基于AHP-灰色关联度分析的公路工程施工风险评价研究

郑祖恩， 龙 英

(湖南省交通科学研究院有限公司, 湖南 长沙 410015)

0 引言

随着社会经济快速发展，我国公路工程的投资体量逐年递增，由于公路工程施工周期长、人员流动大、施工条件差等安全问题突出，公路工程施工安全事故时有发生，给公路施工企业和管理部门增加了安全压力，也给社会造成不良影响。

为了全面系统地辨识、评估、管控、降低公路施工过程中潜在的安全风险，业内专家学者系统性地研究了多种公路工程施工风险辨识和评估方法，例如: 李得英[1]重点剖析了公路工程施工安全风险现状及管理不足，并提出了有效的安全对策;乔建刚等[2]基于相对差异函数对高速公路施工风险进行了评估;刘伟等[3]探讨了公路隧道施工技术与安全管理;吴威等[4]精细化分析了影响高速公路施工的风险因素；唐志钢[5]研究了高速公路风险管控与隐患排查治理机制等；刘纪坤等[6]研究构建了山区高速公路施工工程风险评价模型；薛亚东等[7]利用软科学方法量化分析了山岭公路隧道施工风险；郭内强等[8]研究了山区高速公路风险防控方法；张世凯[9]结合WBS和RBS分析公路工程施工安全风险因素。本文将层次分析方法(AHP)和与灰色理论中的灰色关联度分析法有效结合起来，研究建立了具有普适性的公路工程施工风险评价方法、体系和技术路径，并在某公路施工中示范应用该风险评价体系，验证其有效性。

1 公路施工安全风险评价指标体系构建

公路工程施工通常为多标段同时开工，呈线性状态分布，工程施工周围环境复杂多变，工作面不断延伸，施工作业易受自然灾害、地质地形条件等因素影响，施工安全影响因素还包括施工单位人员组成和技术水平等，通常情况下，项目成员组成越复杂，施工工艺越繁多，潜在的安全风险相对更高。因此，在咨询专家、教授、现场施工人员等基础上，本文综合分析了公路工程施工过程中的技术风险、施工人员素质、管理组织能力、施工安全环境、材料设备供应等风险薄弱点，形成公路工程施工安全风险评价指标体系，具体如图1所示。

2 基于AHP-灰色关联度分析的公路工程施工风险评价模型

2.1 AHP法原理与步骤

AHP法是为有效地将系统总的待评价目标根据分析分解成不同的层次，计算下一个层次对上一个层次因素指标的权重值[10]，其具体步骤如图2所示。

图1 公路工程施工安全风险评价指标体系图

图2 层次分析法步骤图

2.2 灰色关联度分析法

灰色关联分析法基于灰色理论分析系统因素之间的差异程度，常以关联系数来量化系统各因素之间的关联程度。

1) 查阅资料，咨询专家系统分析评价对象之间的相互关系，并构造公式系统评价矩阵，其中m代表各风险因素的个数，即:

(1)

2) 为有效地将各指标无量纲化处理，先选取合适的参考数据列，使得计算合理化，本文参考数据列以各风险因素正向指标的最大值构成。

3) 无量纲化处理分为初值化法与均值化法，本文选取初值化法，得到公式(2)矩阵：

(X0，X1， …，Xn)=

(2)

4) 依据公式(3)为各因素的评价指标数据与参考数列之间的绝对值。

Δ=|x0(k)-xi(k)|

(3)

5) 结合公式(4)和公式(5)，分别计算两级最小差与两级最大差数值。

(4)

(5)

6) 为有效地判断各风险因素之间的关联情况，需计算指标的关联系数，即:

(6)

式中:k=1，2，…，m，ρ为分辨系数，0<ρ<1，且ρ越小，关联系数间差异更大，ρ通常取0.5。

7) 将各风险指标因素的关联系数取均值，得到关联度。

8) 对各关联系数的均值归一化处理，得到各风险因素评价指标的权重Wi。

3 工程实例应用

3.1 工程实例基本情况

为验证上述风险评价体系，以某高速公路工程中的5个标段的工程实例作为评价对象，对其施工风险因素进行评价。

3.2 风险等级划分

根据各风险因素评价结果的数值分布，划分高危险、较高危险、一般风险、低风险等4个风险等级，具体不同风险等级分值区间见表1。

表1 公路工程施工风险因素等级表风险等级分值区间风险水平Ⅰ[0.15,0.18)高风险Ⅱ[0.12,0.15)较高危险Ⅲ[0.06,0.12)一般风险Ⅳ[0.00,0.06)低风险

