李 芊， 段 雯， 許高強

(西安建筑科技大學管理學院， 陜西 西安 710055)

0 引言

在國家政策鼓勵和城市管理升級的雙重驅(qū)動下，我國城市地下綜合管廊已在31個省、自治區(qū)和直轄市的167個城市中建設或投入運營。在大批量的管廊投入運營后，管廊的運維管理日益受到重視，綜合管廊的安全運維風險及應對策略也越來越多地受到政府和國內(nèi)外學者的關注。

Julian等[1-3]認為綜合管廊參與主體眾多，融資和所有權關系復雜，安全管理是綜合管廊管理面臨的關鍵問題； 綜合管廊由于集中了污水、燃氣、電力等公用設施，其責任歸屬的多樣、設施的高度復雜給管理帶來了很大的難度，并分析了協(xié)同管理在綜合管廊后期管理的可行性和必要性； 提出了一種基于專家系統(tǒng)和顏色編碼相結合的方法，利用層次分析法分析了綜合管廊潛在的關鍵風險因素。Fco等[4]提出從管廊設計階段就要考慮后期運營所面臨的問題，進而保證運維的安全性和完整性。

目前，國內(nèi)關于綜合管廊的風險研究大多集中在PPP模式下綜合管廊的投融資經(jīng)濟風險、設計和施工風險等，而針對運維管理階段的風險研究較少。孫浩[5]介紹了綜合管廊全生命周期的風險管理，對于運維階段只是強調(diào)了收費模式存在的風險； 朱嘉[6]基于管廊系統(tǒng)整體視角，綜合分析其基本組成要素，以肯特法為基礎對城市綜合管廊系統(tǒng)進行安全風險與影響因素歸類研究，但針對運維階段的風險因素辨識還有待完善。綜上所述，目前國內(nèi)外關于綜合管廊運維階段的風險研究相對較少，對運維階段的風險因素辨識缺乏系統(tǒng)性和完整性。面對錯綜復雜的運維管理環(huán)境，以及國家對智能化運維管理的重視，亟需用科學合理的方法全面分析綜合管廊在運維管理過程中存在的關鍵風險因素，并提出有針對性的防范對策。

1 我國綜合管廊運維管理現(xiàn)狀

我國綜合管廊正處于集中建設階段，按照既定的設計規(guī)模，目前建成并投入使用的綜合管廊較少，運維管理經(jīng)驗相對不足。通過查閱相關文獻資料，對綜合管廊項目、市政基礎設施政府管理部門等進行實地調(diào)研，并參考部分專家學者的觀點，總結出目前我國綜合管廊運維階段主要存在運維管理經(jīng)驗不足、管理標準不統(tǒng)一、管廊管理單位眾多且協(xié)調(diào)難度大、信息化管理水平較低等問題。

1.1 重建設、輕運維

我國綜合管廊項目大多啟動于2014年，截至2017年6月，我國綜合管廊總里程已達約5 000 km(含在建項目)，已投入使用的綜合管廊總里程約1 000 km，占比約20%； 對于已投入運行的綜合管廊項目，按照原定設計規(guī)模進行運營的占比約30%。通過調(diào)研和查閱2015年10個綜合管廊試點城市的情況，可以看出目前我國大陸地區(qū)綜合管廊項目多處于建設階段，正式投入運營的較少。根據(jù)2017年3月國家審計署公布的 《2016年第四季度國家重大政策措施貫徹落實跟蹤審計結果》，在重點領域項目建設方面，城市綜合管廊建設項目進展緩慢，且部分項目完工后閑置，未達到預期收益，投入使用的項目存在入廊管線比原設計規(guī)模小、收費難、運營效益低、運維經(jīng)驗不足等問題。

1.2 管理標準不統(tǒng)一

隨著各地區(qū)綜合管廊的建成，部分地區(qū)已出臺了綜合管廊的管理辦法。通過對比分析我國約15個城市出臺的綜合管廊相關管理辦法，主要發(fā)現(xiàn)以下問題： 1)相關管理辦法基本都是在管廊建成后制訂，前期規(guī)劃設計、施工階段對后期運維管理的影響考慮不足，運維管理單位幾乎不參與前期的設計規(guī)劃。2)從信息的完整性和銜接性看，運維管理單位沒有相應的綜合管廊電子資料，存在信息脫節(jié)。3)從管廊運維管理執(zhí)行單位看，運維管理單位存在多樣化，既有市政管理、交通管理、市容市貌管理等政府職能管理部門，也有由社會資本主導成立的專業(yè)物業(yè)管理公司，還有綜合管廊業(yè)主委員會。4)從運營績效評價看，目前絕大多數(shù)地區(qū)沒有完善的運營績效考核機制，管廊產(chǎn)權單位和入廊管線單位難以對管廊運維管理單位進行考核。

