基于模糊綜合評(píng)價(jià)與危險(xiǎn)性分析法的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

胡義煥，韓靜媛，賴(lài)健維

（1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，杭州 310014；2.西南交通大學(xué)，成都 610031）

隨著城鎮(zhèn)人口的不斷增加，許多城市為提升空間利用率，在原有道路路面結(jié)構(gòu)下進(jìn)行地下綜合管廊的施工，因原有路面結(jié)構(gòu)周邊環(huán)境的復(fù)雜性，在施工過(guò)程中周?chē)h(huán)境復(fù)雜、施工難度較大、施工風(fēng)險(xiǎn)源多，存在更多的施工安全隱患。

關(guān)于地下綜合管廊在施工建設(shè)中存在的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，王然等[1-3]依托現(xiàn)有地下綜合管廊項(xiàng)目，分別采用頭腦風(fēng)暴、層次分析法等方法，明確了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別清單，提出了相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，陳大川等[4]通過(guò)結(jié)合模糊層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法，對(duì)建筑物整體平移的風(fēng)險(xiǎn)概率和風(fēng)險(xiǎn)損失進(jìn)行估計(jì)，對(duì)建筑物整體平移施工進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。涂婉瑩等[5-6]利用預(yù)先危險(xiǎn)性分析法對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析，進(jìn)而提出一系列用于降低風(fēng)險(xiǎn)、保障施工安全的措施，用以指導(dǎo)施工。

本文以杭州之江路輸水管廊及道路提升工程為例，基于模糊綜合評(píng)價(jià)法應(yīng)用預(yù)先危險(xiǎn)性分析法對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行危險(xiǎn)性分析。

1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法

風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系的合理構(gòu)建是進(jìn)行有效風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)，為提高風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別結(jié)果的準(zhǔn)確性，本文疊加使用德?tīng)柗品ê蛯?shí)地法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)源識(shí)別，即在德?tīng)柗品ǖ幕A(chǔ)上通過(guò)實(shí)地法進(jìn)行二次篩選風(fēng)險(xiǎn)源，識(shí)別流程如圖1 所示[1]。

圖1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法

1.2 風(fēng)險(xiǎn)清單

依托上述風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法，結(jié)合地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)影響因素，構(gòu)建了三級(jí)地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖2 所示[2]。

圖2 施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2 模糊綜合評(píng)價(jià)

層次分析法思維一致性很難保證，尤其是當(dāng)某一層次評(píng)價(jià)指標(biāo)很多（如大于4 個(gè)）時(shí)這個(gè)問(wèn)題尤為突出。模糊層次分析法綜合了模糊數(shù)學(xué)與層次分析法的優(yōu)勢(shì)，可以有效解決這一問(wèn)題，從而避免人為的主觀判斷與判斷矩陣一致性不符的問(wèn)題?？紤]到指標(biāo)因素存在的模糊性及不確定性。

本文結(jié)合模糊層次分析法和模糊綜合評(píng)判法，構(gòu)建地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型，對(duì)清單中各項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，如圖3 所示[4]。

圖3 綜合評(píng)價(jià)模型

2.1 建立因素集

依托地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)清單，在構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系時(shí)設(shè)置兩級(jí)因素集。設(shè)第一級(jí)因素集用U表示，因素集U中的子因素為Ui（i=1，2，…，n）；U中每個(gè)子因素Ui中包含n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，由Uij（j=1，2，…，m）表示。

2.2 建立評(píng)語(yǔ)集

評(píng)語(yǔ)集包含了針對(duì)某個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象有可能存在的各種評(píng)價(jià)結(jié)果。地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語(yǔ)用V=（V1，V2，…，Vk）表示，其中Vk為風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)。

地下管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語(yǔ)集依據(jù)評(píng)分?jǐn)?shù)值范圍的不同，將風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)分為5 個(gè)等級(jí)，即極不可能、不可能、偶爾、可能和很可能。風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 模糊層次分析法確定因素權(quán)重

在地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中存在諸多影響因素，不同因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的影響程度不同，因此確定各個(gè)因素的權(quán)重對(duì)于評(píng)價(jià)體系結(jié)果的準(zhǔn)確性尤為重要。

本文將采用模糊層次分析法確定各級(jí)因素的權(quán)重。

2.3.1 構(gòu)造模糊互補(bǔ)判斷矩陣

模糊互補(bǔ)判斷矩陣用于表示各級(jí)不同因素之間兩兩比較的重要程度。為獲取各級(jí)因素集的模糊互補(bǔ)判斷矩陣，使用專(zhuān)家調(diào)查法，通過(guò)結(jié)合專(zhuān)家的評(píng)分0.1~0.9 標(biāo)度，構(gòu)造判斷矩陣a如下。

式中：aij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），根據(jù)0.1~0.9 標(biāo)度（表2）法取值，表示因素Uhi相對(duì)于因素Uhj的重要程度（h=1，2，…，n）。

