高速公路隧道施工風險管理探討

何應軍，羅守洪，繆成銀

(四川公路橋梁建設集團有限公司公路三分公司，四川成都610200)

1 隧道風險管理研究現狀

公路隧道施工具有工程量大、技術復雜、工期長、涉及面廣等特點，面臨著大量的風險和不確定因素，而且這些風險具有復雜性、多樣性、綜合性、突發性及偶然性的特點。截止目前為止，我國在公路隧道建設領域取得了舉世矚目的成就，但對隧道施工安全風險管理的研究尚處于起步階段。近年來我國隧道工程建設施工中經常發生安全事故。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年宜萬鐵路高陽寨隧道巖崩事故等。這些施工安全事故表明，隧道施工過程安全風險管理形式嚴峻，迫切需要進行有效的風險管理和控制。

風險管理理論在隧道工程中應用較晚，而且由于風險因素眾多、風險因素相互之間交錯影響大，在風險定量分析方面進展緩慢。直到2002年，國際隧協(International Tunneling Association，簡稱為ITA)出版了《Guidelines for Tunneling Risk Management》，為隧道工程(以巖石隧道為主)的風險管理提供了一整套參照標準和方法[1]。在國內，隨著我國交通事業的蓬勃發展，以及大力發展西部地區所遇到的隧道建設問題，風險管理在隧道及地下工程中的應用受到了前所未有的關注，各大設計院、保險公司以及高校都在近幾年內開始了相關研究，并取得了豐富的成果。如同濟大學丁士昭對我國廣州地鐵首期工程、上海地鐵一號線工程等地鐵建設中的風險和保險模式進行了一定研究;香港L·Mcfeat－Smith提出了亞洲復雜地質條件下隧道工程的風險評價模式，根據發生頻率的高低將風險分為5級，根據風險發生影響后果也將風險分為五級。同濟大學黃宏偉對國內外隧道及地下工程建設中的風險管理研究進展進行了系統總結，并開發出TRM1.0 風險管理軟件[2]、[3]。上海交通大學與上海市隧道工程軌道交通設計研究院進行了隧道工程設計系統的風險管理研究，將隧道工程設計系統的風險管理工作分為項目研究和方案設計階段、設計操作階段和運營階段3個階段，并細化為預可行性研究、工程可行性研究、擴初設計、初步設計、施工圖設計、運營組織維護設計6道“管理門(SSGate)”，通過為每道SS－Gate管理門設置相應的風險管理任務和分配風險管理工作內容，建立“SS－Gate”隧道工程設計系統的風險管理門方法。

2 隧道施工風險產生的機理及識別

2.1 隧道施工風險產生的機理

隧道工程中風險產生的機理主要與地質條件、施工復雜性等客觀因素有關，也與施工人員風險意識薄弱等主觀因素有關。從因果角度考慮，由于隧道工程孕育風險的環境，加上致險因子的誘導，就有可能引發各類風險事故的發生，進一步對各種承載體造成損失。隧道施工風險產生機理具體而言包括:

2.1.1 隧道工程所處的地質條件極為復雜

隧道所穿越的圍巖類別多、變化大，隧道實際穿越的圍巖類別、圍巖條件與設計所提供的圍巖會有出入，而且往往會更為復雜，且具有突發性。如2007年8月5日，宜萬鐵路(湖北宜昌至重慶萬州)野三關隧道發生特大透水事故，造成3人死亡，7人失蹤。經事后分析，這起事故發生的主要原因是當地連續降雨導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，而調查勘探工作未能發現不明承壓水體，當隧道巖體揭露后，造成巖溶水壓的承載失衡，導致突水突泥重大事故的發生;

2.1.2 施工難度大、施工工藝復雜

隧道工程規模通常很大，與之對應的作業空間又十分有限，機械設備構造復雜、數量眾多，導致隧道工程施工工藝較為復雜。而且工程往往需要穿山過嶺、從水下穿過，這導致施工難度大。這些因素相互影響，蘊藏著很大的風險。如2008年宜昌云集隧道約600 m深處發生頂部結構層石板垮塌事故、2007年合寧鐵路亭子山隧道塌方事故、2007年宜萬鐵路高陽寨隧道巖崩事故等，引起這些事故的主要原因就是隧道施工本身難度大、工藝復雜。

2.1.3 施工人員風險意識薄弱

目前我國隧道工程施工的一線工人知識水平普遍較低、文化程度不高、安全風險意識薄弱。加上隧道工程規模大，工期長，因此涉及到的相關方個體多，在施工操作中，常常出現因為風險因素薄弱而忽視風險的現象。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號線管涌坍塌事故等，這些事故就是屬于責任事故范疇，在施工及管理人員具有一定的風險意識后本可避免。

