基于层次分析法的隧道工程项目风险管理分析

通过工程实例分析了隧道工程项目中承包商的风险决策控制问题，在面对所有风险来源中给出了各级风险因素指标的计算过程，检验了工程项目的可行性，并对风险因素分类进行分析，得出了不同类型的风险源对隧道工程项目风险评价指标的影响，得出不确定性因素对隧道工程项目的影响程度比较大，所占的风险决策和控制权重比例也比较大，而非不确定性也就是人的作用程度因素对隧道工程项目的影响程度比较小，所占的风险决策和控制权重比例也就小。文中从第一组到第五组随着不确定性因素的减弱，人的干预能力增强，风险决策和控制等级也相应整体减小。
1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1 选题背景

随着社会经济的高速发展和人们生活质量的不断提高，中国经济突飞猛进，主要体现在人们出行方式的改进和生活理念上的变化，那么人们追求出行方式的不断改进造就了现代交通方式的多样化，如现代高铁、城际高铁、高速公路等[1]。那么，在交通方式不断完善过程中，线路难免会穿越山岭和河流，在这些特殊地段修建交通线路就体现出了我们工程工作者的重要性。据资料统计显示，中国铁路和公路隧道总长度排在世界第一位，并且我国公路和铁路交通网还在不断完善，但是距离达到国家要求的交通规划还有一段很长的路要走，这就意味着隧道工程项目还将在我国工程中普遍存在。隧道主要建设在地下、山体、水下等，是为公路汽车车辆或铁路火车行驶的建筑物，主要包括城市地下隧道、山岭隧道和海底隧道三大类。隧道工程建设主要涉及到隧道规划、隧道线路的勘察、隧道线路的设计、隧道施工和贯通控制测量等工作。我国隧道工程建设取得了很大的成果，然而我国的隧道工程风险管理却远远滞后于隧道工程技术的发展，在我国隧道工程建设过程中安全事故常常发生，造成的损失非常严重[2]。所以，迫切需要加快我国关于隧道工程项目施工阶段中的风险管理和控制。我国隧道钻爆法起步较早，其在我国煤矿巷道开挖中的应用比较广泛，鉴于爆破法的优点如廉价性、省力省时、高效性等，致使成熟爆破技术迅速被推广到山岭隧道开挖过程中。然而，由于爆破技术的过于成熟致使一线工人普遍存在粗心大意的心理，在爆破法施工中发生少打眼、乱放炮的现象，这为隧道工程项目管理增加了很大的风险。并且，隧道工程面临的多为不可见、不确定性问题，这同样增加了隧道的风险管理难度[3]。爆破法在隧道工程建设风险管理中涉及到的专业面广、时间段多、参与方混杂等诸多问题，爆破法在隧道工程风险管理上仍处于管理与意识分离状态，一线工作者的不重视使隧道工程管理上的风险增大，同样参与者多方管理时间段的风险管理独立性，也是爆破法在隧道工程中处于高风险状态的原因之一。隧道工程项目风险管理存在诸多问题，从时间上各参与方只注重隧道开挖过程，从组织上各参与方没有一个系统的关联管理制度，对整个隧道工程项目缺乏明确的认识和科学的度量，很少能站在项目全方位角度对隧道工程项目采取整体集成化实施风险管理[4]。

1.2 国内外研究现状

1.2.1 国内研究现状

在我国关于隧道工程项目风险管理的研究不是很多，研究的内容大多数是安全管理和评价的研究、模糊层次分析法在建设项目工程中的运用、风险管理方法的分析、项目的决策分析、工程风险因素管理预警分析研究等等，我国对风险管理大多是从法律形式来确保工程的安全生产。关于风险管理的内容主要包括：纪志锋等人[8]分析了大量不确定因素，讨论了风险管理方法，在风险评价体系的基础上，运用影响图理论和模糊数学建立模糊影响图风险评价模型，以某隧道工程为例，验证了其对项目成功的重要意义。张志彬[9]分析了不断增大的隧道工程项目风险趋势，以此为基础对隧道工程项目中

