李宗坤，王 特，葛 巍，宋子元

(鄭州大學(xué) 水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001)

0 引言

人工島建設(shè)相比于內(nèi)陸工程建設(shè)，具有施工環(huán)境復(fù)雜、不確定因素多及技術(shù)難度高等特點(diǎn)?？紤]到此類工程規(guī)模龐大、安全指標(biāo)要求高且管理困難，必須對(duì)工程進(jìn)行系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析，識(shí)別出各工作階段的風(fēng)險(xiǎn)因素，并作出綜合性評(píng)價(jià)。

國(guó)內(nèi)對(duì)于人工島建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)的研究取得了較多的成果。宋君妍等[1]通過(guò)對(duì)人工島開發(fā)建設(shè)過(guò)程的風(fēng)險(xiǎn)分析與對(duì)策研究，提出了有效的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防及控制措施。馮民學(xué)等[2]對(duì)洋口港區(qū)人工島進(jìn)行了雷擊風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算和風(fēng)險(xiǎn)區(qū)等級(jí)劃分。王彥林等[3]對(duì)港珠澳大橋東、西人工島施工圖設(shè)計(jì)進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，詳細(xì)討論了安全風(fēng)險(xiǎn)的防范建議。以上大多注重于整體工程的綜合評(píng)價(jià)，對(duì)于各分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法的思考并不明確。WBS-RBS是一種廣泛應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)分析的方法，已在較多實(shí)際工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中得到了應(yīng)用。陳國(guó)華等[4]運(yùn)用WBS-RBS方法對(duì)跨海橋梁施工作業(yè)和風(fēng)險(xiǎn)層次進(jìn)行了分解，確定出了對(duì)應(yīng)工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)和主要影響因素。賈俊峰等[5]通過(guò)構(gòu)建WBS-RBS結(jié)構(gòu)提高了土建工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的準(zhǔn)確性。 筆者結(jié)合港珠澳大橋人工島工程實(shí)例，運(yùn)用WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法和AHP方法計(jì)算并分析工程建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)因素及權(quán)重，并按照風(fēng)險(xiǎn)度理論及風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)各階段風(fēng)險(xiǎn)水平進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，詳細(xì)分析了各分項(xiàng)工程中的風(fēng)險(xiǎn)因素，規(guī)避了其他方法分析不全面的弊端，使該工程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別更加清晰和直觀，從而提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性。

1 工程概況

港珠澳大橋東西人工島是連接?xùn)|西橋梁和海底隧道的重要結(jié)合點(diǎn)，更是集辦公、監(jiān)控、隧道救援養(yǎng)護(hù)等多功能為一體的綜合項(xiàng)目，為港珠澳大橋工程全線路段的重點(diǎn)配套項(xiàng)目。東、西人工島均采用橢圓形布設(shè)，東人工島島長(zhǎng)625 m，寬225 m，總面積為10.316萬(wàn)m2；西人工島島長(zhǎng)625 m，寬185 m，總面積為9.796萬(wàn)m2。

由于人工島施工范圍內(nèi)有800萬(wàn)噸海床淤泥，施工團(tuán)隊(duì)采用了“鋼筒圍島”方案：在陸地上預(yù)先制造120個(gè)直徑22.5 m、高度55 m、重量達(dá)550 t的巨型圓形鋼筒，通過(guò)船只將其直接固定在海床上，然后在鋼筒合圍的中間區(qū)域進(jìn)行填土造島，其施工工法和八錘聯(lián)動(dòng)液壓振動(dòng)錘為世界首創(chuàng)[6]。人工島分別通過(guò)島橋結(jié)合部和島隧結(jié)合部實(shí)現(xiàn)與橋、隧的連接。

2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

港珠澳大橋人工島建設(shè)地處外海，技術(shù)新、經(jīng)驗(yàn)少，不確定因素較多，容易引起風(fēng)險(xiǎn)的因素也很多，同一風(fēng)險(xiǎn)因素在不同的建設(shè)階段中也會(huì)不同?；诟黠L(fēng)險(xiǎn)因素的時(shí)效性和動(dòng)態(tài)特性，對(duì)工程分別進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解和風(fēng)險(xiǎn)分解，并構(gòu)造WBS-RBS矩陣對(duì)人工島建設(shè)過(guò)程中可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別。

項(xiàng)目分解(WBS)[7-8]是從全局出發(fā)，將一個(gè)整體項(xiàng)目分解成若干個(gè)相互獨(dú)立、易于描述的作業(yè)單元，可以深入了解和牢牢把握項(xiàng)目實(shí)施的具體細(xì)節(jié)。項(xiàng)目分解的方法比較靈活，可以從實(shí)施過(guò)程、空間位置、功能或要素等方面入手進(jìn)行分解?？紤]到港珠澳大橋人工島建設(shè)項(xiàng)目的特點(diǎn)，按實(shí)施過(guò)程進(jìn)行WBS分解，如圖1所示。

圖1 港珠澳大橋人工島建設(shè)WBS分解結(jié)果Figure 1 Result of WBS decomposition of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