2.2 隧道施工風險識別

對隧道施工風險進行管理之前，首先要做的是識別風險。目前通用的風險識別方法有專家調查法、事件樹與故障樹法，幕景分析法等[5～7]。

2.2.1 專家調查法

專家調查法是常用的風險識別方法，在專家調查法中應用較廣的是德爾菲法(Dephi法)和頭腦風暴法。

德爾菲法目前在工程風險識別中應用比較廣泛。首先分發預先設計好的設計調查表，然后參與專家各自憑經驗和知識作答，最后回收調查表統計分析。其缺點是主要依賴參與專家的主觀判斷;調查結果的深度和全面性依賴調查表設計的周詳程度，如果調查表設計有疏忽，就會遺漏重要關鍵的風險。因此，德爾菲法比較適合風險因素不太復雜的項目。

頭腦風暴法通常由五六個人，多則十幾個人參加，充分的探討發表意見。此方法適用于目標比較明確的情況。在進行頭腦風暴法的過程中，應遵循以下規則:思想境界要開放，尊重不同意見，禁止對他人意見的非難;要有一定數量的思想;將這些思想進行分類、組合。

2.2.2 事件樹與故障樹法

事件樹方法是根據一些規則用圖形來表示由某些激發事件可能引起的許多事件鏈，以追蹤事件破壞的過程和評價系統的可靠性。隨著事件數目的增加，這個圖形表示法就像一棵樹的枝葉一樣展開。故障樹理論通過對系統故障原因的逐層分解并分析故障原因的邏輯關系，從而對系統的可靠性進行評價。

在工程項目的風險識別中事件樹與故障樹法使用比較廣泛，既可用于定性的風險識別又可用于定量的風險估計。故障樹法和事件樹法也可以結合應用，這樣就形成了既可以預測故障原因，又能預計故障后果的因果圖。

2.2.3 幕景分析法

該方法是一種能辨識引起風險的關鍵因素及其影響程度的方法。幕景就是用圖表或者曲線等模擬事件未來的某種狀態。由于計算復雜和方案眾多，一般使用計算機進行模擬。模擬的重點是:當某種因素做各種變化時，整個情況會是怎樣?有什么風險發生?后果如何?就像電影上一幕一幕的場景一樣，因此叫幕景分析法。幕景分析法的缺點在于主要依靠分析者目前的知識體系、經驗水平和所掌握的信息，因此就可能產生偏差。

3 隧道施工風險評價

在辨識出風險源之后，要對找出的風險因素進行評價。常用的評價技術有:風險矩陣法、蒙特卡羅法、層次分析法、模糊推理法、神經網絡法、最低熵密度法、馬爾科夫鏈法等[8]～[10]。

3.1 風險矩陣法

該方法將風險事件發生的頻率和影響程度分別分為5個級別，然后分別作為矩陣的行和列，形成了一個5×5的風險矩陣，然后按照風險在矩陣中的位置做出該風險可以接受、風險盡量低(既合理又實際)或風險不能容忍三種評價結論。

3.2 蒙特卡洛模擬法

該方法是以概率統計理論為基礎的隨機抽樣統計試驗法。通過事先了解各輸入變量的分布、取值，然后用隨機數發生器來產生具有相同概率的數值，帶入到數學模型中計算，大量的次數得到大量的虛擬樣本，最后統計計算這些樣本。

3.3 層次分析法

這是一種定性與定量相結合的多目標決策方法。該方法通過明確問題、建立層次分析結構模型、構造判斷矩陣、層次單排序、層次總排序五個步驟，計算各層次構成要素對于總目標的組合權重，從而得出不同可行方案的綜合評價值，為選擇最優方案提供依據。

3.4 模糊分析法

工程風險中存在大量的模糊因素，模糊分析法就是利用模糊理論來評價這些因素，從而建立工程質量風險的模糊評價模型。

3.5 人工神經網絡法

人工神經網絡是在模仿人腦處理問題過程中發展起來的一種智能信息處理理論。人工神經網絡具有自適應性、非線性處理、并行處理等特點。神經網絡的非線性映射和模式分析的能力可以應用于風險分析中。以隧道施工中最常見風險因素分析為基礎，以經濟損失為指標，利用人工神經網絡建立風險評價模型。

