城市地下大空間施工重大風險多因素耦合演變模型

雷升祥， 雷 可， 王秀英， 譚忠盛， 黃明利， 田圓圓

(1. 中國鐵建股份有限公司， 北京 100855； 2. 北京交通大學 城市地下工程教育部重點實驗室，北京 100044； 3. 中鐵第五勘察設計院集團有限公司， 北京 102600)

0 引言

為解決日益緊迫的城市環境承載力問題，新建城市地下空間正由點—線—面向區塊化、網絡化發展，呈現出“上下一體、功能綜合、體量龐大、互聯互通、空間多維、地下超深”的新趨勢[1]。這些新型地下工程已在使用功能、空間規模、結構形態等方面突破了傳統地下空間的限制，難以被簡單地歸為任何一類傳統地下空間。為進一步推進城市地下空間的有序發展，引導相關理論技術的針對性研發和產業升級，亟需對這類地下空間作出新的定義。“城市地下大空間”的概念便是在這一背景下提出的。

城市地下大空間由于工程規模大，地質和周邊環境復雜，施工難度大大增加，對施工風險的管控提出了更高的要求。由于施工過程的復雜性，城市地下大空間施工風險也呈現出一些有別于一般地下空間的新特性。Perrow[2]的常態事故理論認為，對于一項高復雜度的行動，其相關因素間的動態交互和耦合程度是判定對風險產生影響的重要指標。Leveson[3]認為，事故是一個系統內多種要素在不斷反饋和調整的過程中，由于缺少必要的約束而使系統行為突破安全邊界的一種涌現現象。諸多實際案例和理論研究表明： 風險是在多種因素緊密耦合作用下，在系統狀態的動態調整和演變過程中產生的，不能以孤立的、靜態的視角進行風險分析。

針對以上問題，宮培松[4]在系統動力學框架內提出了風險能量、風險流和耦合節點的概念，探討了多因素耦合作用對地鐵車站施工風險的影響；王帆[5]整合了混合相關向量分類機、貝葉斯網絡和系統動力學方法，建立了地鐵施工安全風險動態演化模型；許慧等[6]、朱敬宇等[7]、吳賢國等[8]采用N-K模型分別分析了城市軌道交通運營風險、深水井噴風險和地鐵施工安全風險中“人、機、環、管”4大類因素耦合效應的強度；徐濤[9]在采用N-K模型和耦合度模型分析了水下隧道盾構施工風險因素耦合規律的基礎上，采用系統動力學仿真研究了耦合效應對風險水平發展趨勢的影響；江新等[10-11]、劉清等[12]采用系統動力學分別對三峽大壩通航風險和水電工程項目群施工風險演變過程進行了分析；孟祥坤等[13]、趙賢利等[14]采用復雜網絡理論分別分析了海底管道泄漏風險和機場飛行區風險的演變路徑。

上述研究為揭示風險的多因素耦合演變規律做出了有益的探索，但缺少對耦合演變形成機制的系統分析和深入探討；且研究涉及的耦合系數、耦合度等重要參量不具備明確的物理或統計學意義，難以實際應用。針對上述問題，本文從分析城市地下大空間工程的特點入手，從系統的角度剖析城市地下大空間施工風險的特征，提出一套匹配于施工風險形成機制的風險多因素耦合演變分析方法，旨在揭示城市地下大空間施工重大風險形成機制及關鍵環節，以期為城市地下大空間安全、經濟、高效施工提供參考。

1 城市地下大空間施工風險系統分析

1.1 城市地下大空間的定義

城市地下大空間，是指城市行政區域內地表以下，在工程風險和成本可控的開發深度范圍內，為滿足特定生產、生活及防災需求，修建的結構跨度大或具有一定規模的單體地下大空間或網絡化地下空間[15]。

