的均值歸一化處理，得到各風險因素評價指標的權重Wi。

3 工程實例應用

3.1 工程實例基本情況

為驗證上述風險評價體系，以某高速公路工程中的5個標段的工程實例作為評價對象，對其施工風險因素進行評價。

3.2 風險等級劃分

根據(jù)各風險因素評價結果的數(shù)值分布，劃分高危險、較高危險、一般風險、低風險等4個風險等級，具體不同風險等級分值區(qū)間見表1。

表1 公路工程施工風險因素等級表風險等級分值區(qū)間風險水平Ⅰ[0.15,0.18)高風險Ⅱ[0.12,0.15)較高危險Ⅲ[0.06,0.12)一般風險Ⅳ[0.00,0.06)低風險

3.3 風險因素指標權重計算

為確定各風險指標因素的權重值，通過分發(fā)20份調查問卷，由公路工程行業(yè)專家和教授分別對該風險評價指標體系的一級、二級風險因素指標進行重要性打分；其中打分又分為2類情形，一類情形是評判不同風險因素指標對事故后果影響的重要程度，另一類情形是評判5個標段中各風險因素誘發(fā)事故的可能性大小，分值為(1，10)。依據(jù)專家打分情況，采用1-9標度法計算各風險指標因素的權重值和風險因素誘發(fā)事故可能性大小分值，結果見表2和表3。

3.4 灰色關聯(lián)度確定風險因素權重值

歸一化、無量綱化處理所收集5個標段中不同風險指標因素的專家評分結果，選取參照數(shù)列為X0{1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00}，并根據(jù)公式(1)～(6)計算得到各風險指標因素的關聯(lián)系數(shù)，均值歸一化處理得到各風險因素大小權值，見表4。

3.5 計算各風險指標因素評價綜合值

依據(jù)公式(7)得到歸納總結的15個公路工程施工風險因素評價綜合值，經歸一化處理所得結果見表5。

表2 公路工程施工風險因素權重表一級風險指標二級風險指標指標權重指標權重綜合權重值PjC110.319 70.090 0C10.282 3C120.223 20.063 0C130.457 10.129 0C210.141 20.017 5C20.124C220.493 60.061 0C230.36520.045 0C310.603 20.106 0C30.175C320.234 10.041 0C330.162 70.028 0C410.183 10.046 0C40.252C420.603 70.152 0C430.213 20.054 0C510.407 50.067 0C50.166C520.273 30.045 0C530.319 20.053 0

表3 各風險因素大小值表標段號C11C12C13C21C22C23C311543551623533644345425324263172353731614C32C33C41C42C43C51C52C534368763852667554456556453457644622435665

表4 各風險因素權值大小指標關聯(lián)度指標關聯(lián)度W10.062W90.061 0W20.073W100.078 0W30.064W110.068 0W40.052W120.079 0W50.080W130.074 0W60.057W140.067 5W70.060W150.065 0W80.063——

Fi=(wi×Pj×Ij)，j=1，2，…，m

(7)

其中，F(xiàn)i為j風險指標因素的評價綜合值，Pj為風險指標因素影響大小的綜合權重值，ωj為j風險指標因素發(fā)生概率的權值，Ij為j風險因素專家打分值。

表5 公路工程施工風險因素綜合評價值指標關聯(lián)度指標關聯(lián)度F10.009F90.015 0F20.023F100.171 0F30.002F110.163 0F40.072F120.072 0F50.005F130.072 0F60.048F140.067 2F70.132F150.018 0F80.022——

3.6 各風險因素評價結果

根據(jù)公路工程施工風險因素等級表(見表1)，得到公路工程施工風險因素風險等級(見表6)。

表6 公路工程施工風險因素風險因素等級一級風險指標二級風險指標風險級別C11一般風險C1C12低風險C13低風險C21一般風險C2C22低風險C23一般風險C31較高風險C3C32一般風險C33低風險C41高風險C4C42高風險C43一般風險C51一般風險C5C52一般風險C53低風險

3.7 評價結果分析

將影響大小綜合權值、關聯(lián)度系數(shù)、專家打分值相結合，綜合計算得到:在5個公路工程施工標段的15個風險因素中，規(guī)章制度完善能力C41、施工現(xiàn)場組織與管理能力C42均屬于Ⅰ級(高風險水平)；施工人員技術素質C31屬于Ⅱ級(較高風險水平)；新技術與新工藝C11、材料與設備供應及時性C21、材料與設備供應合格率C23、施工人員身體素質C32、教育與培訓員工能力C43、自然災害頻率與程度C51、地質地形條件C52等屬于Ⅲ級(一般風險水平)；勘察技術水平C12、施工技術水平C13、材料與設備供應充足性C22、施工團隊合作水平C33、水文條件C53等屬于Ⅳ級(低風險的風險水平)。綜合評估分析各評價指標所對應的施工風險等級，在工程施工過程中需重點加強規(guī)章制度體系建設提升施工現(xiàn)場管理能力，并通過加強日常安全培訓教育提升施工人員技術素質，降低施工安全風險。

4 結論

以某高速公路工程的5個施工標段為評價對象，從施工安全的技術風險、施工人員素質、管理組織能力、施工安全環(huán)境、材料設備供應等方面出發(fā)建立了評價指標體系，以行業(yè)專家綜合評分計算指標權重，構建系統(tǒng)的公路工程施工風險評價體系，并將該方法在工程實例運用，驗證了其可行性，對指導公路施工采取管控或降低風險的措施具備一定的參考價值。