目录
前言................................................................ 1 1 项目研究思路...................................................... 1 1.1 东湖通道工程复杂性研究的背景及意义.............................. 1 1.2 东湖通道工程复杂性因素分析...................................... 2 1.3 东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建............................ 2 1.4 基于模糊层次分析法的指标复杂性隶属度及权重确定.................. 2 1.5东湖通道复杂性测度灰色评价模型构建与求解 ........................ 2 1.6 基于复杂性测度结果的东湖通道风险管理措施........................ 2 1.7 总结项目研究成果................................................ 2 1.8 项目研究思路示意图.............................................. 3 2东湖通道工程总体情况概述 .......................................... 4 2.1 东湖通道工程项目概况............................................ 4 2.1.1 东湖通道工程简介.............................................. 4 2.1.2东湖通道的功能 ................................................ 4 2.2东湖通道工程复杂性研究的背景及意义 .............................. 5 2.2.1东湖通道工程复杂性研究的背景 .................................. 5 2.2.2东湖通道工程复杂性研究的意义 .................................. 6 3 水下长大隧道工程案例建设暴露问题及对策分析........................ 6 3.1湖底隧道 ........................................................ 6 3.1.1 武汉水果湖隧道................................................ 6 3.1.2 杭州西湖隧道.................................................. 8 3.2 江底隧道....................................................... 10 3.2.1 武汉长江隧道工程............................................. 10 3.2.2南京长江隧道工程 ............................................. 13 3.3 海底隧道....................................................... 16 3.3.1 厦门翔安海底隧道............................................. 16 3.3.2 英吉利海峡隧道............................................... 18 3.4 小结........................................................... 20 4东湖通道工程复杂性因素分析 ....................................... 21 4.1 目标多元化的复杂性分析......................................... 21 4.2 技术复杂性分析................................................. 22 4.3 管理决策复杂性分析............................................. 23 4.4 环境多变性的复杂性分析......................................... 24 4.5 信息动态性复杂性分析........................................... 26 5东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建 ............................. 27 5.1 国内外大型建设工程复杂性研究现状............................... 27
5.2东湖通道工程复杂性测度指标体系构建原则与思路 ................... 29 5.3 东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建........................... 30 5.3.1 东湖通道工程复杂性指标的初步确定............................. 30 5.3.2 东湖通道工程复杂性测度指标体系结构模型图建立................. 31 6基于模糊层次分析法的指标复杂性隶属度及权重确定 ................... 32 6.1 基于层次分析法的复杂性指标权重的确定........................... 32 6.1.1 指标体系递阶层次结构的建立及数据的收集....................... 32 6.1.2 层次分析法................................................... 32 6.1.3构造两两比较判断矩阵、计算权重和一致性检验 ................... 34 6.1.4 层次总排序和一致性检验....................................... 36 6.2 基于模糊综合评价法的指标复杂性隶属度的确定..................... 37 7东湖通道复杂性测度灰色聚类模型构建与求解 ......................... 39 7.1 复杂性测度指标体系灰类的确定................................... 39 7.2 基于中心点三角白化权函数的复杂度灰色评估模型建立............... 39 7.3 各指标白化权聚类系数求取....................................... 40 7.4 复杂性评价结果分析............................................. 42 8基于复杂性测度结果的东湖通道工程风险评估及管理 ................... 43 8.1 东湖通道工程风险评估过程及方法................................. 43 8.1.1 概述......................................................... 43 8.1.2 风险评估的过程............................................... 43 8.1.3 风险评价方法................................................. 43 8.2 东湖通道工程风险分析........................................... 44 8.2.1 基于复杂性测度结果的重要风险因素识别......................... 44 8.2.2 施工技术风险................................................. 45 8.2.3 结构安全风险................................................. 46 8.2.4 人员安全风险................................................. 46 8.2.5 环境影响风险................................................. 47 8.2.6 管理决策风险................................................. 47 8.3 东湖通道工程风险管理........................................... 47 8.3.1 东湖通道工程主要风险因素评估及应对措施....................... 47 8.3.2 风险评估结果................................................. 48 9 总结与展望....................................................... 50 9.1 总结........................................................... 50 9.2 展望........................................................... 50
前言
东湖通道工程是武汉市重点建设工程，其建设对武汉市的政治、经济、社会、文化领域产生广泛持久影响，是关系国计民生的重大建设活动。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。胡群芳等通过统计得出2003-2011年我国仅地铁隧道施工事故就有起，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。东湖通道工程建设环境独特性突出，可直接借鉴的建设管理模式非常稀缺，是一个典型的复杂系统，如何科学识别东湖通道工程高复杂性、高风险性因素并制定相应的管理对策以服务于项目管理者决策显得至关重要。
1 项目研究思路
本项目通过借鉴国内外类似项目经验并结合东湖通道工程的实际情况对东湖通道工程的复杂性因素进行定性识别，并构建了该工程复杂性测度指标体系，通过专家问卷调查，运用模糊综合评价法和层次分析法对各个指标的复杂性隶属度和权重进行了确定；在此基础上运用灰色聚类模型构建了东湖通道工程复杂性测度模型。基于模型求解结果，针对高复杂性因素进行了风险评估并提出相应的风险管理对策。本项目的研究既可加强项目管理者对东湖通道工程的认识，提升项目管理者对该工程的整体把握与细节控制，为管理决策作指导。同时其提供的复杂度测算模型也可运用于其他类似项目，具有一定的理论和现实意义。
1.1 东湖通道工程复杂性研究的背景及意义
东湖通道工程是武汉市重点建设工程，其建设对武汉市的政治、经济、社会、文化领域产生广泛持久影响，是关系国计民生的重大建设活动。东湖通道工程包含东湖隧道和团山隧道，建设环境独特性突出，可直接借鉴的建设管理模式非常稀缺，是一个典型的复杂系统。自然、社会环境的复杂和技术管理能力的高要求使得东湖通道工程建设过程中的复杂性不断增加，传统的项目管理方法已很难具
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有相应的驾驭能力，必须运用复杂性科学来重新审视和认识该工程，通过复杂性系统研究和进行针对性风险管理使东湖通道工程受控状态良好，达成工程项目的综合目标。本项目的顺利实施，将有利于项目管理者提前预测风险问题并进行有效管理，节约工程的二次成本。同时，也能为日后类似复杂性工程管理提供借鉴。
1.2 东湖通道工程复杂性因素分析
本项目通过借鉴国内外类似项目经验并结合东湖通道的实际情况，从目标复杂性、技术复杂性、管理决策复杂性、环境多变性以及信息动态性等五个方面对该工程的复杂性因素进行了识别。
1.3 东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建
借鉴国内外大型建设工程复杂性指标体系的构建原则和思路，在对东湖通道工程复杂性因素分析的基础上，运用目标分解法建立复杂性测度指标体系结构模型。
1.4 基于模糊层次分析法的指标复杂性隶属度及权重确定
通过专家问卷调查的方式对各个复杂性因素的复杂性程度进行刻画，同时运用问卷调查对两两指标的相对重要性进行刻画，最后运用模糊综合评判法和层次分析法相结合对各个指标复杂性隶属度和权重进行确定。
1.5东湖通道复杂性测度灰色评价模型构建与求解
通过构建东湖通道工程复杂性测度的灰色评价模型，并以问卷分析得出的东湖通道工程各个指标的隶属度和权重为实际数据，对东湖通道工程的复杂度进行了测定，并对模型求解结果进行了分析。
