城市隧道項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理及動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)應(yīng)用探討

周利勇

（蘭州市政建設(shè)集團(tuán)有限責(zé)任公司，甘肅 蘭州 730050）

0 引 言

現(xiàn)階段，隧道工程建設(shè)規(guī)模逐步擴(kuò)大，項(xiàng)目投資逐步增加，工程建設(shè)條件交互影響導(dǎo)致工程復(fù)雜性逐步上升。這些直接或間接造成工程風(fēng)險(xiǎn)也正朝損失程度高、代價(jià)大、風(fēng)險(xiǎn)因素多、復(fù)雜等方向發(fā)展。要管理好這么多復(fù)雜多變的風(fēng)險(xiǎn)，必須有一個(gè)合理科學(xué)的管理體系與之對應(yīng)。對于大型工程項(xiàng)目來說，許多時(shí)候人工風(fēng)險(xiǎn)管理已經(jīng)不能滿足當(dāng)前社會(huì)的需要，由此借助計(jì)算機(jī)進(jìn)行輔助案例分析的越來越多，而風(fēng)險(xiǎn)管理也從分析管理向預(yù)測估計(jì)發(fā)展，管理主抓預(yù)防、防治結(jié)合、超前預(yù)測的趨勢帶動(dòng)了風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)的研究，使其在虛擬現(xiàn)實(shí)和仿真模擬方面都有了快速進(jìn)步。在復(fù)雜工程條件下，如何對城市隧道項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理，達(dá)到工程預(yù)期目標(biāo)，降低損失和事故率，這就需要進(jìn)一步展開調(diào)查研究，最終解決實(shí)際問題[1-6]。

1 城市隧道項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理

城市隧道項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理體系包括項(xiàng)目建設(shè)過程（規(guī)劃階段、可行性研究階段、勘察設(shè)計(jì)階段、招投標(biāo)與合同簽訂階段、施工階段、運(yùn)營階段），目標(biāo)管理（進(jìn)度管理、質(zhì)量管理、安全管理、投資管理）和風(fēng)險(xiǎn)管理模式[靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理、動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理（風(fēng)險(xiǎn)界定、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)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(xiàng)目全壽命風(fēng)險(xiǎn)管理是一個(gè)龐大的系統(tǒng)，管理需進(jìn)行的工作十分繁重復(fù)雜。

圖1 城市隧道工程全壽命風(fēng)險(xiǎn)管理架構(gòu)圖

1.1 靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理

靜態(tài)管理，在工程建設(shè)領(lǐng)域，指的是以某段時(shí)間內(nèi)固定不變的工程信息為基礎(chǔ)，制定管理方案進(jìn)行管理的過程。例如：在某個(gè)項(xiàng)目建設(shè)過程中，市場和政府政策短期內(nèi)不發(fā)生改變，那么以此為依據(jù)進(jìn)行的管理過程就是靜態(tài)管理。靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理，是指采用固定不變的風(fēng)險(xiǎn)管理手段對工程進(jìn)行宏觀控制和總體估計(jì)。這里的靜態(tài)指的是風(fēng)險(xiǎn)管理手段是靜態(tài)的，管理結(jié)果不會(huì)因?yàn)楣こ绦畔⒌淖儎?dòng)而變化，所以只能作為宏觀估計(jì)的手段。

靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理的特點(diǎn)雖然顯露了這種手法的局限性，但是也說明了其宏觀估計(jì)的優(yōu)越性：許多工程的風(fēng)險(xiǎn)程度比較低，在可控范圍之內(nèi)，有的對工程影響不大，若是經(jīng)過系統(tǒng)分析、羅列許多表格、編制許多報(bào)告、處理許多數(shù)據(jù)后得出的結(jié)論是風(fēng)險(xiǎn)不大可以采用自留或者不予考慮等情況，這就浪費(fèi)了許多人力、物力、財(cái)力做了無用功。如果在靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理中進(jìn)行總體風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)，管理結(jié)果在能接受的范圍之外，那么就要考慮進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理對工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行系統(tǒng)管理，找出造成巨大風(fēng)險(xiǎn)損失的具體原因并進(jìn)行控制。

