基于模糊綜合評價與危險性分析法的施工安全風險評價

胡義煥，韓靜媛，賴健維

（1.中國電建集團華東勘測設計研究院有限公司，杭州 310014；2.西南交通大學，成都 610031）

隨著城鎮人口的不斷增加，許多城市為提升空間利用率，在原有道路路面結構下進行地下綜合管廊的施工，因原有路面結構周邊環境的復雜性，在施工過程中周圍環境復雜、施工難度較大、施工風險源多，存在更多的施工安全隱患。

關于地下綜合管廊在施工建設中存在的風險問題，王然等[1-3]依托現有地下綜合管廊項目，分別采用頭腦風暴、層次分析法等方法，明確了風險識別清單，提出了相應的風險應對措施，陳大川等[4]通過結合模糊層次分析法和模糊綜合評價法，對建筑物整體平移的風險概率和風險損失進行估計，對建筑物整體平移施工進行綜合評價。涂婉瑩等[5-6]利用預先危險性分析法對各風險因素進行分析，進而提出一系列用于降低風險、保障施工安全的措施，用以指導施工。

本文以杭州之江路輸水管廊及道路提升工程為例，基于模糊綜合評價法應用預先危險性分析法對施工風險進行危險性分析。

1 風險識別

1.1 風險識別方法

風險指標體系的合理構建是進行有效風險評估的基礎，為提高風險識別結果的準確性，本文疊加使用德爾菲法和實地法進行風險源識別，即在德爾菲法的基礎上通過實地法進行二次篩選風險源，識別流程如圖1 所示[1]。

圖1 風險識別方法

1.2 風險清單

依托上述風險識別方法，結合地下綜合管廊施工風險影響因素，構建了三級地下綜合管廊施工風險評價指標體系，如圖2 所示[2]。

圖2 施工風險評價指標體系

2 模糊綜合評價

層次分析法思維一致性很難保證，尤其是當某一層次評價指標很多（如大于4 個）時這個問題尤為突出。模糊層次分析法綜合了模糊數學與層次分析法的優勢，可以有效解決這一問題，從而避免人為的主觀判斷與判斷矩陣一致性不符的問題。考慮到指標因素存在的模糊性及不確定性。

本文結合模糊層次分析法和模糊綜合評判法，構建地下綜合管廊施工風險綜合評價模型，對清單中各項指標進行綜合評價，如圖3 所示[4]。

圖3 綜合評價模型

2.1 建立因素集

依托地下綜合管廊施工風險清單，在構建風險評價指標體系時設置兩級因素集。設第一級因素集用U表示，因素集U中的子因素為Ui（i=1，2，…，n）；U中每個子因素Ui中包含n個風險因素，由Uij（j=1，2，…，m）表示。

2.2 建立評語集

評語集包含了針對某個評價對象有可能存在的各種評價結果。地下綜合管廊施工風險評語用V=（V1，V2，…，Vk）表示，其中Vk為風險概率等級。

地下管廊施工風險評語集依據評分數值范圍的不同，將風險概率等級分為5 個等級，即極不可能、不可能、偶爾、可能和很可能。風險概率等級標準見表1。

表1 風險概率等級標準

2.3 模糊層次分析法確定因素權重

在地下綜合管廊施工風險評價中存在諸多影響因素，不同因素對評價結果的影響程度不同，因此確定各個因素的權重對于評價體系結果的準確性尤為重要。

本文將采用模糊層次分析法確定各級因素的權重。

2.3.1 構造模糊互補判斷矩陣

模糊互補判斷矩陣用于表示各級不同因素之間兩兩比較的重要程度。為獲取各級因素集的模糊互補判斷矩陣，使用專家調查法，通過結合專家的評分0.1~0.9 標度，構造判斷矩陣a如下。

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

表2 0.1~0.9 標度

2.3.2 構造模糊一致判斷矩陣

為防止主觀判斷中出現一致性矛盾的邏輯錯誤，本文采用模糊一致判斷矩陣對地下管廊施工風險評價體系中各因素進行一致性判斷，其中，模糊一致判斷矩陣A=（Aij）n×n如下。

2.3.3 確定權重

模糊一致判斷矩陣的排序方法有很多，本文采用考慮標度的基于模糊一致判斷矩陣元素與權重關系求排序的方法計算權重，由此可得二級因素集Ui的權重集為

式中：j=1，2，…，n。

一級因素集U的權重W可通過同樣的方法求得。

2.4 建立評判矩陣

利用德爾菲法得到因素對評語Vk的隸屬度，將各因素集中單因素評價結果ri按行排列組合，構建如式（6）的評判矩陣，用以表示因素集與評語集之間的關系。

式中：rij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，k）指的是因素集中的因素i對評語集中評價等級j的隸屬度關系。

2.5 多級模糊綜合評判

由地下綜合管廊施工風險評價指標體系可知，其風險影響因素被劃分為兩級。計算時，需要進行多級模糊綜合評判，先對二級因素的權重、一致性進行綜合評價，并根據該結果對一級因素進行評價，從而得出目標指標的綜合評判結果。

