城市地下综合管廊运维阶段的风险因素分析

■ 虢小燕 陈德义

广州大学管理学院 广州 510006

0 引言

综合管廊是城市地下用于集中敷设市政管线的公共隧道，被称为城市的“生命线”，是城市地下空间开发运营能力的集中体现。数据显示，在综合管廊前期策划、施工进度、设计以及全生命周期等方向，有大部分学者做了相关的研究，并取得了一定的成果。综合管廊的运维管理也慢慢成为该领域的研究趋势。Darrin-Grimsey 和Mervyn-K 等[1]将综合管廊PPP 项目进行分类，并同时建立了适用于PPP 项目的风险识别体系。2003年，Canto-Perello 等[2]首先指出综合管廊安全管理是综合管廊运维过程中的最重要因素。并同时将层次分析法、德尔菲法、色达法相结合运用于综合管廊安全风险评价。Jang 和Jung[3]研究了综合管廊瓦斯爆炸引起的火灾事故，并提出了综合管廊项目需要设置专业的安全措施要求。K.C.Iyer与Mohammed Sagheer[4]运用ISM 法构建风险指标的层次模型，结合MACMIC 法确定风险因素之间的关联性，最终确定了对项目影响最大的风险因素。周鲜华[5]等引入ISM-MICMAC 模型确定了综合管廊各风险之间的相互作用。王述红[6]等通过层次分析法确定各风险指标权重，建立了综合管廊运维过程中多灾种耦合的风险评价方法。陈雍君[7]等通过建立贝叶斯网络模型，确定了综合管廊整体的风险等级以及关键的风险因素和导致灾害的关键途径。韩立红[8]等通过建立OWA-模糊灰色聚类评价模型，确定综合管廊项目投资风险的等级。石振武[9]等采用德尔菲法以及模糊综合评价法相结合的方式确立了一种适用城市基础设施PPP 项目风险评价模型，为相关领域的研究提供了新视角。张勇[10]等引入综合管廊全生命周期风险新理论，将模糊层次分析法与决策实验及评价实验室法相结合，找出了地下综合管廊全寿命周期的关键风险，并确定了关键风险的原因因素和结果因素。强万明[11]等采用定量与定性相结合的方式对综合管廊全生命周期内的安全风险进行了梳理。李芊[12]等通过运用DEMATEL分析法确定了综合管廊运维阶段各安全风险因素的重要性。张爱琳[13]等采用改进的AHP-熵权法提出了综合管廊施工进度风险指标体系。有维宝[14]等提出了TOPSIS-UT 理论的风险分担方法，并将该模型运用于实际工程，合理划分参与方承担风险的责任归属与共担风险间的最优分配比例。邵宇[15]等运用熵权法确定了综合管廊项目风险指标权重，通过计算Shapley 值的方法建立了项目各参与方风险分担比例。王建波[16]等通过灰色关联与D-S证据理论建立了综合管廊风险分担模型，并运用专家论证的方式证实了模型的准确性、合理性与可行性。

通过阅读以往文献，分析得出国内外综合管廊安全领域的研究主要集中在投融资阶段、前期策划、设计、施工以及管廊规划和管廊结构抗震设计上，风险灾种多偏向于研究火灾风险对管廊的影响。然而，从项目管理者的角度出发，综合管廊项目的运维阶段才是重中之重。对项目运维阶段可能出现的灾种进行风险预判同时采取措施进行提前预防是我们应该关注的焦点。随着更多的信息化技术运用于综合管廊运维管理，完善的风险评价体系的建立会有助于项目管理者进行风险预判，帮助管理人员更好的应对风险。本文基于现阶段国内综合管廊发展现状，首先运用文献分析法确定综合管廊运维过程中存在的主要风险因素，并通过问卷调查得到每个风险指标可能造成的风险损失程度及其相对重要性，然后运用改进层次分析法与熵权法相结合的方式确定各个风险因素的权重，对权重进行主客观分析。同时引入模糊TOPSIS 法，建立改进层析分析法-熵权法-模糊TOPSIS 模型，对项目风险评价进行定性与定量研究，计算正负理想解以及指标贴近度并进行排序。并将模型运用到案例研究之中，确定项目运维阶段风险管理顺序与侧重点，为风险管理者提供风险预防与风险规避的策略，同时节约项目资金，对综合管廊运维阶段的安全风险管理起到一定的完善作用。

1 综合管廊项目运维阶段风险评估体系风险指标确定

构建综合管廊运维阶段风险指标体系应遵循具有全面性、有代表性和可操作性的原则。通过对2003～2019年中国知网（CNKI）数据库中的有关综合管廊运维阶段的文献分析，得出综合管廊运维阶段的风险灾害种类主要是火灾与水灾而导致的廊体爆炸[17]。本文基于风险分类的基本原则,首先运用德尔菲法对城市地下综合管廊运维阶段过程中的风险因素进行识别，具体的步骤如下：

