水平定向鉆穿越工程的項目風(fēng)險評價

沈 華,馬保松,吳浪輝,肖 威

0 引言

非開挖是一門新興的鋪管技術(shù),指利用巖土導(dǎo)向、定向鉆進(jìn)等手段,在地表不挖槽的情況下,鋪設(shè)、更換或修復(fù)各種地下管線的施工新技術(shù)[1]。隨著我國西氣東輸以及城市化進(jìn)程的加快,人們對地下管線建設(shè)的要求越來越來高,傳統(tǒng)的開挖方法正遭到淘汰,而非開挖技術(shù)越來越得到廣泛的應(yīng)用。而水平定向鉆穿越作為新興的非開挖工程中的一種重要的技術(shù),在一些無法實施開挖作業(yè)的地區(qū)鋪設(shè)管線方面,如穿越公路、鐵路、建筑物、河流、古跡保護(hù)區(qū)、鬧市區(qū)、農(nóng)作物及植被保護(hù)區(qū)等,取得了顯著的社會經(jīng)濟(jì)效益[2]。然而現(xiàn)今大型的水平定向鉆穿越工程投資動輒數(shù)千萬,且施工多在地下進(jìn)行,這就使得工程項目不可避免存在很多風(fēng)險,若操作不當(dāng),可能造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此,對工程事先進(jìn)行風(fēng)險評價,為工程項目的實施提供一個可供指導(dǎo)的信息就顯得十分必要[3]。目前風(fēng)險評價已經(jīng)在工程建設(shè)的各個領(lǐng)域都有應(yīng)用,建設(shè)項目的風(fēng)險評價也越來越受到重視[4],但是針對地下管道水平定向鉆穿越工程的項目還不多,目前只有楊偉、蘇欣等人做過基于模糊層次分析法的水平定向鉆穿越優(yōu)選方案的研究[5,6]。因此,本文結(jié)合某工程實例針對水平定向鉆管道穿越工程進(jìn)行了風(fēng)險評價,以期對工程實際起到一定的指導(dǎo)作用。

1 評價方法的選擇

風(fēng)險評價就是要對風(fēng)險進(jìn)行定量分析判斷,確定出風(fēng)險的大小,為進(jìn)一步的風(fēng)險控制提供可用于指導(dǎo)操作的信息。目前,項目風(fēng)險評價的方法很多,如層次分析法、主觀評分法、決策樹法、網(wǎng)絡(luò)分析法、模糊評價法[7],而在工程項目中應(yīng)用較多的是模糊綜合評價法和層次分析法。模糊綜合評判方法(Fuzzy Comprehensive Evaluation)是一種運用模糊變換推理分析和評價模糊系統(tǒng)的方法,它以模糊推理為主,定性和定量結(jié)合,精確與非精確統(tǒng)一進(jìn)行項目的綜合評判[8]。由于這種方法在處理各種難以精確描述的復(fù)雜系統(tǒng)問題方面表現(xiàn)出獨特優(yōu)越性,因此得到廣泛的應(yīng)用。層次分析法(Analytical Hierarchy Process)是美國運籌學(xué)家匹茨堡大學(xué)教授薩蒂(T.L.Satty)于 20世紀(jì) 70年代初所提出的一種層次權(quán)重決策分析方法,現(xiàn)今也已十分成熟,應(yīng)用十分廣泛[9,10]。

本文利用兩種方法各自的優(yōu)點,將層次分析法的權(quán)重決策與模糊綜合評價法的模糊評判理論相結(jié)合,對某水平定向鉆穿越工程進(jìn)行了項目的風(fēng)險評估。

2 項目評價的理論原理及其過程

2.1 建立風(fēng)險評價指標(biāo)體系

風(fēng)險評價指標(biāo)體系是進(jìn)行項目風(fēng)險評估的基礎(chǔ)。大型工程項目的風(fēng)險有人為管理的缺陷,也有材料、設(shè)備本身的缺陷,參照 Delphi法[11],該穿越工程項目部組織相關(guān)領(lǐng)域 20余名專家進(jìn)行調(diào)查和反饋,得出該工程項目所存在的風(fēng)險,本文根據(jù)此建立了一個風(fēng)險評價指標(biāo)體系 (如表 1所示)。該工程的風(fēng)險指標(biāo)體系分為 3層:

