基于 BN 方法的地下連續(xù)墻施工安全風(fēng)險評估

武墨涵，張淑紅

（1.哈爾濱商業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150028；2.哈爾濱商業(yè)大學(xué)能源與建筑工程學(xué)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(xù)墻是十分常見的一種建筑結(jié)構(gòu)，相比于傳統(tǒng)的單樁支護(hù)結(jié)構(gòu)，地下連續(xù)墻結(jié)構(gòu)具有更突出的穩(wěn)定性、承載力和抗?jié)B能力，具有重要的應(yīng)用價值[1]。但由于地下連續(xù)墻施工工序多且過程較為復(fù)雜，導(dǎo)致安全事故頻發(fā)。因此，對地下連續(xù)墻工程安全風(fēng)險給予控制，建立地下連續(xù)墻工程安全風(fēng)險控制體系尤為重要。

目前，關(guān)于地下連續(xù)墻安全風(fēng)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(xù)墻部位處存在燃?xì)夤芫€橫穿的風(fēng)險問題，采用調(diào)整地下連續(xù)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(xù)墻施工提供了安全防護(hù)的經(jīng)驗和思路。

高豐等[3]采用專家調(diào)查法和層次分析法相結(jié)合的地下連續(xù)墻施工風(fēng)險識別方法，建立地下連續(xù)墻施工結(jié)構(gòu)模型，識別出5 項地下連續(xù)墻施工基本風(fēng)險。王艷國[4]從地鐵車站土建施工實際出發(fā)，總結(jié)了地下連續(xù)墻存在的典型安全風(fēng)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(xù)墻鋼筋籠吊裝為例，對所涉及的各項主要的安全數(shù)值進(jìn)行驗算，對吊裝過程中的風(fēng)險點進(jìn)行識別，并從事前、事中對鋼筋籠吊裝進(jìn)行控制，對安全風(fēng)險提出了必要的管控措施。廖汝鋒[6]研究了作為地下連續(xù)墻順利施工關(guān)鍵的鋼筋籠吊裝工程的難點重點，對危險源進(jìn)行分析，并提出了相應(yīng)的安全管控措施和方法。

此外，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖（BN）方法在識別施工過程中的風(fēng)險應(yīng)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(jìn)行施工風(fēng)險評價，預(yù)測了地鐵車站施工風(fēng)險發(fā)生的概率，診斷出導(dǎo)致地鐵車站施工風(fēng)險發(fā)生的因素。盧鑫月[8]等基于動態(tài)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)（DBN）的地鐵隧道施工動態(tài)風(fēng)險評估方法，建立地鐵隧道施工風(fēng)險DBN 模型，預(yù)測施工過程風(fēng)險發(fā)生概率的動態(tài)變化。周圓媛[9]等采用BN 方法對溶巖區(qū)溶洞分布規(guī)律和盾構(gòu)隧道施工安全性進(jìn)行全面研究，提出了溶巖區(qū)盾構(gòu)隧道施工安全性評價方法。

總體來說，現(xiàn)有文獻(xiàn)已經(jīng)對地下連續(xù)墻相關(guān)工序進(jìn)行風(fēng)險識別與分析，曾有學(xué)者使用BN 方法對地鐵施工過程中的盾構(gòu)工序進(jìn)行風(fēng)險分析，但對地下連續(xù)墻風(fēng)險領(lǐng)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(jié)點概率，對地下連續(xù)墻施工安全風(fēng)險管理提出更有效的措施，補充了該領(lǐng)域的相關(guān)研究。

2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖法

2.1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)是一個有向無環(huán)圖，如圖1 所示，R11，…，R1n及R21，…，R2n稱為根節(jié)點（父節(jié)點），代表施工中安全風(fēng)險因素；R稱為葉節(jié)點，表示最終可能導(dǎo)致的風(fēng)險；R1、R2稱為子節(jié)點，介于父節(jié)點和葉節(jié)點之間。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由代表變量節(jié)點及連接這些節(jié)點有向邊構(gòu)成，節(jié)點代表隨機變量，節(jié)點間的有向邊代表了節(jié)點間的因果關(guān)系（由父節(jié)點指向其子節(jié)點），其關(guān)系強度的大小通過條件概率計算出來?？梢詫＜蚁闰炛R、歷史數(shù)據(jù)和其他不完整、不確定的信息進(jìn)行綜合表達(dá)，是不確定環(huán)境中知識表示、推理預(yù)測的理想工具[10]。