（1）邀请综合管廊领域相关专家进行问卷调查，对中国知网（CNKI）的相关文献中总结出的风险因素进行一轮筛选；

（2）对专家问卷调查结果进行初步处理，保留可用数据，去除明显不合理的问卷；

（3）对专家进行问卷回访，进行第二轮问卷调查，对结果进行分析。

最后，总结出综合管廊运维阶段的风险应该分为管廊本体风险、入廊管线风险、设备风险、管理风险和环境风险5 个准则层风险指标，同时将准则层指标再次分解为20 个因素层指标。这20 个指标基本已经包含了综合管廊运维阶段可能出现的所有风险因素，并且能够比较好的对综合管廊运维过程中的风险进行量化分析[17]。综合管廊运维阶段的最终风险因素清单如表1所示。

表1 综合管廊运维阶段风险指标体系明细表

2 综合管廊运维阶段风险评估模型

2.1 改进层次分析法确定指标权重

2.1.1 构造判断矩阵

根据建立的风险指标层次模型，标度体系为B1比B2重要记为2，B1与B2同等重要记为1，B1没有B2重要记为0的方式。构建指标的判断矩阵C。

2.1.2 计算指标权重

（1）改进层次分析法[18]计算主观权重

（2）熵权法计算客观权重

熵权法是一种客观赋权法，其原理就是如果某个指标因素的信息熵越小，那它提供的信息量就越大，在整个风险评估中的权重也就最高[18]。首先，通过Pij=处理矩阵D，其次，计算熵值ej与熵权U2，其中ej=且0 ≤ej ≤1，U2=

（3）计算综合权重

2.2 运用模糊TOPSIS 法对综合管廊项目运维阶段风险进行综合评价

2.2.1 构建综合管廊工程项目运维阶段风险评价集合

根据上述模型中提到的风险评价指标体系，可以建立评价因素集合A，其中A 包含5 个一级指标，A={B1，B2，B3，B4，B5}；二级指标因素集：B1={C1，C2，C3，C4，C5}，B2={C6，C7，C8，C9}，B3={C10，C11，C12}，B4={C13，C14，C15，C16，C17}，B5={C18，C19，C20}。问卷设置中将各因素层风险等级分为极大、大、一般、较低、低5 种类别，确定采用“1-5评分法”建立有关评价集V，其中V={V1、V2、V3、V4、V5}={极大、大、一般、较低、低}[19]。

2.2.2 构建模糊评价矩阵

按照上述方法做好问卷后，将问卷得分加权处理之后归一化，采用上述方法确定各个风险因素综合权重，得到因素层指标的权重组成矩阵U。继而运用同样的方法，确定各个准则层指标的权重组成矩阵B，同时计算风险因素的相对权重得到W，相对权重是指同一准则层下的因素层指标的相对权重值。

调查问卷调查的方式，邀请与项目有关或者行业顶尖专家对项目的运维阶段的各个风险打分，并且将所得数据进行标准化处理形成矩阵Ri，将Ri按行排列组成矩阵R。

2.2.3 进行模糊综合评价

为了使评价的结果更具有实用性，采用两级模糊综合评价的方式来确目标层的风险等级，并给出最终的风险应对策略。

一级模糊综合评价就是将问卷打分归一处理建立好的模糊评判矩阵Ri与其对应的权重向量Wi相乘而得到的一级模糊综合评价结果。其中，Di=Wi·Ri，Wi表示准则层下各因素层风险相对指标权重，Di表示第i 个准则层风险评价模糊矩阵，R=（D1，D2，...，Dm）T。且A=B·R，A表示经过两层模糊综合评价之后，目标层的风险评价模糊矩阵。将准则层的模糊判断矩阵进行TOPSIS 分析，计算出相对贴近度，其中TOPSIS 的具体计算步骤已经在很多文章中提到，在此不在赘述，详见[20]。

3 案例分析

3.1 工程概况

联邦快递综合管廊是广州市第三大已建成的综合管廊，该工程横跨广州市白云区与花都区，位于人和镇与花东镇交接处，处在广州白云国际机场的东侧，流溪河的西侧，全长3000 米左右。管廊内共包含电力电缆、通讯电缆、给水管、燃气管、供热管、供冷管和再生水等7类管道。