1.2 動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理

動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理是相對于靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理而言的，是對工程中各個(gè)環(huán)節(jié)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行細(xì)化和動(dòng)態(tài)跟蹤，它管理的對象可以是分部分項(xiàng)工程中的某些風(fēng)險(xiǎn)，也可以是單位單項(xiàng)工程中的某個(gè)風(fēng)險(xiǎn)。動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理的特點(diǎn)在于微觀控制和估計(jì)，可以對變動(dòng)條件下的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，能較為貼切地反映風(fēng)險(xiǎn)變化的情況，符合工程實(shí)際情況，是當(dāng)前隧道項(xiàng)目中較為普遍采用的管理手段。動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理的對象主要是工程風(fēng)險(xiǎn)，針對風(fēng)險(xiǎn)客觀存在，風(fēng)險(xiǎn)存在的范圍十分廣泛，一旦發(fā)生可能會(huì)造成巨大的損失和不利影響，風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的時(shí)間、空間、造成的影響程度具有不確定性，風(fēng)險(xiǎn)的可變性等特點(diǎn)，主要按照風(fēng)險(xiǎn)界定（劃分評估單元）、風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)（列出風(fēng)險(xiǎn)因素）、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)（估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)影響）、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（風(fēng)險(xiǎn)定級決策）、風(fēng)險(xiǎn)控制（制定措施及方案）的管理步驟進(jìn)行管理。對管理結(jié)果進(jìn)行判斷：如果達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)，管理結(jié)束；如果仍未達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)管理目標(biāo)，重新進(jìn)行動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理，直到達(dá)到管理目標(biāo)為止。

2 風(fēng)險(xiǎn)管理動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)

計(jì)算機(jī)輔助風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)在國外已被應(yīng)用于工程實(shí)踐中，發(fā)揮了很大的作用，但在國內(nèi)仍然是一個(gè)比較陌生的領(lǐng)域。在動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測技術(shù)研究中，一方面主要是對以AutoCAD、VRML、3DSMAX等軟件開發(fā)和應(yīng)用為主的虛擬建造動(dòng)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(nèi)力分析計(jì)算、結(jié)構(gòu)可靠度分析等仿真計(jì)算進(jìn)行探討分析。以下主要對三維可視化虛擬建造動(dòng)畫預(yù)測技術(shù)進(jìn)行探討。

2.1 風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

三維可視化虛擬建造動(dòng)畫預(yù)測技術(shù)的研究和應(yīng)用是在充分考慮風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測難度和虛擬建造技術(shù)的先進(jìn)性基礎(chǔ)上進(jìn)行的創(chuàng)造性結(jié)合，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）目前大部分工程動(dòng)畫的制作多是用于對工程建造的過程進(jìn)行說明、展示，沒有考慮到把計(jì)算機(jī)虛擬建造的技術(shù)手段和工程風(fēng)險(xiǎn)管理預(yù)測結(jié)合起來，通過運(yùn)用三維動(dòng)畫虛擬工程建造過程，控制播放動(dòng)畫可以透視工程建設(shè)的每一個(gè)階段，通過肉眼觀測就可以對工程建設(shè)中存在風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)節(jié)、風(fēng)險(xiǎn)可能會(huì)造成的后果一目了然。

（2）對于風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測，大部分工程主要還是采用預(yù)警和監(jiān)測系統(tǒng)，相對于虛擬建造技術(shù)，該系統(tǒng)在風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測的時(shí)間上明顯滯后，傾向于解決已發(fā)生的問題，而不是提早防范。

（3）通過借助計(jì)算機(jī)三維動(dòng)畫可以對風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生和變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測，及時(shí)制定措施加以預(yù)防和控制，可降低工程風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率、減少工程造成損失。

2.2 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測技術(shù)的應(yīng)用

主要采用 3DSMAX、AutoCAD、VRML等手段實(shí)現(xiàn)三維可視化風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測，通過直觀、可視的三維動(dòng)畫效果虛擬工程建造，結(jié)合項(xiàng)目建設(shè)全壽命風(fēng)險(xiǎn)管理可以對風(fēng)險(xiǎn)因素有很準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)和更敏銳的捕捉。技術(shù)應(yīng)用的基本過程為：

（1）首先分析收集到的工程資料，對預(yù)測技術(shù)中各軟件的使用進(jìn)行初步設(shè)計(jì)，對使用順序、相互銜接和主要任務(wù)等內(nèi)容進(jìn)行界定和規(guī)定。

（2）根據(jù)預(yù)測技術(shù)的初步設(shè)計(jì)結(jié)果，通過建模、貼圖、設(shè)置材質(zhì)和燈光、渲染和后期處理等一系列工作進(jìn)行三維可視化動(dòng)畫虛擬建造。

（3）通過模擬工程建設(shè)，主要實(shí)現(xiàn)對項(xiàng)目全壽命周期中實(shí)施階段風(fēng)險(xiǎn)的分析和預(yù)測，查找風(fēng)險(xiǎn)源，制定風(fēng)險(xiǎn)處置措施。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測可視化虛擬建造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)

風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測可視化虛擬建造技術(shù)的實(shí)現(xiàn)基本步驟如下：