圖1 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)示意圖

葉斯網(wǎng)絡(luò)圖法的理論基礎(chǔ)來源于概率論，設(shè)X1X2…Xn構(gòu)成了一個完整事件，各個變量之間為互斥關(guān)系，且P（Xi）＞0，假設(shè)存在事件Y，當(dāng)事件Y與其他事件（X1X2…Xn）同時發(fā)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(fā)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(fā)生的條件下，事件Xi發(fā)生的概率，為Xi的后驗概率。在貝葉斯網(wǎng)絡(luò)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(wǎng)絡(luò)求解的條件概率。

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖模型是處理風(fēng)險問題最有效的理論模型之一，其優(yōu)勢在于對不確定知識的表達(dá)與推理分析。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)包括拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)2 個主要部分。將貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)后，可以得到診斷性分析、敏感性分析與關(guān)鍵致因路徑分析，進(jìn)而能夠得到導(dǎo)致風(fēng)險問題的關(guān)鍵性因素。

2.2 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在風(fēng)險評估中的應(yīng)用

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)以概率推理為基礎(chǔ)，推理結(jié)果說服力強，具有較強預(yù)測能力，具體應(yīng)用如下：

（1）風(fēng)險建模，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)對各個風(fēng)險事件之間的關(guān)聯(lián)進(jìn)行建模分析，從而實現(xiàn)對風(fēng)險的量化評估；

（2）風(fēng)險預(yù)測，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)通過分析歷史數(shù)據(jù)，從而預(yù)測事件未來發(fā)生風(fēng)險的概率；

（3）風(fēng)險管理，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)通過具體量化風(fēng)險事件發(fā)生的概率，從而幫助決策者進(jìn)行風(fēng)險管理。

3 地下連續(xù)墻安全風(fēng)險評估案例分析

3.1 工程概況及周邊環(huán)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(xù)墻施工過程中的安全風(fēng)險進(jìn)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(shè)置，車站主體結(jié)構(gòu)長約191.3 m，標(biāo)準(zhǔn)段寬23.5 m，站臺寬14 m，該站共設(shè)2 個出入口，2 組風(fēng)亭。車站標(biāo)準(zhǔn)段基坑深約24.68 m，端頭井深26.2 m。根據(jù)地質(zhì)報告，該工程地下分布有不連續(xù)的鈣質(zhì)膠結(jié)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(wěn)定性差，施工過程中易產(chǎn)生涌水、涌砂，開挖面不穩(wěn)等現(xiàn)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?xì)獾确倍嗟叵鲁鞘泄芫€，工程環(huán)境條件較復(fù)雜。周邊環(huán)境如圖2 所示。

3.2 關(guān)鍵風(fēng)險源識別與風(fēng)險評估體系構(gòu)建

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

3.3 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)圖構(gòu)建并分析

表1 初步風(fēng)險識別清單

將得到的安全風(fēng)險邏輯關(guān)聯(lián)圖導(dǎo)入到GeNIe 有限元分析軟件，并根據(jù)實際情況進(jìn)行參數(shù)獲取，將得到的參數(shù)與網(wǎng)絡(luò)圖進(jìn)行匹配，得到導(dǎo)入數(shù)據(jù)后的安全風(fēng)險關(guān)聯(lián)圖，結(jié)果如圖3 所示，其中“yes”代表風(fēng)險發(fā)生的概率，“no”代表不發(fā)生風(fēng)險的概率。由圖可知，在導(dǎo)致地下連續(xù)墻安全風(fēng)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(jìn)行診斷性分析、敏感性分析與最大致因路徑分析，結(jié)果分別如圖4～圖6 所示[8]。

