FAHP在地鐵隧道施工風險管理中的應用

楊德平，韋良文,2

(1. 重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074；2.重慶交通大學 山區(qū)橋梁與隧道工程國家重點實驗室培育基地，重慶 400074)

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FAHP在地鐵隧道施工風險管理中的應用

楊德平1，韋良文1,2

(1. 重慶交通大學 土木建筑學院，重慶 400074；2.重慶交通大學 山區(qū)橋梁與隧道工程國家重點實驗室培育基地，重慶 400074)

指出了我國目前大規(guī)模的城市地鐵建設必然會帶來大量的安全風險問題，闡述了風險管理的現(xiàn)狀，分析了地鐵隧道施工中事故的分布特征。以重慶市軌道交通環(huán)線某區(qū)間隧道為例，運用FAHP理論計算了其施工情況的風險值，計算結果表明：該施工情況風險接受等級隸屬于可接受，施工狀況良好。研究結論可為地鐵隧道施工風險管理提供一定的指導和借鑒意義。

地鐵隧道；施工；風險管理；事故

1　引言

1965年，我國第一條地鐵——北京地鐵一號線開始修建，也就是從那時起，我國的城市軌道交通建設有了歷史。在隨后的40來年間，我國的城市軌道交通逐步發(fā)展。但近10年間，發(fā)展變得越來越快。截止2016年2月，其運營里程已達3530 km。

由此帶來的大規(guī)模建設必然會伴隨著大量的安全風險問題。主要原因有：①我國城市軌道交通建設發(fā)展時間相較于國外發(fā)達國家時間短起步晚，只有短短的50年時間；②建設施工的經(jīng)驗不足，缺乏熟練的技術人員；③本來地下工程就具有隱蔽性，且工程地質條件復雜多變；④工程的參與單位較多，在長期的城市軌道建設中難以從始至終地進行有效管理；⑤工程常常位于人口密集的城市核心區(qū)域，周邊環(huán)境復雜等等。施工中風險后果多種，如直接造成人員的傷亡、工程機具損壞、工期延長、成本超支、工程不合格不能通過驗收等等。而且由于此類工程常常受到社會輿論和政府的高度關注，工程事故的發(fā)生對參建單位信譽和工程本身傷害甚巨。

目前，國內外有不少學者對隧道風險管理做出過大量的研究。國外方面，Einstein是目前隧道工程風險管理分析方面的翹楚，他的文章[1]系統(tǒng)地指出了隧道工程風險分析的特點和概念。Chapman等[2]在施工風險這方面頗有建樹，并且還分析了工程招投標和施工中的風險責任。Isaksson等[3]基于可靠度理論分析了隧道及地下工程施工風險問題。Reilly[4]研究了全壽命費用風險問題，并且在華盛頓地鐵及洛杉磯地鐵項目中得到了實際應用。而國際隧道協(xié)會(ITA)也在2004年發(fā)布了《隧道風險管理指南》[5]作為行業(yè)風險管理的指導性標準。近年來我國學者們在地下工程方面的風險分析也取得了不少成果[6～9]。2012年我國頒布實施了《城市軌道交通地下工程建設風險管理規(guī)范(GB50652-2011)》[10]，相信若嚴格執(zhí)行的話，其能有效減少事故率。

本文的研究擬從工程最易發(fā)生事故的時間段——施工過程出發(fā)，以重慶市軌道交通環(huán)線某明挖車站為例用FAHP方法對其中的風險進行量化，探究在地鐵隧道施工中的風險管理。

2　施工中的風險

2.1施工中的風險識別

施工過程復雜多變，因此風險事件的發(fā)生也會隨著工程的發(fā)展而不斷變化。但也并不是無章可循，因風險事故就是存在的孕險環(huán)境在致險因子的作用下而發(fā)生的，故在分析中需重點關注致險因子和孕險環(huán)境。注意的是在識別時，要先劃分單元，再在單元上重點觀察。

2.2施工中風險事故的分布特征

目前，在道路交通安全管理中，道路交通系統(tǒng)要素只有人、車、路，且與人有關的原因占了93%～94%[12]。同樣，在研究地鐵隧道施工過程中事故中，依靠統(tǒng)計反映事故發(fā)生情況的數(shù)據(jù)資料，必然能找到有事故發(fā)生的規(guī)律，它也可為我們在宏觀管理和決策方面提供可靠的依據(jù)。筆者分析了近幾年的相關文獻，暫把事故的分布規(guī)律分為3類：事故的時間分布、事故的空間分布、事故的成因分布。

2.2.1事故的時間分布

胡群芳等[13]對2003～2011年地鐵隧道的89次事故做了統(tǒng)計分析。其主要得出了得出了以下結論：①按一天內的不同時刻分：0～1時發(fā)生事故的次數(shù)是要遠多于其他時段的，其次是14～16時。這往往是由于這兩個時間段管理人員較少、作業(yè)工人較疲憊造成的。②按一周的某一天分：周一的事故相對較多，周日較少，其他較平均。③按一年內的不同月份劃分：7、8月份事故高發(fā)，4、11月為次高發(fā)。前者主要是源自于我國在盛夏時施工活動較為頻繁，后者可能是受到因換季而搶工期的現(xiàn)象的影響。

2.2.2事故的空間分布

對地鐵隧道來說，暫且把空間粗略劃分為車站和區(qū)間。按照胡群芳等人的統(tǒng)計來看，區(qū)間發(fā)生的事故數(shù)明顯多于車站。

2.2.3事故的類型分布

從文獻[12～14]中可以看出，不管是暗挖隧道施工還是明挖基坑施工，坍塌事故是地鐵施工中的首要危險源。其次是高處墜落、電擊傷害、物體打擊、機械傷害、中毒窒息和火災爆炸等事故類型。現(xiàn)對以上文獻中出現(xiàn)的隧道施工事故做一個整合統(tǒng)計再分析，得到如表1所示結果。

