基于结构方程的基坑工程施工风险评价

摘 要：引起基坑工程风险的因素复杂，故难以评价，文章在总结文献的基础上，用结构方程模型（SEM）来对基坑工程的风险进行分析和评价。数据来源于对相关领域的各参与方的调查问卷，研究工具用到了SPSS和AMOS统计软件，最后利用构建的结构方程模型对基坑工程的风险进行了评价，对基坑工程施工具有指导作用。

关键词：基坑工程；风险评价；结构方程模型

当中国成为世界最大建设工地的同时，基坑工程事故也变的越来越多。因为地面以下情况的复杂性、以及对周围环境的重大影响，控制基坑工程的风险就非常重要。基坑工程的特点是规模大、周期长、造价高、技术复杂以及不确定性。国内外很多学者都对基坑工程的风险进行研究，学者们用了风险矩阵、故障树分析法、层次分析法、模糊综合评价法、粗糙集和神经网络、粗糙集和支持向量机。在涉及到对风险产生间接影响的某些潜在变量时，这些方法不能直接测量，而且有些变量之间还有错综复杂的关系。综上所述，文章选择结构方程（SEM）对基坑工程的风险进行研究。

1 结构方程模型（SEM）介绍与数据采集

1.1 结构方程模型（SEM）

在很多模型中，构造的变量和要反映的研究目标之间的关系很宏观和粗糙，以至于得到的结论误差很大，而结构方程不仅将变量细化到可以量化，而且可以描述变量之间的关系，通常情况都是凭检验来假设这些关系，带有很强的主观性。结构方程利用能够直接测量的可测变量来反映潜在变量，二者之间的关系就称为结构。SEM模型是一种逆向建模分析方法，它的变量分为可测变量和潜在变量。结构方程模型是在多元统计分析的基础上，主要是对因子分析和路径分析作的改进，在整合了这些技术下对大量的具有复杂关系的数据处理分析，近年来多用于经济学和社会学等领域。建立结构方程模型首先需要建立假设，然后采集数据来验证假设是否成立。现在都利用专门的结构方程软件来进行，在输入软件验证前，还需要对采集的数据预处理以保证验证结论的可靠，主要是对信度和效度的检验。本研究采用数据收集的方式为设计调查问卷。

1.2 基坑工程风险指标因素识别分析

目前对于基坑工程施工风险的总结已经很多，本文总结国内外研究的基础上把可能存在的风险分为五个一级指标：土方开挖（A1）、支护桩（A2）、预应力锚索（A3）、土钉墙（A4）和降水施工（A5）。一级指标下面又分为若干二级指标：

土方开挖（A1）：支撑失稳（A11）、坑底隆起（A12）、基地扰动（A13）、围护结构损伤（A14）、基坑坍塌（A15）

支护桩（A2）：承载力不满足要求（A21）、遇到障碍物（A22）、塌孔（A23）

预应力锚索（A3）：预应力锁定值不准确（A31）、预应力锚索抗拔力不足（A32）、预应力锚索布置不符合设计要求（A33）、预应力锚索自由端长度及注浆量不足（A34）

土钉墙（A4）：土钉抗拔力不足（A41）、土钉布置及其剖面坡度不符合设计要求（A42）、土钉孔内注浆量及坡面混凝土厚度不足（A43）

降水施工（A5）：降水引起周围地面沉降与开裂（A51）、降水不到位（A52）

1.3 问卷设计与数据挖掘

根据研究内容，设计了调查问卷获取有关资料，问卷设计的合理性也直接决定了调查结果的可信度，问卷的设计遵循了四大原则：主题鲜明、题量适中、清晰易懂和便于处理。问卷分成两个部分：第一部分为被调查人的性别、职业、工作年限和职称，从不同的角度来了解基坑工程的风险，避免被调查人的个人主观影响带来的误差。第二部分就是问卷的主体，设计了17个直接变量来测量潜在变量，也就是本文上面的17个二级风险因素指标。本次问卷针对从事基坑工作研究的专家学者、施工单位、监理、设计方和建设单位，调查方式为发送电子邮件的形式完成。基本信息的统计情况如下所示：从性别上看，男性样本数为499，占83.17%；女性样本数为101，占17.83%。从从业时间看，2年以内样本数为63，占10.5%；2-5年样本数191，占31.83%；6-10年样本数194，占32.33%；11-20年样本数139，占23.17%20年以上样本数13，占2.16%。从职业领域看，相关专家学者样本数84，占14%；施工方样本数241，占40.17%；咨询（监理方）146，占24.33%；设计方样本数41，占6.83%；建设单位样本数124，占20.67%。从职称看，初级样本数131，占21.83%；中级样本数388，占64.67%；高级样本数104，占17.33%。总体来看被调查人员的组成比较合理。

