基于DEMATEL的综合管廊运维管理风险因素研究

李 芊， 段 雯， 许高强

(西安建筑科技大学管理学院， 陕西 西安 710055)

0 引言

在国家政策鼓励和城市管理升级的双重驱动下，我国城市地下综合管廊已在31个省、自治区和直辖市的167个城市中建设或投入运营。在大批量的管廊投入运营后，管廊的运维管理日益受到重视，综合管廊的安全运维风险及应对策略也越来越多地受到政府和国内外学者的关注。

Julian等[1-3]认为综合管廊参与主体众多，融资和所有权关系复杂，安全管理是综合管廊管理面临的关键问题； 综合管廊由于集中了污水、燃气、电力等公用设施，其责任归属的多样、设施的高度复杂给管理带来了很大的难度，并分析了协同管理在综合管廊后期管理的可行性和必要性； 提出了一种基于专家系统和颜色编码相结合的方法，利用层次分析法分析了综合管廊潜在的关键风险因素。Fco等[4]提出从管廊设计阶段就要考虑后期运营所面临的问题，进而保证运维的安全性和完整性。

目前，国内关于综合管廊的风险研究大多集中在PPP模式下综合管廊的投融资经济风险、设计和施工风险等，而针对运维管理阶段的风险研究较少。孙浩[5]介绍了综合管廊全生命周期的风险管理，对于运维阶段只是强调了收费模式存在的风险； 朱嘉[6]基于管廊系统整体视角，综合分析其基本组成要素，以肯特法为基础对城市综合管廊系统进行安全风险与影响因素归类研究，但针对运维阶段的风险因素辨识还有待完善。综上所述，目前国内外关于综合管廊运维阶段的风险研究相对较少，对运维阶段的风险因素辨识缺乏系统性和完整性。面对错综复杂的运维管理环境，以及国家对智能化运维管理的重视，亟需用科学合理的方法全面分析综合管廊在运维管理过程中存在的关键风险因素，并提出有针对性的防范对策。

1 我国综合管廊运维管理现状

我国综合管廊正处于集中建设阶段，按照既定的设计规模，目前建成并投入使用的综合管廊较少，运维管理经验相对不足。通过查阅相关文献资料，对综合管廊项目、市政基础设施政府管理部门等进行实地调研，并参考部分专家学者的观点，总结出目前我国综合管廊运维阶段主要存在运维管理经验不足、管理标准不统一、管廊管理单位众多且协调难度大、信息化管理水平较低等问题。

1.1 重建设、轻运维

我国综合管廊项目大多启动于2014年，截至2017年6月，我国综合管廊总里程已达约5 000 km(含在建项目)，已投入使用的综合管廊总里程约1 000 km，占比约20%； 对于已投入运行的综合管廊项目，按照原定设计规模进行运营的占比约30%。通过调研和查阅2015年10个综合管廊试点城市的情况，可以看出目前我国大陆地区综合管廊项目多处于建设阶段，正式投入运营的较少。根据2017年3月国家审计署公布的 《2016年第四季度国家重大政策措施贯彻落实跟踪审计结果》，在重点领域项目建设方面，城市综合管廊建设项目进展缓慢，且部分项目完工后闲置，未达到预期收益，投入使用的项目存在入廊管线比原设计规模小、收费难、运营效益低、运维经验不足等问题。

1.2 管理标准不统一

随着各地区综合管廊的建成，部分地区已出台了综合管廊的管理办法。通过对比分析我国约15个城市出台的综合管廊相关管理办法，主要发现以下问题： 1)相关管理办法基本都是在管廊建成后制订，前期规划设计、施工阶段对后期运维管理的影响考虑不足，运维管理单位几乎不参与前期的设计规划。2)从信息的完整性和衔接性看，运维管理单位没有相应的综合管廊电子资料，存在信息脱节。3)从管廊运维管理执行单位看，运维管理单位存在多样化，既有市政管理、交通管理、市容市貌管理等政府职能管理部门，也有由社会资本主导成立的专业物业管理公司，还有综合管廊业主委员会。4)从运营绩效评价看，目前绝大多数地区没有完善的运营绩效考核机制，管廊产权单位和入廊管线单位难以对管廊运维管理单位进行考核。

