基于WBS-RBS结构的地铁施工风险研究

基于WBS-RBS结构的地铁施工风险研究

周洁静宋永发

周洁静宋永发（大连理工大学土木水利学院，大连116024）

摘要：首先，根据国内地铁建设的现状侧面，阐述施工风险研究的必要性；其次，结合近年来地铁施工事故的分析，说明WBS-RBS结构分解的具体过程，并在此基础上提出兼顾概率、损失、可控性三大特征的地铁施工风险评价模型；最后，介绍了如何运用AHP方法确定WBS结构之间的权重关系，以及简化F-ANP方法确定RBS结构之间的权重关系，对传统计算方法进行了一定的创新与改进。

Abstract:Firstly,thispapershowsthenecessityoftheresearchonconstructionriskaccordingtothedomesticstatusofsubwayconstruction.Followed,bycombinationofrailwayconstructionaccidentsinrecentyears,itshowsthespecificprocessofWBS-RBSdecomposition.Andonthisbasis,takesintoanewconstructionriskassessmentmodelwiththreemajorcharacteristics:probability,lossandcontrollability.Finally,itintroduceshowtousetheAHPmethodtodeterminetheproportionbetweenthefactorsinWBSstructure,andhowtousesimplifiedF-ANPmethodtodeterminetheproportionbetweenthefactorsinRBSstructure,itmakesacertaindegreeinnovationandimprovementtotraditionalcalculatingmethod.

关键词：地铁施工事故；作业分解树-风险分解树（WBS-RBS）；风险评价模型；AHP；简化F-ANP

Keywords:subwayconstructionaccident；WBS-RBS（WorkBreakdownStructure-RiskBreakdownStucture）；riskassessmentmodel；AHP；simplifiedF-ANP

中图分类号：TU7;F069·9文献标识码：A文章编号：1006-4311（2009）11-0076-05

0引言

由于城市人口急剧增加以及经济的快速发展，世界各大都会区都在积极推动地铁建设，以解决交通拥堵问题。但由于亚太地区大多数的都会区都位于沉积平原,土质松软,地下水位高,地质状况对地下工程极为不利,且由于管理人员对风险发生发展的趋势判断存在侥幸心理，估计不足，防范不备，因此施工事故屡见不鲜。地铁工程是大型的土建工程项目，施工事故无论等级大小都可能造成巨大的损失，因此施工安全风险管理理论越来越得到土木工程界的重视。

本文结合城市轨道交通土建工程施工安全风险管理的特点，依据国内地铁建设的现状及发生事故的实例，提出了基于WBS-RBS结构的地铁施工安全风险评估方法。

1国内地铁建设现状

中国的地铁建设始建于1965年。截至2008年，已经通车的有——北京、上海、天津、广州、南京、深圳、香港、台北、高雄。在未来的数年间,仍会有许多都会区开始兴建地铁系统。中国大陆目前已有地铁系统的6个都会区，还有11个都会区的地铁系统,已经国务院批准兴建[1]，见表1。

交通环境的改善可以为经济发展提供通达的枢纽，地铁的大规模兴建虽然能为城市的发展注入新的动力，但在建设过程中，安全事故的频频发生也深刻表明地铁施工风险问题同样不容小觑。

2地铁建设施工事故

据不完全统计，自2003年至2009年之间，中国大陆由于各种原因造成的地铁施工事故，已有26起发生，其中死亡人数高达40人。统计事故的发生原因及后果，并从环境因素以及地铁自身建设两大风险源角度分析，得如表下页2的统计结果。

以上统计结果显示，纯环境因素引起的地铁施工事故仅有2起，有12起事故主导影响为环境因素，但同时也是由于地铁自身建设中施工方法对环境的预估不足而引起，其余12起事故完全由建设过程中的施工不当或疏忽导致。

另有相关统计数据显示，1981年至2008年，中国大陆建设轨道交通事故分析显示，30%为突发事件，70%为缓变事件，说明大部分事故是可控的，由此可说明地铁建设施工安全风险管理的必要性以及管理体系不断完善和健全的迫切性。

本章节中事故的风险源指向将为下章节的RBS风险源确定提供选取依据。

3WBS—RBS分解结构

与一般地面工程相比，地铁建设项目有几个特点：①建设规模大；②技术要求高；③建设周期长；④投资大；⑤系统复杂；⑥项目质量要求高，技术复杂，技术风险大。这些特点决定了地铁在建设过程中，蕴含着大量的风险，其中生产的流动性，生产的单件性，生产周期长，地下、高空和露天作业多，与周边环境、地质关系密切等特点，使得与其他生产工业相比，施工安全风险尤其较高。