2 结构方程模型（SEM）的构建与检验

2.1 模型假设前提条件

通过对风险的识别与分析，本文提出如下几点假设：

H1：土方开挖风险对基坑工程施工风险具有正向影响；H2：支护桩风险对基坑工程施工风险具有正向影响；H3：预应力锚索风险对基坑工程施工风险具有正向影响；H4：土钉墙风险对基坑工程施工风险具有正向影響；H5：降水施工风险对基坑工程施工风险具有正向影响。

2.2 数据检验

本文用统计软件SPSS17.0对数据进行分析。首先要对调查问卷结果作信度测量，也就是测试数据的一致性或者可靠性程度，利用Cronbach's Alpha系数来检验内部结构的一致性程度。Cronbach's Alpha 系数越大越好，最好都大于0.85，如果低于0.6，表明问卷存在问题，应该重新设计。检验结果如表1所示。

表1 变量的一致性检验结果表

从表1可以看出，调查问卷得到的数据对于17个指标的Cronbach's Alpha值都大于0.7，这充分说明了调查问卷题项之间有很高的相关性和一致性，因此可以得出结论：问卷设计合理。接下来需要做效度检验分析，效度检验的目的是测试调查问卷的有效性，目前常用的有三种：内容效度、结构效度和效际关联效度。本文采用的方法是请行业内的专家评审量表，结果表明，各个量表的内容效度都很好。

2.3 模型设计与检验

根据本文前面构建的风险评价指标体系和提出的研究假设，建立了5类不同的风险对基坑风险的路径图。其中，土方开挖风险、支护桩风险、预应力锚索风险、土钉墙风险和降水施工风险都是结构方程中的潜在变量，由17个观测变量所组成。本文采用AMOS7.0来对构建的结构方程分析，将调查问卷得到的数据导入模型中，输出的结果如表2所示。

表2列出了基坑工程施工风险影响因素结构方程模型的适配指数，其中绝对适配度指数是GFI，简约适配度指数是NFI、AIC，增值适配度指数是CFI。从表2可以看出，绝大部分指标都满足要求，总体来看，该假设模型可以作为一个较好的基坑工程风险评价模型。接下来需要对潜在变量对基坑工程风险的影响进行分析和研究，根据软件AMOS7.0的输出结果，得到了潜在变量对基坑工程风险的路径系数，土方开挖风险A1标准化路径系数0.61；支护桩风险A2，标准化路径系数0.53；预应力锚索风险A3标准化路径系数0.56；土钉墙风险A4 准化路径系数0.47；降水施工风险险，准化路径系数0.39。从数据可以看出土方开挖风险和基坑工程风险的之间的路径系数是0.61，属于正向影响，土方开挖的风险控制的越好，基坑工程的风险就越低；支护桩风险和基坑工程风险之间的路径系数是0.53，属于正向影响，支护桩风险控制的越好，基坑工程风险就越低；预应力锚索风险和基坑工程风险之间的路径系数是0.56，属于正向影响，预应力锚索风险控制的越好，基坑工程的风险就越低；土钉墙风险与基坑工程风险之间的路径系数是0.47，属于正向影响，土钉墙风险控制的越好，基坑工程风险就越低；降水施工风险和基坑工程风险之间的路径系数是0.39，属于正向影响，降水施工风险控制的越好，基坑工程风险就越低。对于结构方程假设条件的验证实际上也符合工程实践检验。

本文利用结构方程模型对基坑工程风险进行了分析和研究。从最后得到的结论来看，土方开挖、支护桩和预应力锚索与基坑工程风险的路径影响系数相对其他两个较大，这需要在施工工程中重点防范。仅凭这个只能看出潜在变量之间的相对关系，不能准确量化风险的嚴重程度。这需要在工程实践中积累基坑工程施工风险有关的数据，形成行业规范，便于评价风险等级。此外，也可以考虑将路径系数作为权重与其他评价模型结合对风险进行评价，相对于用层次分析法得到的权重更客观全面，如果能利用施工中的测量数据替代问卷，误差会更小。

参考文献

[1]易丹辉.结构方程模型方法与应用[M].北京：中国人民大学出版社，2008.

[2]中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑基坑支护技术规程[M].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]Mahan M.Kumaraswamy and Daniel W.M.Chan.Determinants of construction duration[J].construction Management and Economics，1995（13）：200-220.

作者简介：邱辉（1982，10-），男，重庆人，在读硕士，项目管理专业，研究方向为项目经济评价。