基于模糊理論的施工風(fēng)險(xiǎn)量化與評價(jià)

李衍赫

摘要：研究運(yùn)用模糊理論對鐵路隧道和橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。基于事故原因和系統(tǒng)安全理論，系統(tǒng)分析了鐵路隧道和橋梁施工的各種風(fēng)險(xiǎn)，并將其歸為五類：施工組織風(fēng)險(xiǎn)、人力材料設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和特殊風(fēng)險(xiǎn)。量化了各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的損失結(jié)果和損失概率并引入了風(fēng)險(xiǎn)附加值。同時引入專家權(quán)值Wp、平均風(fēng)險(xiǎn)評分Avgf、高風(fēng)險(xiǎn)率 Phf、極高風(fēng)險(xiǎn)率 Phfst等指標(biāo)來綜合評定項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。最終實(shí)現(xiàn)了基于模糊理論的施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方案，對保障施工順利進(jìn)行和完善風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略具有借鑒意義。

Abstract： The fuzzy theory is utilized to evaluate the risk of railway tunnels and bridge construction. Based on the accident cause and system safety theory， the various risks of railway tunnel and bridge construction are systematically analyzed and classified into five categories： construction organization risk， human material equipment risk， construction environmental risk， construction technology risk and special risk. The loss results and loss probabilities of each risk are quantified and the risk added value is introduced. At the same time， the expert weight Wp， the average risk score Avgf， the high risk rate Phf， and the extremely high risk rate Phfst are introduced to comprehensively assess the project risk. Finally， the construction risk assessment scheme based on fuzzy theory is realized， which can be used as reference for ensuring smooth construction and improving risk response strategies.

關(guān)鍵詞：模糊理論;風(fēng)險(xiǎn)評價(jià);風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果;風(fēng)險(xiǎn)損失概率

Key words： fuzzy theory;risk evaluation;risk loss result;risk loss probability

中圖分類號：U213.2+1 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0036-03

0 ?引言

隨著國內(nèi)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國持續(xù)強(qiáng)化基礎(chǔ)建設(shè)投資，尤其是鐵路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，不僅能夠拉動國內(nèi)經(jīng)濟(jì)，同時有效帶動了當(dāng)?shù)厝嗣衩撠氈赂弧?011年至2013年的中國水泥使用量為66億噸，超過了美國1901年至2000年的44億噸水泥使用量總和[1]。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式使得經(jīng)濟(jì)面臨巨大下行壓力條件下，中央提出了“三去一降一補(bǔ)”的工作部署，其中加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)成為首要重點(diǎn)工作。由此可知，鐵路及公路交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)將迎來大量資金投入。為了開發(fā)偏遠(yuǎn)山區(qū)和改善城際交通，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)重點(diǎn)放在了偏遠(yuǎn)山區(qū)和城市地下軌道交通，因而不可避免的涉及到眾多復(fù)雜的橋梁和鐵路隧道施工[1-2]，這必將對鐵路施工風(fēng)險(xiǎn)辨別及相應(yīng)安全管理提出了更高要求。

基于風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)現(xiàn)施工過程實(shí)時風(fēng)險(xiǎn)管理，能夠有效辨別施工危險(xiǎn)程度并做好預(yù)防措施，提高人員安全，杜絕安全事故。針對基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)施工周期內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)評估，國內(nèi)外學(xué)者采用不同風(fēng)險(xiǎn)評估指標(biāo)開展了大量的研究工作。Sangous Lee 和Daniel W. Halpin在公路建設(shè)施工過程中研究了多因素耦合作用下的安全事故率，提出模糊數(shù)學(xué)理論能夠有效解決安全管理問題[3]。隨著內(nèi)外專家的相互交流，國外施工安全評估理論和方法的引起，對國內(nèi)建立風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系統(tǒng)提到了積極的推動作用。定量風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)（QRA）、概率分先評估（PRA）、分析層次分析（AHP）、模糊綜合評價(jià)、以及AHP-模糊綜合評價(jià)等風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)系統(tǒng)建立起來，有效的促進(jìn)了各行各業(yè)施工安全管理[4-8]，尤其是在航空、油田開發(fā)、煤礦開采、公路建設(shè)等方面[9-13]。大量的研究成果表明，模糊數(shù)學(xué)理論是應(yīng)用在解決安全管理問題上產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