表2 0.1~0.9 標(biāo)度

2.3.2 構(gòu)造模糊一致判斷矩陣

為防止主觀判斷中出現(xiàn)一致性矛盾的邏輯錯(cuò)誤，本文采用模糊一致判斷矩陣對(duì)地下管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)體系中各因素進(jìn)行一致性判斷，其中，模糊一致判斷矩陣A=（Aij）n×n如下。

2.3.3 確定權(quán)重

模糊一致判斷矩陣的排序方法有很多，本文采用考慮標(biāo)度的基于模糊一致判斷矩陣元素與權(quán)重關(guān)系求排序的方法計(jì)算權(quán)重，由此可得二級(jí)因素集Ui的權(quán)重集為

式中：j=1，2，…，n。

一級(jí)因素集U的權(quán)重W可通過(guò)同樣的方法求得。

2.4 建立評(píng)判矩陣

利用德?tīng)柗品ǖ玫揭蛩貙?duì)評(píng)語(yǔ)Vk的隸屬度，將各因素集中單因素評(píng)價(jià)結(jié)果ri按行排列組合，構(gòu)建如式（6）的評(píng)判矩陣，用以表示因素集與評(píng)語(yǔ)集之間的關(guān)系。

式中：rij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，k）指的是因素集中的因素i對(duì)評(píng)語(yǔ)集中評(píng)價(jià)等級(jí)j的隸屬度關(guān)系。

2.5 多級(jí)模糊綜合評(píng)判

由地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系可知，其風(fēng)險(xiǎn)影響因素被劃分為兩級(jí)。計(jì)算時(shí)，需要進(jìn)行多級(jí)模糊綜合評(píng)判，先對(duì)二級(jí)因素的權(quán)重、一致性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并根據(jù)該結(jié)果對(duì)一級(jí)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而得出目標(biāo)指標(biāo)的綜合評(píng)判結(jié)果。

2.5.1 二級(jí)模糊組合評(píng)價(jià)

利用模糊算子對(duì)考慮權(quán)重及相關(guān)的評(píng)價(jià)矩陣進(jìn)行模糊映射，得出綜合評(píng)價(jià)結(jié)論，并以此作為上一層單因子評(píng)價(jià)結(jié)論。利用二級(jí)綜合評(píng)價(jià)結(jié)論，采用因素加權(quán)的方法，可以得出一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)論。

隨著電力通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，傳輸網(wǎng)層次的逐漸增多、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)日趨復(fù)雜，對(duì)電力通信系統(tǒng)的運(yùn)行管理提出了新的挑戰(zhàn)。當(dāng)前系統(tǒng)內(nèi)較少開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)評(píng)價(jià)和壽命預(yù)測(cè)，相關(guān)工作也缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)分析和理論的指導(dǎo)，設(shè)備報(bào)廢、投退運(yùn)、擴(kuò)容以及網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、調(diào)整等依賴(lài)經(jīng)驗(yàn)判斷，主觀性較強(qiáng)，需要開(kāi)展數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的通信設(shè)備綜合評(píng)價(jià)與壽命預(yù)測(cè)研究，形成電力通信設(shè)備全壽命周期管理，提升通信運(yùn)行管理水平。

2.5.2 二級(jí)模糊綜合評(píng)判

利用模糊算子對(duì)因素權(quán)重Wi及相應(yīng)的評(píng)判矩陣Ri進(jìn)行模糊變換，得出其綜合評(píng)判結(jié)果Bi，并以此作為上一級(jí)單因素評(píng)判結(jié)果。一級(jí)模糊綜合評(píng)判結(jié)果B是在二級(jí)綜合評(píng)判結(jié)果Bi的基礎(chǔ)上，利用因素權(quán)重W，計(jì)算得出B。

式中：i=1，2，…，n。

2.5.3 權(quán)重綜合評(píng)判

通過(guò)模糊運(yùn)算獲得綜合評(píng)判結(jié)果Bi，再將評(píng)判結(jié)果與之對(duì)應(yīng)的因素權(quán)重相乘作歸一化處理得到綜合評(píng)判的綜合權(quán)重。

3 危險(xiǎn)性分析法

危險(xiǎn)性分析法作為安全評(píng)價(jià)的一種方法，能夠分析發(fā)現(xiàn)項(xiàng)目中潛在的危險(xiǎn)因素，對(duì)危險(xiǎn)因素進(jìn)行分級(jí)，再有針對(duì)性地提出對(duì)應(yīng)的管控措施。

本文在模糊綜合評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上對(duì)于危險(xiǎn)因素進(jìn)行綜合權(quán)重計(jì)算，再利用危險(xiǎn)性分析法對(duì)綜合權(quán)重較高的指標(biāo)進(jìn)行分析，以便控制危險(xiǎn)性因素對(duì)于施工安全的影響。

表3 危險(xiǎn)性等級(jí)界定標(biāo)準(zhǔn)