的风险识别、风险估计、风险评价、风险应对和风险监控进行了研究，风险因素各自所占比例对于风险管理控制的成败、优劣对风险管理控制大有裨益。

2 模糊层次分析法的基本理论

2.1 前言

模糊层次分析法是基于模糊数学理论和层次多元分析基本原理定性和定量的一种系统分析方法，隶属运筹学范围，该方法在管理学中为最优方案的选择提供了可靠的依据。模糊层次分析法中模糊性主要是对参数集合的描述，通过模糊性数学来进行判断、评价、推理、决策和控制等过程，在隧道爆破开挖中影响爆破开挖效果的因素有很多，如炮孔间距、炮孔深度、装药量、最小抵抗线等等，还有一些用专业知识不能够解释的因素，如开挖隧道掘进面空气湿度，就可以用模糊性理论进行研究。模糊性理论提供了一种边界的分析节点，让不能够融入分析元素的内容纳入到分析中，达到问题从精确化到模糊化的转变，模糊性理论是在不确定因素上得出模糊量的变化规律的一种方法。层次分析法则是将分析的参数划分为目标、准则、方案等层次，进行定性和定量层次权重分析的一种方法，该方法把决策问题目标进行不同层次的分解，在各层次结构上分析出该层元素对上一层某元素的权重比例，再通过加权的方法分析该层次元素的最终权重系统，从而找出影响目标的最大元素对象[35]。模糊性理论和层次分析法把隧道爆破影响参数进行模糊化分类，通过期望目标的分解，使分析过程形成层次结构，他们的结合能够很好的分析隧道爆破开挖效果的好坏。

2.2 模糊理论

2.2.1 模糊集合

模糊理论是通过模糊概念延伸出来的理论，模糊概念主要是指不确定性的或外延不清晰的，如我们隧道里常说的围岩，那么周围岩层的范围到底是多大才属于围岩范围呢，这在我们隧道工程里没有一个明确的界定，即对隧道开挖与支护有影响的一定深度的岩层。对模糊理论来说，主要涉及到模糊逻辑、模糊集合理论、模糊控制、模糊推理等方面内容，我们隧道工程里应用的就是模糊控制爆破开挖来达到较好开挖效果的一种方法，其爆破效果达到模糊最优控制。模糊集合论又叫做模糊数学，作为一个重要数学理论，可以对复杂工程领域系统进行问题的描述、处理和求解等。具有模糊性的状态或物体，如“灰暗的”和“老的”，在精确的数学学科下是解决不了的。对于普通集合来说，主要是指界限分明、概念清晰、从属关系明确、非此即彼的界定方式，而对于模糊集合来说，不能用简单的“是”或“否”来确定，如生活中常说的年轻、暖和、很大等，具有模糊概念所描述的属性对象的全体。对于子因素和目标之间的归属用一种相对量的隶属度来表示，即我们常说的权重比例，然而工程中采用模糊方法主要注重于分析大量因素对目标所呈现出来的综合描述和处理

3 隧道工程项目风险产生机理及因素分析............................................................................. 20

3.1 引言................................................................................................................................. 20

3.2 BIM 的概念和特点......................................................................................................... 21

3.3 隧道工程项目风险产生机理 ....................................................................................... 22

3.4 隧道工程施工风险因素分析 ....................................................................................... 25

4 隧道工程项目承包商决策控制分析 ..................................................................................... 33

4.1 工程概况......................................................................................................................... 33

4.2 确定风险指标权重........................................................................................................ 34

4.3 判定指标风险的等级.................................................................................................... 38

4.4 本章小结......................................................................................................................... 42

5 隧道工程项目风险预警分析和防范措施............................................................................. 43

5.1 引言................................................................................................................................. 43

5.2 风险因素的预警分析.................................................................................................... 43

5.3 风险的控制和防范......................................................................................................... 51

5.4 本章小结......................................................................................................................... 54

