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基于SWARA-COPRAS的深基坑开挖工程风险评估：
伊朗案例研究
摘要：深基坑开挖工程所存在的风险是发展中城市的一个主要问题。随着伊朗大城市各种深基础开挖工程数量的迅速增加，每年都会发生许多与深基坑有关的事故。这些事故影响了延误并增加了项目实施的成本。因此，识别和评估这些事故的风险至关重要。该研究的目的是建立一个框架，以克服以前评估深基坑开挖项目风险的方法的局限性。根据问题的复杂性和固有的不确定性，该框架通过引入新的风险评估标准，采用SWARA（Step-wise Weight Assessment Ratio Analysis）和COPRAS（COmplex PROPortional ASsessment）方法。通过访谈、文献分析和收集的分发给深基坑开挖工程专家的问卷调查数据，对设拉子深基坑开挖的案例研究进行了介绍。研究结果表明，建筑安全、不利的地质条件、管理经验不足、应急预案不完整、地面沉降等风险是设拉子最重大的挖掘工程风险。拟议的框架和获得的结果可以帮助发展中国家的深基坑开挖工程的利益相关者更好地管理项目风险。
关键词：风险评估、深基础、开挖工程、COPRAS、SWARA、设拉子
绪论
民用建筑项目是伊朗国民经济的支柱产业，随着城市化的快速发展，高层建筑、地铁、隧道、地下公用事业网络等建设需求的增加，城市空间紧缺。随着人口密度的增加，在面临开挖深度增加的建筑物中，需要提供楼层数、建筑停车场等表面的服务(洪等， 2013)。开挖需要经济、安全和技术方面的综合考虑。开挖工程已成为一项重要而又具有挑战性的工程(冯俊彦，2011)。在建筑行业中存在着许多高风险因素，如深基坑工程，不同工程的施工条件都不尽相同(洪等. 2013)。据现有资料统计，深基坑开挖事故已造成财产损失、人身伤害和对周围环境的破坏。深基坑工程隐含着许多复杂性和不确定性，因此具有更大的风险(周, 张，2011)。伊朗等国经常发生包括深基坑工程事故在内的事故，造成重大人员伤亡，巨额经济损失和重大社会影响。已经发生了几起严重的开挖工程倒塌(冯俊燕，2011)。例如2008年地铁1号线杭州湘湖站在建设过程中发生垮塌，造成了5000多万人民币的严重经济损失(王仁民2008)，24人受伤，21人死亡(张，李2008)。广州海珠城深基坑2005年7月21日发生坍塌。事故造成4人受伤，3人死亡(冯俊艳，2011)。2004年，位于新加坡尼科尔高速公路附近的地铁环线开挖工程发生坍塌(Chiew, Yu 2006)。
据统计，德黑兰每天都有非系统性的挖掘导致周围建筑物倒塌。2013年5月，设拉子有30多座房屋被非系统挖掘摧毁。缺乏对利益相关者的认识，忽视了深基坑开挖的风险是造成这些问题的最大因素之一。虽然深基坑开挖是一项复杂而危险的工作，但出于对成本和时间方面的考虑，认为实施挖掘中没有必要使用安全措施这种错误想法仍然普遍存在(洪等，2013)。实际上，风险管理是一个具有发展前景的领域，同时也存在许多尚未解决的问题(Aven 2015, 2016)。确保开挖工程的质量和安全是一个持续的挑战，因此开发一种风险管理方法至关重要(洪等，2013)。可以从两个方面对风险管理进行分析:项目开始前的预防措施（Leonavičiūtė等，2016年）和已经发生风险的补救措施（Iqbal等人，2015年）。在建筑和基础设施项目中，应用正式的决策方法可以预测风险(Zavadskas 等，2010；Tamoscaron;aitienė等，2013；Shahata、扎耶德，2015)。只有通过合理的风险评估技术，才能准确评估包括深基坑开挖在内的施工项目的风险，并控制相应的施工风险(Antucheviciene等， 2015)。然后可以降低风险事件发生的概率，减轻人员伤亡、经济损失和环境后果(周、张，2011)。此外,缺乏维持能力的方法,根据空心的类型和特点,增加了成本和时间因素和时间延迟项目,增加直接和间接成本,和缺乏最佳效率影响项目,增加的成本和浪费时间和不满的项目涉众(李、王，2010)。
