城市隧道項目風險管理及動態預測技術應用探討

周利勇

（蘭州市政建設集團有限責任公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引 言

現階段，隧道工程建設規模逐步擴大，項目投資逐步增加，工程建設條件交互影響導致工程復雜性逐步上升。這些直接或間接造成工程風險也正朝損失程度高、代價大、風險因素多、復雜等方向發展。要管理好這么多復雜多變的風險，必須有一個合理科學的管理體系與之對應。對于大型工程項目來說，許多時候人工風險管理已經不能滿足當前社會的需要，由此借助計算機進行輔助案例分析的越來越多，而風險管理也從分析管理向預測估計發展，管理主抓預防、防治結合、超前預測的趨勢帶動了風險動態預測技術的研究，使其在虛擬現實和仿真模擬方面都有了快速進步。在復雜工程條件下，如何對城市隧道項目風險進行管理，達到工程預期目標，降低損失和事故率，這就需要進一步展開調查研究，最終解決實際問題[1-6]。

1 城市隧道項目風險管理

城市隧道項目風險管理體系包括項目建設過程（規劃階段、可行性研究階段、勘察設計階段、招投標與合同簽訂階段、施工階段、運營階段），目標管理（進度管理、質量管理、安全管理、投資管理）和風險管理模式[靜態風險管理、動態風險管理（風險界定、風險辨識、風險估計、風險評價、風險控制）]三大組成部分（見圖1）。三者之間相互影響、相互交匯。城市隧道項目全壽命風險管理是一個龐大的系統，管理需進行的工作十分繁重復雜。

圖1 城市隧道工程全壽命風險管理架構圖

1.1 靜態風險管理

靜態管理，在工程建設領域，指的是以某段時間內固定不變的工程信息為基礎，制定管理方案進行管理的過程。例如：在某個項目建設過程中，市場和政府政策短期內不發生改變，那么以此為依據進行的管理過程就是靜態管理。靜態風險管理，是指采用固定不變的風險管理手段對工程進行宏觀控制和總體估計。這里的靜態指的是風險管理手段是靜態的，管理結果不會因為工程信息的變動而變化，所以只能作為宏觀估計的手段。

靜態風險管理的特點雖然顯露了這種手法的局限性，但是也說明了其宏觀估計的優越性：許多工程的風險程度比較低，在可控范圍之內，有的對工程影響不大，若是經過系統分析、羅列許多表格、編制許多報告、處理許多數據后得出的結論是風險不大可以采用自留或者不予考慮等情況，這就浪費了許多人力、物力、財力做了無用功。如果在靜態風險管理中進行總體風險估計，管理結果在能接受的范圍之外，那么就要考慮進行動態風險管理對工程風險進行系統管理，找出造成巨大風險損失的具體原因并進行控制。

1.2 動態風險管理

動態風險管理是相對于靜態風險管理而言的，是對工程中各個環節的風險進行細化和動態跟蹤，它管理的對象可以是分部分項工程中的某些風險，也可以是單位單項工程中的某個風險。動態風險管理的特點在于微觀控制和估計，可以對變動條件下的風險進行分析，能較為貼切地反映風險變化的情況，符合工程實際情況，是當前隧道項目中較為普遍采用的管理手段。動態風險管理的對象主要是工程風險，針對風險客觀存在，風險存在的范圍十分廣泛，一旦發生可能會造成巨大的損失和不利影響，風險發生的時間、空間、造成的影響程度具有不確定性，風險的可變性等特點，主要按照風險界定（劃分評估單元）、風險辨識（列出風險因素）、風險估計（估計風險影響）、風險評價（風險定級決策）、風險控制（制定措施及方案）的管理步驟進行管理。對管理結果進行判斷：如果達到風險管理目標，管理結束；如果仍未達到風險管理目標，重新進行動態風險管理，直到達到管理目標為止。

2 風險管理動態預測技術

計算機輔助風險動態預測技術在國外已被應用于工程實踐中，發揮了很大的作用，但在國內仍然是一個比較陌生的領域。在動態風險預測技術研究中，一方面主要是對以AutoCAD、VRML、3DSMAX等軟件開發和應用為主的虛擬建造動畫的研究；另一方面主要是對以ANSYS、MATLAB、MIDAS、ABAQUS等軟件為主的建模、內力分析計算、結構可靠度分析等仿真計算進行探討分析。以下主要對三維可視化虛擬建造動畫預測技術進行探討。

2.1 風險動態預測技術的優點

三維可視化虛擬建造動畫預測技術的研究和應用是在充分考慮風險預測難度和虛擬建造技術的先進性基礎上進行的創造性結合，具有以下優點：

（1）目前大部分工程動畫的制作多是用于對工程建造的過程進行說明、展示，沒有考慮到把計算機虛擬建造的技術手段和工程風險管理預測結合起來，通過運用三維動畫虛擬工程建造過程，控制播放動畫可以透視工程建設的每一個階段，通過肉眼觀測就可以對工程建設中存在風險的環節、風險可能會造成的后果一目了然。