1.1.1 單體地下大空間

單體地下大空間根據施工方法不同分為明挖單體地下大空間和暗挖單體地下大空間。明挖單體地下大空間一般是采用明挖法施工的地下綜合體、地鐵車站或高層建筑基坑等深大基坑工程；暗挖單體地下大空間一般是暗挖車站或類似規模的大跨暗挖工程。單體地下大空間的具體定義見表1，周邊環境設施重要性等級劃分見表2，工程影響區定義見表3。

表1 單體地下大空間定義Table 1 Definition of monoblock large underground space

表2 周邊環境設施重要性等級Table 2 Importance level of surrounding environmental facilities

表3 工程影響區定義Table 3 Definition of project influence area

1.1.2 網絡化地下空間

網絡化地下空間是指在既有地下空間的基礎上，通過零距離近接、連通接駁、豎向增層、以小擴大、多維拓展5類拓建方法形成的平面相連、上下互通的網絡化地下空間。網絡化地下空間的具體定義見表4。

表4 網絡化地下空間定義Table 4 Definition of networked underground space

1.2 城市地下大空間施工風險系統的概念及特征

1.2.1 概念

風險系統是與誘發風險的行動相關聯的自然或社會系統的一個抽象概念。風險系統包含風險源、風險事件、風險因素和致險路徑，也包含著與這些概念相關的物理實體。

1.2.2 特征

1)風險源眾多，風險多樣化。城市地下大空間施工中的以下特點導致其施工風險多樣，風險源眾多。①城市地下大空間施工流程復雜，對施工方法、工藝、施工團隊和施工管理水平的要求極高，施工過程的容錯率低； ②城市地下大空間多建于城市核心區域，人口密度大，建筑物及市政管線密集，周邊環境具有脆弱性； ③城市地下大空間工程一般是受到社會多方關注的關鍵性工程，任何疏漏都易導致極為不利的社會影響和信譽損失。

2)成險機制復雜。導致城市地下大空間施工風險成險機制復雜的主要原因有： ①城市地下大空間的施工力學機制復雜，許多城市地下大空間的設計具有領先性、獨創性，難以基于傳統理論和經驗分析其成險機制； ②城市地下大空間的施工需要多方協同，使得人的不安全因素影響十分復雜； ③城市地下大空間施工過程中的風險因素間具有普遍的關聯性和相對性，使得風險分析變得十分復雜，且難以把握分析的邊界。

3)風險因素難以窮盡。風險因素由風險源及成險機制共同決定，因此，城市地下大空間的施工風險因素勢必是極其復雜且難以窮盡的。對城市地下大空間施工風險系統的分析一定要把握好分析粒度(即將問題在邏輯上拆分至怎樣的細節)以及分析邊界(即哪些要素需要考慮，哪些要素不必考慮)等問題。

1.3 城市地下大空間施工風險系統結構

1.3.1 城市地下大空間施工風險子系統

由城市地下大空間施工風險系統的特點出發，可將城市地下大空間施工風險系統劃分為工程結構系統、環境系統和組織管理系統3個子系統，如圖1所示。

圖1 城市地下大空間施工風險系統結構示意圖Fig. 1 Structure diagram of risk system in urban large underground space construction

1)工程結構子系統包含： ①以實現城市地下大空間功能為目的的永久結構物； ②為在城市地下大空間施工過程中穩定地層、提供作業空間而修建的永久或臨時支護結構； ③施工流程，指為完成城市地下大空間永久結構而必須采取的一系列工法、工序。

2)環境子系統包含： ①地層，包括與城市地下大空間工程施工具有力學聯系的地層及水系； ②市政設施，包括工程周邊一定范圍內的既有建筑物或構筑物； ③自然環境，包括工程周邊一定范圍內的地形地貌、自然景觀等實體，也包括工程區域內的氣候、溫度、濕度等自然狀態； ④社會環境，指城市地下大空間工程所處的周邊社區環境、社會輿論環境等抽象實體。

3)組織管理子系統是刻畫施工管理行為對施工過程的影響的系統。組織管理子系統由一系列變量及其相互關系構成，這些變量既包含可定量描述的物質變量，如材料要求、安裝進度等，也包含難以定量描述的軟變量，如政策決策的影響、組織機構合理性等。

