基于AHP與CIM的海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與控制

李 繼 超

(山東農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，山東 泰安 271017)

1 概述

近年來(lái)，海底隧道施工事故頻發(fā)，日本青函海底隧道施工中先后發(fā)生4次涌水[1]，英法海底隧道發(fā)生火災(zāi)事故[2],我國(guó)的港珠澳大橋項(xiàng)目截止到2017年9月造成9起人員傷亡事故。這些安全事故的發(fā)生引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的高度重視，利用專家調(diào)查法、層次分析法(Analytic Hierarchy Process,AHP)、模糊數(shù)學(xué)法、蒙特卡羅(Monte Carlo,MC)模擬等方法，進(jìn)行了大量的研究并且取得了不錯(cuò)的成果。但是，方法相對(duì)單一，受主觀因素影響較大。本文在前人研究基礎(chǔ)上，建立了海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的AHP-CIM評(píng)估模型(層次分析法與控制區(qū)間和記憶評(píng)估模型)，并提出相應(yīng)的控制措施。AHP具有系統(tǒng)、簡(jiǎn)潔實(shí)用性，對(duì)事物進(jìn)行定性分析，但主觀因素存在不易令人信服，CIM側(cè)重處理定量問題，對(duì)事物評(píng)價(jià)比較科學(xué)，但不適用于處理定性指標(biāo)問題，將AHP-CIM相結(jié)合既可以克服CIM在獨(dú)自運(yùn)用時(shí)不能很好處理定性指標(biāo)的問題，又能彌補(bǔ)AHP模型受主觀因素影響的缺陷，實(shí)現(xiàn)定性定量相結(jié)合。

2 AHP-CIM風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

本文首先利用層次分析法(AHP)[3]對(duì)海底隧道施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，根據(jù)識(shí)別出的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行專家打分，然后計(jì)算準(zhǔn)則層各因素權(quán)重并檢驗(yàn)一致性。具體有：

1)建立海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)層次結(jié)構(gòu)模型；

2)構(gòu)造比較判斷矩陣；

3)計(jì)算層次單排序與總排序并進(jìn)行一致性檢驗(yàn)[4，5]。在此基礎(chǔ)上，利用模糊評(píng)價(jià)確定指標(biāo)層風(fēng)險(xiǎn)因素概率，建立控制區(qū)間和記憶評(píng)估模型(CIM)[6]，由指標(biāo)層向目標(biāo)層依次進(jìn)行疊加計(jì)算總的施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。在海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)中，各級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素的出現(xiàn)具有隨機(jī)性，將其同級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素簡(jiǎn)化為并聯(lián)關(guān)系，因此適用于CIM模型的并聯(lián)響應(yīng)模型。其組合影響概率公式如下所示:

P(Xa=xa)=

式中：Xa——表風(fēng)險(xiǎn)因素；

xa——被劃分的區(qū)間。

3 AHP和CIM模型在海底隧道工程中的應(yīng)用

渤海海峽跨海隧道(即煙大海底隧道)北起大連旅順，南至煙臺(tái)蓬萊，全長(zhǎng)123 km。該隧道將采用“2+1”深埋式“全隧道”方案(即單洞單線隧道+服務(wù)隧道+單洞單線隧道)，服務(wù)隧道位置略低于兩側(cè)車道。主隧道和服務(wù)隧道采用敞開式TBM+鉆爆法進(jìn)行施工，復(fù)合式襯砌。劃分為蓬萊端隧道口—北長(zhǎng)山島豎井、北長(zhǎng)山島豎井—北城隍島豎井、北城隍島豎井—旅順端隧道口三段。與此同時(shí)，采用深埋法解決防水的問題。

3.1 構(gòu)建海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

通過查找和總結(jié)先前隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分析的資料和信息數(shù)據(jù)[5,7,8],根據(jù)AHP的基本原理，建立了海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)估指標(biāo)體系，該體系共分為三層，即目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層，見圖1。

3.2 運(yùn)用AHP確定風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重

結(jié)合渤海海峽跨海隧道工程實(shí)際情況，將圖1作為渤海海峽跨海隧道施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)體系的風(fēng)險(xiǎn)因素層次圖，按照1～9標(biāo)度法，請(qǐng)海底隧道專家對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行兩兩比較，并給出相應(yīng)的標(biāo)度值，運(yùn)用AHP確定準(zhǔn)則層B的權(quán)重，計(jì)算結(jié)果如表1所示。

表1 準(zhǔn)則層B風(fēng)險(xiǎn)因素矩陣表

經(jīng)檢驗(yàn)判斷準(zhǔn)則層B風(fēng)險(xiǎn)因素CI<0.1，隨機(jī)一致性比率CR<0.1，即為通過一致性檢驗(yàn)。對(duì)于B層次以下各C層的子風(fēng)險(xiǎn)因素，認(rèn)定其權(quán)重是一致的。