圖3 導(dǎo)入數(shù)據(jù)后的安全風(fēng)險關(guān)聯(lián)圖

圖4 安全風(fēng)險診斷性分析

（1）診斷性分析。診斷性分析是從結(jié)果倒推，找出風(fēng)險發(fā)生的原因。具體做法是對項目綜合風(fēng)險賦予不同的值，進(jìn)而觀察其他節(jié)點概率值大小變化，即可以通過對比，找出關(guān)鍵風(fēng)險指標(biāo)。具體而言，條件概率值變化與項目綜合風(fēng)險呈正相關(guān)關(guān)系，即條件概率值變化越大，則其與項目綜合風(fēng)險的關(guān)系越密切。診斷性分析結(jié)果如圖4 所示，由圖可知，逆推后導(dǎo)致地下連續(xù)墻發(fā)生安全風(fēng)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(jié)果與圖3 所示的貝葉斯網(wǎng)絡(luò)后驗概率值較高的關(guān)鍵風(fēng)險指標(biāo)重合度較高，驗證了上文結(jié)論。

（3）積極應(yīng)用先進(jìn)的飼喂技術(shù)。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(yǎng)缺乏和營養(yǎng)過?！，F(xiàn)在正規(guī)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(yǎng)者可依時依階段選擇。

（2）敏感性分析。通過對貝葉斯網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行敏感性分析，可以把控各風(fēng)險指標(biāo)對整體風(fēng)險水平的貢獻(xiàn)度，敏感性分析具體結(jié)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(yīng)風(fēng)險指標(biāo)的敏感性越大，即對項目整體風(fēng)險影響越大，兩者呈正相關(guān)關(guān)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(dǎo)致地下連續(xù)墻發(fā)生安全風(fēng)險的最重要的因素。

圖5 安全風(fēng)險敏感性分析

（3）關(guān)鍵致因路徑分析。關(guān)鍵致因路徑分析結(jié)果如圖6 所示，連線代表各風(fēng)險因素之間的影響，連線的粗細(xì)代表影響強度大小，連線越粗代表各個風(fēng)險因素之間的相互影響程度越大，該致因鏈在系統(tǒng)中的位置就越重要。通過觀察關(guān)鍵致因路徑分析，可以看出在整個項目風(fēng)險貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中存在多條致因鏈，并且這些風(fēng)險因素互為因果關(guān)系。由圖可知，以下3 條為關(guān)鍵致因路徑：①工人粗心，施工方、總包方、監(jiān)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(jiān)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(jiān)理方檢查不到位X1 →吊點處漏焊或強度不達(dá)標(biāo)X13 →鋼筋籠焊接不牢，起吊鋼筋變形散架X18。

圖6 安全風(fēng)險關(guān)鍵致因路徑分析

3.4 模型推理分析總結(jié)

通過總結(jié)前文貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)學(xué)習(xí)和推理分析結(jié)果，梳理了全部相關(guān)風(fēng)險指標(biāo)，并將其總結(jié)如表2 所示。

表2 A 項目地下連續(xù)墻安全風(fēng)險總結(jié)

根據(jù)BN 原理，將上文的A 項目地下連續(xù)墻安全風(fēng)險邏輯圖導(dǎo)入到GeNIe 軟件之中，分別進(jìn)行診斷性分析、敏感性分析、關(guān)鍵致因路徑分析。結(jié)果顯示，后驗概率與上述3 項指標(biāo)結(jié)論基本一致。

4 地下連續(xù)墻風(fēng)險應(yīng)對措施

A 項目地下連續(xù)墻風(fēng)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(fēng)險源，分別從施工方、總承包方、業(yè)主方、監(jiān)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(yīng)積極和總包單位進(jìn)行溝通，總包單位應(yīng)盡早和業(yè)主方取得聯(lián)系，爭取較早拿到地下管線分布圖。若地下連續(xù)墻槽段下方存在重要管線，應(yīng)及時聯(lián)系有關(guān)部門，進(jìn)行保護(hù)并遷移。