1.3.2 城市地下大空間施工風險子系統間的關系

一方面，在施工過程中，工程結構子系統通過力學作用等形式對環境子系統施加影響；另一方面，環境子系統對工程結構子系統有著制約作用，環境子系統的狀態決定了工程結構的特性及施工方法。而組織管理子系統通過監控量測收集工程結構子系統和環境子系統相互作用過程中的信息，以對下一步施工措施進行動態控制。

工程結構子系統與環境子系統由施工力學過程主導，體現著系統中具有客觀性的一面，因此，又可將兩者統稱為施工力學子系統；組織管理子系統由人的行為主導，體現著系統中具有主觀性的一面。

2 城市地下大空間施工重大風險多因素耦合演變模型

2.1 施工力學子系統模型

2.1.1 施工力學子系統的特點

工程結構子系統與環境子系統具備以下特點： 1)系統的所有行為具有明確的物理機制，理論上可以反復出現； 2)系統中的變量具有明確的物理意義，且可通過計算或測量得出； 3)系統的行為可以定義為一系列具體的事件，可在事件之上定義概率； 4)系統內各層事件之間具有確定的因果關系。因此，可采用基于概率的方法對系統的行為進行量化分析。

2.1.2 施工力學子系統模型結構

根據上述特點，建立如圖2所示的施工力學子系統模型。模型總體上分為事件空間和狀態空間2個部分。

圖2 施工力學子系統模型示意圖Fig. 2 Model diagram of construction mechanics subsystem

2.1.2.1 事件空間

事件空間中的元素是具有明確定義的事件(event)，相關變量為事件發生的概率，事件間由因果關系相聯系。事件空間中包含風險事件層、中間事件層、征兆事件層和因素事件層4級元素。

1)風險事件層。其位于事件空間頂層，其中，元素為風險事件，是風險分析的目標。

2)中間事件層。中間事件指風險形成路徑上必要的事件節點，起承上啟下作用。

3)征兆事件層。征兆事件的主要意義在于定義了一種對中間事件的觀測方法。

4)因素事件層。因素事件又稱事件型因素，是發生概率較高但發生后影響較小的“小事件”。

2.1.2.2 狀態空間

狀態層中的元素是指標(indices)。指標是表征系統狀態的變量。狀態層中包含宏觀狀態層和評估指標層2級元素。

1)宏觀狀態層。宏觀狀態層中包含設計質量、勘察質量等涵蓋城市地下大空間施工風險各方面因素的10個指標。宏觀狀態指標是包含著大量信息的總括性指標，需要通過概念更具體、更具有可操作性的評估指標來對其間接賦值。

2)評估指標層。評估指標服務于宏觀狀態指標，是一些需要通過觀測、計算或評價得出的具有明確涵義和取值方法的變量。

2.1.3 施工力學子系統分析方法

采用貝葉斯網絡和馬爾科夫-模糊綜合評價法作為施工力學子系統風險分析方法。事件空間中的風險事件、中間事件、征兆事件、因素事件連同狀態空間中的宏觀狀態指標一起構成貝葉斯網絡；馬爾科夫-模糊綜合評價法作為聯系評估指標與宏觀狀態指標的紐帶，實現貝葉斯網絡的動態輸入。

2.1.3.1 貝葉斯網絡與風險多因素耦合系數

風險因素的耦合，是指2個以上風險因素同時出現時，由于各風險因素的作用在物理層面上產生相互影響，從而引發的對風險的增幅或抑制作用。風險多因素耦合系數是為度量這種耦合效應的強弱而提出的。

1)雙因素耦合模型。圖3(a)所示為貝葉斯網絡模型中的一個最簡化局部，稱為基本單元。圖中所有節點均為二態節點，代表某一事件。節點R1和R2為節點C的父節點，即C的因素事件。當R1和R2對于C的因果機制獨立時[16]，可將圖3(a)轉化為圖3(b)所示的模型。圖3(b)中，ξ1，ξ2為與C具有共同狀態空間的隨機變量；“∨”為邏輯“或”合成算子。此時，關于C的條件概率可表達為

