基于灰色理论的建筑基坑造价风险预测研究

(上海久宁建筑工程有限公司，上海 200061)

1 引言

随着我国城市化进程的不断加快，基础建设事业得以飞速发展，加之城市人口数量不断增长，城市土地的使用价格愈来愈高，因此，高层甚至超高层建筑、地下轨道交通工程、大型过街通道等工程雨后春笋般在大中城市出现。为了保证此类建(构)筑物的抗震、抗压与抗风的要求、确保建(构)筑物的运营安全，使得基坑工程由之前的常规深度逐步朝深大基坑方向不断发展[1-4]，由此带来的建设风险逐渐增加，引起了众多造价从业者的极大关注。

由于基坑设计理论还不够全面、地表地层的变异以及众多不可预计的复杂问题的出现，施工过程中深大基坑工程的造价风险具有多种不确定性，稍有不慎将造成巨大的财产损失[5-8]。因此针对建筑深大基坑造价风险的预测研究具有重要意义。目前有关基坑造价常规预测方法主要有：神经网络、模糊数学方法以及广联达软件只能预测等[9-10]。然而这些预测仅建立在现有的一些预测评价指标基础上，并未考虑各指标之间的相互联系，也并未考虑各种主观因素对预测评分的影响。

本文针对现有研究中的不足，在已有文献基础上，将造价风险范围延伸到建筑基坑工程施工阶段，考虑预测指标的关联性，创造性地将多层次灰色理论运用到施工阶段基坑工程造价风险管理评价研究中，对建筑基坑工程施工阶段造价风险进行多层次评价预测，并给出相应风险控制方法，研究成果更好地为建筑基坑工程造价风险预测评价提供理论指导。

2 灰色多层次评价预测理论

在工农业生产的控制理论中，人们通常采用颜色的深浅来形容信息的透彻程度，一般情况下，“白色系统”指系统内的信息完全公开透明，其内部特性全部是已知的； “黑色系统”指代系统内部信息相对于外界完全未知，需要通过内部信息与外界联系来观察研究确定； “灰色系统”是介于“白色系统”和“黑色系统”之间的一种半不透明，信息半不明确的独立系统，它包括元素(参数)信息不完全确定、结构信息不完全确定、边界信息不完全确定、运行行为信息不完全确定四种情况。表1所示为广义“灰”的含义。

表1 广义“灰”的含义

多层次灰色评价的主要执行思想是针对评价对象包含多层次结构的属性，采用层次分析法(Analytic Hierarchy Process)计算出各层次指标对应于上一层次指标的权重，接着从最低下一层起始，在充分分析了各个层次指标相对权重后，利用关联系数和权重的乘积结果对这一层次进行综合评价，同时该评价结果又可以当作其紧邻上层的初始指标进行重复运算，如此反复循环，直至该对象所有层次均评价完成，此时评价终止[11]。如果我们假设基坑工程施工阶段造价风险问题分为三个层次，那么其评价指标体系的一般形式如图1所示。

图1 基坑工程造价风险三层次灰色评价指标预测体系一般形式

图2 施工阶段造价风险评价预测指标体系结构

3 工程概况

本工程位于上海浦东新区张杨路新上海商业城内，是一幢集购物、商住、娱乐于一体的综合性建筑。大厦占地3 300m2，总建筑面积25 000mm2，主体高38m，为9层智能化商办商住综合楼。地下2层车库，地下室2层。建筑总高度34.6m。其主楼桩径Φ700，有效桩长17.4m，总计158根，裙房桩径Φ650，有效桩长12.4m，总计213根。地下室设计平面呈半圆形，直径72m，埋置深度-11.90m。实际开挖深度11m，电梯井处达13.7m，基坑占地面积为6 645m2。

基坑西南侧原水管与基坑开挖边线最小距离约14.1m； 南侧有多幢保护建筑，离基坑较近的5幢建筑与基坑开挖边线最小距离分别为0.9m、2.8m、3.6m、14.1m、15.0m； 基础施工阶段保证基坑及周边建筑、管线安全要求较高，施工难度大。

整个基坑的围护形式为Φ850mm厚SMW工法三轴水泥土劲性搅拌桩，搅拌桩水泥掺量为20%(遇到安浜位置水泥掺量为25%)，搅拌桩长度为22.7m、25.7m。搅拌桩内插H700×300×13×24，基坑南侧靠近保护建筑的区域，H型钢密插间距600mm，东侧靠居民房位置H型钢区域H型钢间距1 800mm，其余部位的H型钢跳插，间距1 200mm，插入深度为插入搅拌桩内长度为搅拌桩长度减去500mm。型钢在地下室结构出零之后拔除。

4 施工阶段灰色层次评价预测模型

4.1 评价预测指标

根据施工单位的管理档案，同样采用层次分析法构建递阶层次指标体系以评定世博变电站施工期造价风险等级，综合考虑各方面影响因素，设定四项一级指标：B1环境污染风险、B2施工扰动风险、B3施工造价控制、B4科学施工管理。各项一级指标根据所表征问题性质的不同，分为若干相应的二级指标，其中，一级指标B1的4项二级指标为：C1噪音污染、C2空气污染、C3建筑垃圾污染、C4辐射污染； B2的4项二级指标为：C5土方开挖、C6地下水抽取、C7邻近建筑扰动、C8文物保护； B3的5项二级指标为：C9节约能源、C10节约建材、C11节约用水、C12节省工期、C13废弃物再利用； B4的3项二级指标为：C14信息化管理、C15文明施工环境、C16人员健康安全。施工阶段造价风险评价递阶层次指标体系结构如图2所示。