1.3 单位多且协调难

综合管廊是一项参与单位较多的复杂工程，前期规划设计立项阶段涉及发展改革、财政、规划管理、城市管理、市政管理等部门，实施阶段涉及交通运输、住房建设、国土资源等单位，后期涉及电力、水务、天然气、电信等入廊管线单位。由于参与单位众多，存在审批程序复杂、信息传递不及时、资料不完整、利益冲突等因素，各主体之间协调困难、信息不协同，造成应急管理不及时、运维管理信息不统一等问题。如某市在综合管廊管理办法的制定过程中前后共收集到17个部门的反馈意见，由于各单位利益出发点、管理范围不同，导致意见不一致，致使管理办法的修改耗时7个多月之久。

1.4 运维管理信息化水平低

我国综合管廊起步较晚，目前在综合管廊建设方面的技术已逐步成熟，部分地区如珠海横琴综合管廊、西安常宁新区综合管廊等项目在规划设计和施工阶段相继应用了红外检测、电子备案、BIM、VR等先进技术手段，但这些技术在规划设计和施工阶段形成的成果没有很好地与运维阶段对接，电子资料的价值没有得到很好的挖掘。目前已有的综合管廊监控运维系统，功能主要集中于监控监视、消防安全等方面，相应的应急智能控制、地上地下信息联动等管理技术应用相对不足。

2 综合管廊运维管理安全风险因素分析

根据上述关于综合管廊运维管理现状的分析可知，在制度建设、各单位协同管理及信息化水平提升等方面，综合管廊的运维管理都存在很多问题，而这些问题在一定程度上导致了综合管廊在运维阶段产生诸如档案资料管理混乱、单位之间协同管理难度大、应急反应时间长等影响运维安全的风险因素。目前我国综合管廊大部分处于建设阶段，投入运营的综合管廊因入廊管线较少，有效的借鉴价值相对较低，资料积累较少； 而且，各地区关于综合管廊的运维标准繁多，要求不一。针对目前实际运营资料的局限性，先通过文献收集，分析整理综合管廊运维过程风险因素； 在文献分析的基础上，根据综合管廊的系统构成进行因果系统分类； 最后通过专家访谈，对整理出的风险因素进行修正和完善，从而对目前我国综合管廊运维管理中存在的问题进行归纳和分析。

2.1 文献分析法

目前关于综合管廊运维管理阶段的风险研究相对较少，但由于综合管廊的运维管理风险主要来自于入廊管线和外界环境，因此，从研究入廊管线角度出发，重点整理分析有关石油管道、电力管道、给排水管道、天然气管道以及管廊主体等已发生的事故致因。通过整理此类文献资料以及我国各地区的相关标准规范，可以在一定程度上收集部分综合管廊在运营阶段的风险因素。通过对文献中有关综合管廊运维过程风险因素的整理，收集到综合管廊在运维阶段的风险因素如表1所示。

