地鐵車站施工安全風險評估模型及實例研究★

池 傳 樹

(福建船政交通職業學院道路工程系，福建 福州 350007)

隨著我國經濟的發展，城市交通擁堵問題隨之而來，為了解決交通瓶頸，各大城市掀起了修建地鐵的熱潮。據統計，截止到2019年9月30日，全國已有39個城市開通軌道交通，線路運營里程達6 333.3 km[1]。然而由于地鐵修建工程多處于城市中心城區，沿線施工環境非常惡劣，導致施工安全風險事故頻發，據不完全統計，2003年—2017年15年間，我國地鐵施工過程中共發生322起事故[2]。事故的頻發，給城市人民生命財產造成巨大的損失。為了減少地鐵施工過程中的安全事故，對地鐵施工安全風險評估顯得尤為重要。風險管理理念源于20世紀50年代的歐美國家，是項目管理的一個重要組成部分[3]。最早將風險管理理念應用于地下工程領域的是美國的Einstein.H.H教授[4]。在我國，同濟大學的丁士昭教授是最早從事地鐵施工風險評估研究工作的，他將相關風險管理理論研究應用于廣州地鐵、上海地鐵工程建設當中[5]。此后，國內學者逐步對地鐵施工安全風險評估各個方面深入研究，取得了較大成果。在前人研究的基礎上，從地鐵車站施工各個分部分項工程中，識別出地鐵車站施工的各類風險源，在此基礎上，結合施工現場一線人員建議對風險源進行修正。最后構建基于Fuzzy-AHP法的地鐵車站施工安全風險評估模型，通過計算得出最終結論。

1 基于Fuzzy-AHP的地鐵車站施工安全風險評估模型

1.1 Fuzzy-AHP的原理

Fuzzy-AHP是將層次分析法(AHP)與模糊綜合評價法(Fuzzy)相結合的一種評價方法，其原理是：首先將評價指標體系層次化，其次利用層次分析法來確定各個評價指標的權重值，然后進行模糊綜合評判，并得到綜合的評價結果[6]。

1.2 Fuzzy-AHP法模型的構建

1)建立地鐵車站施工安全風險評估指標體系；2)確定各指標的權重；3)進行模糊綜合評判；4)模糊綜合評價指標的處理。

2 實例研究

2.1 工程概況

塔頭站為福州地鐵4號線第10個站，位于福州市鼓樓區繁華地帶。塔頭站為雙柱三跨(局部單柱雙跨)地下二層島式站臺車站，交叉路口的西北象限為東大社區，西南象限為匯通商廈、鼓樓區中醫院等，車站東側為晉安河。

車站設計總長度為297 m，寬度19.5 m～27.1 m，基坑開挖深度17.4 m～19.5 m，頂板覆土3.1 m～4.7 m。采用半蓋挖順筑法分兩期進行施工。主體基坑圍護結構采用800 mm厚地下連續墻+內支撐的支護體系，第一道支撐為混凝土支撐，二、三、四道支撐為鋼支撐。管線有雨水管、污水管、電力線、通信線、給水管、燃氣管、溫泉管等，管線錯綜復雜，地下水的水位和水量隨季節變化較大，雨季上層滯水水量較豐富。

2.2 塔頭站施工安全風險因素體系的建立

根據工程概況，塔頭站施工的總體順序為：場地平整圍擋、綠化改移、管線改移→地基處理(三軸攪拌樁)→圍護結構(地下連續墻)施工→支撐體系施工→基坑開挖前的降排水→基坑開挖→主體結構施工→土方回填、恢復路面。

通過對塔頭站的現場踏勘，收集了施工方、監理單位、業主方項目負責人和技術負責人的意見，并與現場一線施工人員、監測單位等工作人員進行了交流，結合塔頭站車站土建工程的施工流程，總結出該車站施工過程中經常存在的風險源，并形成其施工安全風險8個一級指標和30個二級指標，如表1所示[9]。