1.6 基于复杂性测度结果的东湖通道风险管理措施
通过对模型复杂性测度结果进行分析，对高风险因素进行识别、评估并提出相应的风险管理措施。
1.7 总结项目研究成果
本项目主要包括两大部分，第一部分是构建东湖通道工程复杂性测度模型并进行求解，识别强复杂性因素。第二部分主要针对强复杂性因素所表现的高风险性，进行风险评估并提出相应的风险管理措施。
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1.8 项目研究思路示意图
研究背景及意义东湖通道工程复杂性认识定性分析复杂性目标复杂性技术复杂性决策复杂性环境复杂性信息复杂性市场调研、问卷调查定量分析复杂性模糊综合评价法层次分析法各因素复杂性隶属度和权重基于三角白化权函数的东湖通道复杂性测度灰色聚类模型构建与求解东湖通道工程风险管理方案结论与展望
图1-1：技术路线图
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2东湖通道工程总体情况概述
2.1 东湖通道工程项目概况
2.1.1 东湖通道工程简介
东湖通道工程北起二环线水东段主线高架桥（红庙立交），止于喻家湖路与喻家山北路相交道口，全长约10634米，其中道路段长约881米，桥梁段长约1491米，隧道段长约8262米，红线宽60~70米。东湖通道建设标准为双向六车道，主线设计车速60km/h。工程建设内容包括：道路、桥梁、隧道、排水、照明、景观绿化、交通、隧道管理中心等工程。
东湖通道工程总投资约75.7亿元，其中工程费用50.3亿元，建设用地费9.1亿元。工程建设工期约26个月。
图2-1：东湖通道现场施工图
2.1.2东湖通道的功能
东湖通道工程为武汉市武昌大东湖地区的重点道路交通工程，对完善区域路网结构与缓解交通拥堵等方面具有重大作用。同时，通道兼有环境、景观、文化
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功能，对加强东湖景区环境保护，促进东湖景区利用与开发，凸显地域文化与彰显城市魅力有重大意义。具体表现为：一是能显著优化武昌地区路网结构，填补了该区域城市高等级路网空白，显著缓解武昌地区交通压力，加强中心城区与东湖高新地区联系，并为彻底分流东湖风景区内过境机动车交通创造条件，为区域跨越式发展打下坚实的基础；二是通过分流东湖风景区内过境机动车交通，降低大气、噪声等环境影响，并结合通道施工，进行东湖滨湖岸线水环境整治，改善景区环境；三是结合通道建设，在避免对东湖景区现有景观影响的前提下，为促进景区未来发展，形成一批新的东湖景观节点，提升景区功能；四是将区域文化融入通道及附属工程景观建设，彰显城市魅力。
2.2东湖通道工程复杂性研究的背景及意义
2.2.1东湖通道工程复杂性研究的背景
（1）东湖通道工程是武汉市重点建设工程，对社会影响大
建设东湖通道工程既是落实国家新批准的《武汉市城市总体规划（2010—2020）》与《东湖风景名胜区总体规划（2011—2025）》的需要，更是建设国家“两型社会”综合配套改革试验区的需要。东湖通道工程作为武汉市重点建设工程，其建设一方面对地区在政治、经济、社会、文化领域产生广泛持久的影响，有利于保证东湖风景名胜区未来良性发展，另一方面满足东湖周边重点地区未来发展的切实需要，是带动生活、生产方式结构性变革的重要性事件。同时，其作为东湖风景区重要的过境交通分流通道，是东湖高新区组织过江交通的快捷通道，对完善区域路网结构与缓解交通拥堵等方面具有重大作用。此外，因项目本身涉及专业、因素众多，开放性强、与环境的关联性紧密，也为复杂系统工程的研究提供了很好的基础。因此对东湖通道工程进行复杂系统研究开发与实践，对促进东湖通道工程建成美丽工程意义重大。
（2）东湖通道工程复杂性很强
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；施工期间沿湖路禁止施工
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车辆通行，需另设施工便道与临时码头，湖面施工工作量大，建设条件艰苦；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。
2.2.2东湖通道工程复杂性研究的意义
东湖通道工程作为大型复杂性项目，综合性强、环境复杂多变，各工程系统之间联系紧密，不可简单进行合并，需要理清相互之间的联系与矛盾。为了更好对该工程进行管理，需对其复杂性进行深刻剖析，通过测定高复杂性高风险因素并进行风险评估，提前制定风险管理措施，减小风险的不利影响。
本项目从复杂工程系统理论出发，旨在对复杂工程项目风险管理进行创新，打破原有的对工程进行简单分解、统一合成的工程管理方案，通过深入分析了解东湖通道工程的复杂性及其复杂性对工程的影响，并运用科学方法构建东湖通道工程复杂性测度模型，基于复杂性测度结果进行风险评估，并提出有效的风险管理措施。本项目的研究既可加强项目管理者对东湖通道工程的认识，提升项目管理者对该工程的整体把握与细节控制，为管理决策作指导。同时其提供的复杂度测算模型也可运用于其他类似项目，具有一定的理论和现实意义。
3水下长大隧道工程案例建设暴露问题及对策分析
3.1湖底隧道
3.1.1 武汉水果湖隧道
（1）工程简介
武汉水果湖隧道工程为城市二环线组成部分，地处东湖国家风景名胜区西侧，
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为城市快速路，双向4车道，全长约1.59公里，暗埋段1.28公里，建设工期23个月。主体工程采用明挖围堰法施工，矩形两孔箱涵结构。通风方式采用纵向通风与自然排风相结合的方式，不设风塔。
图3-1：水果湖隧道
（2）存在问题及对策分析 ①设计方面
水果湖隧道因设计上与连接处的二环线主干道、高架桥等通行量不匹配，最终建成后影响车辆通行，造成交通堵塞，主要表现在3个方面：
一是武汉市二环线主干道为双向6车道，水果湖隧道却只有双向4车道，3条道的快速车流进入隧道时要并入2条道，隧道入口处形成车辆交汇的瓶颈。
二是湖底隧道直接对接高架桥，通行能力大大降低。进入隧道后，弯道较多，尤其南端出口是较大的弯道上坡，即便前方畅通，车辆经过时也会纷纷减速。水果湖隧道南端出口连接珞狮北路高架，隧道最深处位于水面下12米，高架离地面约15米，在不到1公里的距离，司机要开车在S弯的隧道中爬升近30米，从湖底直接爬升到高架桥上，坡度较陡。尽管交管部门在隧道出口两侧墙上刷有“上坡路段请快速驶离”的大字，但限于路况条件，这一警示效果甚微。
三是按照常规，同等规模的隧道通行能力一般比高架桥要低20%。水果湖隧道与珞狮北路高架直接对接，通行能力不匹配也是导致隧道拥堵的原因之一。
②施工材料方面
混凝土开裂是世界级难题，一旦隧道出现混凝土裂缝，渗漏就很难避免，隧道最大的隐患就是渗水。水果湖隧道建成后，对隧道渗水进行了检测，检测结果显示，满足渗水设计标准要求。后对相关技术攻关，墙壁渍水现象也基本解决。
③环境方面
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1）淤泥
据统计，隧道建设过程中清掉的污泥总量约10万立方米。若将这些污泥通过城市道路上运走，稀泥很容易撒落地上，污染城市。因此，这10万立方米污泥全部走水路，用船运到东湖开发区先锋村。武汉市政集团隧道公司花100万元在先锋村建立1个堆场。污泥运过去风干后，可用来做花木营养土。
2）噪音
因为地处繁华路段，两边高楼林立，为减小噪声，二环线珞狮北路高架桥和水果湖隧道都安装了隔音屏，总长度达到1745米，总投资约5350万元。
3.1.2 杭州西湖隧道
（1）工程简介
西湖隧道位于杭州市湖滨地区的西湖景区内，北起环城西路与教场路交叉口，南出口接南山路，南进口接路与延安路交叉口。隧道西线长1.27km，东线长1.23km，其中湖底部分约0.75km。结构净宽15.4m，为双向4车道；设计车速40km/h，通行高度是3.2m，工程工期10个月。
北起环城西路与教场路交叉口南进口接路与延安路交叉口南出口接南山路
图3-2：杭州西湖隧道
西湖隧道在西湖水下约4米，采用单箱双孔现浇钢筋混凝土结构形式，总体线型呈“Y”形。因西湖附近地下地质复杂，湖底还有厚达十多米的淤泥，采用明挖围堰深挖技术建设。通风方式采用纵向通风与自然排风相结合的方式，不设风塔。
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图3-3：杭州西湖隧道
（2）存在问题及对策分析 ①环境方面
杭州是历史文化名城，为防止工程施工对环境造成损害，需加大环保力度，主要作出了以下努力：
对于难以彻底分离的10微米以下颗粒，用管道引至废弃池塘，对西湖的环境干扰降到最低。同时在施工扬尘、噪声控制、光污染控制等方面采取科学、全面的综合治理措施，使各项控制指标均达到国家要求。
在建筑垃圾的控制和处理上，西湖隧道工程将固体废物全部交由专业单位清运，规范处理。同时，在开工之初就制定了严格的建筑垃圾减量计划，参照国家有关标准，将每万立方米的建筑垃圾严格控制在指标之内，并将其中有用的部分进行回收，回收利用率达30%。
②技术方面 1）围堰施工
西湖隧道工程1标段约有480m位于西湖中，湖中施工困难，且由于隧道工程采用大开挖，施工难度大，技术要求高，故在西湖内设置纵向围堰，分隔出隧道工程施工区，使整个施工区呈干作业状态。
根据围堰中心线坐标，采用插打钢管桩进行放样。开挖完成后采用砂质粉土回填，并且采用ZH50插入式振捣器捣密实，二次回填加高，振捣时快插满拔，杜绝空洞产生。
2）基坑开挖施工
根据现场地形、地貌、环境条件本标段划分为三大工作区域，开挖深度除敞开段开挖深度为0.95~5.8m外，其余的均大于7m。基坑深度大，开挖难度高。
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为了尽可能缩短无支撑的暴露时间，下部土体开挖时尽量采用盆式开挖方式，以有效地控制围护结构变形和坑外地面沉降；土方开挖遵守“分层、分段、对称、平行、留土护壁、快速开挖、快速支撑、快速封底”的原则。
3）基坑排水
在进行隧道建设过程中，基坑排水工作是否到位不仅影响工程质量，更可能带来许多潜在的安全隐患，为有效解决基坑排水问题，该隧道主要采取以下措施：
a.基坑上部土层降水
采用超前深明沟集水井排水，预先排除土层内蕴藏着的积水，深明沟随着土层的挖除自然取消，然后在新开挖的平台上继续设置排水明沟及集水坑，继续排除土层蕴藏的地下水。
b.基坑下部土层降水
为了防止淤泥质粘土中降水效果不佳，故在开挖过程中，在基底开设排水明沟及集水井，明沟宽400mm，深300mm，东、西线隧道各1条，并且相互环通，沟内填充碎石，并且设置木制集水井，直径600mm，深度比排水沟深300mm，内设泥浆泵排水。
3.2 江底隧道
3.2.1 武汉长江隧道工程
（1）工程简介
武汉长江隧道位于武汉长江大桥和武汉长江二桥之间，北接汉口大智路，南通武昌友谊大道，全长3.6km，城市主干道，双向4车道，设计车速50km/h。
本工程为双线隧道（东线、西线），采用现浇混凝土结构，盾构法施工，单管外径为11.6m，内径为10m，工期49个月。通风采用半横向方式，于长江两岸边设有高风塔集中排放。
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大智路友谊大道
图3-4：武汉长江隧道
“万里长江第一隧”的建成，是长江过江交通建设史上的又一座里程碑，标志着长江过江交通迎来了“江上架桥、水面行船、江底通隧”的“三维”时代。隧道主要解决武昌与汉口中心城区过江客流交通，均衡长江大桥、二桥、三桥交通流，减少车辆绕行，改善中心城区交通环境。
（2）存在问题及对策分析 ①环境方面
1）盾构进出洞施工风险
本工程盾构进出洞端头地层主要为粉细砂层，地质条件比较差，且覆盖层较薄（出洞端7.3m，进洞端7.2m）。同时，盾构到达近毗邻省级文鲁兹故居，环境保护要求非常高。选择合理可靠的地层加固方案对洞口附近的土体进行加固、良好可靠的密封止水装置、加强施工质量监测对盾构安全进出洞至关重要。
2）开挖面失稳风险
泥水加压式盾构在掘进过程中，泥水不断循环，由于地层的变化等因素，开挖面的平衡是相对的。在泥水盾构施工中，合理进行泥水管理、切口水压管理和同步注浆管理，控制每循环掘削量是开挖面稳定的必要保证。
本工程隧道穿越地层较为复杂，在一些阶段开挖面上同时存在砂土、卵石和岩层，江底段则主要是砂层。因此，泥浆特性（密度、黏度、压力等）必须适应地层的变化而及时调整，合适的泥水质量和泥水压力对于开挖面稳定是至关重要的。
②技术方面
1）盾尾密封失效风险
由于盾尾密封装置随盾构机移动而向前滑动，当其配置不合理或受力后被磨
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损和撕拉损坏时，就会使密封失效、隧道涌水涌泥，从而造成开挖面失稳引起严重后果。因此，盾尾密封装置的耐久性、密封性能以及能安全方便的更换是盾构施工中一个特殊而重要的问题。
防止盾尾密封实效措施有：正确地计算选择合理的舱压；遇流沙地质条件时，要及时补充新鲜泥浆；控制推进速度和泥渣排土量及新鲜泥浆补给量；在超浅覆土段，一旦出现冒顶、冒浆，应随时开启气压平衡系统；利用探测装置进行土体崩塌检查；地表沉降与信息反馈；开挖面水压信号检查。