（2）施工技術(shù)負(fù)責(zé)人在施工前加強對焊工進(jìn)行交底，加強對焊接完成后的鋼筋籠進(jìn)行質(zhì)量檢驗，對焊縫長度、寬度等指標(biāo)進(jìn)行把控，對漏焊、點焊數(shù)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(huán)、吊具的安全性確保經(jīng)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(jié)約成本擅自更改鋼筋數(shù)量。

4.2 總承包方主要控制措施

（2）總包方應(yīng)在鋼筋籠焊接完成后派質(zhì)量主管進(jìn)行檢查，針對漏焊、焊縫長度與寬度、焊縫飽滿度、點焊數(shù)量等關(guān)鍵性指標(biāo)進(jìn)行檢驗。檢驗合格后，總包單位應(yīng)通知監(jiān)理單位，并協(xié)同監(jiān)理單位進(jìn)行驗收工作。

（3）總包單位應(yīng)禁止施工單位在極端天氣（大雨、大雪、大風(fēng)等）起吊鋼筋籠，總包方安全主管應(yīng)不予簽發(fā)吊裝令。同時總包方也應(yīng)對進(jìn)場時的吊車進(jìn)行三證檢查，即“特種設(shè)備使用許可證”“特種設(shè)備作業(yè)人員證”和“安全生產(chǎn)許可證”，若有缺失，應(yīng)催促施工方進(jìn)行補齊。

4.3 業(yè)主方主要控制措施

（1）業(yè)主方應(yīng)及時向相關(guān)市政單位詢要該施工地域內(nèi)市政管網(wǎng)分布圖，提前對重要管線進(jìn)行保護(hù)。如果條件不允許，也可以要求總承包方對相關(guān)區(qū)域內(nèi)的重要管線加以保護(hù)。

（2）業(yè)主方應(yīng)派人定期和總包方在工地進(jìn)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(yè)主在工地巡查的時間有限，應(yīng)賦予更多的權(quán)利給總包方。業(yè)主方應(yīng)加強對總包方教育培訓(xùn)，安排總包方人員在鋼筋籠起吊之前對吊點、鎖具、鋼絲繩進(jìn)行安全檢查，總包方應(yīng)嚴(yán)禁施工方為了追趕進(jìn)度，而做出有損施工安全的行為。

4.4 監(jiān)理方主要控制措施

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

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

（3）監(jiān)理方在鋼筋籠起吊之前應(yīng)嚴(yán)格控制鋼筋籠起吊安全問題，加強對吊點的檢查，嚴(yán)格按照施工規(guī)范執(zhí)行。此外，應(yīng)該及時關(guān)注天氣預(yù)報，對于極端天氣，不予簽發(fā)吊裝令。

5 結(jié)論

采用訪談法、文獻(xiàn)法及工程實踐對地下連續(xù)墻施工過程中的重要安全風(fēng)險要素進(jìn)行收集，通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)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(fēng)險權(quán)重較高因素。針對這些重要高安全風(fēng)險因素，分別從施工方、總承包方、業(yè)主方、監(jiān)理方角度采取對應(yīng)措施進(jìn)行控制。施工方應(yīng)在施工安全有保障的前提下追趕進(jìn)度；總承包方應(yīng)對可能出現(xiàn)的風(fēng)險進(jìn)行預(yù)防，協(xié)同與監(jiān)理單位工作；業(yè)主方應(yīng)更加重視施工過程中的安全問題，對安全風(fēng)險提供保障性措施；監(jiān)理方應(yīng)對存在安全隱患的地方進(jìn)行把關(guān)，確保施工過程順利進(jìn)行。運用BN 方法對A 項目地下連續(xù)墻施工過程進(jìn)行安全風(fēng)險分析，可為類似地下連續(xù)墻項目安全風(fēng)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(xiàn)構(gòu)建平安和諧社會，助推社會全面健康發(fā)展提供了指導(dǎo)方向。