表1 地鐵車站施工安全風險指標體系

2.3 各指標權重的確定

每個指標的重要性不同，其權重值將直接影響到評價的結論。在計算權重值過程中，邀請了該車站工程項目業主、施工、監理及監測單位資深的專家和經驗豐富的施工現場技術人員共10人，讓他們各自分別就一級指標和二級指標給出相對標度，構成判斷矩陣。借助計算輔助軟件MATLAB 2018b，編寫代碼，計算出一個專家的權重值，為了綜合考慮10位專家的意見，計算10位專家權重的平均值，確定各項評估指標的最終權重如下：

W=[0.073 9 0.061 8 0.180 0 0.097 1

0.069 7 0.343 9 0.150 8 0.022 8]；

W1=[0.071 9 0.279 0 0.649 1]；

W2=[0.229 7 0.122 0 0.648 3]；

W3=[0.060 0 0.215 0 0.477 9 0.032 2 0.215 0]；

W4=[0.086 1 0.077 8 0.510 3 0.325 7]；

W5=[0.133 6 0.747 1 0.119 4]；

W6=[0.090 5 0.471 8

0.269 1 0.030 2 0.056 2 0.082 1]；

W7=[0.569 3 0.060 9 0.105 5 0.264 3]；

W8=[0.333 3 0.666 7]。

2.4 指標體系的模糊綜合評判

1)確定項目的評價集。

參照我國交通運輸部《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》(試行)中的風險接受準則[8]，將評價集劃分為4個等級，分別為“風險極高”“高風險”“中等風險”以及“低風險”，即V={低、中等、高、極高}。

2)模糊矩陣的建立。

本課題選取了該工區參建單位資深的專家和經驗豐富的施工現場技術人員共10人的調查問卷，通過整理統計，最后得到相應的模糊矩陣。

3)模糊運算。

由：

W1=[0.071 9 0.279 0.649 1]；

可知：

B1=W1·R1=

[0.071 0 0.492 8 0.250 5 0.185 6]。

同理：

B2=[0.124 4 0.435 2 0.252 6 0.187 8]；

B3=[0.167 7 0.241 4 0.386 6 0.204 4]；

B4=[0.156 7 0.249 4 0.418 2 0.175 9]；

B5=[0.100 0 0.277 3 0.448 0 0.174 7]；

B6=[0.028 9 0.175 3 0.504 4 0.291 3]；

B7=[0.065 8 0.251 9 0.448 1 0.234 3]；

B8=[0.533 3 0.366 7 0.100 0 0]。

B=W·[B1B2B3B4B5B6B7B8]T=

[0.073 9 0.061 8 0.180 0

0.097 1 0.069 7 0.343 9 0.150 8 0.022 8]·

[0.097 3 0.256 9 0.418 9 0.226 9]。

2.5 計算結果的處理

1)根據最大隸屬度原則，我們可以判斷該車站施工過程安全風險屬于“高風險”等級，參照相關風險接受準則，該風險屬于不可接受，參建各方應給予高度重視，應對該工程實施風險防控、加強監測力度，并制定相應的風險處置措施，降低風險等級。

2)通過定量計算，該車站土建工程的總體施工過程中，圍護結構施工、支撐體系(鋼管支撐)施工、基坑降水施工和主體結構施工的等級均為“高風險”；前期準備和地基處理施工二者施工風險等級為“中等風險”；而土方回填、恢復路面工程施工風險等級為“低風險”。參建各方，特別是施工方，要針對重點風險過程，從其風險源入手，分析并提出相關風險控制措施的建議并在施工過程中給予監測跟蹤。

3 結語

根據Fuzzy-AHP原理，構建福州地鐵4號線塔頭站車站施工安全風險評價模型，模型計算結論表明該車站施工安全風險等級為“高級”，同時施工過程中要特別注意基坑開挖、車站主體結構施工中的高支模、基坑降排水對周邊建筑物的影響、圍護結構施工中鋼筋籠吊裝、支撐體系中鋼支撐架設、基坑內管線以及臺風暴雨期間的基坑積水等重大安全風險源，這與工程實際施工重難點、主要風險源、安全水平相符合，驗證了模型評價的可行性。這也為其他城市地鐵車站施工風險管理提供一定的參考依據。