2）隧道上浮风险
泥水盾构在建立泥水压力开始正常掘进时，具有一定压力的泥水会从开挖面沿着盾壳窜至盾尾，甚至窜到已建成的隧道衬砌外。已建成的隧道就会处于泥水的包裹中而产生上浮。隧道上浮可能使隧道轴线偏离设计轴线，将给后续工程施工带来一定的难度。
防止此项风险的措施有：施工期间严格控制隧道轴线；提高同步注浆质量；在同步注浆的基础上，结合聚氨脂注浆在隧道周围形成环箍，每隔10～20m打一道环箍，使隧道纵向形成间断的止水隔离带，以减缓、制约隧道上浮，从而控制隧道变形；加强隧道纵向变形的监测，并根据监测的结果进行针对性的注浆纠正；当发现隧道上浮量较大，且波及范围较远时应立即采取对已建成隧道进行补压浆措施。
③信息方面
主要表现在地质预测预报准确性风险方面
由于地质勘探的局限性，加之隧道从江底穿过，通过深水进行地质勘探比在地面的地质勘探更困难、费用更高，而且准确性相对较低，所以遇到未预测到的不良地质和地下障碍物的风险很大。若存在未知地质情况，一方面造成盾构等主要施工机械不能很好适应工程地质条件致使掘进困难；另一方面，对施工造成难以预料的风险，甚至会产生灾难性的后果。
工程施工前，要通过补充地质钻孔和双频回声测深仪，进一步查清过江隧道的地质条件和覆土深度，为盾构机选型、盾构掘进参数的选取及制定相应的辅助措施提供第一手准确资料。
盾构机选型时也应充分考虑地质勘测资料不准确性的影响，个别功能参数选
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择要留有余地。施工中利用盾构机本身具有超前地质钻机及超声波等超前地质探测装置，在施工中进一步对工作面前方地层进行探明，以便早发现、早处理。
3.2.2南京长江隧道工程
（1）工程简介
南京长江隧道位于由江南滨江快速路与应天大街互通立交过渡段接入点起，至江北收费广场连接快速路500米处止，整个工程通道总长约6.2公里，按6车道城市快速通道规模建设，设计车速80公里/时，采用“左汊盾构隧道+右汊桥梁”方案，左汊盾构隧道建筑长度3.9公里；盾构直径近15米，是当今世界上最大直径的盾构隧道之一，仅次于上海长江隧道盾构机。右汊江心洲大桥全长665.5米，主跨248米，为独塔自锚悬索桥，主塔高107米。大桥双向6车道，并设有专门的人行道，供行人步行过江。在南京长江隧道中使用的刀盘直径为14.93米、重约4000吨、长130余米、有5层楼高的“巨无霸”盾构机。
江北收费广场滨江快速路
图3-5：南京长江隧道
本工程采用现浇混凝土结构，盾构法施工，单管外径近15m，工期63个月。通风采用半横向方式，于长江两岸边设有高风塔集中排放。
（2）存在问题及对策分析 ①技术方面
1）洞门密封泄漏及盾构始发风险
盾构进出洞的安全是盾构法隧道施工一个非常重要的环节，目前，国内盾构法隧道多起事故均发生在盾构进出洞上，主要表现在盾构进出洞端头地层的加固效果不良、盾构进出洞时洞口涌水、盾构姿态的控制困难、良好的泥水平衡没有尽快建立、洞口密封破坏等方面。洞口密封效果不佳，将导致大量泥水外溢及涌
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砂等后果，因此，洞门密封也是本工程的风险点之一。本工程洞门密封防水措施中，有2道帘布橡胶板随盾构前进方向翻转，由于其下缘被拉伸而紧贴盾构外壁，形成一道密封的止水带。此外，外侧翻版也向内测翻转而顶住帘布橡胶板，防止出现因前方水土压力过大而导致帘布橡胶板逆向翻转的情况出现，是目前运用较多的盾构、顶管机出洞密封装置。
2）始发段超浅覆土掘进的风险
由于受线路控制的影响，本工程盾构始发段属于超浅埋，最浅覆土厚度为5.5m，仅为盾构机直径的0.37倍，主要穿越地层为流塑状的淤泥质粉质粘土地层，施工技术难度非常大。盾构在浅覆土施工易产生以下问题：
a)由于竖向压力较小，盾构推进时姿态控制困难；
b)由于覆土层薄，给切口水压控制增加了难度，泥水易窜出地面“冒浆”，破坏泥水平衡；
c)土质松软，端头土体易发生失稳、涌水涌砂、地层塌陷等恶劣后果。 本工程盾构机在段施工时，采取了严格的地表沉降监测、泥浆压力控制，并结合室内和现场泥浆劈裂试验等措施，设置了合理的掘进系数，是盾构机安全通过率超浅覆土的始发段。
3）轴线偏差事故风险对策
盾构机有可靠的轴线定位，如：激光导向，陀螺仪定位系统；可靠的地面三角网及进导线系统，每50m设吊架对轴线跟进测量；每环衬砌测量与设计轴线的偏差，发现偏差及时缓慢纠偏；盾构进入接收工作井前100m反复对比测量，确保进洞精度；测量仪器精度要满足要求，并经常校验。
②环境方面
1）挖土风险及工作面失稳的对策
对开挖面前方20m范围内进行超声波障碍物探测，及时查出大石块、沉船、哑炮弹附设从密封舱隔板中向工作面延伸的钻机，对障碍物破除。设气压进出闸门，局部气压下能进入密封舱排障，对刀盘进行维修和更换。设置石块破碎机，将块石破碎到粒径10mm以下。以便泥浆泵排出；渣土分离排放系统满足泥水处理及环保要求。 正确地计算选择合理的舱压，舱压应采用静止水土压力的1．2倍左右；掘进工作面由膨润土悬胶液稳定，水压力可以精细调节；膨润土悬胶液
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由空气控制，随时补偿正面压力的变化。流砂地质条件时，及时补充新鲜泥浆；泥浆可渗入砂性土层一定的深度，在很短时间内形成一层泥膜，这种泥膜有助于提高土层的自立能力，从而使泥水舱土压力泥浆对整个开挖面发挥有效的支护作用；对透水性小的粘性土可用原状土造浆，并使泥浆压力同开挖面土层始终动态平衡。 控制推进速度和泥渣排土量及新鲜泥浆补给量。超浅覆土段，一旦出现冒顶、冒浆随时开启气压平衡系统。
2）长江大堤沉降、开裂风险
长江大堤起着防洪的重要作用，处于航道局严密监控之内，在盾构机通过长江大堤时，如何防止大堤沉降也是一个施工风险。由于大堤防洪等级高，地表沉降控制要求必须控制在+10～-30mm，且由于该处地面覆土厚度变化明显，盾构掘进施工技术参数控制难度极大。本工程盾构机穿越长江大堤时主要穿越淤泥质粉质粘土层，为了降低对土层的扰动，适当减小了刀盘转速，控制切口压力在较小的范围内波动，同事严格按照设计量进行同步注浆，及时回填开挖空隙，以减小大堤的沉降。施工时，大堤沉降监测显示，大堤出现小裂缝，随机采用深层搅拌桩对大堤加固，有效防止了大堤的沉降，保证其稳定性，并在大堤上有测建造防渗帷幕，保证大堤安全。
③管理决策上的复杂之处及对策 1）运输事故风险对策
为避免电瓶车发生追尾、碰撞、脱轨，要求长距离隧道运输设置专用信号；一定距离有避让车道；定期对轨道平整度检修保养；行驶速度；电瓶拖车上的管片，钢轨等材料固定牢，防止脱落伤人；对门架式吊车，起重型运输设备经常进行检修保养；泥浆泵功率、扬程要适合实际工程需要，泥浆管路要求耐压、耐磨耗。
2）盾构选型建议
盾构选型应充分考虑工程地质、水文地质条件，环境保护的要求。根据本工程地质条件和施工特点，优先选择泥水平衡、全封闭、高度机械化、自动化的现代化盾构机。其中超前地质的雷达勘察，超前排障设备，危险地段的局部气压平衡开挖面，通过人工闸进入密封舱更换刀头，排除障碍的设备以及能在高水压的情况下更换刀具等都是必不可少的。
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南京长江隧道工程二条圆隧道长度近3km，属中长距离隧道，按通常经验，在盾尾漏水较大时需调换三道或二道盾尾刷，否则一旦盾尾严重漏水，将给施工带来较大隐患，因此在高水压下中长距离盾构隧道施工中。及时调换盾尾刷显得十分重要。为此建议，在盾构机采购时要求盾构设备制造公司考虑在第三道与第四道盾尾刷之间增设一个应急装置。
3.3 海底隧道
3.3.1 厦门翔安海底隧道
（1）工程简介
翔安海底隧道位于厦门市本岛和架翔安区之间，起始于厦门五通，止于翔安西滨村。隧道全长约8.7km，其中海底隧道长6.05km。行车隧道净宽27m，净高5.0m。双向6车道，设计车速80km/h。
西滨村五通
图3-6：翔安海底隧道
隧道设计采用三孔隧道方案，两侧为行车隧道，中孔为服务隧道，为复合式衬砌结构。采用矿山法施工，在隧道的五通和翔安两端各设立一个通风塔进行通风。工期56个月，于2010年4月26日正式通车。
翔安海底隧道是厦门岛第五条出入岛通道，兼具公路和城市道路双重功能，它的建成通车使厦门出入岛形成了从海上到海底的全天候立体交通格局。
（2）存在问题及对策分析 ①信息方面
为了合理预报该隧道不良地质体条件，减少因地质因素产生的风险，采用了综合超前地质预报技术，主要包括隧道不良地质体长期超前预报技术、短期超前
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地质预报技术、超前钻探技术和重大施工地质灾害临近警报技术。
1）长期超前预报技术：长期超前地质预报的预报距离为掌子面前方100m～150m以上。对于隧道不良地质体的长期超前地质预报来说，国内外主要采用TSP或浅层地震仪等仪器探测方法来进行。
2）短期超前预报技术：短期超前地质预报是在长期超前地质预报的基础上进行的，预报距离为掌子面前方15～30m。对于短期超前地质预报来说，国内外主要采用地质雷达探测、红外线和声波探测等仪器探测方法和掌子面编录预测法。
3）超前钻探技术：超前钻探是超前地质预报技术体系主要组成部分，占有重要的地位，具有不可或缺、不可替代的作用。特别是在岩溶隧道的超前地质预报中，更起到突出的作用。超前钻探一般在隧道洞身长期、短期超前地质预报不得基础上进行，侧重长期、短期超前地质预报已经基本认定的主要不良地质区段；
4）地质灾害临近警报技术：即隧道施工地质灾害监测、判断和临近警报技术。它是在隧道所在地区不良地质宏观预报和隧道洞体不良地质体长期、短期超前预报的基础上,大多伴随超前钻探同时进行、也可以单独进行的工作，这是广义超前地质预报的第四道工序。主要包括：施工地质灾害的地质环境监测技术，施工地质灾害发生可能性的判断技术两个方面。
②安全方面
翔安隧道里装有国内最先进消防系统，洞内有很多消防标志、消防设施、管线、监控探头等。6公里多的翔安隧道，设置了3374个消防喷头和17个应急通道。洞内路面铺设了10厘米厚两层沥青，第一层沥青具有阻燃功能。隧道内设置的自动喷淋系统是全省首个，而且在国内这么大断面的隧道里设置也是很少见。
翔安隧道内的泡沫—水喷雾联用灭火系统，共设482个泡沫喷雾控制阀组、3374个隧道专用水成膜泡沫喷头，并安装了12800米隧道泡沫喷雾系统供水主干管。在行车左侧的洞顶，每隔25米就有一个自动喷淋设施，一旦隧道里有火，它就自动喷水下来。行车右侧每隔50米设有消火栓、灭火器；隧道右侧壁每隔50米就有一个火灾报警按钮，用手击碎玻璃报警时，不用担心手会被划伤，因为该玻璃是经过特殊处理的。隧道顶密布着100多个摄像头，将隧道每个细节全覆盖，没有任何死角，监控图像直接传回地面中控室，一旦隧道着火，这个监控系统则自动识别火焰和浓烟图像，并自动蜂鸣报警。
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③技术方面
1）因地制宜，安全稳步推进隧道建设，采购了当今世界最先进的RPD180C多功能钻机，秉承“有险必探、无险也探、先探后干”的原则，确保建设的每一步都心中有数；创新性地改造了传统CRD施工作业法，在软弱围岩中连续月掘进速度超过60米，最高值达73米，创造了同等地质条件下世界特大断面海底隧道施工进度纪录；采用“地下连续墙井点降水”法，成功穿越630多米的富水砂层；用“全断面帷幕注浆技术”和“注浆小导管技术”，克制了强风化槽的肆虐。
2）钻爆法暗挖施工
翔安隧道采用的则是钻爆法暗挖施工，与此相对的是采用沉管法施工的隧道。沉管法指的是将若干个预制段分别浮运到海面(河面)现场，并一个接一个地沉放安装在已疏浚好的基槽内，以此方法修建水下隧道，是当前较为流行的一种隧道施工方法。不过这种工法对水域环境会造成一定破坏。翔安隧道从保护厦门白海豚生存环境以及保护海洋生态环境、海洋珍稀鱼类、海床现状及弃渣利用考虑，最后放弃沉管法。据查证，翔安隧道是目前世界上最大断面的钻爆法(俗称“打眼放炮”)海底隧道 。
3.3.2 英吉利海峡隧道
（1）工程简介
英吉利海峡隧道位于英法之间的多佛海峡，西起应英国的福克斯通，东到法国的加来。隧道全长50km，其中海底隧道长37.2km。两侧行车铁路隧道直径7.6m，列车车速达300km/h。
福克斯通加来
图3-7：英吉利海峡隧道
隧道设计采用三孔隧道方案，两侧为铁路隧道，中孔为服务隧道。采用盾构
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法施工，工期78个月。在岸上设竖井风道向工作洞压送新鲜空气进行通风。
隧道的开通填补了欧洲铁路网中短缺的一环，大大方便了欧洲各大城市之间的来往。
（2）存在问题及对策分析 ①安全方面
英吉利海峡隧道的规划设计把施工和运行安全放在极重要的地位。为了减小海底施工的风险和提高运行、维护的可靠性。工程采用两条单线铁路洞之间是后勤服务洞，后勤服务洞的主要功能是在隧道全长范围内提供正常维护和紧急撤离的通道。它还是向主洞提供新鲜空气的通道，并保持其气压始终高于主洞，使主洞中的烟气在任何情况下都不能侵入后勤服务洞。后勤服务洞在施工期是领先掘进的，这为主洞的掘进提供了详尽的地质资料，对保证安全施工有重要意义。
②技术方面