根据施工单位的管理提供的信息，具体在实施阶段评价体系就如图2所示的三层次评价指标体系。假设也是有两种封建评价预测方法需要评价，即q=2，s=1， 2。根据施工阶段的评价预测步骤，对实施阶段的造价风险预测管理方法采用灰色多层次评价法的步骤为：

(1)确定最底层评价指标Vij的评分等级标准

参考自然人的最大分辨能力，我们不妨把评价指标Vij的划分为4个优劣等级，将其分别给与评分值为4， 3， 2， 1分。比如当指标V31“节约能源”达到造价风险预测管理的标准具有重要贡献(或较大贡献、一般贡献、无贡献)，相应的评分值就为4分(或3分、2分、1分)。当指标等级介于紧邻等级间时，评分值为中间值3.5分、2.5分和1.5分。其它指标等级亦可参考上述规定(这里从略)。

(2)确定评价指标Vij和Ui的权重

采用层次分析法，同理可确定出中间层指标Ui(i=1， 2， 3， 4)的权重集A=(a1，a2，a3，a4)=(0.30， 0.31， 0.24， 0.15)，按照相同方法可以得出最底层评价指标的权重集分别：

A1=(0.33， 0.16， 0.32， 0.19)，

A2=(0.20， 0.33， 0.26， 0.21)，

A3=(0.20， 0.13， 0.21， 0.24， 0.22)，

A4=(0.34， 0.38， 0.28)。

(3)组织相关专家评分

工程施工过程中总共安排6位专家进行评分，分别对施工阶段的两种评价指标Vij评分标准进行打分，汇总后编制专家评分表。例如，专家对避免环境污染的4个造价风险因素进行评分表如表2所示，其余专家评分以此参见表3～表5所示。

表2 避免环境污染4个造价风险预测因素专家评分

表3 减少施工环境扰动4个造价风险预测因素专家评分

表4 合理降低造价5个造价风险预测因素专家评分

表5 以人为本施工管理3个绿色管理因素专家评分

(4)根据前述6名专家的评分表，得出评价样本矩阵D1和D2，其值如下所示。

(5)确定评价灰类。

(6)计算灰色评价系数。

(8)对中间层指标Ui做综合评价

对管理方法1的U1、U2、U3、U4做综合评价，其结果分别为：

(9)对该管理方法进行综合评价

根据上述Ui的综合评价结果，可以求得管理方法1的总灰类评价权矩阵R(1)：

这样，我们就可以对本工程造价风险做出综合评价，评价结果为：

(10)综合评价的计算与排序

本工程施工阶段的造价风险的综合评价值为：

在专家看来，任何一种造价的风险评价预测指标评分2分及以上者都应为真正的风险源(表5所示)，该值对应的综合评价值为2.85，所以可以看出文中所给造价风险评价指标值3.264大于2.85，为较严重造价风险。

表6 风险等级量化表

5 结论

基于多层次灰色理论，针对建筑基坑工程施工阶段的造价风险预测，结合考虑预测指标的关联性，研究了施工阶段基坑工程造价风险管理评价预测问题，并依托上海500kV上海世博变电站工程，对其基坑工程施工阶段造价风险进行了多层次评价预测，并给出相应风险控制方法。主要结论为：

(1)在基坑工程施工中，可设定环境污染风险、施工扰动风险、施工造价控制、科学施工管理四项一级指标；

(2)设定噪音污染、空气污染、建筑垃圾污染、辐射污染、土方开挖、地下水抽取、邻近建筑扰动、文物保护、节约能源、节约建材、节约用水、节省工期、废弃物再利用、信息化管理、文明施工环境、人员健康安全等二级评价预测指标;

(3)在基坑工程施工阶段，造价风险预测综合评价值为W(1)=3.264，大于施工阶段造价风险预测评价的最低值2.85，表明在该阶段，该工程的造价风险为较严重风险；

(4)基于灰色理论的造价风险评价方法是切实可行的，并且操作简单，在实践中很具针对性，案例分析后也说明在往后的工程实践中，可以找到一种一般性的造价风险预测评价方法，以供今后类似相关工程参考。

[1] 艾鸿涛. 临近地铁隧道的深基坑开挖分析[D].上海：同济大学， 2008.

[2] 李迥. 复杂环境下大面积基坑分块施工法[J].施工技术， 2008, 37(11): 84-86.

[3] 耿进柱， 赵永光，张海荣.特大基坑工程平面分区法施工中的群坑换撑技术[J].建筑施工， 2009, 31(9): 744-755.

[4] Tao L，Liu G B，Shi S Y.Displacement of subway tunnels induced by above foundation pit reinforcement[J].Journal of Harbin Institute of Technology， 2009, 41(2): 141-144.

[5] 赵永光， 耿进柱，赵永波.群坑开挖耦合效应及其对周边环境影响的数值分析[J].建筑施工， 2009， 31： 177-180.

[6] 赵菊梅. 地铁及建筑群环绕中的城市地下交通枢纽基坑方案的设计与决策[J].建筑施工， 2009, 31(11): 968-969.

[7] 忻金儿. 上海环贸广场在复杂环境条件下的超深基坑施工技术[J].建筑施工， 2010, 32(8): 764-768.

[8] 李广信. 基坑支护结构上水土压力的分算与合算[J].岩土工程学报， 2000, 22(3): 348-352.

[9] Al-Momani A.H.Construction delay：a quantitative analysis.International Journal of Project Management， 2000， 18： 51-59.

[10] Nasir D.，MvCabe B.，Hartono L.Evaluating risk in construction-schedule model(ERIC-S)：construction schedule risk model[J].Journal of Construction Engineering and Management， 2003, 129(5): 518-527.

[11] 邓涛， 余承华.多层次灰色方法在绿色施工评估中的应用研究[J].施工技术， 2008, 12(3): 313-316.