地鐵初步設計地下工程安全風險評估研究

金 淮 呂培印 徐耀德

(1.北京安捷工程咨詢有限公司 北京 100037;2.北京城建勘測設計研究院有限責任公司 北京 100101)

1 工程安全風險評估現狀

我國城市軌道交通建設已進入大規模集中發展時期。據統計，截止到2011年底，大陸已有28個城市開展了軌道交通建設，通常線路達56條，里程超過1700 km，中國已成為世界上城市軌道交通建設里程最長、建設城市最多、建設速度最快的國家。其中，北京在建線路7 條、在建里程188.7 km，均為全國地鐵建設城市之最［1］。

以地下工程為主的軌道交通建設具有規模大，穿越城市敏感地段多，沿線建(構)筑物、地下管網眾多，以及保護要求高、地質條件多變、施工工法多樣、管理界面多、工程風險突出等特點。在國內大規模地鐵建設過程中，一度質量安全事故多發，給政府、社會造成很大的負面影響。近年來，行業主管部門、政府、工程參建各方，對地鐵建設風險的高度關注和風險管控意識不斷加強，出臺了相關規范性文件和標準規范［2-3］，各地鐵建設城市不同程度地開展了安全風險評估與管理的研究和實踐工作。在地鐵建設中，相關方對地鐵工程安全風險評估與管理提出了新的、更高的要求。

工程設計是工程建設的龍頭，初步設計是確定工程建設方案和政府、建設單位進行綜合決策的關鍵階段，是工程風險管控的重要環節。初步設計方案基本穩定，與工程風險最為密切的要素基本明確，因此在初步設計階段組織開展全面風險評估，提出風險控制措施，為優化改善設計方案、規避重大風險、針對各類風險提出合理的設計處理措施提供依據，是有效規避和控制風險的重要手段和合理時機。地鐵及鐵路、公路等其他建設領域均已規定在初步設計階段要全面實施安全風險評估與管理工作［4-5］。

自2005年以來，北京地鐵積極探索和深化實施風險評估與管理工作，建立了貫徹建設全過程的風險管理體系和施工風險監控管理信息平臺，取得了顯著的風險管控效果和綜合效益，在全國地鐵建設城市中處于前列［6-8］。筆者在分析相關規范性文件、技術標準和北京及其他地鐵建設城市風險評估經驗和做法的基礎上，針對北京地鐵工程初步設計和風險管理的特點，對風險內涵、風險分級、評估要點等進行了系統研究，推動風險評估工作更加規范和可實施。

2 工程風險評估的定位

2.1 工程風險的界定

風險是一個極為抽象而且模糊籠統的概念，由于人們研究的角度不同，對風險的看法和給出的定義也不盡相同，很難給出一個完善嚴謹、一致公認并應用于不同領域的定義。目前，對風險的通常理解是“可能發生的問題”，字典中的解釋是“損失或傷害的可能性”，《現代管理百科全書》定義為“風險度R是損失概率P與損失后果C的函數”，國際隧道協會(ITA)定義為“風險是災害事故對人身安全及健康可能造成損害的概率”，GB 50652—2011定義為不利事件或事故發生的概率(頻率)及其損失的組合表示。

目前，風險評估與管理在工程建設中及相關領域得到廣泛應用，從風險管理的目標或范圍上看，出現了建設風險(GB 50652—2011)、項目風險(GB/T 20032.3—2005)、安全風險(鐵建設［2007］200號)、工程安全風險(交公路發［2010］175號)等多個概念。

在地鐵工程建設中，各種風險綜合并存(如工程實施風險、環境影響風險、經濟損失風險、工期延誤風險和社會影響風險等)，因地下工程隱蔽性強、不確定因素多，工程實施風險(因工程建設實施難度大或受周邊環境影響大導致工程自身和周邊環境安全性的風險)尤需特別關注。因此，地鐵工程安全質量風險應重點針對地鐵工程本身及其周邊環境，統一定位為“工程安全風險”［9］。

其中，工程自身風險是指由于工程結構自身的難度而導致工程實施過程中可能出現的安全風險，地鐵工程自身風險主要針對基坑隧道而言，如深大基坑、大斷面暗挖隧道、盾構始發與到達掘進等。