1.3 單位多且協(xié)調(diào)難

綜合管廊是一項參與單位較多的復雜工程，前期規(guī)劃設計立項階段涉及發(fā)展改革、財政、規(guī)劃管理、城市管理、市政管理等部門，實施階段涉及交通運輸、住房建設、國土資源等單位，后期涉及電力、水務、天然氣、電信等入廊管線單位。由于參與單位眾多，存在審批程序復雜、信息傳遞不及時、資料不完整、利益沖突等因素，各主體之間協(xié)調(diào)困難、信息不協(xié)同，造成應急管理不及時、運維管理信息不統(tǒng)一等問題。如某市在綜合管廊管理辦法的制定過程中前后共收集到17個部門的反饋意見，由于各單位利益出發(fā)點、管理范圍不同，導致意見不一致，致使管理辦法的修改耗時7個多月之久。

1.4 運維管理信息化水平低

我國綜合管廊起步較晚，目前在綜合管廊建設方面的技術已逐步成熟，部分地區(qū)如珠海橫琴綜合管廊、西安常寧新區(qū)綜合管廊等項目在規(guī)劃設計和施工階段相繼應用了紅外檢測、電子備案、BIM、VR等先進技術手段，但這些技術在規(guī)劃設計和施工階段形成的成果沒有很好地與運維階段對接，電子資料的價值沒有得到很好的挖掘。目前已有的綜合管廊監(jiān)控運維系統(tǒng)，功能主要集中于監(jiān)控監(jiān)視、消防安全等方面，相應的應急智能控制、地上地下信息聯(lián)動等管理技術應用相對不足。

2 綜合管廊運維管理安全風險因素分析

根據(jù)上述關于綜合管廊運維管理現(xiàn)狀的分析可知，在制度建設、各單位協(xié)同管理及信息化水平提升等方面，綜合管廊的運維管理都存在很多問題，而這些問題在一定程度上導致了綜合管廊在運維階段產(chǎn)生諸如檔案資料管理混亂、單位之間協(xié)同管理難度大、應急反應時間長等影響運維安全的風險因素。目前我國綜合管廊大部分處于建設階段，投入運營的綜合管廊因入廊管線較少，有效的借鑒價值相對較低，資料積累較少； 而且，各地區(qū)關于綜合管廊的運維標準繁多，要求不一。針對目前實際運營資料的局限性，先通過文獻收集，分析整理綜合管廊運維過程風險因素； 在文獻分析的基礎上，根據(jù)綜合管廊的系統(tǒng)構成進行因果系統(tǒng)分類； 最后通過專家訪談，對整理出的風險因素進行修正和完善，從而對目前我國綜合管廊運維管理中存在的問題進行歸納和分析。

2.1 文獻分析法

目前關于綜合管廊運維管理階段的風險研究相對較少，但由于綜合管廊的運維管理風險主要來自于入廊管線和外界環(huán)境，因此，從研究入廊管線角度出發(fā)，重點整理分析有關石油管道、電力管道、給排水管道、天然氣管道以及管廊主體等已發(fā)生的事故致因。通過整理此類文獻資料以及我國各地區(qū)的相關標準規(guī)范，可以在一定程度上收集部分綜合管廊在運營階段的風險因素。通過對文獻中有關綜合管廊運維過程風險因素的整理，收集到綜合管廊在運維階段的風險因素如表1所示。

表1綜合管廊運維管理過程主要風險因素文獻收集表

Table 1 Literature collected for main risk factors in management process of operation and maintenance of utility tunnel