表1综合管廊运维管理过程主要风险因素文献收集表

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

序号风险类别文献出处1人员操作不当,偷盗文献[7-8]2管道腐蚀,管道焊接不合格文献[7-9]3采用不成熟的设备和技术文献[7]4管理部门责任不明,缺乏安全意识文献[10-11]5外力作用、第三方施工破坏文献[8,12]6地下管线信息动态更新不足文献[13]7地上地下信息不联动文献[14]8管道渗漏引起的塌陷文献[15]9 管理智能化水平低,设备设施运营效率低文献[12,16-17]10阀门、管件等产品质量、安装质量文献[9]11自然灾害,如洪水、泥石流等文献[8]12管理单位众多,协调难度大文献[12,18]13 管廊内部空气湿度、氧气含量、二氧化碳含量等文献[19-20]14 油气、天然气等引发的火灾、爆炸、坍塌等事故文献[19]15运维管理通讯信号不畅文献[19]16危险管道集聚,影响范围大文献[16]17管廊防水、排水口的密度文献[21-23]18管廊结构稳定性、不均匀沉降文献[24]19通风照明消防设施不完善文献[25]20通信电缆信号干扰问题文献[20]21管廊远期扩容文献[20]22运维管理标准不健全、不规范文献[26-27]23档案管理混乱文献[27]

2.2 因果分析法

在文献资料整理分析的基础上，收集综合管廊事故资料和相关报道，并根据综合管廊的系统构成，包括管廊本体结构本身、入廊管线、附属设备设施以及与其运维管理相关的地上单位信息、道路信息、外部环境、内部环境等[6]，运用因果分析法，从管理层面、管廊本体、入廊管线、配套设施、环境、外力破坏、信息化水平等方面，对综合管廊运维管理过程中的主要风险因素进行分析。综合管廊运维管理过程中因果分析下的风险因素如图1所示。

图1 综合管廊运维管理过程中因果分析下的风险因素

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

2.3 运维管理风险因素清单修正

根据上述分析，表1中通过文献收集的23个风险点基本都归属于图1中的8大风险要素。将收集到的综合管廊运维管理过程中的风险因素进行汇总归纳，走访综合管廊政府主管部门、专业运维公司、物业管理公司等相关单位，同时询问入廊管线单位，如电力部门、给排水部门、天然气部门等相关专业人员，对风险因素进行完善及修正，共确定5大类别、22种风险因素。综合管廊运维管理过程最终风险因素清单如表2所示。

表2 综合管廊运维管理过程最终风险因素清单

3 综合管廊运维管理关键风险因素分析

传统的关键风险因素分析，大多邀请专家用精确的数值如1，2，3，4，5来描述风险因素无影响、有较小影响、有影响、有较大影响、有很大影响。这种打分模式让专家难以合理准确评价各因素间的影响关系，且打分过程存在主观性和模糊性，往往导致评价结果不理想。为了客观准确分析上述整理出的综合管廊运维管理阶段各风险因素之间的影响关系，运用三角模糊数实现语言变量的量化计算，以解决专家思维的模糊性，且因为上述筛选出的风险因素之间存在一定的逻辑关系； 因此，结合能够清晰地表达因素之间的逻辑关系[28]、对因素之间影响关系评判的有效性更加准确的决策试验与评价实验室(decision making trial and evalu-ation laboratory，DEMATEL)法，对专家的模糊评判进行研究分析[29]，并根据各因素之间影响程度的大小，找出综合管廊运维管理的关键风险因素。

3.1 群决策DEMATEL分析方法

3.1.1 建立群决策模型

设群决策中指标集为V={v1，v2，…，vn}，参与决策的专家群体为E={e1，e2，…，em}，评语集为S={s1，s2，…，sr，…，sg}。其中，sr表示第r个元素对应的语言变量。则{V，E，S}构成了专家群决策数学模型[30]。

3.1.2 确定评语集

评语集S作为专家群决策的准则，是由奇数个元素构成的有序语言变量集合，可以按需预先设定。这里根据因素间的相互影响关系，分别用s1，s2，s3，s4，s5表示因素之间无影响、影响很小、影响小、影响大、影响很大的关系，即S={s1，s2，s3，s4，s5}。

3.1.3 对语言变量进行模糊量化

介于专家群决策存在的模糊性和不确定性问题，根据模糊数学理论，通过三角模糊数来量化风险值[31]。语言变量sr(r=1,2,3,4,5)的三角模糊数可由式(1)来表达。

(1)

