基于ISM 的地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素研究

王迪WANG Di

（深圳市固戍水質(zhì)凈化有限公司，深圳 518000）

0 引言

2022 年11 月8 日，國家發(fā)展改革委印發(fā)《關(guān)于進(jìn)一步完善政策環(huán)境加大力度支持民間投資發(fā)展的意見》，意見指出要“因地制宜推廣污水處理廠下沉”。2024 年1 月10 日，國家發(fā)展改革委等三部門印發(fā)《關(guān)于推進(jìn)污水處理減污降碳協(xié)同增效的實(shí)施意見》，意見指出“土地資源緊缺的城市可建設(shè)全地下/半地下式污水處理廠”。在國家政策的大力推動下，地下式污水處理廠建設(shè)逐漸興起，其對于推動城市生態(tài)文明可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

我國污水處理廠通常是地上式，但是隨著城市建設(shè)高速發(fā)展，城市土地資源緊張，地上式污水處理廠難以滿足當(dāng)前城市可持續(xù)發(fā)展的需求，而地下式污水處理廠憑借著土地集約化、生態(tài)友好性的特點(diǎn)逐步取代地上式污水處理廠，成為建設(shè)首選。雖然地下式污水處理廠相對于地上式污水處理廠具有獨(dú)特優(yōu)勢，但是由于結(jié)構(gòu)的差異，地下式污水處理廠的投資成本高、運(yùn)營維護(hù)難、施工安全風(fēng)險大等問題制約了其現(xiàn)階段的廣泛應(yīng)用[1]。為此，本文首先識別了影響地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素，然后利用解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）分析了其之間的影響關(guān)系，最后針對地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險控制給出落地的建議，為地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險管理提供科學(xué)依據(jù)。

1 工程概況

W 市地下式污水處理廠項目采用了PPP 模式中的“BOT+O&M”方式，是該市首座現(xiàn)代化地下式污水處理廠，設(shè)計日污水處理量50000m3/d，配套一級干管總長度13.86km，二級管網(wǎng)長度29.37km，三級管網(wǎng)長度54.68km。該項目以基坑工程為主，平均開挖深度10.9m、最深達(dá)15.8m，開挖土方總量達(dá)216000m3。由于施工場地內(nèi)管線錯綜復(fù)雜，開挖深度較大，總體施工難度較大。

2 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素識別

近年來，國內(nèi)外大量的學(xué)者都對地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險識別和應(yīng)對展開了研究。劉世德等結(jié)合地下式污水處理廠的結(jié)構(gòu)特征，分析了地下式污水處理廠建設(shè)和運(yùn)行過程中的關(guān)鍵施工安全風(fēng)險問題，并提出針對性的建議[2]。王泉基于上海某地下式污水處理廠項目，分析了其施工階段的風(fēng)險，并提出了其施工過程中的安全管理重點(diǎn)[3]。孫世昌認(rèn)為地下式污水處理廠在施工過程中存在施工難度大、建設(shè)成本高、安全隱患大等問題，并給出了相應(yīng)的解決辦法，為地下式污水處理廠建設(shè)提供技術(shù)支持[1]。胡愛軍以西北某工業(yè)園污水處理廠工程為例，研究出高水位地質(zhì)條件下的施工方法和注意事項[4]。萬玉生分析了全地下式污水處理廠施工階段的問題和風(fēng)險，并從埋置深度、防水設(shè)計、內(nèi)力計算等方面給出了其結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方案[5]。Giwa 等認(rèn)為傳統(tǒng)污水處理廠存在建設(shè)和運(yùn)營成本高、健康安全風(fēng)險嚴(yán)重和設(shè)計單調(diào)等問題，并提出要從地下布置結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)方面著手解決[6]。Widiana 等研究了地下式污水處理廠施工過程中揮發(fā)性有機(jī)化合物暴露的風(fēng)險[7]。

為了識別地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素，本文在廣泛收集、篩選國內(nèi)外地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險相關(guān)文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，通過德爾菲法咨詢了相關(guān)領(lǐng)域多個專家的意見，最后分類匯總確定了4 類，總共15 個具有代表性的施工安全風(fēng)險因素（表1）。

