基于模糊綜合評判法的地鐵工程總體風險等級評定方法

張 浩

（北京安捷工程咨詢有限公司，北京 100050）

1 研究背景

隨著我國經濟的持續、快速發展，城市化進程不斷加快，為緩解城市交通擁擠狀況，國內各大城市相繼開展了城市軌道交通建設。2000 年以后，城市軌道交通建設不斷提速，使我國成為世界上城市軌道交通建設里程最長、建設城市最多、建設速度最快的國家。近年來，城市軌道交通行業廣泛開展工程建設全過程安全風險管理，注重從源頭上和過程中把控風險，形成了比較成熟的風險管控方法。

目前，國內多數城市軌道交通工程在安全風險管理工作中，將風險劃分為工程自身風險和環境風險兩大類。金淮等[1]根據現行的標準規范和政府文件，系統研究地下工程安全風險評估的內容、程序、方法及相關管理要求，提出風險等級標準、分級原則和不同施工方法的工程自身風險及環境影響風險評估的要點；吳鋒金等[2]對軌道交通工程的風險等級標準劃分進行了研究，提出根據城市軌道交通工程建設階段的不同，選擇適宜的標準進行風險等級劃分；駱建軍等[3]針對地鐵施工對鄰近建筑物的安全影響，提出了安全管理的程序、方法和內容以及建筑物的一般保護措施；吳賢國等[4]分析了地鐵隧道施工鄰近建筑物的安全風險，提出了安全風險等級的劃分方法和標準；王燁晟等[5]提出了利用模糊層次分析法，對地鐵工程周邊建筑物安全風險等級進行半定量分析；張曉斌等[6]基于信息熵權理論，提出利用風險評價矩陣法確定風險等級。然而，目前對工點總體風險等級評定的相關討論和研究較少。筆者在靜態風險評估(即城市軌道交通工程施工圖設計階段的安全風險評估)的基礎上，利用模糊綜合評定法，提出一種將工點自身風險和環境風險相結合、綜合判定工點總體風險等級的方法。該方法能較為客觀地評定工點總體風險的大小，能更有效地對風險進行預控，為工程的實際風險管控工作提供參考。

2 施工圖設計階段安全風險評估

2.1 評估目的

施工圖設計階段安全風險評估，是在初步設計階段安全風險評估成果的基礎上，結合施工組織設計和施工方案等資料，有針對性地開展安全風險辨識、分析，進行風險源分類與風險分級，提出針對性的工程風險管控措施和建議，為施工階段科學化、系統化和規范化地動態管控風險提供依據和參考。

2.2 評估內容

以《太原市軌道交通2 號線一期工程施工圖設計階段風險評估報告》為例，通過對工點風險源的辨識，將工點風險類型分為自身風險和環境風險兩類，依據《城市軌道交通地下工程建設風險管理規范》[7]，將工點自身風險和環境風險等級劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4 級，Ⅰ級風險等級最高，Ⅳ級風險等級最低。

地下工程自身風險是由于地下工程自身建設要求或施工活動所導致的風險，如深大基坑工程風險和大斷面隧道施工風險等。自身風險等級主要考慮地質條件、工程結構埋深、結構特性(地下結構層數、跨度、斷面形式、覆土厚度、開挖方式)等風險因素[7]。

地下工程環境風險是在建設活動中導致周邊區域的建構筑物受到影響或被破壞，其等級根據城市軌道交通地下結構與工程影響區范圍內環境設施的重要性、位置關系、地下結構類型與施工方法等因素劃分[7]。

3 工點總體風險等級評定模型

3.1 影響因素

3.1.1 工點自身風險因素

根據現有城市軌道交通工程風險評估和管控經驗，可對不同施工方法的工程自身風險進行分解。例如，可將明挖工程工點的自身風險分解為止水帷幕施工風險、圍護樁施工風險、地連墻施工風險、地下水控制施工風險、深基坑開挖施工風險、異形基坑施工風險、鋪蓋法施工風險、倒撐施工風險等。通過施工圖設計階段的安全風險評估，對上述風險進行風險等級評定，并匯總出工點自身風險清單。將各等級自身風險數量作為工點總體風險等級評定的影響因素，工點各等級自身風險數量統計如表1 所示。

表1 工點自身風險統計例表 Table 1 Statistical example of risk sources of construction site

3.1.2 工點環境風險因素

根據現有城市軌道交通工程風險評估和管控經驗，環境風險類型主要有各類管線、管廊、建筑物和構筑物等。通過施工圖設計階段的風險評估，對上述風險進行風險等級評定，并匯總出工點環境風險清單。將各等級環境風險數量作為工點總體風險等級評定的影響因素，工點各等級環境風險統計如表2 所示。

表2 工點環境風險統計例表 Table 2 Statistical examples of environmental risk sources in construction sites