因此，探索一种科学合理、操作性强、适合于城市地铁建设工程施工安全风险管理要求的风险评估方法是非常关键的。希望通过这种评估方法，施工企业、建设单位可以及早的认识工程项目的施工安全风险，制定规避风险的合理措施，同时，保险公司可以获得更为合理的厘定费率的指标，有据可依地为施工企业提供良的施工安全风险管理服务。

WBS（WorkBreakdownStructure)是指作业分解树，作业树中每一个独立的单位就是一个作业包（workpackage）；RBS（RiskBreakdownStructure）是指风险分解树。把两者交叉构建WBS-RBS矩阵，按矩阵元素逐一判断风险是否存在及其大小程度，这样就可以系统、全面地辨识风险。在分解结构的基础上可进一步判断各风险元素权值，从而得到项目总风险程度，所以WBS-RBS风险辨识方法是一种既能把握工程风险全局，又能兼顾工程安全风险细节的工程风险辨识方法。

在土建工程施工中，每一个安全风险产生的原因（风险源）随着施工进程、作业位置、周边环境等的不同，引起风险的可能性和损失大小也不同。施工安全风险辨识的WBS分解宜结合施工步骤、结构特点按照单位工程、分部工程、分项工程的顺序依次进行[2]，如图1所示。

WBS分解后，应对每一个分项工程宜按照风险源进行RBS分解，如图2。FlanaganandNorman[3]认为风险管理应从系统角度出发，识别和量化工程项目面临的所有风险，以保证对所有的风险都能采取恰当的应对措施。《澳大利亚风险管理标准》曾表述“本标准应在活动职责项目产品和资产的生命期的各个阶段实施……”。这些信息清楚地表明，风险管理不是一次性的，而应贯穿于项目的始终，对所有的风险进行全面管理。从全面风险管理角度出发，除却不可控的自然风险，同时从项目自身和项目环境出发对风险因素进行归类。首先，按过程将风险因素划分为规划设计和施工阶段的风险，然后按环境分为经济和管理两大类风险；这样地铁风险因素就分为五大类，即规划风险、设计风险、施工风险、经济风险和管理风险。施工阶段是地铁建设中公认的事故高发阶段，是风险最为集中的阶段，也是因此对施工阶段的风险再进行二次划分，分别为地质风险、质量风险、成本和工期风险、施工界面风险、健康、安全和环境风险。

由于本文着重研究地铁施工安全风险，所以在全面风险分析的基础上，结合本文第二部分事故风险源指向，再进行细化提取。其中，地质风险主要由地质状况、水文条件以及地下管线因素组成；质量风险以及施工界面矛盾主要由结构设计、原材料、施工技术、施工机具、施工管理等影响；成本风险主要是原材料价格影响；工期风险主要由施工管理决定；健康、安全风险主要是施工管理影响，重点防范用电与火灾。

因此，综上分析所述，得出地铁工程施工风险RBS分解结构[4]。如图3所示。

这样就得到地铁工程施工安全风险WBS-RBS结构矩阵（矩阵中每个元素代表一个具体风险。）：

式中：i为风险源序号；j为分项工程序号。

4地铁施工风险评价模型

传统的风险评价模型一般为：

D=P×Q

其中：D为风险度；P为风险发生的可能性概率；Q为风险发生的损失程度。

但对风险的多维特性加以考虑，风险就可以用如下的函数进行描述：

R=f（r1，r2，r3，r4，r5）（1）

其中：R表示风险；r1表示风险发生后造成的损失；r2表示风险发生的概率；r3表示风险的可预测性；r4表示风险的可控制性；r5表示风险的可转移性。

由于风险的可预测性、可控制性和可转移性三者的核心都是采用一定的手段和方法对风险进行控制，所以可以把这三个特性统称为风险的可控制性。风险的描述就可以用风险损失、发生概率和可控制性三个特性来描述：

R=f（L，P，C）=L×P×（1-C）（2）

其中：R表示风险（Risk）；L表示风险发生后造成的损失（Loss）；P表示风险发生的概率（Probability）；C表示风险的可控制性（Controllability）。L，P，C值分别通过专家调查由0—9之间取得数值。

为保证专家打分有据可依，可根据地铁施工工程实际特性，从风险源角度出发，建立损失程度衡量标准、发生概率衡量标准以及可控性衡量标准三大体系的风险衡量标准。由于篇幅所限，在此不详述，读者可自行参考相关文献。