表1 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素分類與解釋

3 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素的ISM 模型

解釋結(jié)構(gòu)模型（ISM）是一種將復(fù)雜的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)要素，利用人們的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)并借助計算機(jī)的幫助，理清不同要素間的相互關(guān)系，最終建立一個直觀的多級遞階結(jié)構(gòu)模型[8]。該模型能夠清楚明晰地展示復(fù)雜系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)層次，因此本文采用解釋結(jié)構(gòu)模型來分析地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險，深入探究其作用機(jī)理。

3.1 構(gòu)建地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素鄰接矩陣A

利用上述匯總分析得到地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素構(gòu)建系統(tǒng)的要素集合S，S 的表達(dá)式為S={S1，S2，S3，…，Sn}。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)和半結(jié)構(gòu)性的專家訪談等方式來判斷不同地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素兩兩之間的關(guān)系aij，一般用0、1 表示，進(jìn)而構(gòu)建地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素鄰接矩陣A=（aij）n×n，具體如式（1）所示。

根據(jù)上述公式，建立如下地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素鄰接矩陣A（表2）。

表2 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素鄰接矩陣A

3.2 構(gòu)建地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R

運(yùn)用推移律和布爾代數(shù)運(yùn)算規(guī)則（即0+0=0，0+1=1，1+0=1，1+1=1，0×0=0，0×1=0，1×0=0，1×1=1）對地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素鄰接矩陣A 進(jìn)行迭代運(yùn)算，直至滿足式（2），即可得到地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R。由于數(shù)據(jù)計算量較大，為了方便計算，通過Matlab R2018b 軟件進(jìn)行編程運(yùn)算，求得地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R（表3）。

表3 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R

3.3 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素的多層級劃分

為了更清晰地了解系統(tǒng)中各因素之間層級影響關(guān)系，在上述地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R的基礎(chǔ)上進(jìn)一步理清各因素之間的層級結(jié)構(gòu)，進(jìn)行地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素的多層級劃分，其中最上層表示的是系統(tǒng)的直接因素，其下面每層表示的是上一層的原因，最下層表示的是系統(tǒng)的根本因素。其具體步驟為：首先根據(jù)可達(dá)矩陣R 找到各個因素對應(yīng)的可達(dá)集R（Si）、前因集A（Si）和交集T（Si），其中R（Si）為可達(dá)矩陣R 中的第Si行中所有矩陣元素為1 的列對應(yīng)的要素集合而成，A（Si）是由可達(dá)矩陣R 中的第Si列中所有矩陣元素為1 的行對應(yīng)的要素集合而成，T（Si）=R（Si）∩A（Si）。然后找到T（Si）=R（Si）所對應(yīng)的因素，將其作為多級遞階層次結(jié)構(gòu)的第一層，并將其從可達(dá)矩陣R 中劃掉所對應(yīng)的行和列，依次重復(fù)該步驟，直至找到多級遞階層次結(jié)構(gòu)所有層級和每個層級所對應(yīng)的全部因素，形成完整的多級遞階層次結(jié)構(gòu)。

為了提高該步驟的可操作性，這一步驟同樣使用Matlab R2018b 軟件編程來完成。最后運(yùn)算的結(jié)果為L1={1，5，6，8，15}，L2={14}，L3={7}，L4={2，11，13}，L5={3，10，12}，L6={4，9}。最后根據(jù)地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素多層級劃分的結(jié)果以及地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素可達(dá)矩陣R，建立地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素ISM 模型（圖1）。

圖1 地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素ISM 模型

3.4 結(jié)果分析

通過圖1 可以發(fā)現(xiàn)，地下式污水處理廠項目的15 個施工安全風(fēng)險因素被劃分為6 個層級，不同層級之間的風(fēng)險因素相互影響相互關(guān)聯(lián)，形成了一條邏輯緊密的因素鏈，共同組成了一個多級遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

①模型底層的施工安全風(fēng)險因素有2 個，分別是S4管理人員風(fēng)險識別能力不足和S9安全教育培訓(xùn)不到位。模型底層的施工安全風(fēng)險因素屬于根本影響因素，它們會直接或間接地影響上層施工安全風(fēng)險因素，是地下式污水處理廠施工時應(yīng)該關(guān)注的關(guān)鍵施工安全風(fēng)險因素。因此項目施工單位應(yīng)該加強(qiáng)對施工人員和管理人員的安全教育培訓(xùn)，培養(yǎng)相關(guān)人員安全意識，提高管理人員識別風(fēng)險的能力，從源頭上化解地下式污水處理廠施工時的安全風(fēng)險。

