基于模糊理論的施工風險量化與評價

李衍赫

摘要：研究運用模糊理論對鐵路隧道和橋梁施工風險進行評價。基于事故原因和系統安全理論，系統分析了鐵路隧道和橋梁施工的各種風險，并將其歸為五類：施工組織風險、人力材料設備風險、施工環境風險、施工技術風險和特殊風險。量化了各項風險的損失結果和損失概率并引入了風險附加值。同時引入專家權值Wp、平均風險評分Avgf、高風險率 Phf、極高風險率 Phfst等指標來綜合評定項目風險。最終實現了基于模糊理論的施工風險評價方案，對保障施工順利進行和完善風險應對策略具有借鑒意義。

Abstract： The fuzzy theory is utilized to evaluate the risk of railway tunnels and bridge construction. Based on the accident cause and system safety theory， the various risks of railway tunnel and bridge construction are systematically analyzed and classified into five categories： construction organization risk， human material equipment risk， construction environmental risk， construction technology risk and special risk. The loss results and loss probabilities of each risk are quantified and the risk added value is introduced. At the same time， the expert weight Wp， the average risk score Avgf， the high risk rate Phf， and the extremely high risk rate Phfst are introduced to comprehensively assess the project risk. Finally， the construction risk assessment scheme based on fuzzy theory is realized， which can be used as reference for ensuring smooth construction and improving risk response strategies.

關鍵詞：模糊理論;風險評價;風險損失結果;風險損失概率

Key words： fuzzy theory;risk evaluation;risk loss result;risk loss probability

中圖分類號：U213.2+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0036-03

0 ?引言

隨著國內經濟的快速發展，我國持續強化基礎建設投資，尤其是鐵路交通基礎設施建設。完善基礎設施建設，不僅能夠拉動國內經濟，同時有效帶動了當地人民脫貧致富。2011年至2013年的中國水泥使用量為66億噸，超過了美國1901年至2000年的44億噸水泥使用量總和[1]。在當前經濟發展模式使得經濟面臨巨大下行壓力條件下，中央提出了“三去一降一補”的工作部署，其中加強基礎設施建設成為首要重點工作。由此可知，鐵路及公路交通基礎設施建設將迎來大量資金投入。為了開發偏遠山區和改善城際交通，基礎設施建設重點放在了偏遠山區和城市地下軌道交通，因而不可避免的涉及到眾多復雜的橋梁和鐵路隧道施工[1-2]，這必將對鐵路施工風險辨別及相應安全管理提出了更高要求。

基于風險評估實現施工過程實時風險管理，能夠有效辨別施工危險程度并做好預防措施，提高人員安全，杜絕安全事故。針對基礎設施建設施工周期內的風險評估，國內外學者采用不同風險評估指標開展了大量的研究工作。Sangous Lee 和Daniel W. Halpin在公路建設施工過程中研究了多因素耦合作用下的安全事故率，提出模糊數學理論能夠有效解決安全管理問題[3]。隨著內外專家的相互交流，國外施工安全評估理論和方法的引起，對國內建立風險評價系統提到了積極的推動作用。定量風險評價（QRA）、概率分先評估（PRA）、分析層次分析（AHP）、模糊綜合評價、以及AHP-模糊綜合評價等風險評價系統建立起來，有效的促進了各行各業施工安全管理[4-8]，尤其是在航空、油田開發、煤礦開采、公路建設等方面[9-13]。大量的研究成果表明，模糊數學理論是應用在解決安全管理問題上產生了良好的經濟效益和社會效益。

完備的施工風險評價體系能夠有效辨別施工風險，保證施工進度規劃的合理性、安全管理的有效性和安全措施的可行性，完善施工風險應對策略和應急預案措施，降低施工風險突發概率，減少人員傷亡和財產損失[3]。本文基于針對模糊理論風險評估的研究成果，探討了在施工風險評價指標下，鐵路橋梁、隧道施工風險評價體系，并對鐵路隧道和橋梁施工風險進行評價。

1 ?鐵路橋梁、隧道施工風險分類分析

依據事故原因統計和系統安全理論，將施工風險分為以下五類：施工組織風險、人力材料設備風險、施工環境風險、施工技術風險和特殊風險[14]，如圖1所示。

施工組織風險包含：安全技術交底風險，安全生產責任風險，安全生產教育風險，安全生產技術風險，安全生產資料風險、安全制度風險、安全組織機構風險、安全文化建設風險、施工現場布置風險、現場出現險情的處理現場安全標示風險、監理風險、執行風險等。