3.3 风险因素指标权重计算

为确定各风险指标因素的权重值，通过分发20份调查问卷，由公路工程行业专家和教授分别对该风险评价指标体系的一级、二级风险因素指标进行重要性打分；其中打分又分为2类情形，一类情形是评判不同风险因素指标对事故后果影响的重要程度，另一类情形是评判5个标段中各风险因素诱发事故的可能性大小，分值为(1，10)。依据专家打分情况，采用1-9标度法计算各风险指标因素的权重值和风险因素诱发事故可能性大小分值，结果见表2和表3。

3.4 灰色关联度确定风险因素权重值

归一化、无量纲化处理所收集5个标段中不同风险指标因素的专家评分结果，选取参照数列为X0{1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00，1.00}，并根据公式(1)～(6)计算得到各风险指标因素的关联系数，均值归一化处理得到各风险因素大小权值，见表4。

3.5 计算各风险指标因素评价综合值

依据公式(7)得到归纳总结的15个公路工程施工风险因素评价综合值，经归一化处理所得结果见表5。

表2 公路工程施工风险因素权重表一级风险指标二级风险指标指标权重指标权重综合权重值PjC110.319 70.090 0C10.282 3C120.223 20.063 0C130.457 10.129 0C210.141 20.017 5C20.124C220.493 60.061 0C230.36520.045 0C310.603 20.106 0C30.175C320.234 10.041 0C330.162 70.028 0C410.183 10.046 0C40.252C420.603 70.152 0C430.213 20.054 0C510.407 50.067 0C50.166C520.273 30.045 0C530.319 20.053 0

表3 各风险因素大小值表标段号C11C12C13C21C22C23C311543551623533644345425324263172353731614C32C33C41C42C43C51C52C534368763852667554456556453457644622435665

表4 各风险因素权值大小指标关联度指标关联度W10.062W90.061 0W20.073W100.078 0W30.064W110.068 0W40.052W120.079 0W50.080W130.074 0W60.057W140.067 5W70.060W150.065 0W80.063——

Fi=(wi×Pj×Ij)，j=1，2，…，m

(7)

其中，Fi为j风险指标因素的评价综合值，Pj为风险指标因素影响大小的综合权重值，ωj为j风险指标因素发生概率的权值，Ij为j风险因素专家打分值。

表5 公路工程施工风险因素综合评价值指标关联度指标关联度F10.009F90.015 0F20.023F100.171 0F30.002F110.163 0F40.072F120.072 0F50.005F130.072 0F60.048F140.067 2F70.132F150.018 0F80.022——

3.6 各风险因素评价结果

根据公路工程施工风险因素等级表(见表1)，得到公路工程施工风险因素风险等级(见表6)。

表6 公路工程施工风险因素风险因素等级一级风险指标二级风险指标风险级别C11一般风险C1C12低风险C13低风险C21一般风险C2C22低风险C23一般风险C31较高风险C3C32一般风险C33低风险C41高风险C4C42高风险C43一般风险C51一般风险C5C52一般风险C53低风险

3.7 评价结果分析

将影响大小综合权值、关联度系数、专家打分值相结合，综合计算得到:在5个公路工程施工标段的15个风险因素中，规章制度完善能力C41、施工现场组织与管理能力C42均属于Ⅰ级(高风险水平)；施工人员技术素质C31属于Ⅱ级(较高风险水平)；新技术与新工艺C11、材料与设备供应及时性C21、材料与设备供应合格率C23、施工人员身体素质C32、教育与培训员工能力C43、自然灾害频率与程度C51、地质地形条件C52等属于Ⅲ级(一般风险水平)；勘察技术水平C12、施工技术水平C13、材料与设备供应充足性C22、施工团队合作水平C33、水文条件C53等属于Ⅳ级(低风险的风险水平)。综合评估分析各评价指标所对应的施工风险等级，在工程施工过程中需重点加强规章制度体系建设提升施工现场管理能力，并通过加强日常安全培训教育提升施工人员技术素质，降低施工安全风险。

4 结论

以某高速公路工程的5个施工标段为评价对象，从施工安全的技术风险、施工人员素质、管理组织能力、施工安全环境、材料设备供应等方面出发建立了评价指标体系，以行业专家综合评分计算指标权重，构建系统的公路工程施工风险评价体系，并将该方法在工程实例运用，验证了其可行性，对指导公路施工采取管控或降低风险的措施具备一定的参考价值。