在新一輪的教學(xué)改革下，老師要更新教學(xué)理念，大膽創(chuàng)新課堂設(shè)計(jì)，營(yíng)造活躍的課堂氛圍，讓學(xué)生在其樂融融的體育課上大膽學(xué)習(xí)和鍛煉。期間老師以啟發(fā)為主，引導(dǎo)學(xué)生之間自主合作練習(xí)，如教學(xué)跳高技術(shù)時(shí)，老師講解完技術(shù)要領(lǐng)后，做下示范動(dòng)作，然后讓學(xué)生們自主練習(xí)，一個(gè)同學(xué)跳時(shí)，其他同學(xué)邊看邊評(píng)，針對(duì)同學(xué)們五花八門的跳高姿勢(shì)，老師要緊抓機(jī)會(huì)適時(shí)總結(jié)，并以朱建華背越式跳高打破世界記錄的事例激勵(lì)學(xué)生要擁有大膽探索，勇于創(chuàng)新的體育精神。老師要多為學(xué)生創(chuàng)設(shè)豐富多彩的課堂教學(xué)內(nèi)容，以此調(diào)動(dòng)學(xué)生的運(yùn)動(dòng)積極性和主觀能動(dòng)性，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新意識(shí)和拼搏精神。

3.3 運(yùn)用CIM模型對(duì)海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)

本文結(jié)合模糊評(píng)價(jià)確定最后一層風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布，因此CIM模型在海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中有：

1)建立因素集(采用圖1)。

2)建立評(píng)價(jià)集。它是指評(píng)價(jià)者對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素可能做出的各種評(píng)價(jià)結(jié)果組成的一種集合，評(píng)價(jià)結(jié)果采用五級(jí)方式[9]，分別是風(fēng)險(xiǎn)大、風(fēng)險(xiǎn)比較大、風(fēng)險(xiǎn)適中、風(fēng)險(xiǎn)比較小、風(fēng)險(xiǎn)小，評(píng)價(jià)集用V表示，即V={風(fēng)險(xiǎn)大，風(fēng)險(xiǎn)比較大，風(fēng)險(xiǎn)適中，風(fēng)險(xiǎn)比較小，風(fēng)險(xiǎn)小}。

3)確定指標(biāo)層C風(fēng)險(xiǎn)因素概率分布。通過對(duì)海底隧道施工相關(guān)專家的調(diào)查(12人)，請(qǐng)專家對(duì)最后一層風(fēng)險(xiǎn)因素i給出評(píng)價(jià)j,然后計(jì)算最后一層每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布Pij[10]，公式如下：

其中，Nj為把風(fēng)險(xiǎn)因素i歸為同一風(fēng)險(xiǎn)檔次j的專家人數(shù);N為專家的總數(shù)。

4)根據(jù)指標(biāo)層C運(yùn)用CIM的并聯(lián)響應(yīng)模型，計(jì)算準(zhǔn)則層B和海底隧道施工總風(fēng)險(xiǎn)的概率分布，見表2，表3。

表2 準(zhǔn)則層B風(fēng)險(xiǎn)因素概率分布表

表3 海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)總的概率分布

由表3可知，該海底隧道施工總風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比較大，其概率為 37.3%。

通過AHP-CIM結(jié)合對(duì)渤海海峽跨海隧道工程的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得出結(jié)論：自然因素、管理因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為適中的可能性大；工程地質(zhì)因素、勘察設(shè)計(jì)因素、施工技術(shù)因素風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比較大，尤其是施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)因素，其次是工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)因素；工程施工總的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比較大。

4 海底隧道施工風(fēng)險(xiǎn)控制

由于渤海海峽跨海隧道施工技術(shù)因素、工程地質(zhì)因素風(fēng)險(xiǎn)比較大，對(duì)此提出以下措施進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制：在施工前應(yīng)準(zhǔn)確探測(cè)工程地質(zhì)條件,制定全面并且可靠的施工、消防措施以及緊急情況下的逃生訓(xùn)練等；加強(qiáng)地下水處理和防排水工作，制定“以排為主”，“截”“堵”“排”相結(jié)合的綜合措施[11]，并建立動(dòng)態(tài)的突涌水監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；根據(jù)不同地質(zhì)分段制訂地質(zhì)超前預(yù)報(bào)和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)計(jì)劃，采用綜合的地質(zhì)超前預(yù)報(bào)方案[12]，提高預(yù)報(bào)精度；控制超欠挖程度，組織專業(yè)技能人才提高鉆孔技術(shù)水平，加強(qiáng)施工管理；加強(qiáng)支護(hù)措施，把握好支護(hù)時(shí)機(jī)。

5 結(jié)語(yǔ)

本文建立了AHP-CIM模型，并利用該模型對(duì)渤海海峽跨海隧道項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了研究，識(shí)別出5種風(fēng)險(xiǎn)因素和16個(gè)子風(fēng)險(xiǎn)，得出隧道施工總風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)比較大，針對(duì)施工技術(shù)、工程地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)提出了控制措施。該模型建立過程較為合理完整，有一定的可信性，可為今后的類似風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估項(xiàng)目提供參考。

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