a）列车在很长的隧洞中高速行驶时会产生压差和空气动力阻抗。为此隧道沿线每250m设一个2m直径的卸压管，从后勤服务洞的顶上跨过，把两个铁路主洞连接起来。在设计阶段对卸压管的作用做了许多模型研究，使其有较好的空气动力效应，并避免在管中产生气流冲击。
b）隧道和列车要承受车辆震动的长期反复荷载。为此铁轨采用 “松那飞”系统。一系列连续焊接的铁轨下面设弹性减振装置，使车辆在轨道上行驶非常平稳。该系统的部件要经过多种性能测试，包括经历1000万次荷载周期的疲劳试验，以确保系统的可靠性。
c）该隧道还采用由铁路控制中心操纵的“司机台信号系统”。这种信号显示在司机台的屏幕上。一旦司机对信号没有作出反应，自动列车保护装置就会使列车减速，直到停止，保证列车安全行驶。
d）长隧洞掘进时的通风往往是施工中的一个难题。欧洲隧道对空气循环的途径和风机的布置都作了详细的规划和研究。不仅设置通风管，而且也利用隧洞本身作为通风通道，使开挖面的风量达到13.5m3/s，符合社会保障与安全组织和地下工程协会规定的通风标准。
③环境方面
英吉利海峡隧道在建设过程中，终端车站施工尽量避免因开挖附近的土地而
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影响当地环境。铁路经过村庄的地段都做了遮档视线和隔音的屏障，以保护居民生活。车站以及周围进行了绿化，种上草皮。施工期间有专人对环境进行监测，并由公共关系部门和环保部门共同处理环境问题的投诉，如道路泥泞、尘土、噪音等。车站的建筑高度都不超过四层，创造与环境协调的建筑风格。英国国家环境研究院甚至还在施工之前对车站附近蝴蝶的数量进行了统计调查，结果证明施工没有对其数量产生影响。
④经济成本方面
建造英吉利海峡通道，财务问题成了实施的关键。1981年9月11日，英国首相撒切尔和法国总统密特朗在伦敦举行首脑会读后宣布，这个通道必须由私人部门来出资建设和经营。
3.4 小结
综合以上各个工程项目案例分析，大型隧道类工程项目的暴露问题或风险主要集中于技术、环境、安全等方面，其次是信息、管理方面。由于这些方面暴露的问题也正反映出工程的复杂性所在。
技术方面，项目都会采用新型技术，同时，几乎所有隧道工程都用到了盾构技术，因为隧道工程有很大一段是在水底施工，因此需要注意超浅覆土掘进施工，洞门密封等，需要针对风险采取措施。
环境方面，主要分为环境对项目施工增加困难的影响和项目施工对环境的破坏两点，针对项目对环境的破坏，项目通常采用的措施一是废物利用，将工程废弃物变废为宝，二是避开保护区，三是通过防护措施保护环境。针对环境对项目施工增加困难的影响，项目通常会采用先进技术，增强管理手段，以达到预期工程目的。
安全方面，隧道工程因具有隐蔽性、强复杂性和不确定性等突出特点，施工过程中的结构及人员安全风险隐患较多，尤其是基坑处理、盾构实施、隧道防火及防渗漏等。安全的保障一方面要提高技术标准，另一方面要加强管理，确保工程有序建设。
技术、环境、安全等方面的复杂性相辅相成，环境的恶劣导致需要使用新技术，而产生了技术的复杂性，同时技术的处理不当也可能带来结构及人员安全问题或是环境污染问题。因此，在隧道工程中，必须格外关注技术方面的风险问题。
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4东湖通道工程复杂性因素分析
通过分析国内外长大隧道工程所暴露的问题及采取的措施，结合东湖通道工程实际情况，本文从目标复杂性、技术复杂性、管理决策复杂性、环境多变性及信息动态性等五个方面对东湖通道工程复杂性因素进行了详细分析。
4.1目标多元化的复杂性分析
东湖通道工程目标复杂性主要包括：目标多元化、工程自身使用功能的复杂性、工程建设生态目标的复杂性、工程社会文化效益目标的复杂性、各阶段目标非一致性等方面。
（1）目标多元化
主要体现为：一，通道首先是一个重点交通工程，其建设在于完善区域路网结构与缓解交通拥堵；二，通道兼有环境、景观、文化功能，需加强东湖景区环境保护，促进东湖景区利用与开发，凸显地域文化、彰显城市魅力；三，该工程涉及参与方众多，各参与方目标不同，而且可能产生利益冲突，因此，该工程的目标表现出多元化特点，如何协调好各个目标十分重要。
（2）工程自身使用功能的复杂性
具体表现为：一是能显著优化武昌地区路网结构，填补了该区域城市高等级路网空白，显著缓解武昌地区交通压力，加强中心城区与东湖高新地区联系，并为彻底分流东湖风景区内过境机动车交通创造条件，为区域跨越式发展打下坚实的基础；二是通过分流东湖风景区内过境机动车交通，降低大气、噪声等环境影响，并结合通道施工，进行东湖滨湖岸线水环境整治，改善景区环境；三是结合通道建设，在避免对东湖景区现有景观影响的前提下，为促进景区未来发展，形成一批新的东湖景观节点，提升景区功能；四是将区域文化融入通道及附属工程景观建设，彰显城市魅力。工程对城市交通的作用以及文化功能提高了工程的复杂性。
（3）工程建设生态目标的复杂性
主要表现为：东湖通道工程对东湖生态环境和生物多样性以及水环境、地下水环境、声环境和环境空气的有着不良影响，这些影响是需要得到一定程度控制和减缓；在工程竣工前后需要开展相关的生态补偿措施，使工程造成的生态环境负面效应可有效减小。
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（4）工程社会文化效益目标的复杂性
主要表现为：本项目的建设将对武汉市尤其是东湖区居民收入、生活水平与质量、就业产生重大影响，同时对武汉市文化、教育、卫生也有深远意义。本项目的建设将有效改善东湖风景区交通环境，有利于景区保护、利用与开发，对建设“生态宜居武汉”、“文明武汉”、“幸福武汉”等目标意义重大。
（5）各阶段目标非一致性
东湖通道工程工期大约为26个月，其在建设的过程中，各个阶段所追求的目标各不相同，如从时间先后分析，其近期目标为：
①基本建成生态湖泊型风景名胜区；
②基本建成全国知名的风景名胜观光度假胜地； ③初步形成景村一体化发展的“两型”社会试验示范区。 而其远期目标为：
①全面完成风景名胜区内外交通系统与景点建设；
②恢复、改善、提高风景名胜区的生态系统，形成林茂、水清的优美环境，生态稳定、游览舒畅的优秀风景名胜区；
③至规划期末，形成知名的休闲旅游目的地和“两型社会”的典型示范区。
4.2 技术复杂性分析
东湖通道工程技术复杂性主要包括：专业多样性、专业技术协调难度大、技术标准的特殊性、技术运用难度大等方面。
（1）专业多样性
本工程需要详细研究通风、温控、防灾方案，需要开展工程建设（隧道、桥梁、道路）、环境保护、防灾与安全救援、节能等等23项研究课题，并将相关研究成果在下一阶段设计工作中反映，并将新技术、新工艺、新材料运用到通道设计、建设与后期营运管理中，设计专业种类多，十分复杂。
（2）专业技术协调难度大
东湖通道工程包括线路工程、隧道工程、交通疏散工程、路基工程、交通工程、景观与景点工程、给排水工程、电气工程等工程，因不同分部工程设计原则、设计内容不同，导致各分部工程协调困难。
（3）技术标准的特殊性
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东湖隧道采用明挖围堰法施工，团山隧道采用矿山法施工，并根据施工方案研究了工程施工组织方案与施工期间交通组织方案，降低工程施工对东湖风景区的旅游影响程度。东湖通道横穿东湖景区在总体建设方案上遵循以隐蔽（不填水面和不越老堤）为主和需要采用多种建设方案将工程建设对景区的破坏降低到最小的原则，其涉及技术难度大，技术标准也具有相应的特殊性。
（4）技术运用难度大
技术运用难度大包括以下几点：
①设计方案必须符合城市的总体规划，体现东湖通道总体方案的要求。 ②在满足交通功能的前提下，合理布置隧道线形和断面，尽可能减少工程投资，减少征地和拆迁量，从而达到节约投资的目的。
③优化隧道总体方案，尽可能将隧道暗埋段长度减短，减少隧道通风问题对东湖区域景观环境的影响。
④以文明施工、快速施工、减少对现状交通的影响为前提，尽可能体现技术经济指标先进、施工方便及工程造价等特点。
⑤要妥善解决好工程与周边环境的矛盾，采取相应工程措施，使工程建设能给周围环境带来景观效应，更好地突出东湖风景区人文、景观环境。
4.3 管理决策复杂性分析
东湖通道工程的管理决策复杂性主要包括：项目决策参与方众多、管理决策者专业背景多样性、管理决策程序繁多、管理决策过程中协调难度大等方面。
（1）项目决策参与方众多
东湖通道工程的决策参与方涉及业主方、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等多方面不同利益集团。
（2）管理决策者专业背景多样性
由于涉及决策参与方众多，管理决策者来自不同单位和专业及岗位，各自所受教育程度、专业知识等各方面有所不同，因而对问题的看法也容易产生分歧，最终导致决策协调难度大。
（3）管理决策程序繁多
东湖通道工程设计专业工程种类多，追求目标繁杂，同时技术难度大，因此
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其对应的管理决策程序也非常多，首先对武汉市交通预测，采用国际通用的交通生成、交通分布、交通方式划分和交通分配“四阶段”预测模型，引进国际先进的交通规划软件EMME/3，运用其“平衡分配法”进行车流预测与分析；其次要对施工采取的方案措施进行多重因素对比，得出最合适方案；还需要在施工现场进行各方面管理等。
（4）管理决策过程中协调难度大
由于决策参与方众多，决策方专业背景不同，各参与方所关心的利益不同，对同一个问题的看法将会产生不同意见，导致协调事务较多，难度较大。
4.4 环境多变性的复杂性分析
东湖通道工程环境多变性主要包括：政治经济环境的复杂性、自然生态环境的复杂性、社会文化环境的复杂性等方面。
（1）宏观环境的复杂性
政治环境：东湖通道工程作为武汉市重点建设工程，其建设对地区、城市在政治、经济、社会、文化领域产生广泛持久的影响，甚至是带动生活方式和生产方式结构性变革的重要性事件。同时东湖通道为东湖风景区重要的过境交通分流通道，为东湖高新区组织过江交通的快捷通道，是武汉市武昌大东湖地区的重点道路交通工程，对完善区域路网结构与缓解交通拥堵等方面具有重大作用。
经济环境：按照东湖通道工程总体建设方案，工程总建设费用约为79.75 亿元，其中：工程建安费约为 .75 亿元，征地拆迁（含管线迁改）费用约为10.58亿元，其他工程费用约为14.42亿元。东湖通道资金来源为：市级城建资金和武汉东湖新技术开发区各承担50%，其中市级城建资金由武汉地产集团公司负责筹措。本项目按BT方式进行建设，建设期为30个月，各年的投资比例为4:4:2，资金来源按建设投资的30%为企业自筹资金，70%向国内银行贷款。
社会文化环境：社会文化环境的保护包括文物古迹保护，沿途设施保护，风景名胜保护等。其中东湖通道涉及的文物古迹主要有九女墩，为省级文物保护单位。九女墩保护范围为：东、西、北面至九女墩纪念碑台基平台外十米；南面为自台基至湖边墓道两侧各十米；外围控制地带为：保护范围外四周均至湖边。涉及的风景名胜区为东湖风景区，项目要求将通道工程止点至于东湖风景名胜区外，且过境隧道必须以全隧方式通过风景名胜区全境，不应设“半敞开隧道”和“地
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面段”，不得改变或有损风景名胜区内土地利用规划及其用地性质。由于东湖通道工程建于国家级风景区内，工程建设过程中的湖面占用、填湖面积、道路水体污染及运营使用中隧道汽车尾气排放、污水处理及排放等问题都是广大市民密切关注的问题，社会压力十分巨大，工程敏感度极高。
无论从政治环境还是经济环境亦或是从社会文化环境角度考虑，东湖通道工程无疑是一个对武汉市乃至全国影响较大的项目。
（2）自然生态环境的复杂性
一方面，随着城市发展，由于缺乏水体交换，加上人为污染，东湖各湖水质已出现不同程度的下降，水网生态恶化；同时，景区内的养鱼、餐饮及大规模城中村等生产生活活动对水环境也造成了破坏。另一方面，大量过境交通通过景区内部道路行驶，如沿湖路、东湖东路等，产生的尾气与噪声对景区大气环境与观光游览环境产生了严重的不利影响。自然生态环境复杂性主要表现在以下几个方面：
①东湖通道涉及区域内植物繁多，临水区域主要以水杉、池杉为骨干树种，陆地区域主要以松、柏、枫香、桂花等树木为主。
②东湖是中国最大的城中湖，上世纪60年代后期，随着渔业发展和城市生活污水的排放，东湖水质逐年恶化。到上世纪 80 年代初，该湖因湖水富营养化发生水华，部分污染物数值大大超出国家标准。
③地表水：通道全线位于东湖风景区区域，地表水主要为东湖湖水，水量丰富。勘察期间测得东湖湖水位19.66m，水深2.0-4.0m左右。东湖控制水位为19.65m，2011年最高水位达20.70m，超过控制水位1.05m。
④地下水类型：在勘探孔揭穿的深度范围内拟建工程场地地下水主要为上层滞水及基岩裂隙水。
⑤地质构造：通道主体段位于汉口-新界复背斜中段的磨山向斜段。地址结构复杂多变，且断面较多，导致连续性较差。东湖通道涉及区域内场区地层分布不均。
（3）安全环境的复杂性
①结构安全：东湖通道工程是大型复杂性隧道工程，施工中涉及到水底施工，软土层施工，需要先抽水，掘出软土在进行基地施工，然后回填土，放水，因此