序號風險類別文獻出處1人員操作不當,偷盜文獻[7-8]2管道腐蝕,管道焊接不合格文獻[7-9]3采用不成熟的設備和技術文獻[7]4管理部門責任不明,缺乏安全意識文獻[10-11]5外力作用、第三方施工破壞文獻[8,12]6地下管線信息動態(tài)更新不足文獻[13]7地上地下信息不聯(lián)動文獻[14]8管道滲漏引起的塌陷文獻[15]9 管理智能化水平低,設備設施運營效率低文獻[12,16-17]10閥門、管件等產(chǎn)品質(zhì)量、安裝質(zhì)量文獻[9]11自然災害,如洪水、泥石流等文獻[8]12管理單位眾多,協(xié)調(diào)難度大文獻[12,18]13 管廊內(nèi)部空氣濕度、氧氣含量、二氧化碳含量等文獻[19-20]14 油氣、天然氣等引發(fā)的火災、爆炸、坍塌等事故文獻[19]15運維管理通訊信號不暢文獻[19]16危險管道集聚,影響范圍大文獻[16]17管廊防水、排水口的密度文獻[21-23]18管廊結構穩(wěn)定性、不均勻沉降文獻[24]19通風照明消防設施不完善文獻[25]20通信電纜信號干擾問題文獻[20]21管廊遠期擴容文獻[20]22運維管理標準不健全、不規(guī)范文獻[26-27]23檔案管理混亂文獻[27]

2.2 因果分析法

在文獻資料整理分析的基礎上，收集綜合管廊事故資料和相關報道，并根據(jù)綜合管廊的系統(tǒng)構成，包括管廊本體結構本身、入廊管線、附屬設備設施以及與其運維管理相關的地上單位信息、道路信息、外部環(huán)境、內(nèi)部環(huán)境等[6]，運用因果分析法，從管理層面、管廊本體、入廊管線、配套設施、環(huán)境、外力破壞、信息化水平等方面，對綜合管廊運維管理過程中的主要風險因素進行分析。綜合管廊運維管理過程中因果分析下的風險因素如圖1所示。

圖1 綜合管廊運維管理過程中因果分析下的風險因素

Fig. 1 Risk factors under causal analysis in management process of operation and maintenance of utility tunnel

2.3 運維管理風險因素清單修正

根據(jù)上述分析，表1中通過文獻收集的23個風險點基本都歸屬于圖1中的8大風險要素。將收集到的綜合管廊運維管理過程中的風險因素進行匯總歸納，走訪綜合管廊政府主管部門、專業(yè)運維公司、物業(yè)管理公司等相關單位，同時詢問入廊管線單位，如電力部門、給排水部門、天然氣部門等相關專業(yè)人員，對風險因素進行完善及修正，共確定5大類別、22種風險因素。綜合管廊運維管理過程最終風險因素清單如表2所示。

表2 綜合管廊運維管理過程最終風險因素清單

3 綜合管廊運維管理關鍵風險因素分析

傳統(tǒng)的關鍵風險因素分析，大多邀請專家用精確的數(shù)值如1，2，3，4，5來描述風險因素無影響、有較小影響、有影響、有較大影響、有很大影響。這種打分模式讓專家難以合理準確評價各因素間的影響關系，且打分過程存在主觀性和模糊性，往往導致評價結果不理想。為了客觀準確分析上述整理出的綜合管廊運維管理階段各風險因素之間的影響關系，運用三角模糊數(shù)實現(xiàn)語言變量的量化計算，以解決專家思維的模糊性，且因為上述篩選出的風險因素之間存在一定的邏輯關系； 因此，結合能夠清晰地表達因素之間的邏輯關系[28]、對因素之間影響關系評判的有效性更加準確的決策試驗與評價實驗室(decision making trial and evalu-ation laboratory，DEMATEL)法，對專家的模糊評判進行研究分析[29]，并根據(jù)各因素之間影響程度的大小，找出綜合管廊運維管理的關鍵風險因素。

3.1 群決策DEMATEL分析方法

3.1.1 建立群決策模型

設群決策中指標集為V={v1，v2，…，vn}，參與決策的專家群體為E={e1，e2，…，em}，評語集為S={s1，s2，…，sr，…，sg}。其中，sr表示第r個元素對應的語言變量。則{V，E，S}構成了專家群決策數(shù)學模型[30]。

3.1.2 確定評語集

評語集S作為專家群決策的準則，是由奇數(shù)個元素構成的有序語言變量集合，可以按需預先設定。這里根據(jù)因素間的相互影響關系，分別用s1，s2，s3，s4，s5表示因素之間無影響、影響很小、影響小、影響大、影響很大的關系，即S={s1，s2，s3，s4，s5}。

3.1.3 對語言變量進行模糊量化

介于專家群決策存在的模糊性和不確定性問題，根據(jù)模糊數(shù)學理論，通過三角模糊數(shù)來量化風險值[31]。語言變量sr(r=1,2,3,4,5)的三角模糊數(shù)可由式(1)來表達。

(1)

根據(jù)式(1)，計算得出語言變量對應的三角模糊數(shù)，如表3所示。

表3語言變量對應的三角模糊數(shù)