近年来，许多研究和专家对深基坑开挖工程的风险管理进行了分析。杨等(2004)提出了深基坑风险管理的特点和概念，分析了相关的国际研究和进行了初步风险评估。黄和卞(2005)提出了一些可靠的深基坑风险管理方法，并对整个基坑施工过程中的风险进行了研究并在深基坑工程中采用了风险评估方法。黄和卞(2005)运用了层次分析法(AHP)和专家调查法对深基坑工程的风险进行评估，但他们的研究需要足够的实地调查和专家经验。周等(2006)提出了一种综合评价方法，通过层次分析法确定风险等级。在他们的研究中，将故障树分析和层次分析法结合起来进行风险评估。何等(2006)利用故障树分析法识别与深基坑相关的风险因素，并研究了一种模糊综合评价模型来分析施工风险。洪等(2013)基于风险分解结构(RBS)和层次分析法（AHP）对中国的深基坑风险管理进行了研究。周和张(2011)采用贝叶斯网络和模糊法对中国深基坑施工中的风险进行了识别。建等(2016)利用粗糙集理论和突变级数计算天津凌宾路基坑施工地铁站的风险概率。Khosravizade和Sharifipour(2016)编制了AHP和TOPSIS来评估地铁和隧道工程的风险，他们发现，地形和非系统的爆破是最重要的风险。柏等(2015)采用模糊层次分析法对中国地铁深基坑进行风险评估。
本文旨在提出一个全面的风险识别模型，并在新的风险评估标准的基础上扩展风险评估框架。采用混合的SWARA-COPRAS方法对深基坑开挖工程进行风险优先排序，因为它具有处理不确定性的效率和能力，模拟了人类判断的模糊性，同时考虑了最优解与最优解的比值。本研究的重点是伊朗(设拉子市)深基坑开挖工程的识别与评估，从而弥补这些差距。这项研究的结果可以帮助伊朗和其他发展中国家的深基坑开挖工程的利益相关者(承包商的项目所有者、承包商和分包商)进行更好的风险管理，减少不必要的破坏，节约成本和时间。
1.问题描述
一些未能实现预算、期限和质量的深基坑工程大多数都面临着高风险。利益相关者必须恰当地识别、理解和评估风险。研究人员表示，风险对深基坑开挖工程完成的影响是显著的，因为这些风险可以发展为对项目目标产生负面影响的不确定事件。正确的风险管理策略对于控制和降低风险至关重要。在这方面，风险评估是深基坑开挖工程风险管理的重要组成部分。开挖工程种类多样，关系复杂，各风险因素相互独立，对其他风险因素具有复杂的相互影响。每个风险可能是其他新风险的来源，或者增加项目目标上其他风险的严重性。考虑各种风险事件之间的相互依赖性也是非常必要的。因此，为了了解这些风险的潜在影响，运用风险评估能够很好的处理风险事件的综合影响。重大风险的准确评估对于参与方进行风险应对和风险控制非常重要，可以确保深基坑开挖工程风险管理的成功。通过对风险评估方法的研究表明，以往的方法使用两个风险等级标准，即发生概率和每个风险因素的影响，而忽略了损失因素。由于深基坑工程综合风险评价方法的缺乏使得无法实现风险排序，不能反映实际情况和综合情况。缺乏对深基坑开挖工程的可探测性、脆弱性、对事件的反应、风险等级的威胁等方面的评价，是这些项目风险评价薄弱的原因之一。然而，风险管理和评估的方法总是受到不同国家建筑业的独特性的影响。此外，以往的研究表明，对伊朗深基坑开挖工程风险评估的研究较少。因此，SWARA-COPRAS作为一种处理不确定性的决策方法，应用于深基坑开挖工程的风险评估。在MCDM应用于关键物体风险评估时，对建模不确定性的需求可能特别高。
2.研究方法
本研究的研究方法包括四个主要部分。第一部分主要对设拉子地区深基坑开挖工程的风险因素进行识别和评价。这一部分是通过文献综述完成，如学术文章、网络资源、书籍、消防局和建筑公司（NEZAMMO-HANDESI）现有的文件和专家访谈完成的。第二部分采用RBS方法，结合专家访谈，根据深基坑开挖工程中各风险的类型和影响对各风险因素进行分类。第三部分重点介绍了通过SWARA（Step-wise Weight Assessment Ratio Analysis）对各风险评价指标的权重确定。这部分包括问卷的设计和分发，以及SWARA的问卷结果的分析。第四部分是对开挖工程各风险因素的评价。本部分包括问卷的设计、分发和COPRAS (COmplex PRoportional ASsessment)方法的分析。本研究的研究方法流程如图1所示。
2.1 样本大小
在本研究中，样本包括伊朗深基坑工程的专家。当样本间的地理分布相等时，采用随机采样技术。使用以下公式确定代表问卷总体的样本量(AL - Tmeemy et al. 2012):
其中SS为计算样本量，z为置信水平z值，p为选择的百分比，用小数表示，c为置信区间。然后，用公式(2)对计算出的样本大小(SS)进行有限脉冲校正:
