城市道路空洞風險評估方法研究

葉遠春，宋谷長

（北京市市政工程設計研究總院，北京市 100082）

0 引言

近年來，我國各大城市由于道路空洞造成的路面塌陷事故頻繁發(fā)生，造成大量的經(jīng)濟、財產(chǎn)損失，引起媒體和社會的廣泛關注。由于城市道路與橋梁、地下管線、地鐵等基礎設施在空間上的密集性，道路空洞塌陷事故具有涉及面廣、損失大、社會影響大等特點。因此，為進一步促進城市道路安全保障工作，盡量避免與防范城市道路空洞事件的發(fā)生，必須全面、細致地分析城市道路面臨空洞的風險情況及其形成原因。對可能存在的風險進行全面系統(tǒng)地排查，分析風險事件可能造成的影響和后果，科學地評估城市道路面臨的空洞風險，并提出針對性的風險防范與控制措施。

1 道路空洞安全的特點

當前我國城市道路空洞安全保障工作呈現(xiàn)以下特點：

（1）空洞事故逐年增加。

隨著交通及城市化的發(fā)展，我國城市道路面臨的道路空洞事故數(shù)量也隨之增加。近3年來北京市發(fā)生的路面塌陷事故數(shù)量統(tǒng)計結果顯示2007～2009年北京市發(fā)生道路塌陷事件277起，其中2007年發(fā)生54起，2008年發(fā)生94起，2009年發(fā)生129起，塌陷事件逐年遞增趨勢非常明顯[1]。

（2）空洞的形成原因復雜多樣。

存在于城市道路路基中的空洞一般可分為自然地質空洞和人工活動造成空洞。自然地質空洞主要是城市道路下存在的天然溶洞、土洞，人工造成的空洞則包括廢棄的舊溝、防空洞、地下施工引起的空洞等。因此，空洞的形成原因復雜多樣，城市道路面臨的空洞風險則更為復雜。

（3）缺乏風險評估機制。

截至目前，在防范道路空洞事件方面，國內尚無明確的城市道路空洞風險評估機制。

2 城市道路空洞風險評估

2.1 道路空洞風險的定義

依據(jù)風險研究理論，道路空洞風險的含義包含3 方面內容[2]：（1）風險是不確定的；（2）風險必然導致不良后果；（3）風險是可以度量的。

城市道路空洞風險是指可能形成道路空洞、或致路面塌陷事故的不良事件。

2.2 評估流程

城市道路空洞風險評估是通過分析、識別風險發(fā)生的概率和可能產(chǎn)生的后果，確定風險級別，并決定哪些風險需要防范以及如何防范的過程。風險評估過程分為6個步驟：確定評估內容、風險識別、風險可能性分析、風險后果分析、劃分風險等級、提出風險防范的措施與建議（見圖1）。

2.3 評估對象

城市重要的政治、經(jīng)濟、商貿中心街區(qū)的道路，定期或出現(xiàn)下列情況之一時，作為道路空洞風險評估對象：

（1）道路進行大修、改擴建時；

（2）道路發(fā)生不明原因的沉陷、開裂、冒水時；

（3）在道路下進行管涵頂進、降水作業(yè)、隧道開挖等工程施工期間。

2.4 風險識別

作者對北京市近年發(fā)生的100余起城市道路空洞事故進行調研，統(tǒng)計分析出道路空洞事故的影響因素主要有三大類，含8個因素，構成了城市道路空洞事件的主要風險因子（見表1）。

表1 道路空洞突發(fā)事故風險源匯總表[3]

2.5 風險可能性分析

道路空洞風險可能性是指道路空洞事件在未來一段時間內發(fā)生的概率，道路空洞事件發(fā)生的概率越高，則風險可能性越大。根據(jù)道路空洞事件風險的特點，將道路空洞事件風險可能性分為5級，即：