從表1中可以看出：坍塌是地鐵隧道施工時最主要的事故類型，在事故總數(shù)中的比例達到36.4%；而后是物體打擊、高空墜落和機具傷害這三種事故類型，分別達到了12.6%、19.2%和11.3%。所以，在實際施工活動中要著重注意這四種風險事故的發(fā)生。

3　FAHP基本理論

3.1FAHP理論

FAHP即為將模糊數(shù)學綜合評判法與層次分析法相結合起來的方法，它很好地解決了AHP在分析指標繁多時的不足。其是經(jīng)過建立評估對象的因素集和評判集，用專家評定或其他方法生成評判矩陣，再通過適當?shù)哪：阕舆M行綜合評估的方法。

3.2FAHP計算步驟

應用FAHP理論計算步驟[16]如下。①先要確定因素集，即找出影響本系統(tǒng)的有哪些因素；②確定評語集，評語可設為不可接受、不愿接受、可接受和可忽略或者極不安全、很不安全、不安全、比較安全、安全等，也可對評語賦值；③要確定因素相對于評語的隸屬度(其值在0～1之間)的評判集，從而構造評判矩陣。FAHP方法可采用專家打分法或其他方式構造模糊評判矩陣；④要根據(jù)層次分析法得到每個因素的權重，即得到權重值集合。⑤計算得到綜合評估向量。得到評估向量的方式(模糊變換)有五種：取大取小型、乘積取大型、加權平均型、全面制約型及均衡平均型。⑤要確定評估級別。方法有最大隸屬度法、中位數(shù)法、分段賦值法等，最常用的是最大隸屬度法。

4　案例分析

4.1工程概況

重慶市軌道交通環(huán)線一期工程渝魯站至五里店站區(qū)間，途徑渝北區(qū)及江北區(qū)。受沿線構筑物及已建五里店站標高限制，區(qū)間出渝魯站后沿渝魯大道及魯能星城中間走廊由北向南前行，后在渝魯大道與慶業(yè)九寨印象F棟高層中間進入暗挖段，在龍頭寺公園轉向，由西向東前行，需側穿五里店立交-渝魯段跨線橋及五里店電信綜合樓，后與環(huán)線五里店站站前區(qū)間已預留單線對接。由渝魯站至五里店站區(qū)間地質縱斷面圖可知，隧道地下水為基巖裂隙水，圍巖多為砂質泥巖、砂巖，巖體較完整，圍巖基本分級Ⅳ級及少部分Ⅲ級，基本都采用CD法和CRD法施工。

4.2風險辨識

以接近渝魯站的某一段區(qū)間為例，該區(qū)間上覆土為6～13 m，洞內開挖時地下水豐富。參考文獻[17]進行風險辨識時考慮的因素，我們把該工程在施工時的各因素(包括中間因素和底層因素)及權重值列表(表2)。

表2　地鐵隧道施工風險因素及權重值

4.3應用FAHP的風險分析

(1)確定因素集。 考慮2層的因素和因素間的關系，有因素集，見表2。其中一級因素即中間因素4個，二級因素即底層因素18個。確定因素集為：

U={u1,u2,u3,u4};U1={u11,u12, …,u17};U2={u21,u22,u23,u24};U3={u31,u32,u33};U4={u41,u42,u43,u44}

(2)確定評語集。 根據(jù)規(guī)范[11]，評語設為不可接受、不愿接受、可接受和可忽略，分別賦值為4、3、2、1。那么評語集為：

V={v1,v2,v3,v4}={4,3,2,1}

(3)確定評判矩陣。 采用根據(jù)專家評定的原則確定評判矩陣?，F(xiàn)場請專家對各底層因素對評語的隸屬度打分，得到模糊評判矩陣：

由表2，對中間因素即底層因素的各權重值歸一化得底層因素的權重值向量：

W={0.421,0.314, 0.182,0.083};

W1={0.37,0.23, 0.14,0.11,0.09,0.03,0.03};

W2={0.42,0.31, 0.18,0.09};

W3={0.35,0.26, 0.39};

W={0.44,0.29, 0.16,0.11}

那么，有各中間因素的評判結果為：

B1=W1*R1={0.038,0.178, 0.448,0.336};

B2=W2*R2={0.103,0.167, 0.542,0.188};

B3=W3*R3={0.322,0.322, 0.317,0.039};

B4=W4*R4={0.295,0.524, 0.159,0.022};

由此，總的評判目標所需條件也都有了，把Bi向量化，得評判矩陣：R=(B1,B2,B3,B4)T，

那么有：

B=W*R={0.131,0.230, 0.430,0.209}

按最大隸屬度取得到其風險評估隸屬為可接受，風險值為2.283，即工程施工情況較為安全。

5　結論

(1)風險管理在我國地鐵隧道工程施工中應用還不成熟，需要大量的實踐以及研究。

(2)坍塌、物體打擊、高空墜落和機具傷害是地鐵隧道施工時最主要的事故類型，在事故總數(shù)中的比例接近80%。在施工時要尤其注意這幾類事故的發(fā)生。

(3)根據(jù)對重慶市軌道交通環(huán)線某區(qū)間隧道施工風險分析，得出其風險等級標準為可接受。這增強了施工方的信心，但還是要注意加強監(jiān)控和施工管理。

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2016-06-01

楊德平 (1992—)，男，重慶交通大學土木建筑學院碩士研究生。

U455.1

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1674-9944(2016)14-0199-03