第一層是系統(tǒng)的總的風(fēng)險度,它直接反映系統(tǒng)所處的總的風(fēng)險等級,為項目的工程實際提供參考;

第二層是制約和影響系統(tǒng)總風(fēng)險度的 4個主要的一級指標(biāo),它們分別是環(huán)境風(fēng)險、材料與設(shè)備風(fēng)險、施工風(fēng)險、設(shè)計風(fēng)險和承包商風(fēng)險。

第三層是影響風(fēng)險的 18個子因素集,也叫做二級指標(biāo),環(huán)境風(fēng)險里面的場地的危險性,場地生活垃圾、泥漿、動力用油等對環(huán)境的危害,暴雨、洪水等對施工進(jìn)度的影響,場地的障礙物和穩(wěn)定性等;設(shè)備、材料風(fēng)險里面主要包括了鉆機(jī)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、防護(hù)系統(tǒng)如防止卡鉆設(shè)備、各種應(yīng)急系統(tǒng)以及運輸狀況等;施工風(fēng)險里面又包括了管道回拉時表面防腐層的保護(hù)、光纜和套管的保護(hù)、施工操作及安全等這些會在施工階段造成影響和必須注意的問題;然后就是設(shè)計風(fēng)險,設(shè)計的合理性,直接關(guān)系項目的成功實施,而設(shè)計圖紙交付的及時性則會影響工程實施的進(jìn)度。

表1 該穿越工程風(fēng)險指標(biāo)體系

2.2 指標(biāo)權(quán)重的計算

2.2.1 構(gòu)造判斷矩陣

工程項目的風(fēng)險評價指標(biāo)體系建立起來之后,參照層次分析法,請相關(guān)專家對指標(biāo)層各元素進(jìn)行兩兩比較評分,再寫成矩陣形式。項目風(fēng)險評分值采用 T.L.Satty[9]所提出的評價尺度,其表示的含義如表 2所示。當(dāng)認(rèn)為風(fēng)險介于兩個相對程度中間時,對應(yīng)的分值可取中間值,例如甲與乙相比的程度介于極重要和很重要之間,則分值取 8。

表2 項目風(fēng)險評分

2.2.2 一致性檢驗及權(quán)向量的確定

判斷矩陣得出來之后,還要進(jìn)行一致性檢驗,以避免出現(xiàn) A比 B重要,B比 C重要,而 C卻比 A重要的邏輯錯誤。

矩陣一致性的檢驗采用 Satty提出的一致性系數(shù) CI和隨機(jī)一致性指標(biāo) R I以及隨機(jī)一致性比率CR的方法來進(jìn)行。

式中:λmax——所得矩陣的最大特征值;n——矩陣的維數(shù)。

R I是隨機(jī)一致性指標(biāo),一般認(rèn)為 CR≤0.1時,所得出的矩陣具有較好的一致性。其對應(yīng)數(shù)值如表3。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo) RI的數(shù)值

當(dāng)判斷矩陣的不一致程度在容許的范圍內(nèi)時,可用其特征向量作為權(quán)向量,否則就要重新進(jìn)行成對比較,對矩陣進(jìn)行調(diào)整。本文利用Matlab平臺強(qiáng)大的矩陣運算功能,以及可以與 Excel互動的優(yōu)點,把一致性檢驗、權(quán)向量計算統(tǒng)一用一個程序來實現(xiàn)[12]。

2.3 模糊集的建立

指標(biāo)權(quán)重計算出來后,我們再根據(jù)模糊綜合評判理論建立評語集,以及各因素的隸屬度向量,進(jìn)行最后的評價。

該工程項目風(fēng)險一級指標(biāo)為 B,B={B1,B2,B3,B4,B5},相應(yīng)的權(quán)重為W,其各自所屬的二級指標(biāo) Ci(i=1,2,…,n)的權(quán)重為 W1,W2,W3,W4,W5。

同時設(shè)模糊評語集為 V={無風(fēng)險,低風(fēng)險,中等風(fēng)險,高風(fēng)險,極高風(fēng)險},以向量 C={10,30,50,70,90}T表示其對應(yīng)的分值。