風(fēng)險(xiǎn)分解(RBS)[7-8]是將工程實(shí)施過(guò)程中可能遇到的風(fēng)險(xiǎn)逐層分解，從而得到不同層次的子風(fēng)險(xiǎn)。在參照相關(guān)工程的基礎(chǔ)上，充分考慮各方面致險(xiǎn)因素，并結(jié)合生態(tài)文明建設(shè)思想，將風(fēng)險(xiǎn)分解為自然環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、海洋工程風(fēng)險(xiǎn)、島內(nèi)施工風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)和其他風(fēng)險(xiǎn)共5大類，并逐層進(jìn)一步分解，如圖2所示。

圖2 港珠澳大橋人工島建設(shè)RBS分解結(jié)果Figure 2 Result of RBS decomposition of Hong Kong-Zhuhai-Macao Bridge

為充分考慮港珠澳大橋人工島建設(shè)工作的實(shí)際需要，并使分解結(jié)果便于計(jì)算，可建立WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別矩陣，對(duì)各級(jí)子工作中所存在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行有效識(shí)別和清晰反饋，進(jìn)而全方位、多角度地反映該建設(shè)過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)狀況。

基于以上理論，構(gòu)造WBS-RBS風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別矩陣A。矩陣A的列分別對(duì)應(yīng)各2級(jí)子工作，行分別對(duì)應(yīng)各2級(jí)子風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于確實(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)因素，矩陣對(duì)應(yīng)元素設(shè)為1。對(duì)于比較模糊、可能存在的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，也認(rèn)定其存在，然后根據(jù)后期的專家打分確定其權(quán)重和重要性。而對(duì)于子工作中幾乎不可能發(fā)生的或?qū)φ麄€(gè)工程影響甚小的風(fēng)險(xiǎn)項(xiàng)，則可進(jìn)行忽略，即將對(duì)應(yīng)元素設(shè)為0。

A=

3 風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算

3.1 層次分析法

層次分析法(AHP)[9]適用于定性問(wèn)題的定量分析，可以將復(fù)雜問(wèn)題逐層分解為更加系統(tǒng)、直觀的遞階層次結(jié)構(gòu)。結(jié)合WBS-RBS判斷矩陣，采用層次分析法，確定各分項(xiàng)元素相對(duì)于目標(biāo)的重要程度。具體實(shí)施過(guò)程如下：

(1)構(gòu)建各風(fēng)險(xiǎn)元素相對(duì)于準(zhǔn)則層的判斷矩陣：

B=(bij)n×n，

(1)

式中:bij表示對(duì)于上一層對(duì)象而言，風(fēng)險(xiǎn)因素Ri相對(duì)于Rj的重要程度。

bij取值可根據(jù)美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty提出的1～9標(biāo)度法則來(lái)確定[7]。bij具體取值及意義見表1。若i=j，則bij=1；反之，bij=1/bji。

表1 bij取值及意義Table 1 Value and significance of bij

(2)根據(jù)判斷矩陣B，確定各準(zhǔn)則下風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)權(quán)重。首先求出判斷矩陣B的最大特征值λmax，再求出最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量U=(u1，u2，…,un)，并對(duì)該特征向量進(jìn)行歸一化處理得到向量V，V=(v1，v2，…vn)。歸一化處理后向量中的值即為其對(duì)應(yīng)元素的相對(duì)權(quán)重[10]。向量V的計(jì)算如式(2)所示：

(2)

(3)利用一致性指標(biāo)CR對(duì)矩陣進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。當(dāng)CR小于0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的一致性滿足要求[11]。

(3)

(4)

式中:CI為相容性指標(biāo)；λmax為判斷矩陣的最大特征值；n為判斷矩陣的階數(shù)；RI為隨機(jī)性指標(biāo)，可參照美國(guó)運(yùn)籌學(xué)家T.L.Saaty給定的矩陣階數(shù)與隨機(jī)性指標(biāo)參考值[12]，見表2。

表2 隨機(jī)性指標(biāo)RI取值Table 2 Value of the mean random consistency index RI

3.2 風(fēng)險(xiǎn)度理論

風(fēng)險(xiǎn)度[11]是一種定量化地描述風(fēng)險(xiǎn)概率以及損失程度的分析方法。此方法認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)度D可以根據(jù)該風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性程度L和所造成的損失程度C來(lái)確定，其計(jì)算公式為:

D=L×C，

(5)

式中:L、C的取值為1～5，其具體取值所對(duì)應(yīng)的含義見表3；D的取值可反映風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí),這里采用5級(jí)風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)[13]，具體取值及描述見表4。

表3 L和C取值及含義Table 3 Value and description of L and C

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)D取值及語(yǔ)言描述Table 4 Value of risk rank D and description

鑒于專家打分法是構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣及風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算的重要環(huán)節(jié)和依據(jù)，在具體評(píng)估時(shí)應(yīng)選擇具有豐富的外海造島理論知識(shí)和工作經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行打分，以實(shí)際調(diào)研資料和現(xiàn)有成果為依托，充分論證各風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)工程目標(biāo)的影響程度。

3.3 港珠澳大橋人工島建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算

港珠澳大橋人工島建設(shè)各層因素權(quán)重和風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算具體步驟如下：