4 隧道施工風險應對措施

4.1 風險應對決策技術

風險應對決策方法包括期望值法、效用函數法、費用效益法、多目標法和決策樹法等[11]。

4.1.1 期望值法

該方法把每個決策方案的目標變量看成是離散的隨機變量，其取值就是每個行動的方案所對應的損益值。該方法利用計算出的每個方案益損期望值進行取舍，如決策準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方案;反之，若決策準則是費用期望值最小，則選擇費用期望值最小的方案為最優方案。

4.1.2 效用函數法

該方法一般是:首先列出待決策問題各種風險條件下的可能損失(收益)、及相應的概率，通過調查詢問的方法了解到風險管理者對獲得不同損益的效用度，進一步得出損益的效用函數曲線，通過比較幾種方案的期望效用損益，選擇最優的期望效用損益對應的方案作為風險應對方案，該方法的實質是“風險可接受準則”的具體應用。

4.1.3 費用效益法

任何風險應對方案都要付出一定的代價，并帶來風險影響的降低，但是高成本的風險應對方案未必就是將風險降至最優水平的合理決策方案，需要在二者之間進行權衡，費用效益決策法就是在獲取同等風險管理效益的前提下選擇成本最小的風險應對方案的決策方法。

4.1.4 多目標法

多目標決策也是一種風險最優化方法。在隧道施工風險方案決策中，多目標決策問題是不可避免的，比如工期和費用風險的多目標決策問題、項目功能和費用的多目標決策問題，以及項目總目標風險的決策等問題。常見多目標決策方法有層次分析法、模糊綜合評價法和多目標轉化為單目標的決策方法等。

4.1.5 決策樹法

該方法實質是對期望值準則的具體應用，其結構由決策點、方案枝、狀態點及概率枝構成，其尋求最優方案的過程就是比較各狀態節點的期望值的過程，這是一種運用于多階段決策的圖式模型方法。

4.2 風險應對措施

風險應對措施一般包括風險規避、保險、風險轉移、風險防范和降低、風險自留等。

4.2.1 風險規避

風險規避是常用的風險應對措施，同時也是一種放棄性措施。企業采取風險規避措施，不承接經營某項目時，一方面可以避免風險發生，另一方面也放棄了項目可能產生的經濟效益;

4.2.2 保險

保險的本質是損失分擔，大數法則在這種損失分攤的機制中起著重要的作用，同時也起著風險分散的作用。保險是目前承包商最常用的風險管理方法。

4.2.3 風險轉移

通過與業主、分包商或者材料設備供應商的商談，承包人可以實現風險轉移。與保險方式不同的是，合約轉移中風險承受者不是保險商，并且由于不能獲得充分的歷史數據或者沒有能力對風險進行充分預測，風險承受者通常不承擔足夠的損失暴露單位。多數合約轉移是通過在免責協議、賠償條款或者和約調整中預先規定的方式實現。

4.2.4 風險防范和降低

通過采取措施防范風險發生或降低風險發生概率以及風險發生時產生的損失，這是直接應對風險的措施。

4.2.5 風險自留

風險自留是指一個企業以其內部的資源來彌補損失。這種自留一般是指有計劃的，非計劃的風險自留不能稱之為一種風險管理的措施。在些情況下.一旦損失發生，企業必須以其內部的資源(自有資金或者借人資金)來加以補償，風險保留到哪一步，取決于企業觀念和需求，以及對損失的承擔能力。

5 結論

本文在對隧道工程施工風險管理國內外研究現狀充分調研的基礎上，闡述了隧道工程項目施工過程中風險產生的機理，介紹了隧道施工風險識別的三種基本方法:專家調查法、事件樹與故障樹法、幕景分析法，以及常用的風險評價方法: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網絡法;介紹隧道施工風險管理的風險決策方法:望值法、效用函數法、費用效益法、多目標法和決策樹法，以及隧道施工風險管理的風險應對方法:風險規避、保險、風險轉移、風險防范和降低、風險自留等。本文可為公路隧道施工過程中的風險管理提供參考。

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[2]王巖，黃宏偉.地鐵區間隧道安全評價的層次－模糊綜合評判法[J].地下空間，2004，24(3):301－305

[3]黃宏偉，曾明，陳亮，等.基于風險數據庫的盾構隧道施工風險管理軟件(TRM1.0)開發[J].地下空間與工程學報，2006，2(1):36－41

[4]李希元，閆靜雅，孫艷萍.盾構隧道施工工程事故的原因與對策[J].地下空間與工程學報，2005(12):968－969

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[8]賈颯颯.公路隧道施工風險評價研究[D].重慶:重慶交通大學，2006

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