4 工程實(shí)例

根據(jù)杭州市主城區(qū)水廠布局優(yōu)化調(diào)整的需求，南星水廠關(guān)停、取水口上移，既有南星水廠供水服務(wù)由九溪水廠替代，經(jīng)過(guò)整合，之江路上需敷設(shè)清水管和原水管；同時(shí)根據(jù)杭州市擁江發(fā)展戰(zhàn)略，之江路需打造成世界級(jí)沿江生態(tài)帶、景觀帶、休閑帶及濱水廊道。在敷設(shè)輸水管線的同時(shí)，通過(guò)“功能活力化、交通立體化、空間人性化、景觀整體化”的設(shè)計(jì)策略，將之江路道路下穿或局部下穿，盡可能釋放地面空間，實(shí)現(xiàn)城市江岸一體化、街道空間慢行化。另根據(jù)之江路交通流量的分析，為滿(mǎn)足遠(yuǎn)期之江新城發(fā)展的要求，之江路具有交通規(guī)模擴(kuò)容的需求。因此，在充分考慮之江路多方面、多功能整治提升的需求下，在輸水管線建設(shè)的帶動(dòng)下，同步實(shí)現(xiàn)道路交通與景觀的提升，體現(xiàn)工程的綜合效益。

之江路輸水管采用輸水管與交通隧道合建形式，全長(zhǎng)約6.3 km。其中，地下隧道為城市主干路，長(zhǎng)度約5.62 km，雙向4 車(chē)道+2 應(yīng)急車(chē)道，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h，采用盾構(gòu)隧道，內(nèi)徑為13.3 m，外徑為14.5 m。之浦路平行匝道進(jìn)口位于之江路，定向匝道出口位于之浦路；之江路匝道位于白塔南側(cè)，采用盾構(gòu)法下穿中河。地面道路為城市次干路兼顧景區(qū)道路功能，設(shè)計(jì)時(shí)速40 km/h。

工程沿線涉及的重要建筑物可分為2 類(lèi)：文物保護(hù)建筑和其他重要建筑物，在盾構(gòu)段及明挖段均有分布。之江路輸水管廊及道路提升工程沿線經(jīng)過(guò)眾多文物保護(hù)區(qū)，在施工過(guò)程中需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，控制風(fēng)險(xiǎn)因素，盡可能減小對(duì)文物保護(hù)建筑和其他重要建筑物的影響。

結(jié)合已獲得的因素權(quán)重和因素評(píng)判矩陣，根據(jù)式（1）—式（7）依次進(jìn)行逐級(jí)模糊綜合評(píng)判，一級(jí)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)權(quán)重計(jì)算結(jié)果為

風(fēng)險(xiǎn)概率綜合評(píng)判權(quán)重如圖4 所示。

圖4 綜合評(píng)判結(jié)果

根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，U21、U31、U51、U41和U11五個(gè)因素所占權(quán)重為前5，分別為地質(zhì)勘測(cè)、工程地質(zhì)條件、項(xiàng)目組織、專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力和設(shè)備選擇合理性。

經(jīng)過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及事故報(bào)告的調(diào)查，對(duì)于上述5 個(gè)權(quán)重較大的因素進(jìn)行誘因及事故后果分析，同時(shí)根據(jù)表1 所界定的危險(xiǎn)性等級(jí)，提出針對(duì)性的防范措施，見(jiàn)表4[5，7]。

表4 危險(xiǎn)性分析一覽表

5 結(jié)論

本文綜合考慮地下綜合管廊施工中可能影響施工安全的因素，采用綜合模糊評(píng)價(jià)和模糊層次分析法，構(gòu)建相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并基于此應(yīng)用預(yù)先危險(xiǎn)性分析法對(duì)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行危險(xiǎn)性分析，得出以下結(jié)論。

1）利用模糊綜合評(píng)價(jià)對(duì)地下綜合管廊施工過(guò)程存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，構(gòu)建判斷矩陣，確定權(quán)重，進(jìn)行模糊綜合評(píng)價(jià)，得到綜合評(píng)判權(quán)重，得出一級(jí)指標(biāo)權(quán)重由大到小的排序?yàn)槭┕C(jī)械、施工技術(shù)、施工環(huán)境、施工人員、施工管理。

2）比較二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，得出了對(duì)地下綜合管廊施工風(fēng)險(xiǎn)影響較大的5 個(gè)指標(biāo)，即地質(zhì)勘測(cè)、工程地質(zhì)條件、項(xiàng)目組織、專(zhuān)業(yè)技術(shù)能力及設(shè)備選擇合理性。

3）通過(guò)危險(xiǎn)性分析法對(duì)二級(jí)指標(biāo)中權(quán)重值較高的5 個(gè)施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，分析整理得出控制施工風(fēng)險(xiǎn)的措施，如：選擇合適的開(kāi)挖工藝、完善降水計(jì)劃、加強(qiáng)對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)的監(jiān)測(cè)；根據(jù)工程項(xiàng)目現(xiàn)場(chǎng)情況，合理選擇相應(yīng)的機(jī)械設(shè)備，提高工程質(zhì)量與工程效率。