高速公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理探討

何應(yīng)軍，羅守洪，繆成銀

(四川公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司公路三分公司，四川成都610200)

1 隧道風(fēng)險(xiǎn)管理研究現(xiàn)狀

公路隧道施工具有工程量大、技術(shù)復(fù)雜、工期長(zhǎng)、涉及面廣等特點(diǎn)，面臨著大量的風(fēng)險(xiǎn)和不確定因素，而且這些風(fēng)險(xiǎn)具有復(fù)雜性、多樣性、綜合性、突發(fā)性及偶然性的特點(diǎn)。截止目前為止，我國(guó)在公路隧道建設(shè)領(lǐng)域取得了舉世矚目的成就，但對(duì)隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理的研究尚處于起步階段。近年來(lái)我國(guó)隧道工程建設(shè)施工中經(jīng)常發(fā)生安全事故。如2005年都汶高速公路董家山隧道瓦斯爆炸、2006年泉三高速公路保福嶺隧道施工事故、2007年甘肅靜寧隧道塌方事故、2007年野三關(guān)隧道突水突泥事故、2007年合寧鐵路亭子山隧道塌方事故、2007年宜萬(wàn)鐵路高陽(yáng)寨隧道巖崩事故等。這些施工安全事故表明，隧道施工過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)管理形式嚴(yán)峻，迫切需要進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)管理和控制。

風(fēng)險(xiǎn)管理理論在隧道工程中應(yīng)用較晚，而且由于風(fēng)險(xiǎn)因素眾多、風(fēng)險(xiǎn)因素相互之間交錯(cuò)影響大，在風(fēng)險(xiǎn)定量分析方面進(jìn)展緩慢。直到2002年，國(guó)際隧協(xié)(International Tunneling Association，簡(jiǎn)稱(chēng)為ITA)出版了《Guidelines for Tunneling Risk Management》，為隧道工程(以巖石隧道為主)的風(fēng)險(xiǎn)管理提供了一整套參照標(biāo)準(zhǔn)和方法[1]。在國(guó)內(nèi)，隨著我國(guó)交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，以及大力發(fā)展西部地區(qū)所遇到的隧道建設(shè)問(wèn)題，風(fēng)險(xiǎn)管理在隧道及地下工程中的應(yīng)用受到了前所未有的關(guān)注，各大設(shè)計(jì)院、保險(xiǎn)公司以及高校都在近幾年內(nèi)開(kāi)始了相關(guān)研究，并取得了豐富的成果。如同濟(jì)大學(xué)丁士昭對(duì)我國(guó)廣州地鐵首期工程、上海地鐵一號(hào)線(xiàn)工程等地鐵建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)和保險(xiǎn)模式進(jìn)行了一定研究;香港L·Mcfeat－Smith提出了亞洲復(fù)雜地質(zhì)條件下隧道工程的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模式，根據(jù)發(fā)生頻率的高低將風(fēng)險(xiǎn)分為5級(jí)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生影響后果也將風(fēng)險(xiǎn)分為五級(jí)。同濟(jì)大學(xué)黃宏偉對(duì)國(guó)內(nèi)外隧道及地下工程建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)管理研究進(jìn)展進(jìn)行了系統(tǒng)總結(jié)，并開(kāi)發(fā)出TRM1.0 風(fēng)險(xiǎn)管理軟件[2]、[3]。上海交通大學(xué)與上海市隧道工程軌道交通設(shè)計(jì)研究院進(jìn)行了隧道工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理研究，將隧道工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理工作分為項(xiàng)目研究和方案設(shè)計(jì)階段、設(shè)計(jì)操作階段和運(yùn)營(yíng)階段3個(gè)階段，并細(xì)化為預(yù)可行性研究、工程可行性研究、擴(kuò)初設(shè)計(jì)、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、運(yùn)營(yíng)組織維護(hù)設(shè)計(jì)6道“管理門(mén)(SSGate)”，通過(guò)為每道SS－Gate管理門(mén)設(shè)置相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)管理任務(wù)和分配風(fēng)險(xiǎn)管理工作內(nèi)容，建立“SS－Gate”隧道工程設(shè)計(jì)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理門(mén)方法。