Table 3 Triangular fuzzy numbers corresponding to language variables

sr 三角模糊數(shù)s1(0,0,0.25)s2(0,0.25,0.5)s3(0.25,0.5,0.75)s4(0.5,0.75,1)s5(0.75,1,1)

即語言變量s1的三角模糊數(shù)為(0,0,0.25)，以此類推。

3.1.4 建立初始評判矩陣

(2)

3.1.5 建立直接影響矩陣

綜合m個原始評判矩陣D(p)，以集結專家群評判信息，得到直接影響矩陣Fd=(fij)n×n。具體步驟[32]如下。

1)初始判斷矩陣的正規(guī)化處理：

(3)

2)計算正規(guī)化白化值：

(4)

(5)

(6)

3)計算D(p)的各個元素的白化值：

(7)

4)綜合得到直接影響矩陣Fd：

(8)

3.1.6 建立綜合影響矩陣

計算Fd每行之和的最大值，用Fd每個元素除以此最大值，得到正規(guī)化矩陣X，并根據(jù)X建立綜合影響矩陣T。

T=X(E-X)-1。

(9)

式中E為單位矩陣。

根據(jù)綜合影響矩陣，由式(10)和式(11)計算出各個因素在系統(tǒng)中的影響度Y、被影響度B，并由影響度和被影響度計算中心度Y+B和原因度Y-B。

(10)

(11)

根據(jù)影響度、被影響度、中心度和原因度分析各個風險因素對整個系統(tǒng)的影響程度，從而得出因素集合的因果分類和重要程度排序。中心度代表某因素在整個體系中影響力的大小，原因度代表某因素對其他因素的影響程度[33]。若原因度為正，則表示該因素影響其他因素； 若為負，則表示受其他因素的影響。

3.2 綜合管廊運維管理關鍵風險因素分析

根據(jù)表2確定的最終風險因素清單，邀請7名來自管廊建設單位、材料供應商、物業(yè)管理公司、政府、科研機構的相關專業(yè)人員組成專家群決策小組，對風險因素之間的影響程度進行評價。為確保評價的客觀準確性，專家群決策小組成員按照表3的語言變量評價各因素之間的影響關系，其中某位專家的評價結果見表4。

表4 綜合管廊運維管理階段風險因素分析中某位專家的評價結果

邀請的7名專家分別對風險因素進行評價，產(chǎn)生7個語言評價結果； 按照表3對應的三角模糊數(shù)將7個語言評價結果轉(zhuǎn)換成模糊矩陣，即得到7個初始評判矩陣； 然后利用式(3)—(8)對所得矩陣進行規(guī)范化處理，計算各個元素的白化值，得到直接影響矩陣見表5。根據(jù)直接影響矩陣Fd，利用MATLAB計算得出綜合影響矩陣T。根據(jù)式(10)和式(11)，得到各個因素的影響度Y、被影響度B、中心度Y+B、原因度Y-B。所有指標總影響關系見表6。對計算出的各因素中心度和原因度進行排序，見表7，從而明確各因素的影響程度和邏輯關系。

表5 直接影響矩陣

1)中心度反映的是綜合管廊運維管理階段各風險因素的重要程度。根據(jù)對中心度的排序分析，因素F1、F16、F19、F22、F20、F10、F18、F4、F8、F5等排在前10位。將所得結果給予西安常寧新區(qū)綜合管廊項目相關專家和專業(yè)運維管理公司驗證后，基本符合目前我國綜合管廊運維管理情況。這些風險因素著重影響著整個管廊的安全運行和智能化管控、管理制度標準化建設、合理控制道路的開挖及提高運維設備設施的技術水平和信息處理能力，消除這些風險因素將會促進綜合管廊的高效運維管理，解決因后期綜合管廊擴容帶來的附加問題，同時能有效規(guī)避管線資料不全，人員、動物的非法入侵及地上地下信息不聯(lián)動等次要風險因素。

2)原因度反映的是綜合管廊運維管理過程中各風險因素之間的影響關系。根據(jù)對原因度的排序分析，因素F17、F8、F1、F12、F2、F9、F16、F11、F4、F13為正值，為致因型影響因素； 其余12個風險因素為結果型影響因素，受其他因素的影響。