根据式(1)，计算得出语言变量对应的三角模糊数，如表3所示。

表3语言变量对应的三角模糊数

Table 3 Triangular fuzzy numbers corresponding to language variables

sr 三角模糊数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)

即语言变量s1的三角模糊数为(0,0,0.25)，以此类推。

3.1.4 建立初始评判矩阵

(2)

3.1.5 建立直接影响矩阵

综合m个原始评判矩阵D(p)，以集结专家群评判信息，得到直接影响矩阵Fd=(fij)n×n。具体步骤[32]如下。

1)初始判断矩阵的正规化处理：

(3)

2)计算正规化白化值：

(4)

(5)

(6)

3)计算D(p)的各个元素的白化值：

(7)

4)综合得到直接影响矩阵Fd：

(8)

3.1.6 建立综合影响矩阵

计算Fd每行之和的最大值，用Fd每个元素除以此最大值，得到正规化矩阵X，并根据X建立综合影响矩阵T。

T=X(E-X)-1。

(9)

式中E为单位矩阵。

根据综合影响矩阵，由式(10)和式(11)计算出各个因素在系统中的影响度Y、被影响度B，并由影响度和被影响度计算中心度Y+B和原因度Y-B。

(10)

(11)

根据影响度、被影响度、中心度和原因度分析各个风险因素对整个系统的影响程度，从而得出因素集合的因果分类和重要程度排序。中心度代表某因素在整个体系中影响力的大小，原因度代表某因素对其他因素的影响程度[33]。若原因度为正，则表示该因素影响其他因素； 若为负，则表示受其他因素的影响。

3.2 综合管廊运维管理关键风险因素分析

根据表2确定的最终风险因素清单，邀请7名来自管廊建设单位、材料供应商、物业管理公司、政府、科研机构的相关专业人员组成专家群决策小组，对风险因素之间的影响程度进行评价。为确保评价的客观准确性，专家群决策小组成员按照表3的语言变量评价各因素之间的影响关系，其中某位专家的评价结果见表4。

表4 综合管廊运维管理阶段风险因素分析中某位专家的评价结果

邀请的7名专家分别对风险因素进行评价，产生7个语言评价结果； 按照表3对应的三角模糊数将7个语言评价结果转换成模糊矩阵，即得到7个初始评判矩阵； 然后利用式(3)—(8)对所得矩阵进行规范化处理，计算各个元素的白化值，得到直接影响矩阵见表5。根据直接影响矩阵Fd，利用MATLAB计算得出综合影响矩阵T。根据式(10)和式(11)，得到各个因素的影响度Y、被影响度B、中心度Y+B、原因度Y-B。所有指标总影响关系见表6。对计算出的各因素中心度和原因度进行排序，见表7，从而明确各因素的影响程度和逻辑关系。

表5 直接影响矩阵

1)中心度反映的是综合管廊运维管理阶段各风险因素的重要程度。根据对中心度的排序分析，因素F1、F16、F19、F22、F20、F10、F18、F4、F8、F5等排在前10位。将所得结果给予西安常宁新区综合管廊项目相关专家和专业运维管理公司验证后，基本符合目前我国综合管廊运维管理情况。这些风险因素着重影响着整个管廊的安全运行和智能化管控、管理制度标准化建设、合理控制道路的开挖及提高运维设备设施的技术水平和信息处理能力，消除这些风险因素将会促进综合管廊的高效运维管理，解决因后期综合管廊扩容带来的附加问题，同时能有效规避管线资料不全，人员、动物的非法入侵及地上地下信息不联动等次要风险因素。

2)原因度反映的是综合管廊运维管理过程中各风险因素之间的影响关系。根据对原因度的排序分析，因素F17、F8、F1、F12、F2、F9、F16、F11、F4、F13为正值，为致因型影响因素； 其余12个风险因素为结果型影响因素，受其他因素的影响。