2 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理及識(shí)別

2.1 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理

隧道工程中風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理主要與地質(zhì)條件、施工復(fù)雜性等客觀因素有關(guān)，也與施工人員風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)薄弱等主觀因素有關(guān)。從因果角度考慮，由于隧道工程孕育風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境，加上致險(xiǎn)因子的誘導(dǎo)，就有可能引發(fā)各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生，進(jìn)一步對(duì)各種承載體造成損失。隧道施工風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生機(jī)理具體而言包括:

2.1.1 隧道工程所處的地質(zhì)條件極為復(fù)雜

隧道所穿越的圍巖類(lèi)別多、變化大，隧道實(shí)際穿越的圍巖類(lèi)別、圍巖條件與設(shè)計(jì)所提供的圍巖會(huì)有出入，而且往往會(huì)更為復(fù)雜，且具有突發(fā)性。如2007年8月5日，宜萬(wàn)鐵路(湖北宜昌至重慶萬(wàn)州)野三關(guān)隧道發(fā)生特大透水事故，造成3人死亡，7人失蹤。經(jīng)事后分析，這起事故發(fā)生的主要原因是當(dāng)?shù)剡B續(xù)降雨導(dǎo)致地表雨水與地下巖腔及斷層水系相通，并存有大容量承壓水體，而調(diào)查勘探工作未能發(fā)現(xiàn)不明承壓水體，當(dāng)隧道巖體揭露后，造成巖溶水壓的承載失衡，導(dǎo)致突水突泥重大事故的發(fā)生;

2.1.2 施工難度大、施工工藝復(fù)雜

隧道工程規(guī)模通常很大，與之對(duì)應(yīng)的作業(yè)空間又十分有限，機(jī)械設(shè)備構(gòu)造復(fù)雜、數(shù)量眾多，導(dǎo)致隧道工程施工工藝較為復(fù)雜。而且工程往往需要穿山過(guò)嶺、從水下穿過(guò)，這導(dǎo)致施工難度大。這些因素相互影響，蘊(yùn)藏著很大的風(fēng)險(xiǎn)。如2008年宜昌云集隧道約600 m深處發(fā)生頂部結(jié)構(gòu)層石板垮塌事故、2007年合寧鐵路亭子山隧道塌方事故、2007年宜萬(wàn)鐵路高陽(yáng)寨隧道巖崩事故等，引起這些事故的主要原因就是隧道施工本身難度大、工藝復(fù)雜。

2.1.3 施工人員風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)薄弱

目前我國(guó)隧道工程施工的一線(xiàn)工人知識(shí)水平普遍較低、文化程度不高、安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)薄弱。加上隧道工程規(guī)模大，工期長(zhǎng)，因此涉及到的相關(guān)方個(gè)體多，在施工操作中，常常出現(xiàn)因?yàn)轱L(fēng)險(xiǎn)因素薄弱而忽視風(fēng)險(xiǎn)的現(xiàn)象。如2005年都汶高速公路董家山隧道瓦斯爆炸死傷事故、2003上海軌道交通4號(hào)線(xiàn)管涌坍塌事故等，這些事故就是屬于責(zé)任事故范疇，在施工及管理人員具有一定的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)后本可避免。

2.2 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

對(duì)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理之前，首先要做的是識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)。目前通用的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法有專(zhuān)家調(diào)查法、事件樹(shù)與故障樹(shù)法，幕景分析法等[5～7]。

2.2.1 專(zhuān)家調(diào)查法

專(zhuān)家調(diào)查法是常用的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法，在專(zhuān)家調(diào)查法中應(yīng)用較廣的是德?tīng)柗品?Dephi法)和頭腦風(fēng)暴法。