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结构的安全至关重要，基础结构埋深大，主体结构需要对梁板柱要求高，需要采取全现浇作业，工作强度大，结构复杂。而且在完工后可能遭遇隧道漏水、结构侵蚀、结构损裂等情况，也可能由于特殊原因（如地震，洪水等）导致隧道结构体系破坏，需要提前防止。
②人员安全：一方面，由于东湖通道工程参与方众多，人员数量多而繁杂，参与人员素质高低不等，且项目总承包下的各个分包商众多，施工方人员长期呆在施工工地上，且其中有大量未经系统培训的农民工，安全知识缺乏，容易发生安全事故；另一方面，隧道工程内对人员安全威胁最大的风险因素通常是隧道火灾，因此隧道完工后可能会由于隧道设计不合理等原因引起交通事故而导致火灾，车辆本身原因自燃火灾，隧道保养维修不当引起事故等，加大人员安全危险，需要提前预防。
4.5 信息动态性复杂性分析
东湖通道工程信息复杂性主要包括：信息来源的复杂与多样性，信息获取、加工、传递及运用方式的多样性，信息流分布区域和密集程度呈动态性等方面。
（1）信息来源的复杂与多样性
由于东湖通道工程涉及参与方众多，专业类型也很多，信息来源渠道多，既有来自业主、施工方、设计方等主要参与方的信息，也有来自国家或省市相关信息。同时由于东湖通道工程系统大而复杂，各类型参与方如施工方单位也非常多，据现场了解，东湖通道仅一个标段的施工方就有50多家，各个施工单位复杂不同的施工部分，产生不同的信息。
(2) 信息获取、加工、传递及运用方式的多样性
信息多种多样，获取渠道各不相同，对于有用信息需要进行识别和归类整理，进行加工后供决策使用，因此需要做大量的工作完成信息处理。
(3) 信息流分布区域和密集程度呈动态性
信息分布区域广，不同阶段、不同区域信息流密集程度不同，且工程环境会随着时间的推移而发生变化，信息的产生和传递也处于不断变化和更新中。
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5东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建
5.1 国内外大型建设工程复杂性研究现状
（1）国内大型建设工程复杂性研究现状
随着建筑业的社会分工不断细化，建设工程项目呈现出日益复杂的发展趋势，同时，复杂性理论在近十年得到了迅速的发展，在一定程度上丰富了项目管理的理论体系。近年来，我国学者对系统复杂性展开了广泛研究，通过分析系统的复杂性，实现对复杂性系统的有效管理。
晏永刚等针对大型工程项目的系统复杂性问题，应用复杂系统理论进行了分析研究，指出了大型工程项目系统复杂性特征主要表现为整体性、层次性、动态性、开放性及自适应性；进而基于综合集成方法体系，构建了大型工程项目建设管理模式的三个核心体系，提出了大型工程项目复杂性的四阶段管理流程。为大型工程项目建设管理提供了新的思路，具有重要的参考价值。
李慧、杨乃定、郭晓研究了项目复杂性的构成，并据此构建了项目系统复杂性结构模型，该模型由从低到高的四层结构构成。进而基于该结构模型，提出了项目系统复杂性来源于技术、组织、内容、信息、目标、环境六方面的复杂性，并对这六个方面因素的影响因子进行了分析。继而，通过分析各个影响因子之间的关系，构建了项目系统复杂性依赖关系的模型，反映各构成因素之间的相互依赖关系。
张宪、王雪青在《基于结构方程模型的建设工程项目系统复杂性测度研究》中提出了建设工程项目系统复杂性测度的指标体系，如表5-1所示，并运用结构方程模型对测度指标间的因果关系进行了建模和求解。
饶运清、EFSTATHIOU Janet结合制造业工序的特点，从信息论角度出发，探索制造系统的复杂性定量测度问题。通过分析制造系统复杂性的来源，基于信息熵理论，提出了静态和动态复杂性测度模型，将复杂性程度进行了量化研究。在此基础上，将复杂性测度模型应用于实际生产调研究度，进而提出了两个对调度的有效性进行量化评价的指标：最大调度时限和调度依附度。该研究为建设项目系统复杂性研究奠定了理论基础，提供了新的研究思路。
国内众多学者对系统复杂性进行了研究，但并没有形成成熟的复杂巨系统学的理论体系，有关建设项目系统复杂性定量测度的分析研究有待于进一步探讨。
表5-1：建设工程项目系统复杂性测度指标体系
一级测度指标 项目利益主体组
二级测度指标
项目各利益主体追求的目标和为项目提供的条件不同。x1
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织结构复杂性
项目环境复杂性
工程技术复杂性
项目各利益主体有其各自不同的决策规则。x2
项目各利益主体在对各自行为的不断调整中完成项目。x3 项目的最终价值是各方经过利益博弈后的结果。x4 项目环境对项目的影响是不可预见的。A1 项目外部环境随时都在发生快速的变化。A2 项目涉及到的专业工程技术众多而且性质各异。B1
项目中不同工程技术需结合在一起才能实现项目整体功能要求。B2 项目通过WBS分解出的工程任务具有各自不同的工作性质。C1 项目WBS中较低层次工程任务是较高层次任务完成效果的影响因素。C2 在项目不同阶段需要完成的工程任务在不断发生变化。C3 在特定阶段，某任务将会优先调配资源的关键任务。C4 工程信息的获取方式，加工方式和应用方式各异。D1
任务复杂性
工程信息复杂性 项目中信息流分布区域和密集程度会随着项目进展而不同。D2 工程信息对项目产生的作用是非线性的。D3
项目各目标是在调整过程中相互适应，共同实现的。E1
项目目标复杂性 项目个目标随着项目阶段而发生变化。E2
项目最终实现的价值较决策阶段不同，多为增值过程。E3
（2）国外大型建设工程复杂性研究现状
复杂系统的研究最早可以追溯到1963年Edward Norton Lorenz提出的混沌理论，一个初始条件的微小差异，可能造成后期结果的巨大变化，这也正反映出系统的复杂性问题。国外研究学者对系统复杂性的分析及定性定量测度开展了研究。
Shafiei-Monfared,S，Jenab, Kouroush（2012）提出了graph-based 模型对项目设计阶段的相对复杂性进行度量，这个模型基于管理与技术图表，应用基本项目信息预设计、设计、生产和后期阶段的数据，构建反映复杂性的设计结构矩阵，确定项目设计阶段的相对复杂性。此模型的优势在于，可以分别设计，更有效地预计未来项目和维护成本的标准预算和资源分配。
CookeTrevor（2013）认为，施工技术的创新加剧了建设项目本身潜在的复杂性，在研究施工过程中的复杂性时，最新的研究成果通过规范的信息管理可以促进数据共享，可以减少建设项目复杂性的影响。同时，可以通过数据共享了解复杂性研究的发展，有助于研究与产业的互动，并促进多学科项目复杂性问题的研究。
Bo Xia;Albert P.C. Chan（2012）在《基于德尔菲法研究建设项目的复杂性》中，提出应用德尔菲问卷调查方法确定关键参数，来衡量建设项目复杂性程度的高低。通过德尔菲法的调查结果分析，确定6项复杂性影响因素，即：建筑结构和功能、施工方法、项目进度、项目规模、地质条件和周边环境。在此基础上，
28
提出复杂性指数(CI)，量化建设项目整体的综合复杂性程度，从而得出6项复杂性影响因素的相对重要性并针对性地提出相应措施。
综合分析，国际上复杂性指标体系的构建步骤如下：①确定评价的目标与范围； ②选择评价指标；③确定标准指标和标准评分值； ④进行预测评价。
综上所述，国内外学者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、熵权法、模糊综合评判法、图模型法等，这些方法从不同层面对系统复杂性进行了度量，同时也对复杂性指标体系构建提出了思路，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，首先建立复杂性评价指标体系，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。
5.2东湖通道工程复杂性测度指标体系构建原则与思路
（1）指标体系的构建原则
根据相关理论研究可知，为了确保有效建立基础设施建设项目评价指标体系，保证指标的选取合理，结构清晰，具有优越性，必须遵循一些基本原则。
①科学性原则
科学性主要体现在评价目标的确立、评价指标体系的建立、各指标值的测定，以及指标的合理性等关键环节上。
②代表性和可操作性原则
评价指标体系应尽可能简洁明确，具有代表性，能够准确反映问题，还应该具有良好的可操作性，易于在实际工作中得以实现。
③可测性原则。
评价指标体系可通过现有数据、计量、近似换算或经验判定等方法测定。 ④可比性原则。
评价的目的是要鉴别方案优劣，选择最优方案。因此，方案比较必须建立共同的比较基础和条件，符合可比性原则。
⑤开放性和稳定性原则
评价指标体系应该具有时间概念，即指标体系在基本框架不变的条件下可根据社会发展或环境变化进行增减和完善。但同时，又应在一定时期内保持相对的稳定性，以此比较和分析不同时期、不同方案措施下项目功能的发挥。
29
只有坚持以上原则，才能更有效地建立合适的评价指标体系，使评价结果更能反映项目的真实情况。
（2）指标体系的构建思路
东湖通道工程采用“桥-堤-隧-路”形式，形成“4种建设形式+5处交通疏解+4个东湖新景点+3大交通体系”总体格局，其建设需与东湖风景区建设发展整体结合起来。该工程建造过程中不仅涉及专业众多、施工技术难度大，其对社会文化效益及生态效益目标的要求也非常高，同时由于工程投资高、工期长，其所处的环境变化大，尤其是结构和人员的安全。基于第4章分析，为了科学测定东湖通道工程复杂性程度和关键复杂性因素，以服务于后期工程的风险管理，需根据东湖通道工程复杂性表现的五个方面建立相应的指标体系，尽可能涵盖关键影响指标。
5.3 东湖通道工程复杂性测度指标体系的构建
5.3.1 东湖通道工程复杂性指标的初步确定
综合分析，东湖通道工程复杂性主要表现在五个方面：目标复杂性（X1）、技术复杂性（X2）、管理决策复杂性（X3）、环境多变性（X4）以及信息动态性（X5），以上指标构成指标体系的一级指标，各指标又包含多个二级指标，具体如表5-2所示。。
表5-2：东湖通道工程复杂性测度指标
一级指标 目标复杂性(X1)
二级指标 目标多元化(X11)
工程自身使用功能的复杂性（X12） 工程建设生态目标的复杂性(X13) 工程社会文化效益目标的复杂性（X14） 各阶段目标非一致性(X15) 专业多样性(X21) 专业技术协调难度大(X22) 技术标准的特殊性(X23) 技术运用难度大（X24） 项目决策参与方众多(X31) 管理决策者专业背景多样性(X32) 管理决策程序繁多(X33)
管理决策过程中协调难度大（X34）
30
技术复杂性 (X2)
管理决策复杂性(X3)
环境多变性(X4) 宏观环境的复杂性(X41) 自然生态环境的复杂性(X42) 安全环境的复杂性(X43)
信息来源的复杂与多样性（X51）
信息获取、加工、传递及运用方式的多样性（X52） 信息流分布区域和密集程度呈动态性（X53）
信息动态性(X5)
5.3.2 东湖通道工程复杂性测度指标体系结构模型图建立
根据以上分析，在进行东湖通道工程复杂性测度时，构建的指标体系主要包括以下三层：
1）目标层：项目总体复杂度X； 2）准则层：一级指标 X1～X5；
3）子准则层：二级指标（X11～X15；X21～X24；X31～X34；X41～X43；X51～X53）。
根据表5-1的指标分析结果，构建结构模型图如下图所示：
东湖通道工程复杂性 X目标复杂性X1技术复杂性X2管理决策复杂性X3环境多变性X4信息动态性X5目标多元化X11工程自身使用功能的复杂性X12工程建设生态目标的复杂性X13工程社会文化效益目标的复杂性X14各阶段目标非一致性X15专业多样性X21专业技术协调难度大X22技术标准特殊性X23技术运用难度大X24项目决策参与方众多X31管理决策者专业背景多样性X32管理决策程序繁多X33管理决策过程中协调难度大X34宏观环境复杂性X41自然生态环境复杂性X42安全环境复杂性X43信息来源的复杂与多样性X51信息加工获取传递及运用方式的多样性X52信息流分布区域和密集程度呈动态性X53 图5-1：东湖通道工程复杂性测度评价指标体系
31
6基于模糊层次分析法的指标复杂性隶属度及权重确定
6.1 基于层次分析法的复杂性指标权重的确定
6.1.1指标体系递阶层次结构的建立及数据的收集
以第5章构建的东湖通道工程复杂性测度指标体系图为分析指标权重的递阶层次结果图，如图5-1所示。
以此为依据建立层次分析法分析问卷，问卷主要包括两部分，第一部分是对问卷调研的目的和思路及问卷涉及的参数进行说明，第二部分主要是指标相对重要性判断表，包括6张表格，分别对应五个一级指标的相互关系判断及每个一级指标下二级指标的关系判断。问卷主要发往东湖通道工程的各方参与人员，包括来自施工单位、建设单位、技术单位、监管部门等各个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，对指标之间的相对重要性进行判断。本问卷共发出50份，回收30份，其中有效份数为20份。
6.1.2 层次分析法
（1）概述
层次分析法（AHP法）是美国匹兹堡大学教授T.L.Saaty于 1970 年提出的一种定性与定量相结合的多目标决策分析方法，它能把定性因素定量化，从而使评价趋于定量化。该方法的核心是将决策者与专家的经验判断给予量化，从而为决策者提供定量形式的决策依据。其基本思想如图2.7所示。