2.3.1 制作動(dòng)畫腳本

首先盡可能獲取足夠的項(xiàng)目CAD設(shè)計(jì)圖和資料，根據(jù)掌握的信息構(gòu)思并編寫動(dòng)畫腳本。腳本要詳細(xì)地說明每一個(gè)分鏡頭、聲音和動(dòng)作效果的切入、各個(gè)鏡頭的銜接等等工作，就好比是一部“劇本”。這樣一來就對動(dòng)畫制作的各個(gè)環(huán)節(jié)有了個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

2.3.2 建立動(dòng)畫模型

根據(jù)需要選擇3DSMAX中的合適的建模工具進(jìn)行建模，調(diào)整相應(yīng)參數(shù)值直到與設(shè)計(jì)相吻合。也可以通過直接導(dǎo)入CAD圖紙或圖樣的方法建模。建模的手段比較多，有基礎(chǔ)建模、復(fù)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(zhì)和燈光

在材質(zhì)庫里對建好的模型進(jìn)行材質(zhì)選擇。一般3DSMAX中的燈光有普通燈光和光學(xué)燈光兩種，根據(jù)需要不斷調(diào)整材質(zhì)和燈光直到最接近實(shí)際效果。

2.3.4 動(dòng)力學(xué)設(shè)計(jì)

有時(shí)為了使有些動(dòng)畫效果看起來逼真，會(huì)加入一些像水流、下雨等動(dòng)力學(xué)效果，在空間扭曲力選擇對象，并進(jìn)行參數(shù)編輯，就可以實(shí)現(xiàn)。

2.3.5 設(shè)置攝影機(jī)

最后形成的動(dòng)畫是通過攝影機(jī)鏡頭拍攝出來的。在腳本中要考慮好攝影機(jī)的臺(tái)數(shù)、擺放角度、拍攝軌跡等等因素并在動(dòng)畫制作的過程中根據(jù)實(shí)際情況不斷調(diào)整，按照腳本控制好切換攝影機(jī)的時(shí)點(diǎn)，記錄下拍攝的場景。

2.3.6 渲染工作

在完成拍攝的基礎(chǔ)上，在3DSMAX軟件環(huán)境中把動(dòng)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(shù)進(jìn)行控制和調(diào)整。渲染質(zhì)量和時(shí)間是成反比的，渲染的幀數(shù)越多，耗時(shí)越長，質(zhì)量越好。但是，在實(shí)際情況下，就需要找到在最短時(shí)間內(nèi)保證最好渲染質(zhì)量的平衡點(diǎn)。可以說如何合理控制渲染時(shí)間，保證動(dòng)畫按期完成是這一階段的關(guān)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(jìn)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(dòng)畫整合成一部完整的動(dòng)畫短片。這樣所有的工作就完成了。

3 結(jié) 論

在國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)管理逐步走入正軌的今天，由于國家城鎮(zhèn)化加速發(fā)展與基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、城市交通網(wǎng)絡(luò)壓力過大現(xiàn)狀的矛盾普遍存在，加上城市隧道工程項(xiàng)目的技術(shù)仍不成熟，工程事故仍然頻發(fā)，對于城市隧道工程項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理的研究還有待更加深入。

（1）對于城市隧道項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理，必須把風(fēng)險(xiǎn)管理模式、項(xiàng)目建設(shè)過程和目標(biāo)管理有機(jī)結(jié)合起來，形成一個(gè)三維管理架構(gòu)，在時(shí)間、空間上對風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全方位把握。實(shí)現(xiàn)靜態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防和管理的結(jié)合，這樣對今后工程項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)管理是比較可行的模式和方法。

（2）把計(jì)算機(jī)輔助預(yù)測技術(shù)（主要包括虛擬建造和仿真模擬）引入風(fēng)險(xiǎn)管理的過程，對于把發(fā)生事故后的消極應(yīng)對轉(zhuǎn)變?yōu)槭鹿拾l(fā)生前的主動(dòng)預(yù)測，對于有效控制風(fēng)險(xiǎn)有極為重要的作用。結(jié)合計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)預(yù)測技術(shù)，實(shí)現(xiàn)可視化、動(dòng)態(tài)預(yù)測和風(fēng)險(xiǎn)前瞻具有巨大優(yōu)勢，對項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)管理具有非常重要的作用。

（3）國內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)管理水平仍處于初級階段，風(fēng)險(xiǎn)管理研究工作還有很多不完善的地方有待改進(jìn)。對于大型項(xiàng)目來說，人工管理方式已經(jīng)跟不上時(shí)代的步伐，而計(jì)算機(jī)正逐漸替代人工，它方便快捷省力的優(yōu)勢使之今后在風(fēng)險(xiǎn)管理中占有一席之地已經(jīng)成為必然。因此，開發(fā)計(jì)算機(jī)風(fēng)險(xiǎn)分析軟件前景廣闊。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測方法在可視化的基礎(chǔ)上應(yīng)朝著智能化的方向逐步發(fā)展。