中国工程管理论坛2015——武汉东湖通道工程复杂性评价分析与对策.docx

武汉东湖通道工程复杂性评价分析与对策

摘要：借鉴国内外类似项目经验结合武汉东湖通道工程的实际情况，本文从目标复杂性、技术复杂性、管理决策复杂性、环境多变性和信息动态性等五个方面构建东湖通道工程复杂性评价指标体系，运用灰色聚类模型对东湖通道工程复杂性进行评价，在此基础上，针对高复杂性因素进行风险事件分析，并提出相应的管理对策。
关键字：东湖通道工程、灰色聚类模型、复杂性评价、对策
Evaluation and countermeasure analysis on the complexity of Wuhan East Lake Channel Project
Huyunpin Qinhailing Zhouhongcheng Huangchengming Xuhan
（School of Civil Engineering and Architecture，Wuhan University of technology，Hubei，Wuhan，430070）
Abstract: This paper builds the index system on the complexity evaluation of Wuhan East Lake Channel Project from five aspects including target complexity, technology complexity, management decisions, environmental variability and dynamic information by drawing lessons from the similar underwater tunnels at home and broad combined with the practical facts of the project. Then, it evaluates the complexity using gray clustering model. On its basis, it identifies the risk events from the high complexity factors and puts forward corresponding management countermeasures.
Key word: East Lake Channel Project, gray clustering model, complexity evaluation, countermeasure
东湖通道工程包含东湖隧道和团山隧道。隧道工程与其他工程相比，具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出特点，因而投资风险较大，在设计、施工决策中会遇到很多困难和障碍。尤其是复杂的水下隧道工程和城市景区的地下工程，如果决策考虑不周，均可能对社会和国家造成重大损失和不良的社会影响。国内外隧道与地下工程曾发生不少重大工程事故，给社会敲响了警钟。胡群芳[1]等通过统计得出2003-2011年我国仅地铁隧道施工事故就达89起，其中2006 -2009年的年平均事故死亡人数达21.25。隧道与地下工程的决策问题已经成为了亟待解决的核心问题。为了解决大型复杂项目东湖通道工程的科学决策问题，需对该工程的复杂性因素进行识别和评价，并针对重大复杂风险因素提出相应的管理对策，以服务于项目管理者决策。
复杂系统的研究最早可追溯到1963年Edward Norton Lorenz提出的混沌理论，任何初始条件的微小变化，都可能造成后期结果的巨大差异，从而产生许多系统的复杂性问题。国内外学者通过大量研究针对大型建设工程提出了许多复杂性评价方法，主要有结构方程模型[2]、熵权法[3]、模糊综合评判法[4]、图模型法[5]等，这些方法从不同层面对系统复杂性进行了度量，取得了一定的成果同时也具有相应的局限性。本文从一个新视角出发，通过将模糊层次分析法与灰色聚类模型相结合，从不同层面对东湖通道工程项目复杂性进行了评价，并基于评价结果提出了相应的管理对策。
1 东湖通道工程复杂性评价指标体系的建立
1.1 东湖通道工程的复杂性
东湖通道工程是一个巨大的复杂系统。其作为武汉市重点道路交通工程，兼有环境、景观、文化功能，建设目标多而复杂。通道建设同时涵盖道路、桥梁、隧道、景观绿化、交通、排水、照明、通风、消防、监控等多专业，涉及业主方、设计方、施工方、监理方等众多参建主体和市城建委、环保局、水务局、规划局等行政主管部门，工程协调量大，建设内容十分庞杂；工程涉及的许多关键技术超出目前现有规范，设计及审批困难较大，并面临许多国际性难题，如空气净化，工程采用围堰明挖法施工，涉及分段围堰及湖底淤泥处理等技术，运用难度较大；工程建设地点位于国家级风景区内，沿线涉及的拆迁及改造必须满足风景区的整体美学要求。建设过程中湖面占用、填湖面积、道路水体污染及施工中的排放及噪音等问题关乎民众切身利益，社会舆论压力十分巨大；整个工程的建设工期十分紧张，前后仅26个月，面对临时便道铺设、围堰堰体施工、淤泥处理、主体结构施工、堰体拆除、湖面恢复等多步工作，任何环节的拖延都会影响整个工期；以上关于工程建设目标、内容、专业、参与方等的复杂性同时也带来了信息管理的难度。因此，东湖通道工程的建设与管理是一个非常复杂的系统工程。
1.2 东湖通道工程复杂性评价指标体系的建立
基于以上分析，结合国内外类似项目经验从目标复杂性、技术复杂性、管理决策复杂性、环境多变性和信息动态性等五个方面对影响东湖通道工程复杂性因素进行了识别，并构建相应的复杂性评价指标体系，如图1-1所示。其中东湖通道工程复杂性用X表示，复杂性一级指标用Xi（i=1,2,3,4,5）表示，复杂性二级指标用Xij（j对应二级指标的位置）表示。