(1)以矩陣A的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果為依據(jù)，運(yùn)用專家打分法對(duì)各2級(jí)子工作中的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行兩兩比較，構(gòu)建判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，進(jìn)而確定出各風(fēng)險(xiǎn)因素相對(duì)于2級(jí)子工作的權(quán)重。

(2)根據(jù)表3中L、C的取值及相應(yīng)含義，咨詢專家并查閱相關(guān)資料，對(duì)各參數(shù)進(jìn)行賦值，進(jìn)而計(jì)算各2級(jí)子風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于各2級(jí)子工作的風(fēng)險(xiǎn)度。

(3)由各2級(jí)子風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重及對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，得出各2級(jí)子工作的風(fēng)險(xiǎn)度，公式如下：

(6)

式中:Dij表示對(duì)應(yīng)工作的風(fēng)險(xiǎn)度；λijl表示各風(fēng)險(xiǎn)因素在所屬工作下的相對(duì)權(quán)重；Dijl表示各風(fēng)險(xiǎn)因素在所屬工作下的風(fēng)險(xiǎn)度；n為各子工作中所包含的風(fēng)險(xiǎn)因素個(gè)數(shù)。

(4)根據(jù)步驟(3)中各2級(jí)子工作的權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)度，再次進(jìn)行加權(quán)運(yùn)算，求出各1級(jí)子工作的風(fēng)險(xiǎn)度，以此類推，最終求出該工程的總風(fēng)險(xiǎn)度。

限于文章篇幅，僅以“鋼圓筒振沉”(W12)這個(gè)2級(jí)子工作為例，來(lái)說(shuō)明此方法的應(yīng)用。由矩陣A可知，W12中所具有的風(fēng)險(xiǎn)因素有R11、R21、R22、R23、R33、R42、R44，對(duì)此7項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行整理并打分，構(gòu)建判斷矩陣。計(jì)算該判斷矩陣的最大特征值和對(duì)應(yīng)的特征向量，由式(3)和(4)計(jì)算出一致性指標(biāo)為0.051，說(shuō)明該矩陣一致性滿足要求。對(duì)該判斷矩陣最大特征值所對(duì)應(yīng)的特征向量進(jìn)行歸一化處理，得各2級(jí)子風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于2級(jí)子工作Wij的權(quán)重分別為0.050、0.044、0.204、0.434、0.166、0.069、0.030。采用專家打分法并由式(5)計(jì)算出各子風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)度分別為8、9、3、4、12、6、8，則2級(jí)子工作W12的風(fēng)險(xiǎn)度為5.635。以此類推，可求出所有2級(jí)子工作的權(quán)重，見表5。

表5 各級(jí)工作風(fēng)險(xiǎn)度及權(quán)重計(jì)算結(jié)果Table 5 Calculation result of risk degree and weight in each work

4 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

由表5可以看出，在岸壁構(gòu)造工作中，基槽開挖W11的風(fēng)險(xiǎn)度最高；陸域填充工作中，沙料回填W22的風(fēng)險(xiǎn)度最高；配套設(shè)施建設(shè)工作中，島隧結(jié)合部建設(shè)W34的風(fēng)險(xiǎn)度最高。

根據(jù)表5中各2級(jí)子工作的權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)度，通過(guò)加權(quán)運(yùn)算，可計(jì)算出各1級(jí)子工作的風(fēng)險(xiǎn)度，再結(jié)合各1級(jí)子工作所占權(quán)重，最終得出港珠澳大橋人工島建設(shè)項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)度D=7.236。由評(píng)價(jià)結(jié)果和表5可知，該項(xiàng)目總體風(fēng)險(xiǎn)水平為3級(jí)中等風(fēng)險(xiǎn)，屬可接受風(fēng)險(xiǎn)，總體上處于可控狀態(tài)。其中，2級(jí)子工作沙料回填W22和島隧結(jié)合部建設(shè)W34的風(fēng)險(xiǎn)水平為4級(jí)較高風(fēng)險(xiǎn)，需要給予重點(diǎn)關(guān)注。

5 結(jié)束語(yǔ)

港珠澳大橋人工島建設(shè)工程系統(tǒng)龐大、技術(shù)難度高。通過(guò)構(gòu)造WBS-RBS矩陣，將該工程進(jìn)行項(xiàng)目結(jié)構(gòu)分解和風(fēng)險(xiǎn)分解，并對(duì)項(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和重要性比較，運(yùn)用AHP方法對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行定量計(jì)算，確定其權(quán)重和各級(jí)子工作的風(fēng)險(xiǎn)度，進(jìn)而計(jì)算出該工程總體風(fēng)險(xiǎn)度和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果和工程調(diào)研結(jié)果基本一致，可為其他同類工程的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、定量分析和風(fēng)險(xiǎn)防范措施的制定提供借鑒。

此外，工程建設(shè)過(guò)程中各風(fēng)險(xiǎn)因素的相對(duì)重要性是隨工程的推進(jìn)不斷變化的，可在風(fēng)險(xiǎn)分析中引入時(shí)間因素，使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果更加科學(xué)可靠。