德?tīng)柗品壳霸诠こ田L(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中應(yīng)用比較廣泛。首先分發(fā)預(yù)先設(shè)計(jì)好的設(shè)計(jì)調(diào)查表，然后參與專(zhuān)家各自憑經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)作答，最后回收調(diào)查表統(tǒng)計(jì)分析。其缺點(diǎn)是主要依賴(lài)參與專(zhuān)家的主觀判斷;調(diào)查結(jié)果的深度和全面性依賴(lài)調(diào)查表設(shè)計(jì)的周詳程度，如果調(diào)查表設(shè)計(jì)有疏忽，就會(huì)遺漏重要關(guān)鍵的風(fēng)險(xiǎn)。因此，德?tīng)柗品ū容^適合風(fēng)險(xiǎn)因素不太復(fù)雜的項(xiàng)目。

頭腦風(fēng)暴法通常由五六個(gè)人，多則十幾個(gè)人參加，充分的探討發(fā)表意見(jiàn)。此方法適用于目標(biāo)比較明確的情況。在進(jìn)行頭腦風(fēng)暴法的過(guò)程中，應(yīng)遵循以下規(guī)則:思想境界要開(kāi)放，尊重不同意見(jiàn)，禁止對(duì)他人意見(jiàn)的非難;要有一定數(shù)量的思想;將這些思想進(jìn)行分類(lèi)、組合。

2.2.2 事件樹(shù)與故障樹(shù)法

事件樹(shù)方法是根據(jù)一些規(guī)則用圖形來(lái)表示由某些激發(fā)事件可能引起的許多事件鏈，以追蹤事件破壞的過(guò)程和評(píng)價(jià)系統(tǒng)的可靠性。隨著事件數(shù)目的增加，這個(gè)圖形表示法就像一棵樹(shù)的枝葉一樣展開(kāi)。故障樹(shù)理論通過(guò)對(duì)系統(tǒng)故障原因的逐層分解并分析故障原因的邏輯關(guān)系，從而對(duì)系統(tǒng)的可靠性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

在工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別中事件樹(shù)與故障樹(shù)法使用比較廣泛，既可用于定性的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別又可用于定量的風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)。故障樹(shù)法和事件樹(shù)法也可以結(jié)合應(yīng)用，這樣就形成了既可以預(yù)測(cè)故障原因，又能預(yù)計(jì)故障后果的因果圖。

2.2.3 幕景分析法

該方法是一種能辨識(shí)引起風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵因素及其影響程度的方法。幕景就是用圖表或者曲線(xiàn)等模擬事件未來(lái)的某種狀態(tài)。由于計(jì)算復(fù)雜和方案眾多，一般使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行模擬。模擬的重點(diǎn)是:當(dāng)某種因素做各種變化時(shí)，整個(gè)情況會(huì)是怎樣?有什么風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生?后果如何?就像電影上一幕一幕的場(chǎng)景一樣，因此叫幕景分析法。幕景分析法的缺點(diǎn)在于主要依靠分析者目前的知識(shí)體系、經(jīng)驗(yàn)水平和所掌握的信息，因此就可能產(chǎn)生偏差。

3 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

在辨識(shí)出風(fēng)險(xiǎn)源之后，要對(duì)找出的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)。常用的評(píng)價(jià)技術(shù)有:風(fēng)險(xiǎn)矩陣法、蒙特卡羅法、層次分析法、模糊推理法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法、最低熵密度法、馬爾科夫鏈法等[8]～[10]。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)矩陣法

該方法將風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的頻率和影響程度分別分為5個(gè)級(jí)別，然后分別作為矩陣的行和列，形成了一個(gè)5×5的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，然后按照風(fēng)險(xiǎn)在矩陣中的位置做出該風(fēng)險(xiǎn)可以接受、風(fēng)險(xiǎn)盡量低(既合理又實(shí)際)或風(fēng)險(xiǎn)不能容忍三種評(píng)價(jià)結(jié)論。