图1-1：东湖通道工程复杂性评价指标体系
2指标复杂性权重及隶属度确定
2.1 基于层次分析法的复杂性指标权重的确定
（1）数据的收集
以指标体系1-1为基础，设计问卷，主要由来自东湖通道工程建设单位、施工单位、设计单位和相关行政管理部门等单位的管理人员或现场技术人员及部分专家学者进行填写。本问卷共发出50份，回收30份，其中有效份数为20份。
（2）复杂性指标层次权重和组合权重计算
对有效问卷进行分析，计算得出各指标的层次权重及组合权重如表2-1所示。
表2-1：复杂性指标层次权重及组合权重
指标
目标复杂性X1（权重0.107）
X11
X12
X13
X14
X15
层次权重
0.095
0.366
0.179
0.236
0.125
组合权重
0.010
0.039
0.019
0.025
0.013
指标
技术复杂性X2（权重0.389）
管理决策复杂性X3（权重0.166）
X21
X22
X23
X24
X31
X32
X33
X34
层次权重
0.108
0.187
0.292
0.413
0.160
0.099
0.250
0.491
组合权重
0.042
0.073
0.114
0.161
0.026
0.016
0.041
0.081
指标
环境多变性X4（权重0.272）
信息动态性X5（权重0.066）
X41
X42
X43
X51
X52
X53
层次权重
0.097
0.333
0.570
0.582
0.309
0.109
组合权重
0.026
0.091
0.155
0.039
0.021
0.007
2.2 基于模糊综合评价法的指标复杂性隶属度的确定
通过对东湖通道不同参与方的管理及技术人员和熟知本工程的专家学者进行问卷调查，确定指标复杂性隶属度。共发出问卷100份，回收50份，有效问卷33份。其中复杂性隶属度分五个等级，用1、2、3、4、5依次表示指标复杂性程度（由低到高），运用统计学知识进行问卷分析，通过加权求和法计算出各个指标的复杂性隶属度Xij。
为便于分析，将Xij运用公式进行归一化处理。因Xij处于区间[3.730，4.175]，取复杂性隶属度最大值Xmax=4.180与最小值Xmin=3.720。结果如表2-2所示。
表2-2：指标复杂性隶属度计算值及归一化结果
代号

代号

代号

X11
3.730
0.02
X23
4.090
0.80
X41
3.935
0.47
X12
4.125
0.88
X24
4.130
0.89
X42
3.969
0.54
X13
3.850
0.28
X31
3.970
0.54
X43
4.156
0.95
X14
3.900
0.39
X32
3.760
0.09
X51
4.031
0.68
X15
4.000
0.61
X33
3.935
0.47
X52
4.030
0.67
X21
3.790
0.15
X34
4.175
0.99
X53
3.968
0.54
X22
3.930
0.46

3东湖通道工程复杂性灰色评价分析
3.1 复杂性评价中心点三角白化权函数的确定
（1）指标灰类的划分
采用5个评价灰类，灰类序号为k（k=1，2，3，4，5），分别表示复杂性“低”、“较低”、“一般”、“较高”、“高”，结合专家意见，确定各指标所属灰类，分别为：
[0.02，0.3），[0.3，0.55），[0.55，0.70），[0.70，0.85），[0.85，0.99）
将灰区间[0.02,0.99]的端点分别向左延拓至0.01，向右延拓至1。
（2）三角白化权函数的确定
令λk=(αk+αk+1)/2（αk、αk+1为灰类k的左右端点，λk为灰类k的中心点），连接（λk，1）与第k-1个灰类的起点αk-1和第k+1个灰类的终点αk+2，得到j指标关于k灰类的三角白化权函数（j表示对应指标）。则各个区间对应的中心点序列λ0，λ1，λ2，λ3，λ4，λ5，λ6的值依次为：0.015，0.16，0.425，0.625，0.775，0.92，0.995，对于指标j的一个观测值x，可由公式3-1[6]求出对应的聚类函数将实际值依次代入即可求出对应聚类系数。
………………………………（3-1）
3.2 分级指标白化权聚类系数计算
（1）二级指标Xij白化权聚类系数计算
根据灰色聚类模型的计算原理，计算得出各个二级评价指标的白化权聚类系数如表3-1所示。
表3-1：二级评价指标Xij白化权聚类系数
代号

