基于不確定性理論的樁板式擋墻施工風險評估

韓立+尹強

【摘 要】樁板式擋墻是地下工程和基坑支護結構中常用的體系，施工環境復雜使其具有高風險性。本文運用工程建設的風險具有“高度不確定性”的特點，提出不確定性分布的概念，并延伸至機會效能的應用指標，供項目管理者作為安全預算分配的工具，對樁板式擋墻施工風險因素加以分析，將預算花在關鍵風險因子上，以求達到真正保護作業人員、降低傷害嚴重度的目標。

【關鍵詞】樁板式擋墻；不確定性；機會效能

0 前言

在眾多地下工程建設中，需要設置擋墻結構，其中樁板式較為常見。樁板式擋土墻系鋼筋混凝土結構，由樁及樁間的擋土板或擋土墻兩部分組成（如圖1所示），適宜于土壓力大，墻高超過一般擋土墻限制的情況。樁板式擋土墻可作為路塹、路肩和路堤擋土墻使用，也可用于治理中小型滑坡，多用于表土及強風化層較薄的均勻巖石地基上。由于土的彈性抗力較小，設置樁板式擋土墻后，樁頂處可能產生較大的水平位移，因而一般不宜用于土質地基[1，3]。

圖1 樁板式擋墻構造示意

然而此類擋墻結構的施工開挖多以人工方式在無任何支撐措施的狹窄空間內作業，其深度常達5～15m，這種高風險的挖掘作業，在施工過程中可能發生各種施工傷害或災害事件，如何保證在預期安全投資費用的前提下有效地控制施工過程中災害事故發生的風險，成為了地下結構類施工的重要課題[2，4]。本文運用工程建設的風險具有“高度不確定性”的特點，提出不確定性分布的概念，并延伸至機會效能的應用指標，供項目管理者作為安全預算分配的工具，對樁板式擋墻施工風險因素加以分析，將預算花在關鍵風險因子上，以求達到真正保護作業人員、降低傷害嚴重度的目標。

1 風險控制與不確定性分析

工程項目風險分析就是分析工程項目在其環境中的壽命期內自然存在導致經濟損失的變化，而工程項目不確定性分析就是對項目風險大小的分析，即分析工程項目在其存在的時空內自然存在的導致經濟損失的變化的可能性及其變化程度[1，5，6]。不確定性和風險各方案技術經濟變量（如投資、 成本、產量、價格等），受政治、文化、社會因素、經濟環境、資源和市場條件、技術發展情況等因素的影響，而這些因素是隨著時間、地點、條件改變而不斷變化的，這些不確定性因素在未來的變化就構成了項目決策過程的不確定性。同時項目經濟評價所采用的數據一般帶有不確定性，加上主觀預測能力的局限性，對這些技術經濟變量的估算與預測不可避免地會有誤差，從而使投資方案經濟效果的預期值與實際值可能會出現偏差。這種情況通稱為工程項目的風險與不確定性。

“風險控制”最基本的概念，就是針對風險最高、損害成本最嚴重的風險項目著手；但是在實務的“施工風險”的領域，卻很難落實，總覺得什么都要做，但風險抵御的效果如何？似乎也沒有明確定義。這些現象，本研究在觀察各國的統計數據即可得到一些端倪，目前歐美各國針對工人傷害的統計大多還是著重在“傷害人次”，即只要哪個“傷害人次”持續高居不下，安全檢查單位就會依據這一較高發生幾率的項目，進行加強檢查，或是宣傳。此種控制方法在程序控制上相當的實際而直接，也是目前最有效的施工安全保護措施。本文試圖提出更主動的概率流程控制模式：傷害統計（“施工傷害”概率居高項目）→調整防護預算（傷害產生）→檢討預算分配。著重在“防護預算的有效分配”，強調的是“將錢用在關鍵工序”上。

本研究發現根據“安全投資經濟分析”的觀點中，構成“安全”的總體經濟功能可以由下列安全功能函數F（S）來表示：

F（S）=I（S）-L（S）（1）

式中I（S）——增值函數（安全投資費用）；L（S）——損失函數（發生事故的損失）。

此安全功能函數F（S）如圖2所示，當安全性投資趨于零，即技術系統毫無安全保障，系統不但沒有利益可言，還將出現無窮大的負效益（損失）；當安全性投資到達SL點，由于正負功能抵消，系統安全功能為零，因而SL是安全性的基本下限；當S>SL以后，系統出現正功能，此部分也將是安全預算研究領域的空間，此時，隨著S的增大，安全功能會逐步遞增；而當S趨近100%時，功能效益趨于一個常數（或稱最大費用），若是能有效掌控此最大費用，將有助于安全預算的效能評估。因此，即可以確認“安全投資”與“安全功能”在安全性由SL到100%范圍內，是呈現正相關性；因此導出危害等級的相對分布形態與危害不確定性的正相關特性，也與“危害防護效果”呈現正相關，此想法與一般認知全然一致。