（2）對于風險預測，大部分工程主要還是采用預警和監測系統，相對于虛擬建造技術，該系統在風險預測的時間上明顯滯后，傾向于解決已發生的問題，而不是提早防范。

（3）通過借助計算機三維動畫可以對風險的發生和變化進行動態預測，及時制定措施加以預防和控制，可降低工程風險發生概率、減少工程造成損失。

2.2 風險預測技術的應用

主要采用 3DSMAX、AutoCAD、VRML等手段實現三維可視化風險動態預測，通過直觀、可視的三維動畫效果虛擬工程建造，結合項目建設全壽命風險管理可以對風險因素有很準確的認識和更敏銳的捕捉。技術應用的基本過程為：

（1）首先分析收集到的工程資料，對預測技術中各軟件的使用進行初步設計，對使用順序、相互銜接和主要任務等內容進行界定和規定。

（2）根據預測技術的初步設計結果，通過建模、貼圖、設置材質和燈光、渲染和后期處理等一系列工作進行三維可視化動畫虛擬建造。

（3）通過模擬工程建設，主要實現對項目全壽命周期中實施階段風險的分析和預測，查找風險源，制定風險處置措施。

2.3 風險預測可視化虛擬建造技術的實現

風險預測可視化虛擬建造技術的實現基本步驟如下：

2.3.1 制作動畫腳本

首先盡可能獲取足夠的項目CAD設計圖和資料，根據掌握的信息構思并編寫動畫腳本。腳本要詳細地說明每一個分鏡頭、聲音和動作效果的切入、各個鏡頭的銜接等等工作，就好比是一部“劇本”。這樣一來就對動畫制作的各個環節有了個清晰的認識。

2.3.2 建立動畫模型

根據需要選擇3DSMAX中的合適的建模工具進行建模，調整相應參數值直到與設計相吻合。也可以通過直接導入CAD圖紙或圖樣的方法建模。建模的手段比較多，有基礎建模、復合建模、多邊形建模、NURBS曲面建模、面片建模等方式。

2.3.3 匹配材質和燈光

在材質庫里對建好的模型進行材質選擇。一般3DSMAX中的燈光有普通燈光和光學燈光兩種，根據需要不斷調整材質和燈光直到最接近實際效果。

2.3.4 動力學設計

有時為了使有些動畫效果看起來逼真，會加入一些像水流、下雨等動力學效果，在空間扭曲力選擇對象，并進行參數編輯，就可以實現。

2.3.5 設置攝影機

最后形成的動畫是通過攝影機鏡頭拍攝出來的。在腳本中要考慮好攝影機的臺數、擺放角度、拍攝軌跡等等因素并在動畫制作的過程中根據實際情況不斷調整，按照腳本控制好切換攝影機的時點，記錄下拍攝的場景。

2.3.6 渲染工作

在完成拍攝的基礎上，在3DSMAX軟件環境中把動畫渲染出來，在這一階段可能需要對曝光、渲染紋理、渲染背景等許多參數進行控制和調整。渲染質量和時間是成反比的，渲染的幀數越多，耗時越長，質量越好。但是，在實際情況下，就需要找到在最短時間內保證最好渲染質量的平衡點。可以說如何合理控制渲染時間，保證動畫按期完成是這一階段的關鍵工作。

2.3.7 后期合成和效果處理

這部分工作就是要將渲染好的分鏡頭進一步處理，按照最初腳本的要求，在合適的位置添加聲音、特效和背景等因素，把散亂的動畫整合成一部完整的動畫短片。這樣所有的工作就完成了。

3 結 論

在國內風險管理逐步走入正軌的今天，由于國家城鎮化加速發展與基礎設施薄弱、城市交通網絡壓力過大現狀的矛盾普遍存在，加上城市隧道工程項目的技術仍不成熟，工程事故仍然頻發，對于城市隧道工程項目風險管理的研究還有待更加深入。

（1）對于城市隧道項目風險管理，必須把風險管理模式、項目建設過程和目標管理有機結合起來，形成一個三維管理架構，在時間、空間上對風險進行全方位把握。實現靜態風險管理和動態風險管理的結合，實現風險預防和管理的結合，這樣對今后工程項目的風險管理是比較可行的模式和方法。

（2）把計算機輔助預測技術（主要包括虛擬建造和仿真模擬）引入風險管理的過程，對于把發生事故后的消極應對轉變為事故發生前的主動預測，對于有效控制風險有極為重要的作用。結合計算機輔助設計和風險動態預測技術，實現可視化、動態預測和風險前瞻具有巨大優勢，對項目風險管理具有非常重要的作用。

（3）國內風險管理水平仍處于初級階段，風險管理研究工作還有很多不完善的地方有待改進。對于大型項目來說，人工管理方式已經跟不上時代的步伐，而計算機正逐漸替代人工，它方便快捷省力的優勢使之今后在風險管理中占有一席之地已經成為必然。因此，開發計算機風險分析軟件前景廣闊。風險預測方法在可視化的基礎上應朝著智能化的方向逐步發展。