周邊環境安全風險是指臨近或穿越新建地鐵工程的建(構)筑物、管線、橋隧等周邊環境可能受工程施工影響，或因周邊環境的存在而影響工程施工安全性而導致的各類風險。

2.2 風險評估的內涵

根據GB/T 23694—2009/ISO《風險管理術語》和當前地鐵工程風險評估的做法，風險評估是風險管理的基礎工作和核心內容，是風險控制的重要依據，風險評估的內容及二者之間的關系如圖1所示。其中風險評估包括風險分析(風險分析又可細化為風險識別和風險估計)、風險評價分級(必要的專項評估)及提供風險處置措施(風險規避、風險轉移、風險降低、風險自留)建議的全過程。

具體而言，地鐵工程安全風險評估是專門從地鐵結構土建實施安全角度，通過充分收集和分析地質、環境條件及設計方案，識別基坑、隧道及周邊環境在工程建設中可能影響工程自身和周邊環境的各類安全風險，分析評價風險發生的可能性和后果嚴重程度，劃分風險等級大小，提出風險處置技術措施和風險管理策略，并編制風險評估成果文件的活動。

圖1 風險評估的內容及其與風險管理的關系

2.3 風險評估的內容與流程

根據GB 50652—2011的規定，并借鑒北京及其他地鐵建設城市的現行做法、經驗，地鐵工程初步設計安全風險評估內容包括新建地鐵工程全線風險分級評估和高環境影響風險工程專項評估。

風險分級評估是針對工程設計方案和工程建設條件，對新建地鐵工程實施可能導致的土建安全風險進行分類識別、估計、評價與分級、提出風險控制措施建議，編制全線地下工程風險列表及風險分級清單，并符合下列要求:

1)風險識別應在風險界定或劃分風險評估單元的基礎上，全面辨識可能存在的風險因素、風險事故及風險發生位置，確定風險名稱或類型(工程自身風險和環境影響風險)。風險分級宜以全線各地下工程標段(工點)或其單位工程為評估單元，可采用檢查表、專家調查、工程類比等方法。

2)風險估計是在風險識別的基礎上，估計風險事件發生的可能性風險損失及其相對風險指數或等級。可采用專家評議、模糊綜合評判、矩陣法等方法，必要時可建立合理的分析計算模型加以確定。

3)風險評價與分級是在風險識別和風險估計的基礎上，根據工程風險等級標準細化確定全線各地下工程標段(工點)或其單位工程的風險等級(可包括工程自身風險分級、環境影響風險分級和工程風險總體分級)，編制風險分級清單，必要時建立層狀或樹狀分級列表。可采用專家評議、層次分析和風險矩陣法，多種方法宜相互驗證。

高環境影響風險工程專項評估是針對評定為I級環境影響風險的工程，通過施工附加影響分析和計算預測，對環境對象安全性進行細化評估和深入風險評價，為環境安全保護專項設計、控制指標、制定專項施工措施(施工工藝工序、加固措施等)等提供依據。可采用理論分析、數值模擬、工程類比和專家評議等方法綜合確定。

無論是新建地鐵全線風險分級評估，還是高環境影響風險專項評估，實施過程中應盡量收集分析各種相關基礎資料，與設計單位充分溝通，深入了解設計方案及其變化過程，加強評估方案、評估成果的管理評審和專家論證，確保風險評估的科學性、嚴肅性和可靠性。

初步設計風險評估的總體管理流程見圖2。

圖2 風險評估的技術管理流程

3 風險等級標準

GB 50652—2011規定，工程建設風險等級標準按照風險可接受程度(由大到小)宜分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4級，并根據風險發生的可能性和風險損失的等級標準(分別分為頻繁、可能、偶爾、罕見、不可能5級和災難性、非常嚴重、嚴重、需考慮、可忽略5級)通過矩陣法確定風險等級標準(見表1、表2)。

表1 風險等級標準及風險接受準則

表2 基于風險發生可能性與風險損失等級的風險等級標準劃分原則

北京現行做法定義了“風險工程”的新理念，以工程自身和周邊環境兩類承險體為風險管理對象，制定了特級、一級、二級、三級的4級風險工程定性參考標準(圖3)及其調整原則。

圖3 北京現行風險工程分級規定

其中自身風險工程依據工程自身特點及實施難度為風險分級基本依據，如基坑深度、暗挖結構層數、跨度、斷面形式、覆土厚度、開挖方法等。環境風險工程依據環境自身特點如周邊環境對象的重要性、復雜性、現狀安全度、與新建地鐵結構的相互影響分區等為風險分級基本依據。