完備的施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系能夠有效辨別施工風(fēng)險(xiǎn)，保證施工進(jìn)度規(guī)劃的合理性、安全管理的有效性和安全措施的可行性，完善施工風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略和應(yīng)急預(yù)案措施，降低施工風(fēng)險(xiǎn)突發(fā)概率，減少人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失[3]。本文基于針對模糊理論風(fēng)險(xiǎn)評估的研究成果，探討了在施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)下，鐵路橋梁、隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系，并對鐵路隧道和橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評價(jià)。

1 ?鐵路橋梁、隧道施工風(fēng)險(xiǎn)分類分析

依據(jù)事故原因統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)安全理論，將施工風(fēng)險(xiǎn)分為以下五類：施工組織風(fēng)險(xiǎn)、人力材料設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)、施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)和特殊風(fēng)險(xiǎn)[14]，如圖1所示。

施工組織風(fēng)險(xiǎn)包含：安全技術(shù)交底風(fēng)險(xiǎn)，安全生產(chǎn)責(zé)任風(fēng)險(xiǎn)，安全生產(chǎn)教育風(fēng)險(xiǎn)，安全生產(chǎn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，安全生產(chǎn)資料風(fēng)險(xiǎn)、安全制度風(fēng)險(xiǎn)、安全組織機(jī)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)、安全文化建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)、施工現(xiàn)場布置風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)場出現(xiàn)險(xiǎn)情的處理現(xiàn)場安全標(biāo)示風(fēng)險(xiǎn)、監(jiān)理風(fēng)險(xiǎn)、執(zhí)行風(fēng)險(xiǎn)等。

人力材料設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)包含：施工人員對機(jī)械的操作熟練程度風(fēng)險(xiǎn)、施工人員技術(shù)考核合格率風(fēng)險(xiǎn)、施工人員工作態(tài)度風(fēng)險(xiǎn)、施工人員安全意識風(fēng)險(xiǎn)、施工管理人員的經(jīng)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)、材料的保存風(fēng)險(xiǎn)、材料狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)、材料達(dá)標(biāo)風(fēng)險(xiǎn)、材料合理運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械設(shè)備質(zhì)量合格率風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械設(shè)備操作說明完整率風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械設(shè)備相對老化程度風(fēng)險(xiǎn)、機(jī)械設(shè)備安全標(biāo)示風(fēng)險(xiǎn)、現(xiàn)場消防設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)等。

施工環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)包含：氣象條件風(fēng)險(xiǎn)、水文地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)、空間障礙物風(fēng)險(xiǎn)等。

施工技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)包含：安全專項(xiàng)方案風(fēng)險(xiǎn)、設(shè)計(jì)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、新工藝不確定性風(fēng)險(xiǎn)、變形監(jiān)控風(fēng)險(xiǎn)等。

特殊風(fēng)險(xiǎn)包含：模板風(fēng)險(xiǎn)、高處作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)、腳手架風(fēng)險(xiǎn)、臨時用電風(fēng)險(xiǎn)等。

通過明確定義以上五類風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)，可以用于后續(xù)定量分析，并且結(jié)合專家評價(jià)法對鐵路路基施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)損失后果評價(jià)。

2 ?施工風(fēng)險(xiǎn)損失評分標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合現(xiàn)場施工過程的具體情況，運(yùn)用定量計(jì)算分析和專家打分法[4]，將施工風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果分為輕微損失、一般損失、較大損失、嚴(yán)重?fù)p失和毀滅性損失5類，分別對應(yīng)1至5分;將施工風(fēng)險(xiǎn)損失概率分為很不可能、不可能、偶然、可能、很可能5類，分別對應(yīng)1至5分。對于每一類施工風(fēng)險(xiǎn)，可以根據(jù)施工風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果評分和施工風(fēng)險(xiǎn)損失概率評分，結(jié)合施工風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果、施工風(fēng)險(xiǎn)附加值、施工風(fēng)險(xiǎn)損失概率和風(fēng)險(xiǎn)附加值計(jì)算得到某一特定施工風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)損失評分。

Sc（si）和Sp（qi）的確定過程如下：風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果風(fēng)險(xiǎn)附加值是風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果的因變量，風(fēng)險(xiǎn)損失概率風(fēng)險(xiǎn)附加值是風(fēng)險(xiǎn)損失概率的因變量。對于這兩個系數(shù)的取值，本文采用專家評價(jià)法進(jìn)行確定，通過對20位工程技術(shù)專家的問卷調(diào)查，計(jì)算平均值后取整以利于后期計(jì)算，風(fēng)險(xiǎn)損失結(jié)果為“輕微損失”、“一般損失”、“較大損失”、“嚴(yán)重?fù)p失”和“毀滅性損失”時對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)附加值為0、2、4、7、10，風(fēng)險(xiǎn)損失概率為“很不可能”、“不可能”、“偶然”、“可能”、“很可能”時對應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)附加值為0、2、4、7、10。