3)从管理层面来看，按照风险因素的重要程度排序，管理制度多且不统一(F1)和安全意识薄弱、人为操作失误(F4)是管理层面的核心因素。管理制度的不统一影响着管廊运维管理的顶层设计，工作人员的安全意识薄弱是管理阶段需重点关注的问题。从管廊本体层面来看，不均匀沉降引起的裂缝、管线偏移、管道滑落等(F8)为核心因素，不均匀沉降引起的裂缝和地基下沉会影响管道的排布位置，对管线的安全造成威胁。从入廊管线层面来看，后期扩容(F14)和管线资料不全(F10)是主要风险因素，随着后期城市的更新和管线的增多，对管廊原有运维空间和管理水平将是很大的挑战，管线资料的齐全与否将影响着后期扩容和突发事件的救援决策。从环境因素分析，城市修建、道路开挖等第三方施工(F16)和人员、动物非法入侵(F18)在风险因素中占据显著位置，管廊周边建筑物或基础设施的施工等都将会对管廊的结构和稳定性产生一定影响，需密切关注。从运维设备设施层面看，运维设备设施简陋、信息化水平低(F19)和地上地下信息不联动(F22)是影响管廊安全运维的核心因素，信息化水平的高低将直接影响日常运维的效率和突发事件发生后的应急反应，地上地下信息的联动将会为救援决策提供支持和帮助。

表6 所有指标总影响关系

4 关键风险因素防范

针对筛选出的综合管廊运维管理关键风险因素，应采取有效措施进行防范应对，并着重从以下几方面进行加强和完善。

1)加快综合管廊运维管理标准化的建设步伐。完善并统一相关运维管理制度，明确运维内容和技术要求，注重综合管廊全生命周期信息管理，加强综合管廊信息档案管理制度标准化建设，通过规范信息编制依据和表现形式，使综合管廊的设计、施工、运维信息能够相互衔接，实现综合管廊全生命周期运维管理。

2)组建高效项目管理团队，加强各单位协同管理。为提高综合管廊的高效专业安全运维水平，可以由政府或专业运维管理公司牵头组建综合管廊项目管理团队，由目前管理主体多样化转化为项目经理制。项目管理团队由政府主管部门相关人员、建设主体人员、入廊管线单位人员及运行维护人员等组成，项目团队统一归项目责任人管理和调配，工作内容由项目团队统一制定规范后执行，加强协同管理，缩短事项审批时间，加快事故应急处理，实现综合管廊的高效安全运行。

表7 各因素中心度和原因度排序

3)建立综合管廊智能化运维管理平台。积极探索将BIM、GIS、VR等技术应用在综合管廊的运维管理中，将综合管廊的设计、施工、运维信息一体化集成管理，打破信息孤岛，实现综合管廊的智慧监控、地上地下信息联动、智能控制和应急决策等功能，实现城市地下综合管廊的可视化、一体化、科学化、智能化运维管理，打造“看得见，摸得着，会思考”的地下生命线工程。

5 结论与讨论

1)从我国综合管廊运维管理过程中存在的问题出发，全面分析我国综合管廊运维管理中存在的风险因素，运用DEMETAL等数学方法对识别出的风险因素进行影响程度和重要程度排序，得出管理制度不统一、运维设备设施信息化水平低、专业管理人员技术水平参差不齐等为综合管廊运维管理过程中的关键风险因素，并从加快运维管理标准化建设、加强单位间协同管理、建立综合管廊智能化运维管理平台3方面提出风险防范措施，对进一步完善综合管廊运维管理制度、提高综合管廊智能化管理水平具有一定的促进作用。

2)综合管廊运维管理涉及众多学科和领域，由于实际投入运营的综合管廊较少，所以对于综合管廊运维管理风险因素的总结和归纳难免有遗漏或累赘之处，需进一步完善和优化。此外，运用专家打分法对风险因素之间的影响程度进行判定，在一定程度上存在主观性，如何降低专家的个人臆断影响，使评判数据更加客观，也需进一步研究。