2.5.1 二級模糊組合評價

利用模糊算子對考慮權重及相關的評價矩陣進行模糊映射，得出綜合評價結論，并以此作為上一層單因子評價結論。利用二級綜合評價結論，采用因素加權的方法，可以得出一級模糊綜合評價結論。

隨著電力通信網絡規模的不斷擴大，傳輸網層次的逐漸增多、網絡結構日趨復雜，對電力通信系統的運行管理提出了新的挑戰。當前系統內較少開展設備狀態評價和壽命預測，相關工作也缺乏科學的數據分析和理論的指導，設備報廢、投退運、擴容以及網絡建設、調整等依賴經驗判斷，主觀性較強，需要開展數據驅動的通信設備綜合評價與壽命預測研究，形成電力通信設備全壽命周期管理，提升通信運行管理水平。

2.5.2 二級模糊綜合評判

利用模糊算子對因素權重Wi及相應的評判矩陣Ri進行模糊變換，得出其綜合評判結果Bi，并以此作為上一級單因素評判結果。一級模糊綜合評判結果B是在二級綜合評判結果Bi的基礎上，利用因素權重W，計算得出B。

式中：i=1，2，…，n。

2.5.3 權重綜合評判

通過模糊運算獲得綜合評判結果Bi，再將評判結果與之對應的因素權重相乘作歸一化處理得到綜合評判的綜合權重。

3 危險性分析法

危險性分析法作為安全評價的一種方法，能夠分析發現項目中潛在的危險因素，對危險因素進行分級，再有針對性地提出對應的管控措施。

本文在模糊綜合評價的基礎上對于危險因素進行綜合權重計算，再利用危險性分析法對綜合權重較高的指標進行分析，以便控制危險性因素對于施工安全的影響。

表3 危險性等級界定標準

4 工程實例

根據杭州市主城區水廠布局優化調整的需求，南星水廠關停、取水口上移，既有南星水廠供水服務由九溪水廠替代，經過整合，之江路上需敷設清水管和原水管；同時根據杭州市擁江發展戰略，之江路需打造成世界級沿江生態帶、景觀帶、休閑帶及濱水廊道。在敷設輸水管線的同時，通過“功能活力化、交通立體化、空間人性化、景觀整體化”的設計策略，將之江路道路下穿或局部下穿，盡可能釋放地面空間，實現城市江岸一體化、街道空間慢行化。另根據之江路交通流量的分析，為滿足遠期之江新城發展的要求，之江路具有交通規模擴容的需求。因此，在充分考慮之江路多方面、多功能整治提升的需求下，在輸水管線建設的帶動下，同步實現道路交通與景觀的提升，體現工程的綜合效益。

之江路輸水管采用輸水管與交通隧道合建形式，全長約6.3 km。其中，地下隧道為城市主干路，長度約5.62 km，雙向4 車道+2 應急車道，設計時速60 km/h，采用盾構隧道，內徑為13.3 m，外徑為14.5 m。之浦路平行匝道進口位于之江路，定向匝道出口位于之浦路；之江路匝道位于白塔南側，采用盾構法下穿中河。地面道路為城市次干路兼顧景區道路功能，設計時速40 km/h。

工程沿線涉及的重要建筑物可分為2 類：文物保護建筑和其他重要建筑物，在盾構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過眾多文物保護區，在施工過程中需加強監測，控制風險因素，盡可能減小對文物保護建筑和其他重要建筑物的影響。

結合已獲得的因素權重和因素評判矩陣，根據式（1）—式（7）依次進行逐級模糊綜合評判，一級指標綜合評價權重計算結果為

風險概率綜合評判權重如圖4 所示。

圖4 綜合評判結果

根據計算結果可知，U21、U31、U51、U41和U11五個因素所占權重為前5，分別為地質勘測、工程地質條件、項目組織、專業技術能力和設備選擇合理性。

經過查閱相關文獻及事故報告的調查，對于上述5 個權重較大的因素進行誘因及事故后果分析，同時根據表1 所界定的危險性等級，提出針對性的防范措施，見表4[5，7]。

表4 危險性分析一覽表

5 結論

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，采用綜合模糊評價和模糊層次分析法，構建相應的風險評價模型，并基于此應用預先危險性分析法對施工風險進行危險性分析，得出以下結論。

1）利用模糊綜合評價對地下綜合管廊施工過程存在的風險進行分析，構建判斷矩陣，確定權重，進行模糊綜合評價，得到綜合評判權重，得出一級指標權重由大到小的排序為施工機械、施工技術、施工環境、施工人員、施工管理。

2）比較二級指標權重，得出了對地下綜合管廊施工風險影響較大的5 個指標，即地質勘測、工程地質條件、項目組織、專業技術能力及設備選擇合理性。

3）通過危險性分析法對二級指標中權重值較高的5 個施工風險進行分析，分析整理得出控制施工風險的措施，如：選擇合適的開挖工藝、完善降水計劃、加強對施工現場的監測；根據工程項目現場情況，合理選擇相應的機械設備，提高工程質量與工程效率。