5 隧道工程项目风险预警分析和防范措施

5.1 引言

在分析了隧道工程项目决策的可行性后，需要对隧道工程项目可能遇到的风险值进行有效的管理，也就是我们常说的风险的预警。结合第四章该项目基本情况为湖北某高速公路隧道段为一条分离式长隧道，该地段地形起伏大，植被茂密，地段岩层结构主要有白云岩、灰岩、页岩，隧道埋深在 260m 左右，隧道全长 2367m，其地段有熔岩、破碎断裂带，地下水主要为裂隙水。那么，针对于提供的该项目其他资料显示，影响该项目安全状况的因素可以分为下面几类：环境的因素、人的因素、技术的因素、物的因素、管理的因素等。每一类因素所涉及的内容是不一样的，其中人的因素主要有：劳保用品佩戴情况、作业人员身体状况、作业人员资质情况、作业人员超负荷施工、违章指挥情况、违章作业情况、作业人员安全意识等，物的因素主要包括：机械设备正确使用、消防和防雷设施情况、机械设备更新保养情况、安全防护用品投入情况、大型机械安装拆卸安全控制、施工机械用电情况、材料质量及合格率等，环境因素主要包括：“四口五临边”防护情况、交叉作业情况、施工照明情况、施工现场噪声及扬尘、季节影响、自然环境条件等，技术的因素主要包括：安全技术规范和操作规程、安全技术交底、施工组织设计及专项施工方案、危险源控制、四新技术等，管理的因素主要包括：施工安全管理机构及岗位设置、安全管理制度、事故预防及应急处理、安全教育与培训、安全生产定期检查等。针对于以上影响该项目安全状况的因素需建立预警机制，预警指标体系中权重比例的确定可按照第四章计算的结果来进行分析，结合每一级的权重比例一致性检验结果，融入到预警指标体系中达到项目风险预警的目的。

6 结论与展望

6.1 结论

本文通过采用理论和构成实例计算相结合的方法，对隧道工程项目风险管理进行了系统的研究。在此基础上证明了模糊层次分析法在隧道工程项目风险管理中的应用是可行的。主要研究成果如下：

（1）模糊综合评价法通过评价集、因素集、隶属度和权重集来进行模糊综合评判，给出了层次分析法步骤和特点，并对层次分析法中各因素进行比较，主要包括单因素法、双因素法和多因素最小二乘法和神经网络法，得到各种方法的计算过程。

（2）分析了隧道工程项目风险产生的机理，结合隧道工程高风险和复杂性的特点，隧道工程项目风险的来源涉及到隧道工程项目全过程中，包括规划、勘察、设计、施工等，其中施工阶段的风险因素比较多，也是隧道工程项目风险管理的重点。对隧道施工中爆破法开挖的所有爆破因素，运用模糊多元层次分析法建立爆破指标和多因素之间的关系，通过计算可以得到相应的权重比例。还分析了爆破环境的因素，这在隧道工程项目风险管理中也是一个不可缺少的部分。

（3）通过隧道工程项目风险因素的分析，还得出了隧道工程项目爆破法施工中因素的不确定性，以及各因素之间的关系不确定性，因素与指标影响程度的不确定性，各指标对爆破效果权重对应关系的不确定性，这增加了隧道工程风险管理的难度。在隧道工程项目中不可预见、不可避免和不确定性的风险因素要制定一定的风险处理措施。

（4）通过工程实例分析了隧道工程项目中承包商的风险决策控制问题，在面对所有风险来源中给出了各级风险因素指标的计算过程，检验了工程项目的可行性，并对风险因素分类进行分析，得出了不同类型的风险源对隧道工程项目风险评价指标的影响，得出不确定性因素对隧道工程项目的影响程度比较大，所占的风险决策和控制权重比例也比较大，而非不确定性也就是人的作用程度因素对隧道工程项目的影响程度比较小，所占的风险决策和控制权重比例也就小。文中从第一组到第五组随着不确定性因素的减弱，人的干预能力增强，风险决策和控制等级也相应整体减小。