实际值
0.02
0.88
0.28
0.39
0.61
0.15
0.46
0.80
0.89

0.0345
0
0.547
0.132
　0
0.931
　0
　0
　0

0
0
0.453
0.868
0.075
　0
0.825
　0
　0

0
0
　0
　0
0.925
　0
0.175
　0
　0

0
0.276
　0
0　
　0
　0
　0
0.828
0.207

0
0.724
　0
　0
　0
　0
　0
0.172
0.793
代号

实际值
0.54
0.09
0.47
0.99
0.47
0.54
0.95
0.68
0.67
0.54

0
0.517
　0
　0
　0
　0
　0
　0
　0
　0

0.425
　0
0.775
　0
0.775
0.425
　0
　0
　0
0.425

0.575
　0
0.225
　0
0.225
0.575
　0
0.633
0.7
0.575

0
　0
　0
　0
　0
　0
　0
0.367
0.3
　0

0
　0
　0
0.067
　0
　0
0.6
　0
　0
　0
（2）一级指标Xi及总目标X白化权综合聚类系数计算
将二级指标的白化权聚类系数与对应权重值加权求和，按公式3-2计算各个一级指标及总目标的综合聚类系数，如表3-2所示。
………………………………（3-2）
m为一级指标i下二级指标个数，Wij为j指标相对于i准则的权重。
表3-2：一级指标Xi与总目标X复杂性综合聚类系数
代号
权重值
σ1
σ2
σ3
σ4
σ5
X1
0.107
0.132
0.295
0.116
0.101
0.265
X2
0.389
0.100
0.154
0.033
0.328
0.378
X3
0.166
0.051
0.261
0.148
0
0.033
X4
0.272
0
0.217
0.213
0
0.342
X5
0.066
0
0.047
0.647
0.306
0
X
1
0.062
0.197
0.150
0.158
0.274
3.3 复杂性评价分析
根据表3-1、3-2的白化权聚类系数计算分析可知：
（1）东湖通道工程整体复杂性
东湖通道工程整体复杂性属于“高”类，因其复杂性较高，其在施工过程中的风险隐患较多，需加强风险事件的识别与管理；
（2）东湖通道工程指标复杂性评价
① “目标复杂性”属于“较低”类，但其中“工程自身使用功能的复杂性”属于“高类”，因此，应加强对工程自身功能实现目标的保障和控制；
② “技术复杂性”属于“高”类，尤其是“技术标准的特殊性”和“技术使用难度大”复杂性高，应加强对技术风险的控制，确保新技术的运用及重大技术的攻关及标准的制定有保障；
③ “管理决策复杂性”属于“较低”类，但其中“管理决策过程中协调难度大”属于“高”类，该工程参与方种类多、数量更多，各方之间、各专业之间协调难度大，隐藏的风险因素也较多，须制定相应的管理体系及办法以解决施工协调难题；
④ “环境多变性”属于“高”类，尤其是“安全环境复杂性”非常大，湖底施工难度大，安全隐患多，必须加强对结构安全和人员安全的保障；
⑤ “信息动态性”属于“较高”类，工程本身的复杂性、参与方的众多、专业协调多等都促成了整个工程的信息来源及加工的复杂性。如何利用有效信息服务于决策非常重要。
4东湖通道工程风险对策
4.1东湖通道工程风险分析
根据以上模型分析结果可知，东湖通道工程整体复杂性比较高，但主要表现在两大方面：技术复杂性及环境复杂性。 “技术标准的特殊性”、“技术使用难度大”及“安全环境”、“自然生态环境”等方面复杂性非常高，隐藏的风险隐患相对而言也较多，为此从施工技术风险、结构及人员安全风险、环境影响风险等方面结合工程实际对隐藏的风险事件进行了分析，并提出了相应的管理对策。
4.2 东湖通道工程风险事件识别与管理对策
东湖通道工程属于湖底隧道工程，涉及大量基坑开挖技术、防渗水技术，任何处理不当都可能引发工程事故，带来巨大的结构及人员安全隐患，同时施工中的环境污染也将对社会造成巨大影响，为此综合考虑以上因素对关键风险事件进行了识别分析，并提出相应的处理措施，如表4-1所示。
表4-1：主要风险事件分析及管理对策
风险事件
原因分析
处理措施
基坑淹水
围堰失稳垮塌；特大洪涝灾害。
加强围堰结构设计审查和施工管理；提前做好洪涝灾害应急处理预案。
基坑失稳
内支撑刚度、围护墙深度或刚度不足；未按设计施工；基坑渗水处理不及时。
加强地质勘察精度，提供可靠地层参数；基坑围护设计施工方案加强审查；加强基坑工程施工管理。
隧道上浮
湖床清淤后湖中暗埋段抗浮不足；敞开或浅覆土段抗浮不足。
充分考虑湖底清淤条件下隧道覆土满足抗浮需要；每阶段均按最不利工况进行抗浮验算。
隧道渗水
不规范防水施工；结构抗渗能力不足；变形缝防水失效。
加强防水质量控制；结构自防水能力满足规范要求；变形缝设置多道防水措施。
地表沉降
基坑变形太大；降水影响。
采用强刚度支护方案；基坑围护、降水设计施工方案加强审查；加强基坑工程施工管理。
开挖坍塌
破碎围岩；岩层断层、节理、裂隙构造；爆破震动。
施工时通过仔细观察开挖面状况；及时采取加固注浆等措施，能有效降低风险。
围岩变形
软弱或破碎围岩；支护不及时或者支护刚度不够。
合理设置初支时机，加强初支衬砌强度；设置合理监测点，及时采取措施。
隧道被淹
隧道内排水设施不足，结构防水失效，地表开口高度不够。
据相关要求进行防排水设计；按一百年一遇洪水位标准进行防洪设计；增加临时泵排。
环境污染
施工期间设备噪声、粉尘和弃碴污染。
施工期间加强施工管理，绿色施工；根据环保要求进行排污设计。
参考文献：
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