2.4 模糊綜合評判及相對隸屬度向量的確定

對項目風(fēng)險指標(biāo)進(jìn)行模糊綜合評判,通過組織專家討論各個因素對評語集的隸屬度,得到各風(fēng)險隸屬度向量。例如通過專家討論得出環(huán)境風(fēng)險中現(xiàn)場操作環(huán)境的危險性 (C1)對于評價結(jié)果是:有 13%的人認(rèn)為無風(fēng)險,35%的人認(rèn)為低風(fēng)險,39%的人認(rèn)為中等風(fēng)險,8.7%的人認(rèn)為高風(fēng)險,4.3%的人認(rèn)為極高風(fēng)險,則得出的評判結(jié)果為 (0.13,0.35,0.39,0.087,0.043)。同樣對其它 3個因素進(jìn)行評價得到環(huán)境風(fēng)險所對應(yīng)的隸屬度向量 R1,再對 B層其它 4個因素進(jìn)行評價依次得到隸屬度向量 R2,R3,R4,R5。對 Ri(i=1,2,…,5)進(jìn)行歸一化處理,再運用矩陣的模糊乘法,得到 B層所有因素對評語集的總的隸屬度向量:B=WioRi(i=1,2,3,4,5),其中 o為取大取小算子[8]。

2.5 評估結(jié)果

由 S=B·C就可以得到工程項目的風(fēng)險總值,從而確定該項目的風(fēng)險水平。

3 穿越工程風(fēng)險計算

3.1 判斷矩陣的建立及其一致性檢驗

環(huán)境風(fēng)險 (B1)判斷矩陣,材料、設(shè)備風(fēng)險 (B2)判斷矩陣,施工風(fēng)險 (B3)判斷矩陣,設(shè)計風(fēng)險 (B4)判斷矩陣,承包商風(fēng)險 (B5)判斷矩陣,B層所有因素相對于 A層的判斷矩陣分別見表 4～9。

表4 環(huán)境風(fēng)險(B1)判斷矩陣

表5 材料、設(shè)備風(fēng)險 (B2)判斷矩陣

表6 施工風(fēng)險(B3)判斷矩陣

表7 設(shè)計風(fēng)險(B4)判斷矩陣

表8 承包商風(fēng)險 (B5)判斷矩陣

表9 B層所有因素相對于A層的判斷矩陣

3.2 權(quán)重的計算

通過矩陣的特征值和特征向量以及一致性檢驗的Matlab計算程序,對表 1所建立的風(fēng)險指標(biāo)體系得出的判斷矩陣得到各層次因素的權(quán)重分別為:

3.3 各個風(fēng)險因素的隸屬度歸一化矩陣

3.4 合成隸屬度向量

在Matlab平臺上,通過調(diào)用相應(yīng)的模糊乘法的取大取小函數(shù),運用矩陣的模糊乘法將各個權(quán)重向量和對應(yīng)的隸屬度矩陣相乘得到合成隸屬度矩陣 R并歸一化:

而得到矩陣 R=(B1,B2,B3,B4,B5)T。

再次運用矩陣的模糊乘法將總權(quán)重向量W與合成隸屬度矩陣 R相乘得到綜合評判結(jié)果 B并歸一化,得到:

3.5 計算最終的風(fēng)險值

將最終的評判結(jié)果與評語集相乘得到最終的風(fēng)險值:S=B·C=54.18。將最后的風(fēng)險值與相應(yīng)的評語集 V和評價分向量 C相比較,可知該風(fēng)險值處于中等風(fēng)險范圍,風(fēng)險級別較高,應(yīng)當(dāng)引起承包商以及項目部的重視。而由權(quán)重向量W可知環(huán)境風(fēng)險和施工風(fēng)險是影響比較大的因素,施工單位及項目部應(yīng)加強(qiáng)施工和環(huán)境保護(hù)這 2個方面的工作。

4 結(jié)論

層次分析法是一種半定性與半定量的方法,具有系統(tǒng)、實用、簡潔的特點,可以用來確定 HDD穿越工程中各風(fēng)險因素相對總風(fēng)險系統(tǒng)的權(quán)重。而模糊綜合評價法是一種以模糊推理為主的半定性與半定量方法,可以用來求出系統(tǒng)總的風(fēng)險度,根據(jù)最大隸屬度原理判斷穿越工程項目風(fēng)險的等級。所以層次分析法和模糊綜合評價法結(jié)合在一起,可以達(dá)到互補,比原來的單一方法有所改進(jìn),是一種有效的風(fēng)險評估方法。

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