(a) 雙因素耦合原始模型(b) 雙因素耦合等價模型圖3 雙因素耦合模型示意圖Fig. 3 Schematic of dual-factor coupling model

λ2|R2)。

(1)

式中：P(ξi=λi|Ri)為Ri對C的貢獻概率分布；λi∈{True, False}，εi=True代表事件εi發生，εi=False代表事件εi不發生，下文記εi=T或εi=F。

根據因素事件的定義，可假定P(ξi=T|Ri=F)=0，即因素事件不發生時對結果事件的發生概率不產生影響。在這一假定下，圖3(a)所示貝葉斯網絡節點C的條件概率表(CPT)便可根據式(1)由2個條件概率P(ξi=T|Ri=T)=αi表達。

(2)

(3)

表5 耦合系數取值表Table 5 Value reference of coupling coefficient

(a) 多因素耦合原始模型 (b) 多因素耦合樹圖4 多因素耦合模型示意圖Fig. 4 Schematic of multi-factor coupling model

為解決這一問題，在處理多因素耦合的情況時，認為耦合作用是以“耦合樹”的形式，按一定順序逐層作用的。如圖4(b)所示，耦合作用首先在R1和R2間產生，隨后逐個與R3，R4，…，Rn作用，表達為

(4)

(5)

需要指出的是，同一個問題中“耦合樹”不是唯一的，耦合樹的選取會對分析結果產生一定影響，在實際操作中應盡量將耦合效應強烈的因素對置于耦合樹的下層。

2.1.3.2 馬爾科夫-模糊綜合評價

馬爾科夫-模糊綜合評價法是將隨機過程理論中的馬爾科夫鏈與模糊綜合評價法進一步融合建立的，可在一定時間序列上對被評價問題進行預測。

設問題的論域U為包含m個元素的離散集合，因素集V中包含n個元素，時間序列由離散指標t=0,1,2,…表示。在初始時刻(t=0)，各因素對論域的隸屬度向量

(6)

對隸屬度向量歸一化：

(7)

根據模糊統計與概率統計之間的關系，歸一化的隸屬度可視為因素處于論域中各狀態的主觀概率。設該因素在時間維度上受某一馬爾科夫鏈調控(論域U即為馬爾科夫鏈的狀態空間)，那么該因素在任意時刻的狀態分布可由馬爾科夫鏈表達為

(8)

(9)

2.2 組織管理子系統模型

2.2.1 組織管理子系統的特點

組織管理子系統主要體現著人的不確定因素，這一系統有著與力學系統截然不同的特點，如下： 1)系統的行為僅存在邏輯上的聯系，很難與物理機制掛鉤。2)系統中的變量眾多，且各變量的狀態具有極大的不確定性。即便在相對一致的外部條件下，系統的行為也很難復現。3)系統的行為一般僅能以其宏觀狀態的變化來描述，難以采用事件的形式進行定義，因此也難以采用概率的方法去度量系統的響應。4)系統內各環節的相互關系錯綜復雜，因果關系交織，即便通過邏輯推演得出系統結構，也難以直觀預測系統的行為。

2.2.2 組織管理子系統分析方法

組織管理子系統采用系統動力學(system dynamics，SD)作為風險分析方法。SD理論由美國麻省理工學院的Forrester教授于20世紀50年代提出[17]。SD基于系統論、控制論與信息論，從系統內部控制機制和結構出發，著重研究系統機構與其功能行為的動態關系，是對具有復雜非線性多重反饋機制的系統進行定性和定量分析的有效方法。

城市地下大空間SD建模步驟如下。

1)確定系統邊界。建模的首要任務是確定系統內的要素和變量。組織管理子系統包含組織機構、現場管理、人員素質及工程合同等若干狀態集，而系統狀態的變化體現為施工質量、施工成本和施工進度3個相互間具有約束關系的績效指標的變化，并以此影響施工力學子系統的行為。