3.2 联邦快递综合管廊项目运维阶段风险评估

3.2.1 确定运维阶段风险因素的权重

采用专家调查法，邀请15 位专家，根据其从事相关项目的经验或者在本综合管廊项目现场的所见所闻，对因素层的各个风险因素按照不同的影响后果的级别进行打分，同时对指标进行相对重要性判断。得到因素层指标的初步判断矩阵，如表2。为确定联邦快递综合管廊项目运维阶段各风险因素的权重，运用改进层次分析法处理初步判断矩阵得到表3。同时利用熵权法对改进层次分析法得出的权重进行修正。算出综合权重如表4。

表2 因素层指标初步判断矩阵

由上述方法得出准则层各风险因素的权重向量是：

B=[0.3590,0.0335,0.0335,0.1387,0.4352]

因素层各风险因素的权重向量是：

W1=[0.0088,0.0060,0.6345,0.2772,0.0736]

W2=[0.8128,0.0283,0.0029,0.1559]

W3=[0.3080,0.1755,0.5165]

W4=[0.0267,0.2217,0.100,0.0810,0.6607]

W5=[0.1267,0.0264,0.8470]

3.2.2 运用模糊TOPSIS法进行风险评估

根据问卷调查结果得出各层各个风险因素的模糊矩阵，将专家对每一个风险因素的打分数据进行归一化，组成因素层模糊判断矩阵Ri。

表3 因素层指标改进判断矩阵

由上述各个风险因素的相对权重以及评价矩阵得出各层综合评价结果且Di= Wi× Ri。最后将Di按行排列形成R。其中，A = B× R构造得出加权模糊矩阵A。

计算联邦快递综合管廊项目运维阶段的准则层风险的正负理想解以及各个因素评价指标距离正负理想解的距离，同时计算相对贴近度，得到风险因素重要性排序。结果如表5所示。

由表5可知，在综合管廊项目运维阶段准则层的风险排序依次是B1（管廊本体风险）、B3（设备风险）、B4（管理风险）、B2（入廊管线风险）、B5（环境风险）。

4 结论

基于改进层次分析法-熵权法-模糊TOPSIS 法相结合的模型对联邦快递综合管廊项目运维阶段的综合分析，得出以下结论：

（1）从权重方面来看，环境风险（B5）是综合管廊运维过程中的最大风险因素，其次是管廊本体风险（B1），再然后是管理风险（B4）。初步数据可以看出，环境风险中的地震风险等不可抗力的风险权重是最大的，同时也是风险识别中最难的一个部分。设备风险以及入廊管线风险虽然所占权重不大，但也是不可忽略的一部分。

在20个因素指标中，属廊体本部土质不均匀沉降导致裂缝等（C3)所占总权重最高，我们在设计以及施工时应该重视；管廊后期需要扩容，导致管线摆放方式变更（C8)所占总权重最低，这同时也是综合管廊运维阶段管理应该最先且容易解决的问题之一，我们可以通过加强巡检的方式来降低项目运维阶段的风险等级。

表4 因素层指标综合权重表

表5 准则层指标TOPSIS分析表

（2）从模糊TOPSIS 的分析结果来看，在联邦快递综合管廊项目运维阶段，管廊本体风险（B1）是最大的风险影响因素，其次为设备风险（B3），再然后是管理风险（B4），影响较小的是入廊管线风险（B2），影响最小的是环境风险（B5）。各风险之间具有一定的关联性，一旦多个风险同时发生，将对整个项目带来难以接受的损失。

在项目运维过程中，我们应该加强防范管廊本体风险以及入廊设备风险，同时引入全过程风险管理的理念。在前期策划阶段就应该充分调研整理相似项目的运维阶段可能出现的风险加以防范。同时在设计阶段充分考虑已知风险，应加大专家论证的力度，保证项目完全可行。在施工阶段，应该较为妥善的达到设计拟定要求，保证施工质量，在运维阶段，增加巡检以及监控力度，以保证项目在整个生命周期内稳定的运行。

（3）形成了一套能较好的适用于综合管廊运维项目的风险因素分析模型，运用该模型找到运维过程中权重占比最大的风险，以及最大的风险影响因素及其类别。方便项目管理者进行风险预防，找到风险管理的侧重点。同时，为综合管廊项目提供了一定的参考，也为综合管廊运维阶段的风险管理提供了新思路。

5 讨论与不足

本文采用的改进层次分析法-熵权法-模糊TOPSIS法常用于项目参与各方的风险分担研究，较少用于风险评价研究，其分析结果相较于传统的模糊层析分析法要更客观、更严谨、且适用性更强。然而，在风险后果确定的过程中仍然采用的是专家对风险指标进行打分的方式，尽管对分值进行了模糊性与随机性的处理，但还是难以准确无误评价各风险因素之间的相互影响。