2 不確定性分析的幾個概念

不確定性和風險各方案技術經濟變量（如投資、 成本、產量、價格等），受政治、文化、社會因素、經濟環境、資源和市場條件、技術發展情況等因素的影響，而這些因素是隨著時間、地點、條件改變而不斷變化的，這些不確定性因素在未來的變化就構成了項目決策過程的不確定性。同時項目經濟評價所采用的數據一般帶有不確定性，加上主觀預測能力的局限性，對這些技術經濟變量的估算與預測不可避免地會有誤差，從而使投資方案經濟效果的預期值與實際值可能會出現偏差。這種情況通稱為工程項目的風險與不確定性[4]。

在進行資料收集的過程中，大多數國家均將統計資料混在一起，但在前段，即所謂的主動預防，建設工程卻有更高的“不確定性因素”，并不是單純的作業行為，而是施工中含有太多的高風險因子。所以建造業的風險要落實到真正的“預防”領域，不應僅著重在降低發生率而已，應落實到降低發生的嚴重度才是[4，6]。

本研究采用以下基本參數作為量化分析的基本依據，依次如下：

傷殘嚴重度系數：

3 樁板式擋墻施工過程中作業危險可能性分析和指標評估

根據實際樁板式擋墻工程項目統計分析，得到以下風險項目分析結果：

根據以上計算可知五種可能出現的現場施工風險項目對工人危害的嚴重度順序如下：

觸電>物體倒、崩塌>墜落>物件飛落>夾入、卷入

4 結論

一般在人工開挖施工地下擋墻時，由于樁板擋墻開挖面積小，墜落應該比較不容易發生，但是物件飛落所造成的人員傷亡卻很有可能。但是采用傷害嚴重度分配法卻相反。然而機會效能指數可以正確表示這種差異。

本文中比較“物件飛落”和“墜落”兩項可能風險項目，若采用傷害嚴重度分配法：“墜落危害嚴重度γ=0.102”>“物件飛落危害嚴重度γ=0.074”，所以一般的預算是將“墜落”的安全投資>“物件飛落”的安全投資，但是采用本文研究的不確定性分析后，得到危害指數D.I：

“墜落危害指數”D.I=1.212<“物件飛落危害指數”D.I=1.314，也就是兩者的風險相當，但是當考慮到給付比率，由于“墜落”給付比率明顯大于“物件飛落”的給付比率，這樣就得到

“墜落機會效能系數O.E=2.716”<“物件飛落的機會效能O.E=21.129”。

因此在人工開挖的施工方法中，對于“物件飛落”安全投資反而是應該大于“墜落”的安全投資；從經濟效益方面考慮，這一結果與推測的結論符合。事實上，在施工現場“物件飛落”的投資效果是優于“墜落”的，此分析方式將有助于更深入地探討和核實安全投資的分配方式。

究竟多少施工安全預算才足夠是本研究可以提供的思考模式。由于施工安全的問題涉及太多的不確定因素，因此有系統的進行分析才是解決施工安全事故傷害事件最有效經濟的方式。本文通過“不確定性”觀點的引進，風險加以量化。因此本研究旨在提供一個新的風險分析方法，所提出的“不確定分析”的研究結果，證明可以適時修正“嚴重度”安全預算編寫的合理性，可以作為后續發展“風險量化”的參考。工程中若能在選擇施工方法的同時，考慮到施工法特有風險因素以及危害指數，適時調整安全儲備的分配，雖不一定可規避傷害事件的發生，但是一定可以降低人員傷亡程度，即達到風險的控制。

【參考文獻】

[1]周建新，任智剛，張興凱.企業職業傷害嚴重度系數研究[J].中國安全生產科學技術，2006，2（4）：16-19.

[2]屠文娟，張超，湯培榮.基于生命經濟價值理論的企業安全投資技術經濟分析[J].中國安全科學學報，1993，13（10）：26-30.

[3]李祥，汪莉，等.安全投資經濟分析與效益評價[J].中國安全科學學報，2005，15（3）：26-29.

[4]H.C.Hsc，D.H.Jiang， Opportunity Efficiency-Use Uncertainty Analysis To Evaluate Risks In Construction[J]. Global Journal of Health Science，2009，1（1）：69-79.

[5]王新平.管理系統工程[M].北京：機械工業出版社，2011.

[6]劉國斌，王衛東.基坑工程手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2009.