對比分析可以看出，GB 50652—2011規定和北京做法均以風險為關注點，但二者的定位、分級依據、風險接受準則等有較大的不同。

從定位上看，GB 50652—2011所指工程建設風險包括人員傷亡、經濟損失、工期延誤、環境破壞、社會不良影響等5大風險影響因素或類型，并面向規劃可研、勘察設計和施工等建設全過程，風險所指廣義、寬泛。北京做法更多關注地鐵工程建設的技術風險，多針對工程自身和周邊環境兩大承險體及設計階段，風險所指較窄、針對性強。

從分級評估依據上看，GB 50652—2011從風險的基本涵義出發，通過分別確定風險發生可能性和風險損失的等級，來確定工程建設風險等級，但由于國內地鐵建設歷史較短、積累的事故樣本嚴重不足，風險發生概率或頻率、人員傷亡、經濟損失或工期延誤等取值標準難以定量估測，有些標準偏高(如一旦有人員傷亡，政府和參建各方不可接受)，不適國情和技術上難以實現［8］。北京做法是以工程設計咨詢人員自身經驗為主，通過工程類比、專家評議和審查論證等方法進行定級判斷，方法實用、簡便，但存在對風險分析和定量化不足等問題。

從風險接受準則上看，GB 50652—2011規定了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ4個風險等級，分別是不可接受、不愿接受、可接受和可忽略，與工程實際有一定的脫鉤。工程在設計過程中也是一個風險認知、處理的過程，確定的設計方案一般是滿足相關技術標準要求的，不太可能出現Ⅰ級不可接受風險的情況，否則方案難以通過、需要設計變更等。北京做法分為特、一、二、三級風險工程，主要定位于指導工程安全分級管理(如專項設計、第三方監測)，并融入整個工程建設環節中，并非嚴格意義上的風險分級，即風險工程等級高，不一定風險高、工程應對措施復雜。

為更好地制定風險等級標準和開展風險管理，需要將二者很好地結合起來，總體原則是:既要合理確定風險等級，又要有利于工程管理和為工程服務。為此，建立如表3所示的風險等級參考標準。

表3 建議的北京地鐵土建風險等級參考標準

4 風險評估要點

在前述風險等級標準的基礎上，需針對自身風險分級、環境影響分級和專項評估的技術要點進行細化。

4.1 自身風險工程分級

工程自身風險應主要考慮不同工法、工程結構特點、地質條件、工程技術方案安全性及可實施性等影響因素。其中，地質條件應重點考慮勘察資料的深度及可靠性、不良地質、特殊性巖土、水文地質及對工程施工不利的地質條件(如飽水粉細砂層、地層空洞、卵漂石層、層間滯水、高承壓水、土巖復合地層、局部軟土層)等地質風險因素。

具體分級時，明(蓋)挖法工程可劃分為主體基坑工程、出入口、風井、工作井(暗挖施工豎井、盾構始發到達井)等分級單元，宜以地下結構的層數或基坑開挖深度為基本分級依據，輔以基坑形式復雜性、地質條件復雜程度等進行風險分級修正。

礦山法工程可劃分為暗挖車站或隧道區間標準段、隧道區間大斷面段、隧道區間特殊條件段(變斷面、處于不良地質或復雜環境地段等)、聯絡通道、出入口等分級單元，宜以礦山車站的層數、跨度或礦山區間的隧道跨度、斷面大小及復雜程度為基本分級依據，并輔以地質條件復雜程度、隧道空間狀態(坡度、覆土厚度、相鄰隧道空間位置關系)等為風險分級修正依據。

盾構法工程可劃分為盾構進出洞、盾構掘進、管片拼裝、盾構掉頭與過站、隧道區間特殊條件段(近接隧道、處于不良地質或復雜環境地段等)等分級單元，宜以地質條件復雜程度為基本分級依據，輔以隧道空間狀態(坡度、覆土厚度、相鄰隧道空間位置關系)等為風險分級修正依據。

風險分級依據及調整原則見表4。

表4 不同施工方法的自身風險工程分級依據及調整原則

4.2 環境影響風險工程分級

環境影響風險應考慮周邊環境的重要程度、現狀安全狀況、與新建地鐵結構的相互影響關系(通過工程影響分區定性確定)、所處地質條件、施工方法及周邊環境保護方案可實施性與安全性等影響因素。

周邊環境重要性程度可根據周邊環境對象的類型、功能定位、使用性質、特征、規模等，分為極重要、重要、一般、次要4級。環境重要性分級須以周邊環境調查資料作基礎。

周邊環境現狀安全度可根據周邊環境對象的安全現狀與現行國家地方標準規范的符合程度、當前使用功能狀況及安全適用性等方面確定，可分為差、中、良、優4級。周邊環境現狀安全等級須以周邊環境調查和檢測鑒定評價為基礎。周邊環境與新建地鐵工程結構的相互影響關系可根據二者間相互影響分區確定，分為強烈影響區、顯著影響區和一般影響區，參見表5。