单层一致性检验未通过未通过总层一致性检验通过专家构建判断矩阵计算单层权重子集得出指标总体权重通过计算指标总权重集
图6-1：层次分析法实施流程
（2）层次分析的求解步骤
通过问卷分析，建立X—Xi、Xi—Xij判断矩阵，按照层次分析法规则分部计
32
算各指标相对于准则指标的权重，并进行一致性检验。
1）确定比例标度
采用1—9之间的整数及其倒数作为判断矩阵元素取值，具体规则如下表6-1：
表6-1：因素两两间相对重要性评估准则及其赋值
标度（赋aij值）
1
3 5 7 9 2、4、6、8 倒数 2）构造两两判断矩阵
含义 、两因素同样重要 比稍微重要 比明显重要 比强烈重要 比极端重要
上述两相邻判断的中间值
两个要素相比，后者比前者的重要性标度
采用两两比较法确定矩阵的相对重要性。按上表中规则进行赋值，建立相应的判断矩阵：
，，……………………（6-1） 3）计算单一准则下元素的相对权重 ， ……（6-2） 4）进行一致性检验 ①计算一致性指标C.I. ………………（6-3）
…………………………………………（6-4）
②查找相应的平均随机一致性指标R.I.。如下表6-2所示：
表6-2：平均随机一致性指标R.I.取值表
n
1
2 0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
R.I. 0 0.52 0. 1.12 1.26 1.36 1.41 1.46 1.49 1.52 1. 1.56 1.58
（3）计算一致性比例C.R.
………………………………………………（6-5） 若C.R.<0.1，则表示一致性检验通过，否则不通过。 5）计算总体权重排序
以上分析得到的是层次单排序。要得到总体权重排序，需自上而下，将单准
33
则下的权重进行合成，并逐层进行总的判断一致性检验。具体方法如下：
假设计算出第k-1层上nk-1个元素相对于总目标的排序权重向量为： …………………（6-6）
第k层上nk个元素相对k-1层上第i个元素为准则的排序权重向量为： …………（6-7）
其中不受i元素所支配的元素的权重为0，则第k层上元素对k-1层上各元素的排序可表示为nk×nk-1的矩阵Pk。即：
„„„„„„„„„„„„„„（6-8）
因此，第k层上的nk个元素相对于总目标的排序为权重向量Wk。即： ……………………（6-9） 由此推断出： ………（6-10）
其中W2为第二层元素对总目标的排序向量。
以此类推，可由上到下逐层进行一致性检验。若求得第k-1层上的元素相对于i准则的一致性指标为和一致性比则k层的综合指标为C.I.k， R.I.k， C.R.k
………………（6-11） ………………（6-12）
…………………………………………………………（6-13）
当C.R.k<0.1时，结构模型在k层水平以上的所有判断具有整体满意的一致性。
6.1.3构造两两比较判断矩阵、计算权重和一致性检验
通过问卷分析和计算，东湖通道工程复杂性测度一级指标和二级指标的权重计算过程和一致性检验结果如下表6-3所示 。
表6-3：判断矩阵及重要度计算和一致性检验的过程和结果
X
X1
X2 X3
X4
X5 权重Wi
AWi
AWi/Wi CI=(λ-n)/(n-1) CR=CI/RI
0.026
<0.1，满足一致性检验
X1 1 1/3 1/2 1/3 2 0.107 0.3 5.0 0.029 X2 3 1 3 2 4 0.3 2.016 5.178 X3 2 1/3 1 1/2 3 0.166 0.844 5.099 X4 3 1/2 2 1 4 0.272 1.383 5.085 X5 1/2 1/4 1/3 1/4 1 0.066 0.340 5.122 注：n=5，λ=1/5（5.0+5.178+5.099+5.085+5.122）=5.114， RI=1.12 X1 X11
X11
X12
X13
X14
X15
Wi 0.095 AWi 0.486 34
AWi/Wi 5.138 CI=(λ-5)/4 0.032 CR=CI/RI 0.029 1 1/3 1/2 1/2 1/2 X12 X13 3 2 1 1/2 2 1 2 1/2 3 2 0.366 0.179 1.8 0.919 5.065 5.140 <0.1，满足一致性检验
X14 2 1/2 2 1 2 0.236 1.215 5.1 X15 2 1/3 1/2 1/2 1 0.125 0.3 5.152 注：n=5，λ=1/5（5.138+5.065+5.140+5.1+5.152）=5.130, RI=1.12 X2 X21 X22 X23 X24 X21
1
1/2 1/3 1/3
权重Wi 0.108
AWi 0.436
AWi/Wi 4.048
CI=(λ-n)/(n-1) CR=CI/RI
0.024
0.027 <0.1，满足一致性检验
X22 2 1 1/2 1/2 0.187 0.755 4.044 X23 3 2 1 1/2 0.292 1.196 4.092 X24 3 2 2 1 0.413 1.695 4.100
注：n=4，λ=1/4（4.048+4.044+4.092+4.100）=4.071， RI=0. X3 X31 X32 X33 X34 X31 1 X32 1/2 X33 2 X34 3 X4 X41 X42 X43 X5 X51 X52 X53
X41 1 4 5 X51 1 1/2 1/5
2 1 2 5
1/2 1/3 1/2 1/5 1 1/2 2 1 X43 1/5 1/2 1 X53 5 3 1
权重Wi 0.160 0.099 0.250 0.491 权重Wi 0.097 0.333 0.570 权重Wi 0.582 0.309 0.109
AWi 0.7 0.402 1.013 1.966 AWi 0.295 1.007 1.723 AWi 1.747 0.928 0.329
AWi/Wi 4.0 4.051 4.057 4. 001 AWi/Wi 3.025 3.025 3.025 AWi/Wi 3.004 3.004 3.004
CI=(λ-n)/(n-1) CR=CI/RI
0.014 CI=(λ-n)/(n-1)
0.012 CI=(λ-n)/(n-1)
0.002
0.015 <0.1，满足一致性检验
注：n=4，λ=1/4（4.0+4.051+4.057+4. 001）=4.041， RI=0. X42 1/4 1 2 X52 2 1 1/3
CR=CI/RI 0.024
<0.1，满足一致性检验 CR=CI/RI 0.004
<0.1，满足一致性检验
注：n=3，λ=1/3（3.025+3.025+3.025）=3.025， RI=0.52
注：n=3，λ=1/3（3.004+3.004+3.004）=3.004， RI=0.52
根据计算结果，所有判断矩阵均符合一致性检验关系。求出的指标权重关系如下：
（1）一级指标
X2>X4>X3>X1>X5，即影响东湖通道工程复杂性最重要的因素为技术复杂性，其次是管理决策复杂性，信息动态性所占比重最小；
（2）二级指标
X12>X14>X13>X15>X11，即工程自身使用功能的复杂性影响最大； X24>X23>X22>X21，即技术运用难度大对技术复杂性的影响最大；
X34>X33>X31>X32，即管理决策过程中协调难度大对管理决策的复杂性影响最大；
35
X43>X42>X41，即安全环境复杂性对环境多变性因素影响最大； X51>X52>X53，即信息来源的复杂与多样性对信息动态性因素影响最大。
6.1.4 层次总排序和一致性检验
（1）Xij层总排序
根据6.1.3计算结果，求出各个二级指标相对于总体目标层的权重值并进行重要性排序，Xij层总排序结果如表6-4所示：
表6-4：Xij层总排序结果
Xi Xij X11 X12 X13 X14 X15 X21 X22 X23 X24 X31 X32 X33 X34 X41 X42 X43 X51 X52 X53
X1 (0.107) 0.095 0.366 0.179 0.236 0.125 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
X2 (0.3) 0 0 0 0 0 0.108 0.187 0.292 0.413 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
X3 (0.166) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.160 0.099 0.250 0.491 0 0 0 0 0 0
X4 (0.272) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.097 0.333 0.570 0 0 0
X5 (0.066) 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0.582 0.309 0.109
Wij 0.010 0.039 0.019 0.025 0.013 0.042 0.073 0.114 0.161 0.026 0.016 0.041 0.081 0.026 0.091 0.155 0.039 0.021 0.007
（2）总体一致性检验 总体一致性检验为如下：
C.I.=（0.032，0.024，0.014，0.012，0.002）×（0.107，0.3，0.166，0.272，0.066）T=0.01848；
R.I.=（1.12，0.，0.，0.52，0.52）×（0.107，0.3，0.166，0.272，0.066）
T
=0.755
C.R.=C.I./R.I.=0.01848/0.755=0.023<0.1，总体权重满足一致性检验。 根据上述计算结果分析，各个二级指标直接的权重按从大到小的排序如表
6-5所示：
表6-5：二级指标综合权重排序
36
排序 指标 权重值 排序 指标 权重值
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
X24 X43 X23 X42 X34 X22 X21 X33 X12 X51 0.161 0.155 0.114 0.091 0.081 0.073 0.042 0.041 0.039 0.039 11
12
13
14
15
16
17
18
19
X41 X31 X14 X52 X13 X32 X15 X11 X53 0.026 0.026 0.025 0.021 0.019 0.016 0.013 0.010 0.007
由此可知，相对于总目标东湖通道工程整体复杂性而言，技术运用难度大、安全环境复杂性等因素相对而言更重要，更需要加以重视。
6.2 基于模糊综合评价法的指标复杂性隶属度的确定
基于东湖通道工程复杂性测度指标体系，本项目组针对该工程中各个影响指标本身的复杂性设计了相关问卷，并主要发给东湖通道工程不同参与方的管理人员和现场技术人员及本行业对该工程比较了解到相关专家学者进行了填写。本小组成员共发出问卷100份，回收50份问卷，经分析筛选出可靠程度高的问卷33份。运用统计学相关知识对问卷结果进行了分析，以确定各个指标的复杂性隶属度。
以“工程使用功能的复杂性”的隶属度计算为例：
其调查问题为：工程使用功能的复杂性程度判断（数字1-5分别表示复杂性程度为“低”、“较低”、“一般”、“较高”、“高”），经分析， .55%的人认为复杂性较高，27.27%的人认为复杂性很高，15.15%的人认为一般。剔除偏差较大的选项，最终通过加权平均值法取该项复杂性隶属度为4.125。
图6-2 工程使用功能复杂性隶属度判断条形图
同理可根据问卷分析结果计算出所有指标的复杂性隶属度，为便于分析，此处将计算得出的复杂性隶属度进行归一化处理。根据计算结果可知，复杂性隶属度取值处于区间[3.73，4.175]，取复杂性隶属度最大值4.18与最小值3.72，对复杂性隶属度运用公式进行归一化处理，计算得出灰类隶属度。指标复杂性隶属度计算值及归一化结果如表6-6所示。
37
表6-6：指标复杂性隶属度计算值及归一化结果
序号 X11 X12 X13 X14 X15 X21 X22 X23 X24 X31 X32 X33 X34 X41 X42 X43 X51 X52 X53
指标名称 目标多元化的复杂性 工程使用功能的复杂性 工程建设生态目标的复杂性 工程社会文化效益目标的复杂性
各阶段目标非一致性
专业多样性 专业技术协调难度大 技术标准的特殊性 技术运用难度大 项目决策参与方众多 管理决策者专业背景多样性
管理决策程序繁多 管理决策过程中协调难度大
宏观环境的复杂性 自然生态环境复杂性 安全环境的复杂性 信息来源的复杂与多样性
信息加工、获取、传递及运用方式多样性 信息流分布区域和密集程度呈动态性
复杂性隶属度
3.73 4.125 3.85 3.9 4 3.79 3.93 4.09 4.13 3.97 3.76 3.935 4.175 3.935 3.969 4.156 4.031 4.03 3.968
归一化结果
0.02 0.88 0.28 0.39 0.61 0.15 0.46 0.80 0. 0. 0.09 0.47 0.99 0.47 0. 0.95 0.68 0.67 0.
