基于 BN 方法的地下連續墻施工安全風險評估

武墨涵，張淑紅

（1.哈爾濱商業大學管理學院，黑龍江哈爾濱 150028；2.哈爾濱商業大學能源與建筑工程學院，黑龍江哈爾濱 150028）

1 背景

在地鐵項目施工過程中，地下連續墻是十分常見的一種建筑結構，相比于傳統的單樁支護結構，地下連續墻結構具有更突出的穩定性、承載力和抗滲能力，具有重要的應用價值[1]。但由于地下連續墻施工工序多且過程較為復雜，導致安全事故頻發。因此，對地下連續墻工程安全風險給予控制，建立地下連續墻工程安全風險控制體系尤為重要。

目前，關于地下連續墻安全風險的研究已取得了較多成果。例如，劉蒙[2]等人針對地下連續墻部位處存在燃氣管線橫穿的風險問題，采用調整地下連續墻成槽步序、將鋼筋籠分幅加工與吊裝等方法，高效、安全完成特殊幅，為地下連續墻施工提供了安全防護的經驗和思路。

高豐等[3]采用專家調查法和層次分析法相結合的地下連續墻施工風險識別方法，建立地下連續墻施工結構模型，識別出5 項地下連續墻施工基本風險。王艷國[4]從地鐵車站土建施工實際出發，總結了地下連續墻存在的典型安全風險問題，探索其具體成因，并提出了針對性的安全防范對策。李林[5]以某工程中超深地下連續墻鋼筋籠吊裝為例，對所涉及的各項主要的安全數值進行驗算，對吊裝過程中的風險點進行識別，并從事前、事中對鋼筋籠吊裝進行控制，對安全風險提出了必要的管控措施。廖汝鋒[6]研究了作為地下連續墻順利施工關鍵的鋼筋籠吊裝工程的難點重點，對危險源進行分析，并提出了相應的安全管控措施和方法。

此外，貝葉斯網絡圖（BN）方法在識別施工過程中的風險應用較多，例如鄭逸雪[7]運用基于事故樹分析法（FTA）和FTA-BN 模型進行施工風險評價，預測了地鐵車站施工風險發生的概率，診斷出導致地鐵車站施工風險發生的因素。盧鑫月[8]等基于動態貝葉斯網絡（DBN）的地鐵隧道施工動態風險評估方法，建立地鐵隧道施工風險DBN 模型，預測施工過程風險發生概率的動態變化。周圓媛[9]等采用BN 方法對溶巖區溶洞分布規律和盾構隧道施工安全性進行全面研究，提出了溶巖區盾構隧道施工安全性評價方法。

總體來說，現有文獻已經對地下連續墻相關工序進行風險識別與分析，曾有學者使用BN 方法對地鐵施工過程中的盾構工序進行風險分析，但對地下連續墻風險領域使用BN 方法的研究較少。因此，本文使用BN 方法，通過研究節點概率，對地下連續墻施工安全風險管理提出更有效的措施，補充了該領域的相關研究。

2 貝葉斯網絡圖法

2.1 貝葉斯網絡圖

貝葉斯網絡是一個有向無環圖，如圖1 所示，R11，…，R1n及R21，…，R2n稱為根節點（父節點），代表施工中安全風險因素；R稱為葉節點，表示最終可能導致的風險；R1、R2稱為子節點，介于父節點和葉節點之間。貝葉斯網絡由代表變量節點及連接這些節點有向邊構成，節點代表隨機變量，節點間的有向邊代表了節點間的因果關系（由父節點指向其子節點），其關系強度的大小通過條件概率計算出來。可以將專家先驗知識、歷史數據和其他不完整、不確定的信息進行綜合表達，是不確定環境中知識表示、推理預測的理想工具[10]。

圖1 貝葉斯網絡示意圖

葉斯網絡圖法的理論基礎來源于概率論，設X1X2…Xn構成了一個完整事件，各個變量之間為互斥關系，且P（Xi）＞0，假設存在事件Y，當事件Y與其他事件（X1X2…Xn）同時發生時，則有公式（1）所示的貝葉斯公式，其中P（Xi）表示事件Xi發生的概率，為先驗概率。P（Xi|Y）表示為條件概率，表示在事件Y發生的條件下，事件Xi發生的概率，為Xi的后驗概率。在貝葉斯網絡中，后驗概率可通過對先驗概率更新得到。P（Y|Xi）為利用貝葉斯網絡求解的條件概率。

貝葉斯網絡圖模型是處理風險問題最有效的理論模型之一，其優勢在于對不確定知識的表達與推理分析。貝葉斯網絡包括拓撲結構和網絡參數2 個主要部分。將貝葉斯網絡參數進行學習后，可以得到診斷性分析、敏感性分析與關鍵致因路徑分析，進而能夠得到導致風險問題的關鍵性因素。