3.2 評定模型

工點總體風險等級的評定涉及多個影響因素，本研究基于施工圖設計階段的風險評估成果，最終選取了8 個主要影響因素，即Ⅰ級自身風險、Ⅱ級自身風險、Ⅲ級自身風險、Ⅳ級自身風險、Ⅰ級環境風險、Ⅱ級環境風險、Ⅲ級環境風險、Ⅳ級環境風險(見圖1)； 再利用模糊綜合評定法，通過隸屬度函數確定評判級別的隸屬度，進而對工點總體風險等級進行綜合判定。

圖1 工點總體風險與影響因素關系 Figure 1 Relationship between overall risk and influencing factors of construction site

3.2.1 風險分級和影響因素

影響因素的選取直接關系到評定模型的分析和計算。根據工點總體風險等級評定模型，選取了工點不同風險類型、不同風險等級數量作為影響因素。同時，根據國內多個城市的安全風險評估經驗和風險事件案例[8-10]，統計分析了工點不同風險類型、不同風險等級數量對應的工點土建施工階段的整體風險狀況，最終選取以風險數量作為單一影響因素來判定工點總體風險等級的依據，綜合匯總編制了工點總體風險等級的評判標準，如表3 所示。

表3 影響因素及評判等級 Table 3 Influe ncing factors and evaluation grade

3.2.2 隸屬函數及權重確定

從表3 可以看出，所選取的影響因素指標均為定量指標，參考目前國內對隸屬函數的應用[3-5,11-12]，選擇基于二次拋物線型隸屬函數來表述影響因素指標，即

以自身風險中的Ⅲ級風險影響因素為例，其隸屬函數為

由于不同的影響因素對工點總體風險等級的影響程度不同，根據工程實踐經驗和各類風險事件案例[8-10]，分別對影響因素賦予不同的權重，即B={γ1，γ2，γ3，γ4，γ5，γ6，γ7，γ8}，其中γ1～γ8分別對應自身風險和環境風險的Ⅰ～Ⅳ級風險影響因素的權值，如表4所示。

3.2.3 總體風險等級的確定

依據表3 所示的8 個影響因素和4 類風險等級，可得到評判集(即等級論域)，有

通過隸屬函數A(x)，可計算出影響因素的模糊評判矩陣，即

表4 各影響因素權值對應表 Table 4 Corresponding table of weight of each influencing factor

式中，uij為第i 項影響因素指標對第j 等級(工點總體風險等級)的隸屬度。

將權重向量與模糊評判矩陣相乘，進而得出工點總體風險等級的模糊判斷，即A=BC，計算出評判集U 的模糊子集A={a1，a2，a3，a4}，再根據最大隸屬度原則，選取最大值對應A 中的位置來作為工點的總體風險等級。

4 工點總體風險等級評定實例

以太原軌道交通2 號線一期工程車站工點為例，對車站工點的總體風險等級進行評定。先根據施工圖設計階段的安全風險評估，統計出工點自身風險和環境風險的各等級風險數量；再將統計結果代入評定模型，計算出工點的綜合風險等級。

以大南門站為例，該車站的各類風險統計情況如表5 所示。

表5 大南門站風險情況統計 Table 5 Statistics on risk sources of Dananmen station

將表5 數據代入表3 和隸屬函數A(x)，得出評價因素的模糊評判矩陣，即

將權重向量與模糊評判矩陣相 乘 ， 即 A = B C ， 計算出評判集的模糊子集A={0.167，0.195，0.113，0.095}，根據最大隸屬度原則，得出大南門站的工點總體風險等級為Ⅱ級。

根據《太原市軌道交通2 號線一期工程安全風險管理與監控實施項目總結報告》，大南門站在土建施工階段風險事件頻發，使工期延長，同時給安全施工帶來諸多不確定因素，該站的主要風險事件如表6 所示。

由大南門站在整個土建施工階段發生的風險事件及周邊環境變形情況(見圖2、3)可知，該站的工點總體風險等級評定為Ⅱ級是合理的。

因此，對太原軌道交通2 號線一期工程的其余22個車站進行工點的總體風險評定，得出全線23 個車站工點總體風險等級的分級情況，如表7 所示。

表6 大南門站的主要風險事件統計 Table 6 Statistics on main risk events in Dananmen station

圖2 地連墻接縫滲水并攜泥帶砂 Figure 2 Ground wall joints see water and carry mud and sand

圖3 基坑周邊地表塌陷 Figure 3 Surface collapse around foundation pit

表7 全線車站工點總體風險等級 Table 7 Comprehensive risk levels of station sites across the line

5 結語

筆者對地鐵工程總體風險等級的評定方法進行研究，在施工圖設計階段的安全風險評估基礎上，充分考慮工點自身風險和環境風險對工點總體風險等級的影響，研究制定了相應的風險等級評判標準，建立了工點綜合風險等級的模糊評判方法及流程，并通過實例進行了驗證。該方法能夠較為客觀地確定工點總體風險的等級，便于對工點總體風險進行分級管控，同時為后續城市軌道交通工程安全風險評估提供重要參考。