2)分析因果關系。系統邊界確定后，需要分析主要變量間的因果關系，確定其傳遞極性，繪制因果回路圖(見圖5(a))。城市地下大空間施工組織管理子系統包含以下4個主要回路：

(a) 因果回路圖

(b) SD存量流量圖圖5 城市地下大空間組織管理子系統SD模型Fig. 5 Modeling procedure of system dynamics

①施工速率—施工進度—工期壓力—施工質量回路；

②施工質量—施工成本—預算余量—安全措施回路；

③施工質量—事故征兆出現頻率—安全意識—安全措施回路；

④施工質量—事故征兆出現頻率—施工速率—施工進度—工期壓力回路。

3)建立存量流量圖。在因果回路圖的基礎上，補充存量、流量、輔助變量、外生變量和參數，建立包括模型內所有關系的SD存量流量圖(見圖5(b))。城市地下大空間施工組織管理子系統模型以施工進度作為唯一的存量變量，以施工速率作為與施工進度相關聯的率變量。組織管理系統狀態隨著施工進度的推進而自發演變，并在工期壓力、施工質量、施工成本和安全措施之間的反饋關系支配下動態調整。

4)建立方程。根據SD存量流量圖建立系統動力學方程，并為方程中的參數賦值。

5)仿真模擬。進行模擬仿真，調試并修正模型，得到輸出結果。

3 應用案例

3.1 工程概況

3.1.1 工程背景

北京地鐵17號線東大橋站為與既有6號線的換乘站。東大橋站位于東大橋路、工人體育場東路與朝陽門外大街、朝陽北路相交的五叉路口，其平面位置如圖6所示。車站總長336.8 m，總建筑面積為24 590.9 m2。車站標準段為暗挖雙層雙柱3跨結構(寬24.5 m)，下穿區段為暗挖單層單洞結構(長36.5 m)，北端為暗挖雙層3柱4跨結構(長49.7 m)。車站結構高17.85 m，中心里程處單層結構覆土約15.18 m，有效站臺中心處底板埋深約33.6 m。

圖6 東大橋站平面位置示意圖Fig. 6 Plane position of Dongdaqiao station

3.1.2 工程地質與水文地質

圖7 東大橋站地質剖面圖(單位: m)Fig. 7 Geological profile of Dongdaqiao station (unit: m)

站址區地下水主要可劃分為上層滯水、層間潛水、層間潛水—承壓水和承壓水。地下水主要補給方式為區域地下水側向徑流及來自上部的垂直滲透，以徑向側流方式排泄。

3.1.3 場地及周邊環境

車站周邊為成熟社區和商業、商務區，地面車流量大，交通繁忙。車站與既有6號線東大橋站及區間隧道距離較近，最小水平凈距3.14 m，最小垂直凈距1.68 m。車站范圍內市政管線眾多，管徑300～1 750 mm，還存在多條熱力方溝、雨水方溝及電力隧道。

3.1.4 施工方法

車站主體采用暗挖洞柱法施工。導洞斷面為拱頂直墻平底結構，上、下導洞開挖寬度為4.7 m，高度為5.5 m，采用臺階預留核心土法施工。導洞臨近既有區間段10 m范圍內采用深孔注漿超前加固地層，導洞端頭打設導管注漿加固。車站采取降水措施進行無水暗挖作業。

3.2 風險分析模型建立

3.2.1 風險分析單元劃分

1)空間維度劃分。北京地鐵17號線東大橋站總長約330 m，最大寬度約33 m。根據東大橋站的結構特點，將車站在其水平投影上劃分為東南(SE)、東北(NE)、西南(SW)、西北(NW)和中央(C)5個區域，如圖8所示。

圖8 東大橋站工程分區示意圖Fig. 8 Schematic of partition scheme of Dongdaqiao station

2)時間維度劃分。北京地鐵17號線東大橋站屬于網絡化拓建工程，根據工程特點，將工程按工程分項和主要工序在時間維度上劃分為13個分塊，如圖9所示。

圖9 東大橋站風險分析單元劃分(時間維度)Fig. 9 Risk analysis unit division of Dongdaqiao station (time dimension)