計(jì)算后的風(fēng)險(xiǎn)損失評分見表1。

對表1中的評級進(jìn)行分析：

①表中淺灰色方格表示低風(fēng)險(xiǎn)（施工風(fēng)險(xiǎn)損失評分為1、4者），此類風(fēng)險(xiǎn)允許忽略，不需采取風(fēng)險(xiǎn)處理和監(jiān)測措施;表1中灰色方格表示中度風(fēng)險(xiǎn)（風(fēng)險(xiǎn)損失評分為7、8、11、12、15者），此類施工風(fēng)險(xiǎn)可接受，一般不需采取施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行必要的預(yù)防措施，但需予以安全監(jiān)測并強(qiáng)化安全管理;

②表中深灰色方格表示高風(fēng)險(xiǎn)（施工風(fēng)險(xiǎn)損失評分為17、22、23者），不期望有此類風(fēng)險(xiǎn)，必須采取施工風(fēng)險(xiǎn)處理措施降低施工風(fēng)險(xiǎn)，強(qiáng)化安全監(jiān)測與風(fēng)險(xiǎn)管理，使降低風(fēng)險(xiǎn)的成本與提高施工安全性達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益的平衡;

③表中黑色方格表示超高風(fēng)險(xiǎn)（施工風(fēng)險(xiǎn)損失評分為29、30、37、45者），此類施工風(fēng)險(xiǎn)不可接受，必須高度重視并采用影響措施予以避免，否則將不惜代價(jià)將施工風(fēng)險(xiǎn)至少降低至不期望程度。

根據(jù)表1所列施工風(fēng)險(xiǎn)值基本數(shù)據(jù)，從偏于施工安全的角度出發(fā)：Fi？燮4，視為低風(fēng)險(xiǎn);423，視為超高風(fēng)險(xiǎn)。在鐵路橋梁或者隧道施工過程中，可以明確得到每一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)損失的具體評分，按照這一標(biāo)準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)施工風(fēng)險(xiǎn)的分級管理，不僅提高了工程施工效率，同時還能有效保障施工過程安全性。

3 ?施工風(fēng)險(xiǎn)損失加權(quán)平均評分和施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評價(jià)

在施工風(fēng)險(xiǎn)損失評分標(biāo)準(zhǔn)明確之后，需要確定各項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重，進(jìn)行施工風(fēng)險(xiǎn)的綜合評價(jià)。基于專家打分進(jìn)行定量評估時，各專家工程知識背景、風(fēng)險(xiǎn)評估經(jīng)驗(yàn)以及評估能力對風(fēng)險(xiǎn)的評價(jià)存在差異。因此，在確定某項(xiàng)施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)值時，納入專家權(quán)值（Wp），即采用加權(quán)平均評分，有效提高風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)的準(zhǔn)確性。

平均風(fēng)險(xiǎn)評分Avgf和高風(fēng)險(xiǎn)率Phf、超高風(fēng)險(xiǎn)率Phfst是對鐵路項(xiàng)目施工全周期的完整性風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)指標(biāo)，可作為加強(qiáng)鐵路施工安全管理的基本理論依據(jù)。在對所施工項(xiàng)目全周期的平均風(fēng)險(xiǎn)評分和高風(fēng)險(xiǎn)率Phf、超高風(fēng)險(xiǎn)率Phfst進(jìn)行排序后，排名居前者為鐵路施工安全重點(diǎn)檢查督促對象。隨著鐵路施工進(jìn)度的不斷推進(jìn)，各項(xiàng)施工風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率及嚴(yán)重程度等也不斷發(fā)生變化。在采取相應(yīng)有效的施工風(fēng)險(xiǎn)評估和安全處理措施后，原風(fēng)險(xiǎn)得到有效控制的同時，又可能導(dǎo)致新的施工風(fēng)險(xiǎn)。因此，鐵路施工階段應(yīng)開展風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)評估和與其相適應(yīng)的安全管理策略。

綜上所述，基于模糊理論的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系歸納為圖2所示。

4 ?結(jié)論

本文基于模糊理論，探討了鐵路隧道和橋梁各類施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。通過專家打分策略和分析計(jì)算方法，分析了單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)策略，建立了施工項(xiàng)目綜合風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)體系。該研究為鐵路隧道及橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)動態(tài)評估和施工安全管理提供了理論依據(jù)，對提高其施工周期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)控制與安全管理具有重要的借鑒意義和應(yīng)用價(jià)值。

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