2.2 貝葉斯網絡在風險評估中的應用

貝葉斯網絡以概率推理為基礎，推理結果說服力強，具有較強預測能力，具體應用如下：

（1）風險建模，貝葉斯網絡對各個風險事件之間的關聯進行建模分析，從而實現對風險的量化評估；

（2）風險預測，貝葉斯網絡通過分析歷史數據，從而預測事件未來發生風險的概率；

（3）風險管理，貝葉斯網絡通過具體量化風險事件發生的概率，從而幫助決策者進行風險管理。

3 地下連續墻安全風險評估案例分析

3.1 工程概況及周邊環境

本文選取A 項目地鐵車站為工程實例，對該項目地下連續墻施工過程中的安全風險進行評估。A 項目位于鄭州市鄭汴路與未來路交叉口，沿未來路南北向設置，車站主體結構長約191.3 m，標準段寬23.5 m，站臺寬14 m，該站共設2 個出入口，2 組風亭。車站標準段基坑深約24.68 m，端頭井深26.2 m。根據地質報告，該工程地下分布有不連續的鈣質膠結層，近似砂巖，成槽速度較慢，對成槽機具的性能要求較高且地層穩定性差，施工過程中易產生涌水、涌砂，開挖面不穩等現象。A 項目位于城市主干道，人流、車流量較大，車站周邊沿未來路分布有電信、電力、熱力、給水、雨、污水、燃氣等繁多地下城市管線，工程環境條件較復雜。周邊環境如圖2 所示。

3.2 關鍵風險源識別與風險評估體系構建

通過訪談法、文獻法及工程實踐進行風險點收集，并結合 4M1E 原理，其中“4M”指人（Man）、機器（Machine）、材料（Material）、方法（Method），“1E”指環境（Environments），即從人員、機械設備、材料、技術方法及周邊環境 5 個方面進行歸納，初步得到X1～X20 一共20 個A 項目地下連續墻安全風險因素，如表 1所示。

3.3 貝葉斯網絡圖構建并分析

表1 初步風險識別清單

將得到的安全風險邏輯關聯圖導入到GeNIe 有限元分析軟件，并根據實際情況進行參數獲取，將得到的參數與網絡圖進行匹配，得到導入數據后的安全風險關聯圖，結果如圖3 所示，其中“yes”代表風險發生的概率，“no”代表不發生風險的概率。由圖可知，在導致地下連續墻安全風險的直接因素中，挖到地下危險管線、鋼筋籠焊接不牢、鋼筋籠起吊脫落吊鉤為最重要的因素。接下來分別進行診斷性分析、敏感性分析與最大致因路徑分析，結果分別如圖4～圖6 所示[8]。

圖3 導入數據后的安全風險關聯圖

圖4 安全風險診斷性分析

（1）診斷性分析。診斷性分析是從結果倒推，找出風險發生的原因。具體做法是對項目綜合風險賦予不同的值，進而觀察其他節點概率值大小變化，即可以通過對比，找出關鍵風險指標。具體而言，條件概率值變化與項目綜合風險呈正相關關系，即條件概率值變化越大，則其與項目綜合風險的關系越密切。診斷性分析結果如圖4 所示，由圖可知，逆推后導致地下連續墻發生安全風險事件的主要因素仍為挖到地下危險管線、鋼筋籠焊接不牢、鋼筋籠起吊脫落吊鉤。該結果與圖3 所示的貝葉斯網絡后驗概率值較高的關鍵風險指標重合度較高，驗證了上文結論。

（3）積極應用先進的飼喂技術。大力推廣“套餐飼喂”模式，按照豬只不同生長階段，飼喂不同檔次的飼料，以避免營養缺乏和營養過剩?，F在正規的飼料廠家，都有繁殖母豬、育肥豬、種公豬、仔豬等不同品種的飼料。飼養者可依時依階段選擇。

（2）敏感性分析。通過對貝葉斯網絡進行敏感性分析，可以把控各風險指標對整體風險水平的貢獻度，敏感性分析具體結果如圖5 所示。圖中顏色深淺代表敏感性高低，顏色越深其對應風險指標的敏感性越大，即對項目整體風險影響越大，兩者呈正相關關系。由圖可知，挖到地下危險管線、鋼筋籠焊接不牢、鋼筋籠起吊脫落吊鉤為直接導致地下連續墻發生安全風險的最重要的因素。

圖5 安全風險敏感性分析

（3）關鍵致因路徑分析。關鍵致因路徑分析結果如圖6 所示，連線代表各風險因素之間的影響，連線的粗細代表影響強度大小，連線越粗代表各個風險因素之間的相互影響程度越大，該致因鏈在系統中的位置就越重要。通過觀察關鍵致因路徑分析，可以看出在整個項目風險貝葉斯網絡中存在多條致因鏈，并且這些風險因素互為因果關系。由圖可知，以下3 條為關鍵致因路徑：①工人粗心，施工方、總包方、監理方檢查不到位X1 →挖到地下危險管線X19；②工人粗心，施工方、總包方、監理方檢查不到位X1 →極端天氣鋼筋籠起吊X12 →鋼筋籠起吊脫落吊鉤X16；③工人粗心，施工方、總包方、監理方檢查不到位X1 →吊點處漏焊或強度不達標X13 →鋼筋籠焊接不牢，起吊鋼筋變形散架X18。