3)從管理層面來看，按照風險因素的重要程度排序，管理制度多且不統(tǒng)一(F1)和安全意識薄弱、人為操作失誤(F4)是管理層面的核心因素。管理制度的不統(tǒng)一影響著管廊運維管理的頂層設計，工作人員的安全意識薄弱是管理階段需重點關注的問題。從管廊本體層面來看，不均勻沉降引起的裂縫、管線偏移、管道滑落等(F8)為核心因素，不均勻沉降引起的裂縫和地基下沉會影響管道的排布位置，對管線的安全造成威脅。從入廊管線層面來看，后期擴容(F14)和管線資料不全(F10)是主要風險因素，隨著后期城市的更新和管線的增多，對管廊原有運維空間和管理水平將是很大的挑戰(zhàn)，管線資料的齊全與否將影響著后期擴容和突發(fā)事件的救援決策。從環(huán)境因素分析，城市修建、道路開挖等第三方施工(F16)和人員、動物非法入侵(F18)在風險因素中占據(jù)顯著位置，管廊周邊建筑物或基礎設施的施工等都將會對管廊的結構和穩(wěn)定性產(chǎn)生一定影響，需密切關注。從運維設備設施層面看，運維設備設施簡陋、信息化水平低(F19)和地上地下信息不聯(lián)動(F22)是影響管廊安全運維的核心因素，信息化水平的高低將直接影響日常運維的效率和突發(fā)事件發(fā)生后的應急反應，地上地下信息的聯(lián)動將會為救援決策提供支持和幫助。

表6 所有指標總影響關系

4 關鍵風險因素防范

針對篩選出的綜合管廊運維管理關鍵風險因素，應采取有效措施進行防范應對，并著重從以下幾方面進行加強和完善。

1)加快綜合管廊運維管理標準化的建設步伐。完善并統(tǒng)一相關運維管理制度，明確運維內(nèi)容和技術要求，注重綜合管廊全生命周期信息管理，加強綜合管廊信息檔案管理制度標準化建設，通過規(guī)范信息編制依據(jù)和表現(xiàn)形式，使綜合管廊的設計、施工、運維信息能夠相互銜接，實現(xiàn)綜合管廊全生命周期運維管理。

2)組建高效項目管理團隊，加強各單位協(xié)同管理。為提高綜合管廊的高效專業(yè)安全運維水平，可以由政府或?qū)I(yè)運維管理公司牽頭組建綜合管廊項目管理團隊，由目前管理主體多樣化轉(zhuǎn)化為項目經(jīng)理制。項目管理團隊由政府主管部門相關人員、建設主體人員、入廊管線單位人員及運行維護人員等組成，項目團隊統(tǒng)一歸項目責任人管理和調(diào)配，工作內(nèi)容由項目團隊統(tǒng)一制定規(guī)范后執(zhí)行，加強協(xié)同管理，縮短事項審批時間，加快事故應急處理，實現(xiàn)綜合管廊的高效安全運行。

表7 各因素中心度和原因度排序

3)建立綜合管廊智能化運維管理平臺。積極探索將BIM、GIS、VR等技術應用在綜合管廊的運維管理中，將綜合管廊的設計、施工、運維信息一體化集成管理，打破信息孤島，實現(xiàn)綜合管廊的智慧監(jiān)控、地上地下信息聯(lián)動、智能控制和應急決策等功能，實現(xiàn)城市地下綜合管廊的可視化、一體化、科學化、智能化運維管理，打造“看得見，摸得著，會思考”的地下生命線工程。

5 結論與討論

1)從我國綜合管廊運維管理過程中存在的問題出發(fā)，全面分析我國綜合管廊運維管理中存在的風險因素，運用DEMETAL等數(shù)學方法對識別出的風險因素進行影響程度和重要程度排序，得出管理制度不統(tǒng)一、運維設備設施信息化水平低、專業(yè)管理人員技術水平參差不齊等為綜合管廊運維管理過程中的關鍵風險因素，并從加快運維管理標準化建設、加強單位間協(xié)同管理、建立綜合管廊智能化運維管理平臺3方面提出風險防范措施，對進一步完善綜合管廊運維管理制度、提高綜合管廊智能化管理水平具有一定的促進作用。

2)綜合管廊運維管理涉及眾多學科和領域，由于實際投入運營的綜合管廊較少，所以對于綜合管廊運維管理風險因素的總結和歸納難免有遺漏或累贅之處，需進一步完善和優(yōu)化。此外，運用專家打分法對風險因素之間的影響程度進行判定，在一定程度上存在主觀性，如何降低專家的個人臆斷影響，使評判數(shù)據(jù)更加客觀，也需進一步研究。