38
7东湖通道复杂性测度灰色聚类模型构建与求解
7.1 复杂性测度指标体系灰类的确定
（1）复杂性等级的划分
为了尽可能准确的反映东湖通道工程复杂性程度，本小组采取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。
（2）各个指标在各等级下的值域划分
根据表6-6分析结果，所有指标的值均为（0，1）范围内的小数，且取值范围为[0.02,0.99]，故按[0.02,0.99]划分五个灰类，具体划分结果如下：
[0.02，0.3），[0.3，0.55），[0.55，0.70），[0.70，0.85），[0.85，0.99） （3）灰类左右延拓值的确定
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，可得延拓后的小区间链为：[0.01，0.02），[0.02，0.3），[0.3，0.55），[0.55，0.70），[0.70，0.85），[0.85，0.99），[0.99，1.0）
7.2 基于中心点三角白化权函数的复杂度灰色评估模型建立
（1）三角白化权函数的建立方法
令λk=(αk+αk+1)/2，属于第k个灰类的白化权函数值为1，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=1,2,…,m; k=1,2,…,s）。和可分别将j指标取数域向左、右延拓至α0，αk+2
则各个区间对应的中心点序列的值依次为： 0.015，0.16，0.425，0.625，0.775，0.92，0.995
y1yfj1yfj50123456X
图7-1：中心点三角白化权函数示意图
对于指标j的一个观测值x，可由求出对应的灰类的隶属度
39
………………………………（7-1）
（2）测度模型白化权函数的确定
根据以上计算步骤，可求出1-5个灰类所对应的隶属度(k=1,2,3,4,5)。如公式7-2～7-6所示。
„„„„„„„„„„„„（7-2） „„„„„„„„„„„„（7-3） „„„„„„„„„„„„（7-4） „„„„„„„„„„„„„（7-5） „„„„„„„„„„„„„（7-6）
7.3 各指标白化权聚类系数求取
（1）各指标层次权重和组合权重的确定
根据第6章分析结果，综合可知各个指标的层次权重及组合权重如表
7-1～7-5所示：
表7-1：目标复杂性指标权重
指标
X11
层次权重 组合权重
0.095 0.010
目标复杂性X1（权重0.107） X12 0.366 0.039
X13 0.179 0.019
X14 0.236 0.025
X15 0.125 0.013
表7-2：技术复杂性指标权重
指标 层次权重 组合权重
技术复杂性X2（权重0.3）
X11 0.108 0.042
X12 0.187 0.073
X13 0.292 0.114
X14 0.413 0.161
表7-3：管理决策复杂性指标权重
指标 层次权重 组合权重
管理决策复杂性X3（权重0.166）
X31 0.160 0.026
X32 0.099 0.016
表7-4：环境多变性指标权重
指标 层次权重 组合权重
环境多变性X4（权重0.272）
X41 0.097 0.026
X42 0.333 0.091
X43 0.570 0.155
X33 0.250 0.041
X34 0.491 0.081
表7-5：信息动态性指标权重
指标 层次权重
信息动态性X5（权重0.066）
X51 0.582
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X52 0.309
X53 0.109
组合权重 0.039 0.021 0.007
（2）各二级指标白化权聚类系数计算
根据灰色聚类模型的计算原理，将各个指标的实际值带入白化权函数7-2～7-6中，计算得出各个评价指标的白化权聚类系数如表所示。
表7-6：评价指标白化权聚类系数
代号
实际值
0.02
0.0345 0 0 0 0
0.88
0 0 0 0.276 0.724
0.28
0.7 0.453 0 0 0
0.39
0.132 0.868 0 0 0
0.61
0 0.075 0.925 0 0
0.15
0.931 0 0 0 0
0.46
0 0.825 0.175 0 0
0.80
0 0 0 0.828 0.172
0.
0 0 0 0.207 0.793
代号
实际值
0. 0.09 0.47 0
0.517 0
0.425 0 0.575 0 0 0
0 0
0.99 0
0.47 0 0.775 0.225 0
0. 0
0.95 0
0.68 0 0 0.633 0.367
0.67 0. 0 0
0 0.425
0.775 0 0.225 0 0 0
0
0.425 0 0.575 0 0 0
0
0.7 0.575 0.3 0 0
0
0.067 0 0.6 0
（3）各一级指标Xi及总目标X白化权综合聚类系数计算 ①各一级指标Xi白化权综合聚类系数计算
根据各二级指标的白化权综合聚类系数结果和相对应的权重值，加权求和，按公式7-7计算得出各个一级指标对应于各个灰类的综合聚类系数，如表7-7所示。
„„„„„„„„（7-7）
表7-7：一级指标与东湖通道工程复杂性综合聚类系数
X1 X2 X3 X4 X5 X
权重值 0.107 0.3 0.166 0.272 0.066 1
σ1 0.132 0.100 0.051
σ2 0.295 0.1 0.261 0.217 0.047 0.197
σ3 0.116 0.033 0.148 0.213 0.7 0.150
σ4 0.101 0.328
σ5 0.265 0.378 0.033 0.342 0 0.274
0
0
0.062
0 0
0.306 0.158
②总目标X白化权综合聚类系数计算
根据公式7-7，同理可求出X所对应的聚类系数σ，如表7-8所示。
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表7-8：X白化权综合聚类系数
聚类系数
X
σ1 0.062
σ2 0.197
σ3 0.150
σ4 0.158
σ5 0.274
7.4 复杂性评价结果分析
根据表7-6、7-7、7-8的白化权聚类系数计算结果可知： （1）东湖通道工程整体复杂性评价分析
东湖通道工程整体复杂性属于“高”类，因其复杂性比较高，因此该工程施工过程中的风险因素也较多，必须引起重视；
（2）东湖通道工程复杂性指标评价分析
①东湖通道工程“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控制；
②东湖通道工程“技术复杂性”属于“高”类，其中“技术标准的特殊性”属于“较高”类，“技术使用难度大”属于“高”类，因此，应加强对技术风险的控制，尤其是东湖通道工程属于湖底隧道，很多新技术的运用及重大技术的攻关及标准的制定都须加以控制和保障；
③东湖通道工程“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，东湖通道工程设计参与方种类多、数量更多，各方之间、各专业之间协调问题非常多，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来解决整个施工过程中的协调难题；
④东湖通达工程“环境多变性”属于“高”类，其中“安全环境复杂性”属于“高”类，湖底施工难度大，安全隐患多，应加强对结构安全和人身安全的保障；
⑤东湖通道工程“信息动态性”属于“较高”类，工程本身的复杂性、参与方的众多、专业协调多等等都促成了整个工程的信息来源及加工的复杂性。如何收集并利用有效信息服务于决策非常重要。
42
8基于复杂性测度结果的东湖通道工程风险评估及管理
8.1 东湖通道工程风险评估过程及方法
8.1.1 概述
东湖通道工程包含2个隧道，东湖隧道和团山隧道。 隧道与地下工程与其他工程项目相比，由于具有隐蔽性、复杂性和不确定性等突出的特点，投资风险较大，无论是设计、施工、决策都会遇到很多困难和障碍。尤其是对于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，在其规划、设计施工和运营中均会对社会和国家造成不必要的重大的损失和不良的社会负面影响。国内外隧道与地下工程曾发生不少重大工程事故，已经给我们敲响了警钟，因此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。如何解决这一问题，就必然要借助风险评估和决策理论。风险评估可以对这些不确定因素进行分析，将不可预见的风险因素转化为定量的指标，帮助业主和有关部门完成最后的决策，并通过计算风险效益来选择风险控制措施降低各种风险，以达到安全、经济、高效的管理目标。
风险评估研究的最终目的是为各类决策者的决策提供依据，从决策者的角度来说，其价值主要体现在决策者决策时信心地增强、对工程进展情况的掌控以及对资金流向的有效控制上。
8.1.2风险评估的过程
按照风险分析的过程进行风险评估是非常重要的，是保障风险分析有步骤、有计划、有目的进行的基础。传统上，风险分析一般分为三个阶段：风险识别（Risk Identification）、风险估计（Risk Estimation）和风险评价（Risk Evaluation）。风险分析的具体内容及其过程如图8-1所示。
8.1.3风险评价方法
根据国际隧道协会编制的《隧道风险管理指南》，本隧道风险等级（R）可采用发生概率（P）和后果（C）相乘的方法进行评价，即R＝P×C，风险等级矩阵见表。
43
风险辨识采集数据客观统计数据主观判断数据不确定性模型可能结果的评价概率分布的评价风险影响评级风险是否可能接受继续进行避免、改善或转移
图8-1：风险分析过程示意图 表8-1：风险等级矩阵表
后果 概率 1（轻微） 2（较大） 3（严重） 4（很严重） 5（灾难性） A（＜0.03‰，非常不可能） B（0.03‰～0.3‰，难得地） C（0.3‰～3％，偶尔地） D（3％～30％，可能地） E（＞30％，频繁地） 一级 一级 二级 二级 三级 一级 一级 二级 三级 三级 二级 二级 三级 三级 四级 二级 三级 三级 四级 四级 三级 三级 四级 四级 四级 注：1.一级～五级风险对应含义如下：一级——可忽略；二级——可接受；三级——合理可
靠降低区；四级——不可接受 2．可忽略的含义为不需过多考虑该风险；