A級——基本不可能發(fā)生；

B級——較不可能發(fā)生；

C級——可能發(fā)生；

D級——很可能發(fā)生；

E級——肯定發(fā)生。

道路空洞風險可能性評估采用定性和定量結合的模糊層次綜合評價方法。在現(xiàn)有風險源調查基礎上進行的風險源定性識別，根據(jù)選定因素，計算道路空洞事故風險可能性指數(shù)，預測道路空洞事故發(fā)生風險的可能性，進一步考慮風險后果后，確定評價道路的風險等級，為相應的工程及管理對策提供依據(jù)。

2.5.1評價因素的選擇與分級標準

根據(jù)城市道路空洞事故的特點和規(guī)律，對專家風險因素分級的調查結果進行匯總，建立道路空洞事件風險可能性評價指標體系和賦值標準。如圖2和表2所示。

圖2 城市道路空洞事故風險可能性評估指標體系

2.5.2風險因素層次分析及權重的確定

城市道路空洞風險因素權重是個多目標的決策問題，適宜應用德爾菲法與層次分析法相結合對各個風險因素權重的定量化確定。德爾菲法（Delphi-Method）又稱專家調查法，是一種非見面形式的專家意見收集方法和“一種高效的，通過群體交流和溝通來解決復雜問題的方法”。模糊層次分析法（Fuzzy-Analytical-Hierarchy-Process）則是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)考慮決策的問題，是一種簡便、靈活而又實用的多準則決策方法，適用于對多個難以量化因素進行重要性、影響力、優(yōu)先程度的量化分析。

首先，以城市道路空洞風險可能性評估為目標，對風險因素進行逐步細化，形成多層次的風險層次結構模型，即風險可能性評價目標樹。然后，向所有專家提供各個風險因素指標，并提供相關的背景資料及專家需要的其它材料，由專家對每一層次的風險因素針對上一層次某因素進行兩兩比較判斷，并做書面回答，得到其相對重要程度的比較標準。在對專家第一次判斷意見匯總后，列成圖表進行對比，并再次發(fā)給各位專家，讓專家比較自己同他人的不同意見，修改自己的意見和判斷。這一過程重復進行，直到各個專家不再改變自己的意見為止，確定該層次全部要素的最終重要性權重，最終確定組合權重。

（1）建立層次結構模型。

層次結構模型分為3層：第1層是目標層，即發(fā)生道路空洞風險的可能性；第2層是準則層，主要指導致空洞事件的各種條件；第3層是指標層，如圖2所示。

表2 城市道路空洞風險可能性評估指標分級與賦值標準

（2）確定各個風險因素權重。

在建立層次結構模后，根據(jù)同一層次指標間的重要性比較，分別賦予一定的分值。按德爾菲法要求進行調查，請專家采用0.1～0.9標度對指標權重進行打分，并進行加權平均得到判斷矩陣R（R=（rij）m×n）滿足rij=rik-rjk+0.5，其中rij表示元素Bi比Bj重要程度)。計算元素的權重值（i=1，2，…，n）[4-6]。其中 a 是人們對所感知對象的差異程度的一種度量，a≥（n-1）/2。所建立的判斷矩陣見表3～表5。

地下管線滲漏的影響指標只有一個，所以 C5對B2的權重為1。

表3 判斷矩陣A-B

表4 判斷矩陣B1-C

表5 判斷矩陣B3-C

根據(jù)B層權重和C層權重相乘得到最底層因素相對最高層的組合權重，如表6所示。

表6 城市道路空洞風險可能性評估指標權重

（3）風險可能性指數(shù)計算。

道路空洞風險可能性采用風險可能性指數(shù)來表示。風險可能性指數(shù)越大，則未來發(fā)生道路空洞事件的可能性也越大。風險可能性指數(shù)的數(shù)學計算模型如式（1）：

式（1）中：FC——道路空洞風險源的風險可能性指數(shù)；

Ri——道路空洞風險源的第i項風險因素的組合權重值；

Xi——道路空洞風險源的第i項風險因素的賦值。

按式（1）計算，城市道路空洞風險可能性指數(shù)應介于1～9之間。結合災害活動的特點以及對道路交通的影響，將道路空洞風險可能性指數(shù)從小到大分為五級，如表7所示。