人力材料設備風險包含：施工人員對機械的操作熟練程度風險、施工人員技術考核合格率風險、施工人員工作態度風險、施工人員安全意識風險、施工管理人員的經驗風險、材料的保存風險、材料狀態風險、材料達標風險、材料合理運用風險、機械設備質量合格率風險、機械設備操作說明完整率風險、機械設備相對老化程度風險、機械設備安全標示風險、現場消防設備風險等。

施工環境風險包含：氣象條件風險、水文地質風險、空間障礙物風險等。

施工技術風險包含：安全專項方案風險、設計技術風險、新工藝不確定性風險、變形監控風險等。

特殊風險包含：模板風險、高處作業風險、腳手架風險、臨時用電風險等。

通過明確定義以上五類風險險，可以用于后續定量分析，并且結合專家評價法對鐵路路基施工進行風險損失后果評價。

2 ?施工風險損失評分標準

結合現場施工過程的具體情況，運用定量計算分析和專家打分法[4]，將施工風險損失結果分為輕微損失、一般損失、較大損失、嚴重損失和毀滅性損失5類，分別對應1至5分;將施工風險損失概率分為很不可能、不可能、偶然、可能、很可能5類，分別對應1至5分。對于每一類施工風險，可以根據施工風險損失結果評分和施工風險損失概率評分，結合施工風險損失結果、施工風險附加值、施工風險損失概率和風險附加值計算得到某一特定施工風險的風險損失評分。

Sc（si）和Sp（qi）的確定過程如下：風險損失結果風險附加值是風險損失結果的因變量，風險損失概率風險附加值是風險損失概率的因變量。對于這兩個系數的取值，本文采用專家評價法進行確定，通過對20位工程技術專家的問卷調查，計算平均值后取整以利于后期計算，風險損失結果為“輕微損失”、“一般損失”、“較大損失”、“嚴重損失”和“毀滅性損失”時對應的風險附加值為0、2、4、7、10，風險損失概率為“很不可能”、“不可能”、“偶然”、“可能”、“很可能”時對應的風險附加值為0、2、4、7、10。

計算后的風險損失評分見表1。

對表1中的評級進行分析：

①表中淺灰色方格表示低風險（施工風險損失評分為1、4者），此類風險允許忽略，不需采取風險處理和監測措施;表1中灰色方格表示中度風險（風險損失評分為7、8、11、12、15者），此類施工風險可接受，一般不需采取施工風險進行必要的預防措施，但需予以安全監測并強化安全管理;

②表中深灰色方格表示高風險（施工風險損失評分為17、22、23者），不期望有此類風險，必須采取施工風險處理措施降低施工風險，強化安全監測與風險管理，使降低風險的成本與提高施工安全性達到經濟效益的平衡;

③表中黑色方格表示超高風險（施工風險損失評分為29、30、37、45者），此類施工風險不可接受，必須高度重視并采用影響措施予以避免，否則將不惜代價將施工風險至少降低至不期望程度。

根據表1所列施工風險值基本數據，從偏于施工安全的角度出發：Fi？燮4，視為低風險;423，視為超高風險。在鐵路橋梁或者隧道施工過程中，可以明確得到每一項風險的風險損失的具體評分，按照這一標準可實現施工風險的分級管理，不僅提高了工程施工效率，同時還能有效保障施工過程安全性。

3 ?施工風險損失加權平均評分和施工風險綜合評價

在施工風險損失評分標準明確之后，需要確定各項指標權重，進行施工風險的綜合評價。基于專家打分進行定量評估時，各專家工程知識背景、風險評估經驗以及評估能力對風險的評價存在差異。因此，在確定某項施工風險評價值時，納入專家權值（Wp），即采用加權平均評分，有效提高風險評價的準確性。

平均風險評分Avgf和高風險率Phf、超高風險率Phfst是對鐵路項目施工全周期的完整性風險評價指標，可作為加強鐵路施工安全管理的基本理論依據。在對所施工項目全周期的平均風險評分和高風險率Phf、超高風險率Phfst進行排序后，排名居前者為鐵路施工安全重點檢查督促對象。隨著鐵路施工進度的不斷推進，各項施工風險發生概率及嚴重程度等也不斷發生變化。在采取相應有效的施工風險評估和安全處理措施后，原風險得到有效控制的同時，又可能導致新的施工風險。因此，鐵路施工階段應開展風險動態評估和與其相適應的安全管理策略。

綜上所述，基于模糊理論的施工安全風險評價體系歸納為圖2所示。

4 ?結論

本文基于模糊理論，探討了鐵路隧道和橋梁各類施工風險評價體系。通過專家打分策略和分析計算方法，分析了單項風險評價策略，建立了施工項目綜合風險評價體系。該研究為鐵路隧道及橋梁施工風險動態評估和施工安全管理提供了理論依據，對提高其施工周期內風險控制與安全管理具有重要的借鑒意義和應用價值。

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