②模型頂層的施工安全風(fēng)險因素也有5 個，分別是S1施工人員操作失誤、S5模板支撐體系穩(wěn)定性差、S6腳手架搭拆頻繁、S1機(jī)械設(shè)備故障和S15有毒有害氣體泄漏。模型頂層的施工安全風(fēng)險因素屬于直接影響因素，是地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險的直接來源，應(yīng)作為相關(guān)單位進(jìn)行施工安全風(fēng)險管控的終極目的，通常需要對模型底層和過渡層的施工安全風(fēng)險因素加以約束來進(jìn)行控制。如若要降低地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險，可以通過提高模板支撐體系穩(wěn)定性，減少腳手架搭拆頻率，做好機(jī)械設(shè)備前期檢查工作，并時刻監(jiān)測是否有有毒有害氣體泄漏的情況來化解風(fēng)險，除此之外還可以通過提前勘察地下管線管網(wǎng)埋置情況，減少實(shí)際施工過程中的失誤來降低風(fēng)險發(fā)生的概率。除此之外還應(yīng)該注意該模型頂層的4 個施工安全風(fēng)險因素不但受到下面各層施工安全風(fēng)險因素的影響，它們之間也有密切的循環(huán)關(guān)系，任何一個施工安全風(fēng)險因素細(xì)微的變動都會導(dǎo)致另外三個施工安全風(fēng)險因素的較大波動，因此還可以通過控制這四個風(fēng)險因素使其相互制約，降低風(fēng)險。

③模型的過渡層（2-5 層）的施工安全風(fēng)險因素總共有8 個，分別是S2、S3、S7、S10、S11、S12、S13、S14。模型過渡層的施工安全風(fēng)險因素一般為間接影響因素，即在模型中起到承上啟下的作用，將底層的施工安全風(fēng)險因素傳遞給頂層的施工安全風(fēng)險因素。其中施工人員文化素質(zhì)水平不高會導(dǎo)致施工人員技術(shù)能力不足，因此施工單位在招募施工人員時應(yīng)盡量選擇有一定文化水平的施工人員；安全措施費(fèi)投入不足會導(dǎo)致風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案不完善，因此施工企業(yè)應(yīng)加大安全措施費(fèi)投入力度，確保安全防護(hù)設(shè)施齊全，同時完善風(fēng)險應(yīng)急預(yù)案，提高抗風(fēng)險能力；天氣狀況惡劣一定程度上會影響水文地質(zhì)條件，導(dǎo)致地基塌方等問題，因此在遇到惡劣天氣時應(yīng)避免施工，減少惡劣天氣帶來的影響。除此之外，構(gòu)件質(zhì)量不達(dá)標(biāo)會導(dǎo)致返工，地下管線管道也會重新埋置，使得后期施工現(xiàn)場需重新開洞，增加安全風(fēng)險，因此施工單位應(yīng)嚴(yán)格確保構(gòu)件的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，杜絕潛在風(fēng)險發(fā)生。

4 結(jié)論

本文通過建立地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險因素的ISM 模型，分析了地下式污水處理廠項目15 個施工安全風(fēng)險因素間的層次結(jié)構(gòu)關(guān)系。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：管理人員風(fēng)險識別能力不足和安全教育培訓(xùn)不到位這兩個風(fēng)險因素處于ISM 模型的底層，是影響地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險的根本因素；施工人員操作失誤、模板支撐體系穩(wěn)定性差、腳手架搭拆頻繁、機(jī)械設(shè)備故障和有毒有害氣體泄漏這五個風(fēng)險因素處于ISM 模型的頂層，是影響地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險的直接因素；除此之外，模板支撐體系穩(wěn)定性差、腳手架搭拆頻繁、機(jī)械設(shè)備故障和有毒有害氣體泄漏這4 個風(fēng)險因素之間形成了一個兩兩相互影響的循環(huán)關(guān)系，施工企業(yè)在進(jìn)行地下式污水處理廠施工安全風(fēng)險控制時也應(yīng)特別注意。