3.2.2 貝葉斯網絡模型建立

3.2.2.1 貝葉斯網絡結構

北京地鐵17號線東大橋站施工風險貝葉斯網絡模型見圖10。模型中共有29個節點，其中包含5個頂層風險事件節點、3個中間事件節點、11個因素事件節點和10個宏觀狀態節點。

圖10 東大橋站施工風險貝葉斯網絡模型Fig. 10 Bayesian network model of construction risk in Dongdaqiao station

3.2.2.2 耦合因素分析

通過會議討論和專家咨詢，確定東大橋站施工風險系統中存在以下4組耦合因素對。

1)超前加固不到位-存在軟弱地層(ES3-EE3)。當地層性質較差時，不合格的超前加固極易導致開挖面在支護結構架設之前發生失穩。顯然，該因素對的耦合會對風險產生增幅作用，耦合極性為正耦合。一般來說，該因素對中任一方單獨出現均不足以導致較大的風險，但兩者若同時出現則可能誘發災難性的事故。因此，判定該因素對為“強耦合”。

2)支護設計性能不足-存在軟弱地層(ES2-EE3)。軟弱地層基本不具有自承能力，支護結構需要獨自承擔施工期的大部分荷載。在2007年巴西圣保羅地鐵皮涅羅斯車站隧道坍塌事故中[18]，由倒懸巖脊形成的巨大荷載作用于性能不足的支護結構，導致隧道瞬間坍塌。因此，判定該因素對為“強耦合”。

3)遭遇強降雨-存在軟弱地層(EE4-EE3)。軟弱地層通常具有更差的水理特性，在強降雨的作用下會進一步軟化。該因素對是多起地下工程施工事故的重要誘因，故判定其耦合強度為“極強耦合”。

4)支護設計性能不足-支護閉合不及時(ES2-ES1)。“強支護、快封閉”作為淺埋暗挖法十八字方針中的重要部分常被一同提及，說明這2個因素存在顯著的耦合效應。但在不考慮其他因素的情況下，該因素對的耦合效應不至于使風險產生較大增幅，故判定其為“中耦合”。

東大橋站施工風險因素耦合樹見圖11。各耦合因素對的耦合效應評級及耦合系數取值見表6。

圖11 東大橋站施工風險因素耦合樹Fig. 11 Coupling tree of construction risk factors of Dongdaqiao station

表6 東大橋站各耦合因素對的耦合效應評級及耦合系數取值Table 6 Risk factor coupling effect evaluation form of Dongdaqiao station

3.2.2.3 條件概率表(CPT)

1)中間事件及風險事件節點。模型中各事件節點間的貢獻概率分布見表7。中間事件及風險事件節點的CPT可通過式(1)、式(3)、式(4)、式(5)及表6中的耦合系數計算得到。

表7 事件節點間的貢獻概率分布Table 7 Contribution probability distribution between event nodes

2)因素事件節點。因素事件節點上的條件概率通過式(10)計算。

(10)

(11)

本模型中宏觀狀態指標的狀態數統一為4個，狀態1代表最不利狀態。宏觀狀態指標與因素事件間的貢獻強度系數取值見表8。

表8 宏觀狀態指標與因素事件間的貢獻強度系數取值表Table 8 Contribution intensity coefficient values

3.2.3 評估指標及權重

各宏觀狀態指標對應的評估指標、隸屬度及權重見表9。

表9 各宏觀狀態指標對應的評估指標、隸屬度及權重Table 9 Evaluation index membership degree and weight

表9(續)

3.3 結果分析

3.3.1 施工過程風險等級與演化規律分析

根據施工組織計劃，東大橋站自豎井開挖施工至內部結構澆筑完畢計劃工期2年10個月。本次分析時間跨度按150周考慮，分析時間步長為1個自然周。通過馬爾科夫-模糊綜合評價和系統動力學仿真得到評估指標的時間歷程數據后，導入貝葉斯網絡進行分析，結果如圖12所示。