表5 工程影響分級參考標準

環境影響風險工程分級時宜以周邊環境重要性分級和工程影響分區相互影響分級為基本分級依據，以周邊環境現狀安全等級、所處地質風險條件分級等進行風險分級修正，見表6。

表6 環境影響風險工程等級參考標準及調整原則

4.3 高環境影響風險工程專項評估

高環境影響風險工程專項評估應利用分析環境調查、檢測鑒定評價等相關成果資料，通過對周邊環境安全性進行施工附加影響分析，預測工程施工對環境的影響程度、范圍，對環境安全性和工程風險進行進一步評價，并提供環境變形控制指標和改善設計處理措施等建議，同時為環境影響風險的工程初步設計審查、環境變形控制指標確定、環境保護安全專項設計與施工圖設計、監控量測和制定專項施工措施(施工工藝工序、加固措施等)提供依據。

環境影響風險專項評估應針對不同的施工工況和工序，分析提出周邊環境影響的風險預警控制指標建議值，必要時給出相應工序的分階段控制指標建議值，供設計單位和專家論證時參考使用。

4.4 評估成果

風險評估成果報告可包括全線風險分級評估和高環境影響風險工程專項評估內容，統一或分別單獨成冊。

全線風險分級評估宜包括工程概況、風險等級標準、全線及各工點的風險辨識和風險辨識清單、全線及各工點的風險分級匯總表、各工點風險控制措施建議等，專項評估宜包括工程概況、現狀調查及檢測鑒定情況、評估范圍與方法、計算模型建立與施工工況、計算成果及施工附加影響分析、控制指標、工程設計處理措施及監測方案等。

5 風險評估的管理

為確保風險評估工作扎實、有效，風險評估實施全過程應做好以下管理工作:

1)宜委托有相應資質和經驗的設計咨詢單位或專業風險評估機構開展風險評估工作。其中風險分級評估與設計工作關聯性強，可由設計單位自身、第三方的設計咨詢單位或專業風險評估機構承擔;專項評估屬相對獨立的研究咨詢工作，可委托第三方的設計咨詢單位或專業風險評估機構承擔。

2)為加強風險評估工作的嚴肅性和可行性，建設單位應加強評估成果的專家審查，確保風險控制方案措施滿足初步設計的深度要求和審查的需要。

3)設計單位應根據風險評估報告，修改完善初步設計文件，制定相應的風險控制指導文件，開展專項設計和優化風險控制措施等工作。

4)工程概算中應增列風險評估費、風險管理費等相關費用。

6 結語

1)風險等級標準制定及風險評價與分級是風險評估的精髓，應綜合考慮不同工法、工程特點、地質條件、環境條件、設計方案及環境保護方案的安全性及可實施性等方面，分析由此產生的風險可能性和風險損失程度，以此進行綜合性的風險分級。

2)風險評估應加強技術風險的分析，與工程處理措施緊密對應，以提升其科學性和可實施性，為風險管理提供有效的支撐。

3)在當前大規模地鐵建設的條件下，需進一步加強風險評估的實施主體準入和評審論證等工作，盡快制定評估地方標準。

［1］住房和城鄉建設部工程質量安全監管司.2011年全國城市軌道交通工程質量安全督查情況分析研究報告［R］.北京，2011.

［2］建質［2010］5號城市軌道交通工程安全質量管理暫行辦法［S］.北京:中華人民共和國住房和城鄉建設部，2010.

［3］GB 50652—2011城市軌道交通地下工程建設風險管理規范［S］.北京:中華人民共和國住房和城鄉建設部，2011.

［4］交公路發［2010］175號 公路橋梁和隧道工程設計安全風險評估指南(試行)［S］.北京:中華人民共和國交通運輸部，2010.

［5］鐵建設［2010］162號 鐵路建設工程安全風險管理暫行辦法［S］.北京:中華人民共和國鐵道部，2010.

［6］羅富榮.軌道交通工程建設安全風險控制實施指南［M］.北京:中國建筑工業出版社，2011.

［7］楊秀仁.從務實角度談城市軌道交通工程建設安全風險管理［J］.都市快軌交通，2011，24(2):19-23.

［8］北京城建勘測設計研究院有限責任公司，北京安捷工程咨詢有限公司.住建部科技計劃項目“城市軌道交通工程風險評估等政策制度及技術指南”研究報告［R］.北京，2011.