2.6 風險后果評估

道路空洞事故風險后果評估按照其嚴重程度、可控性和影響范圍以及主觀影響因素，一般可分為五級：特別重大級、重大級，較大級，一般級和影響很小級。通過采用德爾菲法，即向專家提供道路位置、道路類型、周邊建筑、市政設施等資料，由專家書面給出其預計的風險后果，經(jīng)過對專家意見的統(tǒng)計匯總后，最終確定道路空洞風險后果評估等級（見表 8）。

表7 城市道路空洞事故可能性等級劃分標準

表8 道路空洞事件風險后果分級標準

2.7 風險分級

道路空洞風險分級是針對不同程度的道路空洞事件可能性，其可能對人類的生命財產(chǎn)構成威脅及可能造成的社會影響的定性和定量化的分析和評估，是以風險可能性分析和風險后果分析為依據(jù)進行綜合評估。道路空洞風險評估的目的在于明確哪些風險需要控制、哪些風險可以接受，同時確定風險管理的優(yōu)先級，為相關政府部門應對可能發(fā)生的道路空洞事故提供決策依據(jù)。

道路空洞風險評估分級參考國際風險管理理事會（IRGC）《風險管理白皮書》、澳大利亞 /新西蘭風險管理標準（Risk Management，AS/NAZ4360:1999）[7]等資料，具體分級標準如表9所示。

表9 道路空洞風險分級標準

3 風險防范與控制

針對城市道路空洞的不同風險等級，建議采取不同的控制措施，以減少或避免道路空洞事故的發(fā)生。

（1）風險等級為低時應對措施。

不采取特別處理措施，按正常道路進行經(jīng)常性巡查。

（2）風險等級為中時應對措施。

建議加強巡查密度，巡查的內容應特別注意觀察疑似空洞上方路面的沉陷情況，如發(fā)現(xiàn)道路沉陷應立即上報，采取進一步檢測或處理措施。

（3）風險等級為高或極高時應對措施。

建議定期進行探地雷達道路空洞檢測。如雷達檢測結果為存在土質疏松或空洞異常，應進行專家會商，并根據(jù)異常程度和專家意見決定是否立即采取修復措施。然后對風險原因進行詳細分析，并針對突出的風險因素提出應對措施。

4 結語

在當前城市道路空洞事故頻發(fā)，而國內城市尚無明確的道路空洞風險評估制度的背景下，本文以對北京市相關道路空洞事故調查結果為依據(jù)，探討了城市道路空洞風險評估的方法，對于預防道路空洞突發(fā)事故的發(fā)生，保障道路設施的安全具有積極意義。本方法對其它城市的道路空洞風險評估具有借鑒意義，可根據(jù)各自城市特點，按上述評價系統(tǒng)實現(xiàn)道路空洞的風險評估。

[1]宋谷長,葉遠春,劉慶仁.北京市城市道路塌陷成因及對策分析[J].城市道橋與防洪,2011,(8):250-252.

[2]周光輝,汪智，王富章，等.2008年北京奧運會期間鐵路突發(fā)公共事件風險評估研究[J].中國鐵路,2008,(2):69-73.

[3]劉慶仁，葉遠章，宋谷長，等.地下設施施工造成路基空洞的技術對策研究[R].北京：北京市市政工程設計研究總院，2011,75-76.

[4]王東升,金偉良,龔順風.運用層次分析法鑒定混凝土橋梁健康狀況[J].科技通報,2005,21(1):41-44.

[5]蔣良奎.模糊一致矩陣在層次分析法中的應用[J].上海海運學院學報,1998,19(2):55-60.

[6]呂躍進.基于模糊一致矩陣的模糊層次分析法的排序[J].模糊系統(tǒng)與數(shù)學,2002,16(2):79-85.

[7]AS/NZS4360:2004,Australian/New Zealand Standard:Risk Management[S].