圖12 東大橋站風險分析結果Fig. 12 Risk analysis results of Dongdaqiao station

分析結果表明，東大橋站施工過程中主要風險事件發生概率為0.06～0.09。根據GB 50652—2011《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》規定，風險發生可能性等級為2級，風險等級根據風險事件不同為Ⅰ級或Ⅱ級。施工過程中風險具有階段性特征，各風險事件發生概率在開挖階段較大；在豎井開挖后約35周進入鉆孔灌注樁施工階段后以及于約90周主拱二次襯砌施作完成后，各風險事件的發生概率有不同程度的降低。分析結果符合工程經驗認知。

3.3.2 風險因素耦合效應影響分析

表10示出了考慮風險因素耦合效應、不考慮某一對風險因素的耦合效應和完全不考慮耦合效應時的風險事件最大發生概率。從表中可以看出，風險因素耦合效應對風險事件發生概率具有較為顯著的影響。在本案例中，“超前加固不到位ES3”和“存在軟弱地層EE3”的耦合效應影響最廣，而“遭遇強降雨EE4”和“存在軟弱地層EE3”的耦合效應影響最大。在分析的5個風險事件中，“坍塌RS1”、“地上建(構)筑物無法使用RE1”和“既有地下結構變形超限RE2”受耦合效應影響明顯，考慮耦合時的發生概率相較于不考慮耦合時的發生概率分別提高了0.019 5、0.011 2和0.012 2。在現行的風險分級標準體系下，1%的風險發生概率偏差已足以導致對風險等級的錯誤估計，進而影響施工方對風險處置策略和施工方案的決策，甚至可能成為事故的導火索。可見，對于城市地下大空間施工這類復雜的過程，在風險評估中考慮耦合效應的影響十分必要。

表10 風險事件最大發生概率Table 10 Influence of risk factor coupling effect on probability of risk events

4 結論與討論

1)城市地下大空間的施工是一個復雜的系統化工作，因此，需要以系統的角度分析其施工風險。城市地下大空間施工風險系統可分為工程結構、環境和組織管理3個子系統。工程結構子系統和環境子系統是由力學機制主導的事件驅動型系統，適合采用貝葉斯網絡結合模糊綜合評價法進行分析；組織管理子系統是一個抽象系統，適合采用系統動力學進行分析。

2)城市地下大空間施工風險系統的復雜性決定了其風險因素間的耦合效應普遍存在，且不可忽略。通過在貝葉斯網絡框架中引入風險因素耦合系數的概念，可對耦合效應作出合乎邏輯的定量化描述，同時也可簡化貝葉斯網絡的構建過程。

3)通過馬爾科夫鏈理論和模糊綜合評價法的結合，可將風險分析工作拓展至時間維度上，對施工過程中的風險演變趨勢進行預測；另外，系統動力學可對組織管理系統的內生性動態行為進行模擬，較為真實地反映出工程管理組織行為的動態變化對施工風險的影響。

4)以北京地鐵17號線東大橋站為依托，對城市地下大空間施工重大風險耦合演變模型進行了實際運用。結果表明，城市地下大空間施工風險具有明顯的階段性特征，在開挖階段達到最大；風險因素耦合效應對風險事件發生概率具有顯著影響，忽略風險因素的耦合效應會使風險分析結果出現較大偏差。

本文在城市地下大空間施工風險分析理論及風險多因素耦合演變效應的研究方面取得了一定的成果，但仍有許多問題值得進一步研究。目前，對風險耦合演變效應的理解仍處在“灰箱”階段，僅能通過表觀現象和結果進行推測。在今后的工作中，需要對風險耦合演變機制進行更深入的研究，并結合工程實踐不斷完善其理論框架、研究方法和量化標準。此外，本文提出的理論和模型較為復雜，難以在實際工程中推廣，如何以本文研究為基礎，提煉出一套更加實用、易用的施工風險評估體系，也是一項值得探討的問題。