其中pop代表人口，随后，使用公式(3)对校正后的样本量(校正后的SS)进行响应率调整:
rr校正后的SS = rr x校正SS， （3）
其中rr是响应率。
2.2 调查问卷
问卷调查是作为第二资源进行的，用于收集本研究的数据。本研究使用了两种类型的问卷。问卷类型A旨在根据挖掘项目获得每个风险评估标准的权重。问卷类型B旨在获得挖掘项目中每种风险的等级。第一部分提供了有关受访者的一般资料，例如他们在开挖工程方面的经验、所参与工程的类别、在工程中所扮演的角色，以及完成该项目的个人资料。第二部分包括各风险评价标准的权重和各风险等级的主要问题。用5个等级表示：1 =非常低;2 =低;3 =平均;4 =高;5 =非常高。
2.3 步进权重评估比分析(SWARA)方法
步进式重量比率分析评估方法开发和应用于2010年选择合理的争议解决方法中(Kerscaron;ulienėet al . 2010年)。这种方法有助于协调和收集专家的数据。近年来，一些研究者开发了基于SWARA的决策模型，并在多个出版物中被提及：Karabase-
vic et al.(2015)、Turskis et al.(2016)、Nakhaei et al.(2016)等。
在目前的研究中，SWARA方法被用于确定每个风险评估标准的权重。每位专家对每个风险评估标准进行优先排序和排序，从第一个到最后一个。在该方法中，最重要的标准获得第一等级（1），最低有效标准获得最后等级（12）。排名的平均值用于确定专家组的总体排名（Kerscaron;ulienė，Turskis 2011）。
2.4.COPRAS（复杂比例评估）方法
Zavadskas和Kaklauskas（1996）描述了数学概念并引入了COPRAS方法。目前，这种方法是众所周知的MCDM方法之一，它通过确定具有直接和比例比的解决方案来选择许多可行替代方案之间的最佳替代方案，以达到与理想最差解决方案的比率的最佳解决方案。最近基于COPRAS的决策模型是在模糊环境下开发的。然而，在目前的研究中，我们应用初始COPRAS方法，标准权重和替代评级被考虑作为清晰的数值数据（Kundakcı，Isık2016; Mulliner等人2016等）。
3 模型的应用
本研究的目的是将混合MCDM模型应用于伊朗设拉子(Shiraz)基坑工程风险评估。本研究以已建或仍在建的四个个案为研究对象。在这一研究期间，确定了150名专家。本文采用SWARA法和COPRAS法作为基坑工程风险因素评价的综合方法。
3.1 案例研究
设拉子是伊朗的主要城市之一，也是法尔斯省的省会。2012年的上一次人口普查记录了超过150万人。法尔斯省设拉子市位于海拔1486米的扎格罗斯山区，气候温和。城市的扩张受到西部德雷克山脉的限制，北部则是巴姆山、萨兹波山、切尔马查姆山和巴巴科希山(扎格罗斯山)。根据最新的城市报告，行政区划划分为9个独立的地区，面积超过178,891平方公里。设拉子是伊朗一个地理条件多样的发展中城市，高层建筑和地下建筑的开发尤为重要。设拉子地区土地资源短缺，土地成本高，深基坑工程发展迅速。设拉子地区每年都发生大量基坑开挖事故，造成大量人员伤亡和利益相关者资产价值损失。因此，有必要对基坑工程进行有效的风险评估。
3.2 样本大小
基于公式(1)计算问卷中代表人口的样本量，本文的目标人群为伊朗深基坑工程150名专家。为了得到最大样本量，取p值为0.5。取置信水平z为95%，本研究取最大标准误差c为10%。应用上述公式，使用Microsoft Excel工作表计算样本量，结果如表1所示。
表1 样本大小计算
|
百分比（p） |
0.5 |
|
|
置信区间（c） |
0.1 |
0.975 |
|
置信水平和z值 |
95% |
1.96 |
|
回复率（rr） |
92% |
– |
|
人口数 |
150 |
– |
|
总计 |
54 |
在本研究中，选取了来自伊朗的150名参与深基坑开挖工程的专家，包括主要和分包商、一名副主任、项目经理、质量经理、技术总监和学者。专家在被邀请参与调查之前必须满足两个标准:第一，他们需要在伊朗的建设项目中有广泛的工作经验;其次，他们需要投身于开挖工程的管理工作，或者通过研究对深
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