圖6 安全風險關鍵致因路徑分析

3.4 模型推理分析總結

通過總結前文貝葉斯網絡參數學習和推理分析結果，梳理了全部相關風險指標，并將其總結如表2 所示。

表2 A 項目地下連續墻安全風險總結

根據BN 原理，將上文的A 項目地下連續墻安全風險邏輯圖導入到GeNIe 軟件之中，分別進行診斷性分析、敏感性分析、關鍵致因路徑分析。結果顯示，后驗概率與上述3 項指標結論基本一致。

4 地下連續墻風險應對措施

A 項目地下連續墻風險源可以概括為挖到地下危險管線、鋼筋籠焊接不牢、鋼筋籠起吊脫落吊鉤。針對以上風險源，分別從施工方、總承包方、業主方、監理方4 個角度采取控制措施。

4.1 施工方主要控制措施

（1）施工方在施工前應積極和總包單位進行溝通，總包單位應盡早和業主方取得聯系，爭取較早拿到地下管線分布圖。若地下連續墻槽段下方存在重要管線，應及時聯系有關部門，進行保護并遷移。

（2）施工技術負責人在施工前加強對焊工進行交底，加強對焊接完成后的鋼筋籠進行質量檢驗，對焊縫長度、寬度等指標進行把控，對漏焊、點焊數量不到位的部位采取針對性修補措施。

（3）為了保證鋼筋籠吊裝安全，吊點位置的確定與吊環、吊具的安全性確保經過驗算，吊點處的鋼筋必須在橫豎方向上與相交的鋼筋焊接牢固。施工方不可為了節約成本擅自更改鋼筋數量。

4.2 總承包方主要控制措施

（2）總包方應在鋼筋籠焊接完成后派質量主管進行檢查，針對漏焊、焊縫長度與寬度、焊縫飽滿度、點焊數量等關鍵性指標進行檢驗。檢驗合格后，總包單位應通知監理單位，并協同監理單位進行驗收工作。

（3）總包單位應禁止施工單位在極端天氣（大雨、大雪、大風等）起吊鋼筋籠，總包方安全主管應不予簽發吊裝令。同時總包方也應對進場時的吊車進行三證檢查，即“特種設備使用許可證”“特種設備作業人員證”和“安全生產許可證”，若有缺失，應催促施工方進行補齊。

4.3 業主方主要控制措施

（1）業主方應及時向相關市政單位詢要該施工地域內市政管網分布圖，提前對重要管線進行保護。如果條件不允許，也可以要求總承包方對相關區域內的重要管線加以保護。

（2）業主方應派人定期和總包方在工地進行巡視，可以通過制定一些懲罰措施來約束施工方的行為。

（3）由于業主在工地巡查的時間有限，應賦予更多的權利給總包方。業主方應加強對總包方教育培訓，安排總包方人員在鋼筋籠起吊之前對吊點、鎖具、鋼絲繩進行安全檢查，總包方應嚴禁施工方為了追趕進度，而做出有損施工安全的行為。

4.4 監理方主要控制措施

（1）監理方應該在施工前從業主方獲取地下管線分布圖，及時對管線分布進行了解并提醒施工方對有地下危險管線的部位進行保護。

（2）監理方應該在焊接工序過程中通過旁站的方式進行質量檢查，對于存在安全隱患的施工行為，監理方應該要求施工方暫停施工，也應該在焊接工作結束后及時對質量進行把控，嚴格按照設計規范進行驗收工作，對不符合要求的焊接效果，要求施工方進行整改。

（3）監理方在鋼筋籠起吊之前應嚴格控制鋼筋籠起吊安全問題，加強對吊點的檢查，嚴格按照施工規范執行。此外，應該及時關注天氣預報，對于極端天氣，不予簽發吊裝令。

5 結論

采用訪談法、文獻法及工程實踐對地下連續墻施工過程中的重要安全風險要素進行收集，通過貝葉斯網絡圖分析得到挖到地下危險管線、鋼筋籠焊接不牢、鋼筋籠起吊脫落吊鉤3 個安全風險權重較高因素。針對這些重要高安全風險因素，分別從施工方、總承包方、業主方、監理方角度采取對應措施進行控制。施工方應在施工安全有保障的前提下追趕進度；總承包方應對可能出現的風險進行預防，協同與監理單位工作；業主方應更加重視施工過程中的安全問題，對安全風險提供保障性措施；監理方應對存在安全隱患的地方進行把關，確保施工過程順利進行。運用BN 方法對A 項目地下連續墻施工過程進行安全風險分析，可為類似地下連續墻項目安全風險評估提供參考和借鑒，也為其他地鐵施工項目加強安全施工管理，實現構建平安和諧社會，助推社會全面健康發展提供了指導方向。