3．可接受的含义为在工程中应该管理控制这项风险，但不需考虑减低风险的措施； 4．合理可靠降低区的含义是只要减低风险的投入不是与减低风险效益不成比例，就应该采取降低风险措施；
5．不可接受的含义是不管降低风险的投入多少都应该将风险减小到合理可靠降低区。
8.2 东湖通道工程风险分析
8.2.1 基于复杂性测度结果的重要风险因素识别
44
根据第7章模型分析结果可知，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，尤其是“技术标准的特殊性”和“技术使用难度大”、“安全环境复杂性”等方面复杂性非常高，此外“管理决策过程中协调难度大”、“自然生态环境复杂性”等指标复杂性也比较高。
以上指标的复杂性高，施工过程中隐藏的风险隐患相对而言也比较多，为此将风险及潜在风险分为以下几类：施工技术风险、结构安全风险、人员安全风险、环境影响风险、管理决策风险。
结合工程实际进行调研和分析，对以上风险进行了识别。
8.2.2 施工技术风险
（1）围堰明挖法隧道施工
围堰明挖法隧道施工中，可能发生的风险有： ①基坑淹水
穿湖段隧道采用临时围堰抽排湖水的施工方式，围堰长度较长，围堰时间周期较大，若施工期间发生围堰倒塌，湖水涌入施工基坑，会给工程带来重大损失。
淹水的另一个风险源为雨水，若施工期间发生特大洪涝灾害，东湖水位超过沿湖路和临时围堰，湖水大量溢入，造成隧道基坑淹水。
②基坑围护结构失稳
隧道基坑在施工过程中，若围护结构深度或刚度不足，内支撑刚度不足、支撑不及时、未按设计施工、基坑渗漏水处理不当等因素都可能导致基坑失稳。
③周边构筑物、地下管线变形沉降
岸边段隧道基坑施工，若基坑变形过大，会引起基坑周边邻近建筑物以及地下管线沉降、开裂，造成不良社会影响。
（2）矿山法隧道施工
矿山法隧道施工中，可能发生的风险有。 ①开挖不稳定，形成坍塌等。
由于围岩破碎，岩层的断层、节理、裂隙构造，施工中开挖形成的临空面易发生围岩坍塌。
②软弱围岩段可能产生较大变形。
软弱围岩段、围岩破碎段，由于支护不及时或者支护刚度不够，围岩可能产
45
生变形过大，超出规范允许。
③二次衬砌产生裂缝。
由于岩层存在地质变化，变化处容易产生开裂。 ④不良地质灾害。
隧道所处地层条件复杂，遇到沼气地层、岩溶地层、地下暗河，对隧道施工安全造成极大的影响。
8.2.3 结构安全风险
结构安全风险指结构产生缺陷，它可能发生在施工中或施工后，主要包括： （1）隧道漏水
地下水通过结构的薄弱处渗漏，使结构腐蚀、风化及洞内设备锈蚀；漏水的原因可能是结构抗渗能力差、防水设备不足或失效、结构裂损或腐蚀，以及施工原因造成的结构缺陷等。
（2）结构侵蚀
结构侵蚀是由于环境作用，而遭受的化学和物理侵蚀。隧道侵蚀主要与地下水含氯化物、硫化物或其他化学污染物有关。
（3）结构裂损
结构裂损按裂缝的成因可分为结构性或非结构性裂缝。前者表示结构整体和局部的稳定和安全因素已受影响。其原因可能是设计不当、施工质量差或其他未预测到的因素，如施工和长期运营中过大的隧道纵向变形；如荷载沿隧道轴线变化（冲刷和回淤过大），导致隧道纵向的不均匀沉降；隧道在长期运营中的沉降，以及隧道在地震、水位变化和车辆震动下的不稳定性等。非结构性裂缝的成因，如温度收缩、干缩等。通过分析裂缝对结构稳定的影响，来确定整治措施。
（4）特殊因素对隧道结构体系的破坏 特殊因素对隧道结构体系的破坏主要包括：
地震诱发地基震陷和液化，从而破坏隧道结构体系的；
爆炸冲击、高温等对隧道结构体系的破坏(主要由恐怖袭击、战争威胁及交通事故造成的隧道火灾产生)；
湖底清淤，减薄隧道覆土深度，从而威胁隧道结构安全。
8.2.4 人员安全风险
46
对人员安全威胁最大的风险因素通常是隧道火灾，主要风险源有： （1）车辆故障，包括电器缺陷、刹车过热和其它车辆本身缺陷; （2）交通事故；
（3）隧道本身设备缺陷所产生的自燃； （4）隧道保养和维修工作失当。
尽管隧道发生火灾的损失相当大，但是从世界范围内来看，尤其在公路隧道，由于采取了安全保障措施，隧道发生火灾的概率还是相当低的，而且火灾发现及时，处理迅速，损失可大大减小。
8.2.5 环境影响风险
环境影响风险包括以下几方面：
（1）隧道施工期间，设备噪声、粉尘、弃碴以及废水对景区造成环境污染； （2）隧道内汽车尾气污染对行车环境的影响； （3）射流风机运作时，隧道内噪声过大； （4）隧道峒口排放的废气对峒口周边环境的影响；
8.2.6 管理决策风险
管理决策风险主要是由管理决策者个人主观性意见，对工程解析不够透测，对信息掌握不充足引起，包括以下几方面：
（1）业主方对施工信息了解不充分而给施工方下达错误决定；
（2）施工方管理人员对环境地质情况了解不足，以及对新技术新方法没有可参考实例而导致决策失误，造成返工、延误工期；
（3）各参与方意见不一致而导致的决策分歧。
项目各参与方之间通过制定契约监理工程建设的外部协调，各参与方内部通过制定规章、制度、会议、标准等方式建立工程建设的组织和协调系统，构建有效的综合集成平台进行内部管理。
8.3 东湖通道工程风险管理
8.3.1 东湖通道工程主要风险因素评估及应对措施
从勘察、设计、施工等多方面对可能存在的风险因素、风险事件进行了识别，对风险原因以及参与风险等级进行了分析，并对规避风险的相应措施进行了研究，
47
汇总如表8-2所示。
8.3.2 风险评估结果
根据东湖通道工程复杂性测度结果和风险评估分析，本项目主要风险存在于施工技术风险、结构及人员安全风险、管理决策风险和环境影响风险等方面。该工程在建设过程中要加强对这些风险的预警和保障，发现问题，及时采取措施解决。确保各种风险事件不影响整个工程施工顺利进行。
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表8-2 东湖通道主要风险因素识别评估及应对措施表
初始风险 序号 风险事件 原因分析 可能性 1 基坑淹水 （1）围堰失稳垮塌 （2）特大洪涝灾害 （1）内支撑刚度不足 （2）围护墙深度或刚度不足 （3）未按照设计施工 （4）基坑渗漏水处理不及时 （1）湖床清淤后湖中暗埋段抗浮不足 （2）敞开段或浅覆土段抗浮措施不足 （1）不规范防水施工 （2）结构抗渗能力不足 （3）变形缝防水失效 B 后果 5 风险等级 三级 （1）围堰结构设计施工方案加强审查； （2）加强围堰工程施工管理； （3）提前做好洪涝灾害应急处理预案 （1）加强地质勘察精度，提供可靠地层参数； （1）基坑围护设计施工方案加强审查； （2）加强基坑工程施工管理 （1）充分考虑湖底清淤条件下隧道覆土满足抗浮需要； （3）每一阶段均按照最不利工况进行抗浮验算 （1）加强防水施工质量控制； （3）结构自防水能力满足规范要求； （4）变形缝设置多道防水措施 （1）采用强刚度支护方案 （2）基坑围护、降水设计施工方案加强审查； （3）并加强基坑工程施工管理； （1）施工时通过仔细观察开挖面状况； （2）及时采取加固注浆等措施，能有效降低风险； （1）合理设置初支时机，加强初支衬砌强度； （2）设置合理监测点，及时采取措施。 （1）详细勘察，摸清不良地层的分布范围和分布形式； （2）做好超前地质预报； （3）提前做好可能不良地层处理预案； （1）根据相关要求进行防排水设计； （2）按一百年一遇洪水位标准进行防洪设计 （1）施工期间加强施工管理，绿色施工； （2）根据环保要求进行排污设计 风险处理措施 可能性 A 后果 4 风险等级 二级 加强围堰沿线巡查和监测 残余风险 残余风险处理措施 2 基坑失稳 C 4 三级 B 3 二级 加强施工监测和预报 3 隧道上浮 B 5 三级 A 4 二级 加强湖底清淤控制 4 隧道内渗漏水 C 4 三级 C 1 二级 可以进行堵漏治理 5 地表沉降、周边建筑（4）基坑变形太大 开裂或沉降 （5）降水影响 （1）破碎围岩； 开挖不稳定，形成坍（2）岩层的断层、节理、裂隙塌 构造； （3）施工中爆破震动 （1）软弱围岩、破碎围岩； 软弱围岩段可能产（2）支护不及时或者支护刚度生较大变形 不够。 不良地质灾害 （1）沼气地层； （2）岩溶地层； （3）地下暗河等。 （1）隧道内排水设施不足 （2）隧道结构防水严重实效 （3）隧道地表开口高度不满足防涝要求 （1）施工期间设备噪声、粉尘和弃碴污染 （2）运营期间隧道洞口及风井周边空气环境污染 （1）分包商为了自己利益偷工减料 （2）材料供应商为了利益提供次等材料 （1）工程施工中产生噪音 （2）工程完工通车后，车辆行驶产生噪音 C 3 三级 C 2 二级 加强变形沉降监测和预报 6 B 3 二级 B 2 一级 补充注浆加固 7 C 2 二级 B 1 一级 加强变形监测 8 C 3 三级 B 2 一级 无 9 隧道被淹 B 3 二级 B 3 二级 增加临时泵排 10 环境污染 C 2 二级 C 1 一级 加强监管 11 施工材料问题 B 3 二级 （1）加强对材料的监管，严格杜绝不达标材料 （1）施工中使用先进机器，建立隔音设施； （2）建立隔音屏，使通车后车辆行驶声音被阻隔，传到外界声音减小 A 2 一级 加强监管，做好防护措施 12 工程噪音污染 C 1 二级 B 1 一级 与周围居民提前沟通，获得谅解 49
9 总结与展望
9.1 总结
本项目通过借鉴国内外类似项目经验并结合东湖通道的实际情况对东湖通道工程的复杂性因素进行定性识别，并构建了东湖通达工程复杂性测度指标体系，运用模糊层次分析法和灰色聚类模型构建了东湖通道工程复杂性测度模型。测度结果表明，东湖通道工程整体复杂性主要表现在“技术使用难度大”、“技术标准的特殊性”、“自然生态环境复杂性”、“安全环境复杂性”、“管理决策过程中协调难度大”等方面。基于复杂性测度结果，分别就施工技术风险、结构安全风险、人员安全风险、环境影响风险和管理决策风险等五个方面对东湖通道工程的潜在风险因素进行了评估，并提出了相应的风险管理措施。本项目的研究既可加强项目管理者对东湖通道工程的认识，提升项目管理者对东湖通道工程的整体把握与细节控制，为其管理决策作指导。同时其提供的复杂度测试模型也可利用于其他类似大型项目，具有一定的理论和现实意义。
9.2 展望
本项目的研究主要侧重于东湖通道工程这个特定工程，其指标体系的建立和风险管理过程的应用具有一定的局限性，但关于复杂性测度模型具有一定的通用性，该研究方法可应用于日后进行其他类型大型项目的管理。
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