3.2 蒙特卡洛模擬法

該方法是以概率統(tǒng)計(jì)理論為基礎(chǔ)的隨機(jī)抽樣統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)法。通過(guò)事先了解各輸入變量的分布、取值，然后用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生具有相同概率的數(shù)值，帶入到數(shù)學(xué)模型中計(jì)算，大量的次數(shù)得到大量的虛擬樣本，最后統(tǒng)計(jì)計(jì)算這些樣本。

3.3 層次分析法

這是一種定性與定量相結(jié)合的多目標(biāo)決策方法。該方法通過(guò)明確問(wèn)題、建立層次分析結(jié)構(gòu)模型、構(gòu)造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序五個(gè)步驟，計(jì)算各層次構(gòu)成要素對(duì)于總目標(biāo)的組合權(quán)重，從而得出不同可行方案的綜合評(píng)價(jià)值，為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)。

3.4 模糊分析法

工程風(fēng)險(xiǎn)中存在大量的模糊因素，模糊分析法就是利用模糊理論來(lái)評(píng)價(jià)這些因素，從而建立工程質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)的模糊評(píng)價(jià)模型。

3.5 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法

人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是在模仿人腦處理問(wèn)題過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的一種智能信息處理理論。人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有自適應(yīng)性、非線(xiàn)性處理、并行處理等特點(diǎn)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的非線(xiàn)性映射和模式分析的能力可以應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)分析中。以隧道施工中最常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)因素分析為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)損失為指標(biāo)，利用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型。

4 隧道施工風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

4.1 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)決策技術(shù)

風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)決策方法包括期望值法、效用函數(shù)法、費(fèi)用效益法、多目標(biāo)法和決策樹(shù)法等[11]。

4.1.1 期望值法

該方法把每個(gè)決策方案的目標(biāo)變量看成是離散的隨機(jī)變量，其取值就是每個(gè)行動(dòng)的方案所對(duì)應(yīng)的損益值。該方法利用計(jì)算出的每個(gè)方案益損期望值進(jìn)行取舍，如決策準(zhǔn)則是期望損益值最大，則選擇損益期望值最大的方案為最優(yōu)方案;反之，若決策準(zhǔn)則是費(fèi)用期望值最小，則選擇費(fèi)用期望值最小的方案為最優(yōu)方案。

4.1.2 效用函數(shù)法

該方法一般是:首先列出待決策問(wèn)題各種風(fēng)險(xiǎn)條件下的可能損失(收益)、及相應(yīng)的概率，通過(guò)調(diào)查詢(xún)問(wèn)的方法了解到風(fēng)險(xiǎn)管理者對(duì)獲得不同損益的效用度，進(jìn)一步得出損益的效用函數(shù)曲線(xiàn)，通過(guò)比較幾種方案的期望效用損益，選擇最優(yōu)的期望效用損益對(duì)應(yīng)的方案作為風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案，該方法的實(shí)質(zhì)是“風(fēng)險(xiǎn)可接受準(zhǔn)則”的具體應(yīng)用。

4.1.3 費(fèi)用效益法

任何風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案都要付出一定的代價(jià)，并帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)影響的降低，但是高成本的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案未必就是將風(fēng)險(xiǎn)降至最優(yōu)水平的合理決策方案，需要在二者之間進(jìn)行權(quán)衡，費(fèi)用效益決策法就是在獲取同等風(fēng)險(xiǎn)管理效益的前提下選擇成本最小的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方案的決策方法。

4.1.4 多目標(biāo)法

多目標(biāo)決策也是一種風(fēng)險(xiǎn)最優(yōu)化方法。在隧道施工風(fēng)險(xiǎn)方案決策中，多目標(biāo)決策問(wèn)題是不可避免的，比如工期和費(fèi)用風(fēng)險(xiǎn)的多目標(biāo)決策問(wèn)題、項(xiàng)目功能和費(fèi)用的多目標(biāo)決策問(wèn)題，以及項(xiàng)目總目標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)的決策等問(wèn)題。常見(jiàn)多目標(biāo)決策方法有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法和多目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單目標(biāo)的決策方法等。

