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線某區間隧道為例，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展。但近10年間，發展變得越來越快。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展時間相較于國外發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域，周邊環境復雜等等。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。而國際隧道協會(ITA)也在2004年發布了《隧道風險管理指南》[5]作為行業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范(GB50652-2011)》[10]，相信若嚴格執行的話，其能有效減少事故率。

本文的研究擬從工程最易發生事故的時間段——施工過程出發，以重慶市軌道交通環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，因此風險事件的發生也會隨著工程的發展而不斷變化。但也并不是無章可循，因風險事故就是存在的孕險環境在致險因子的作用下而發生的，故在分析中需重點關注致險因子和孕險環境。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，依靠統計反映事故發生情況的數據資料，必然能找到有事故發生的規律，它也可為我們在宏觀管理和決策方面提供可靠的依據。筆者分析了近幾年的相關文獻，暫把事故的分布規律分為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時發生事故的次數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，4、11月為次高發。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間。按照胡群芳等人的統計來看，區間發生的事故數明顯多于車站。

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。現對以上文獻中出現的隧道施工事故做一個整合統計再分析，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生。

3　FAHP基本理論

3.1FAHP理論

FAHP即為將模糊數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，再通過適當的模糊算子進行綜合評估的方法。

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

重慶市軌道交通環線一期工程渝魯站至五里店站區間，途徑渝北區及江北區。受沿線構筑物及已建五里店站標高限制，區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，后與環線五里店站站前區間已預留單線對接。由渝魯站至五里店站區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間為例，該區間上覆土為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。 根據規范[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。 采用根據專家評定的原則確定評判矩陣。現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，在事故總數中的比例接近80%。在施工時要尤其注意這幾類事故的發生。

(3)根據對重慶市軌道交通環線某區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

A

1674-9944(2016)14-0199-03