5AHP及简化F-ANP确定权重

本文中，各单位工程，分部工程以及分项工程间的相互影响，将采用传统的AHP方法，两两比较其重要性从而获得各级权重。以下详细介绍运用AHP方法获取权重的过程[5]：

5.1判断矩阵构造

同一层次上的各因素按其重要程度可分为若干等级。可采用5级定量法,通过两两比较确定相对重要性。

假设有n个因素B1，B2，B3，…，Bn。因素Bi与Bj比较,若重要性相同,则相对重要性记作b=1;若bi比bj稍微重要一些,则b=3;若明显重要则等于5;重要得多7;绝对重要则为9;介于它们之间则为2,4,6,8;显然，bij=1/bji，例如：

5.2层次单排序

判断矩阵P的最大特征根所对应的特征向量即为各评价因素的权重分配，这里选用几何平均法计算特征向量，其步骤包括：每行用几何平均法计算得到的列向量再进行正规化即为所求特征向量；计算判断矩阵的最大特征根；RI取值见表3。当CR＜0.10时，认为判断矩阵一致性可以被接受，否则应对判断矩阵适当修正。对于风险源的权重确定，在传统的AHP、ANP里，没有考虑一个人对一个数的感知的不确定性。人们关于风险的相对重要性的评估总是主观和不连续的，使用语言上的术语来表达他们的感觉或者判断是含糊的。基于以上所述，本文利用三角模糊数的理论来弥补这一缺点；但为计算的方便，做一定的简化，下面详细介绍简化F-ANP在本文中的运用：

针对某个分项工程，各风险源之间的重要关系很难用一个数字确定，因此合理灵活运用三角模糊网络的理论概念，三角模糊数ωij=（lij，mij，sij），lij，mij，sij分别表示专家给出的风险源ui相对于uj的重要度的最悲观值、最可能值和最乐观值。显然，ω是一个三角模糊数互补判断矩阵。

对于每一个三角模糊数判断矩阵，都需要进行一致性检验。关于三角模糊数互补判断矩阵的一致性检验问题，目前在相关文献中没有既简便又行之有效的方法。本文采用一种近似方法加以判定，即计提出三角模糊数互补判断矩阵中两两比较的最可能值，得到模糊互补判断矩阵，记为M=（mij）n1×n1，如果M满足一致性的要求，则可以近似的认为三角模糊数互补判断矩阵也满足一致性的要求。

在三角模糊数判断矩阵满足一致性的要求以后，我们可以由以下公式得出每个因素的三角模糊综合评价值：

θ中的每个值都是一个三角模糊数，记为θ=（l，m，s）。

为简化计算，根据文献[6]中的方法得出θ的期望值：E=，即为各因素也就是各风险源在某个分项工程中的发生权重。

6小结

（1）本文第1、2两部分分别从国内地铁建设的现状及已发事故的角度，以具体的统计数据侧面阐述地铁建设施工风险研究的必要性。

（2）本文第3部分详细介绍了WBS-RBS结构分解的具体方法，对地铁项目及项目风险层层抽丝剥茧，并结合具体地铁施工事故的风险源分析，总结出地铁施工风险RBS结构。

（3）本文第四部分提出地铁施工风险评价模型，本文并没有拘泥于前人的结果，而是根据风险的多维特性，兼顾风险发生的概率，损失，可控性三大特征，以自己的认知得出新的地铁风险评价模型。

（4）本文第五部分详细介绍了AHP方法确定WBS结构之间的权重关系以及简化F-ANP确定RBS结构之间的权重关系的过程，在传统的层次分析法或模糊综合分析法的基础上进行了一定的创新。

（5）本文虽然在RBS构建、评价模型及权重计算等方面给出了自己的想法，但仍存在一些不成熟的地方有待完善。另外，就模型中的L,P,C取值这一方面，作者认为也可引入三角模糊数概念，希望能在以后有进一步的研究。

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参考文献：

[1]刘涛：《基于数据挖掘的基坑工程安全评估与变形预测研究》[J]；《同济大学论文》2007（9）：1-2。

[2]贾俊峰、梁青槐，WBS-RBS与ABP方法在土建下程施工安全风险评估中的应用，中国安全科学学报，2005.7,102-103.

[3]Flanagan，R.，Norman，G.Riskmanagementandconstruction[M].London：BlackwellScience1993,125-127.

[4]李洁、邹小伟：《地铁工程风险评价——以南京地铁2号线为例》[J]；《建筑经济》2009（5）：72-74。

[5]赵海林：《基于模糊一致矩阵的风险投资决策方法》[J]；《生产力研究》2007（19）：47-48。

[6]姜艳萍、樊治平：《一种三角模糊数互补判断矩阵的排序方法》[J]；《系统工程与电子技术》2002（7）：34-36。