4.1.5 決策樹(shù)法

該方法實(shí)質(zhì)是對(duì)期望值準(zhǔn)則的具體應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)由決策點(diǎn)、方案枝、狀態(tài)點(diǎn)及概率枝構(gòu)成，其尋求最優(yōu)方案的過(guò)程就是比較各狀態(tài)節(jié)點(diǎn)的期望值的過(guò)程，這是一種運(yùn)用于多階段決策的圖式模型方法。

4.2 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施一般包括風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、保險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)防范和降低、風(fēng)險(xiǎn)自留等。

4.2.1 風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避

風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避是常用的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，同時(shí)也是一種放棄性措施。企業(yè)采取風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避措施，不承接經(jīng)營(yíng)某項(xiàng)目時(shí)，一方面可以避免風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生，另一方面也放棄了項(xiàng)目可能產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益;

4.2.2 保險(xiǎn)

保險(xiǎn)的本質(zhì)是損失分擔(dān)，大數(shù)法則在這種損失分?jǐn)偟臋C(jī)制中起著重要的作用，同時(shí)也起著風(fēng)險(xiǎn)分散的作用。保險(xiǎn)是目前承包商最常用的風(fēng)險(xiǎn)管理方法。

4.2.3 風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移

通過(guò)與業(yè)主、分包商或者材料設(shè)備供應(yīng)商的商談，承包人可以實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移。與保險(xiǎn)方式不同的是，合約轉(zhuǎn)移中風(fēng)險(xiǎn)承受者不是保險(xiǎn)商，并且由于不能獲得充分的歷史數(shù)據(jù)或者沒(méi)有能力對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行充分預(yù)測(cè)，風(fēng)險(xiǎn)承受者通常不承擔(dān)足夠的損失暴露單位。多數(shù)合約轉(zhuǎn)移是通過(guò)在免責(zé)協(xié)議、賠償條款或者和約調(diào)整中預(yù)先規(guī)定的方式實(shí)現(xiàn)。

4.2.4 風(fēng)險(xiǎn)防范和降低

通過(guò)采取措施防范風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生或降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率以及風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生時(shí)產(chǎn)生的損失，這是直接應(yīng)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的措施。

4.2.5 風(fēng)險(xiǎn)自留

風(fēng)險(xiǎn)自留是指一個(gè)企業(yè)以其內(nèi)部的資源來(lái)彌補(bǔ)損失。這種自留一般是指有計(jì)劃的，非計(jì)劃的風(fēng)險(xiǎn)自留不能稱(chēng)之為一種風(fēng)險(xiǎn)管理的措施。在些情況下.一旦損失發(fā)生，企業(yè)必須以其內(nèi)部的資源(自有資金或者借人資金)來(lái)加以補(bǔ)償，風(fēng)險(xiǎn)保留到哪一步，取決于企業(yè)觀念和需求，以及對(duì)損失的承擔(dān)能力。

5 結(jié)論

本文在對(duì)隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)管理國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，闡述了隧道工程項(xiàng)目施工過(guò)程中風(fēng)險(xiǎn)產(chǎn)生的機(jī)理，介紹了隧道施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的三種基本方法:專(zhuān)家調(diào)查法、事件樹(shù)與故障樹(shù)法、幕景分析法，以及常用的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法:矩陣分析法、層次分析法、蒙特卡洛模擬法、模糊分析法和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法;介紹隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理的風(fēng)險(xiǎn)決策方法:望值法、效用函數(shù)法、費(fèi)用效益法、多目標(biāo)法和決策樹(shù)法，以及隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方法:風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、保險(xiǎn)、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)防范和降低、風(fēng)險(xiǎn)自留等。本文可為公路隧道施工過(guò)程中的風(fēng)險(xiǎn)管理提供參考。

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