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地鐵工程施工安全風險識別規(guī)則

文檔作者：余宏亮丁烈云余明暉文檔來源：華中科技大學a．土木工程與力學學院 b．系統(tǒng)工程研究所		點擊數(shù)：	更新時間： 2020年11月26日
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第28卷第2期
2011年6月
土木工程與管理學報
Journal of Civil Engineering and Management
V01．28 No．2
Jun．2011
地鐵工程施工安全風險識別規(guī)則
余宏亮 ， 丁烈云 ， 余明暉
(華中科技大學a．土木工程與力學學院；b．系統(tǒng)工程研究所，湖北武漢430074)
摘要：地鐵工程施工安全風險辨識不細致全面、風險控制措施不到位是造成安全事故的原因之一。如何將專
家經(jīng)驗和規(guī)范中的風險識別知識結(jié)構(gòu)化，通過計算機自動識別風險是應(yīng)對目前缺乏有經(jīng)驗的風險識別技術(shù)人
員的良策。而風險識別規(guī)則的獲取、表示、應(yīng)用是實現(xiàn)上述目標的關(guān)鍵技術(shù)。本文提出地鐵工程施工風險識別
規(guī)則的定義，給出獲取風險事件及致險因素構(gòu)成的步驟，建立致險因素權(quán)重、致險因素取值可信度的計算方法，
設(shè)計了風險識別規(guī)則擴展產(chǎn)生式表示、結(jié)構(gòu)化存儲的方法，并以武漢地鐵二號線螃蟹甲車站工程施工安全風險
識別為例，給出了風險識別規(guī)則的具體應(yīng)用。通過總結(jié)風險識別規(guī)則的內(nèi)在規(guī)律和信息化處理方法，為高效自
動識別地鐵工程施工安全風險提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：地鐵工程； 施工安全； 風險； 識別規(guī)則
中圖分類號：U239．5 文獻標識碼：A 文章編號：2095-0985(2011)02-0077-05
地鐵工程是一項復雜的高風險性建設(shè)工程。
我國地鐵工程建設(shè)規(guī)模逐年擴大，但地鐵施工安
全事故頻發(fā)。以深圳地鐵工程為例，僅2009年7
月就發(fā)生傷亡事故4起，死亡5人¨ ，2010年2
月9日又發(fā)生一起塌方事故 J。
目前，地鐵工程規(guī)模大、發(fā)展快，技術(shù)和管理
力量難以保證 3 J，對風險辨識不細致全面、風險
控制措施不到位。在缺乏地鐵工程施工風險識別
工程師的情況下，如何將專家經(jīng)驗和規(guī)范中的風
險識別知識結(jié)構(gòu)化，通過計算機自動識別風險，具
有理論研究和工程實踐價值。實現(xiàn)上述目標的前
提之一是建設(shè)較完善的地鐵工程施工安全風險識
別知識庫，而如何從文獻、技術(shù)文檔及專家經(jīng)驗中
將零散、重復、模糊的風險識別知識抽取出來，形
成風險識別規(guī)則是知識庫建設(shè)的重難點。
國內(nèi)外學者在地鐵隧道、公路隧道風險評估
方面作了大量的研究，國際組織ITA、ITIG分別發(fā)
表相關(guān)的國際風險評估需求和指南 ．5 J，對風險
評估過程、評估方法給出了建議。Molag給出了
隧道設(shè)計和運營維護階段危害識別(Hazard Iden—
tification)的適用方法 。王振飛針對具體工程
采用WBS分解、核查表、專家問卷相結(jié)合的方法
識別工程風險 ，周紅波等引人WBS—RBS識別
地鐵基坑工程風險因素或風險事件，并對風險因
素進行敏感性分析 J，同濟大學黃宏偉基于風險
數(shù)據(jù)庫開發(fā)了盾構(gòu)隧道施工風險管理軟件
(TRM1．0) ’m ，但該數(shù)據(jù)庫僅列出風險與致險
因子表，未建立風險識別規(guī)則。綜上所述，國內(nèi)外
學者在風險識別、風險評估方面提出了若干有價
值的工作流程和方法，但如何建立風險識別規(guī)則
庫，實現(xiàn)地鐵工程施工安全風險識別則少有文獻
涉及。
風險識別規(guī)則獲取的簡便性，規(guī)則描述的準
確性、完備性，直接影響風險自動識別系統(tǒng)推理的
準確性和高效性。因此，本文首先提出了地鐵工
程施工安全風險識別規(guī)則的定義，然后詳細描述
風險識別規(guī)則的獲取過程，并給出基于擴展產(chǎn)生
式表示風險識別規(guī)則和風險識別規(guī)則的結(jié)構(gòu)化存
儲方法，最后給出風險識別規(guī)則的應(yīng)用案例。
1 施工風險及風險識別規(guī)則
1．1 地鐵工程施工風險及風險識別規(guī)則的定義
地鐵工程施工風險是指在地鐵工程施工過程
中，發(fā)生經(jīng)濟損失、人員傷亡、環(huán)境影響、工期延誤
或耐久性降低等情況的不確定性。本文著重研究
地鐵工程施工階段與安全管理直接相關(guān)的風險，
并將之分為技術(shù)風險、地質(zhì)風險和環(huán)境風險。根
收稿日期：2011 1-21
作者簡介：余宏亮(1970一)，男，湖北武漢人，高級工程師，博士研究生，研究方向為地鐵工程風險管理(Email：yhllsc@yahoo．com．cn)
基金項目：武漢市重點科技攻關(guān)項目(200860423194)
· 78· 土木工程與管理學報 2011年
據(jù)《地鐵及地下工程建設(shè)風險管理指南》 “ 闡述 的風險發(fā)生機理，其風險作用鏈如圖1所示。
圖1 風險作用鏈
工程技術(shù)參數(shù)的具體取值決定存在哪些致險
因素，致險因素的不同組合決定風險事件發(fā)生的
可能性，風險事件的發(fā)生成為導致?lián)p失的直接原
因，損失的發(fā)生說明實際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果存在差
異，于是風險事件的可能性及其損失的組
合 ——風險就產(chǎn)生了。以基坑底流砂風險為
例：技術(shù)參數(shù)“基坑底地層”、“基坑內(nèi)外水頭差”
的取值分別為“粉細砂”、“基坑內(nèi)外水頭差為4．5
m”等，說明存在“基坑底軟弱非粘性土”、“基坑
內(nèi)外水頭差大”等致險因素，若干致險因素綜合
作用，引發(fā)“流砂”風險事件，引起基坑底土層破
壞，延誤工期，搶險造成經(jīng)濟損失，導致工程實際
狀況與預(yù)期結(jié)果差異，產(chǎn)生了“基坑底流砂風
險”。
本文將獲取技術(shù)參數(shù)、識別致險因素和風險
事件的過程定義為風險識別。風險識別規(guī)則就是
描述致險因素的不同組合導致風險發(fā)生的可能
性。用自然語言一般描述為：如果(存在??條
件)那么(可能產(chǎn)生??風險)。例如：如果(地
鐵車站基坑外側(cè)開挖范圍內(nèi)存在淤泥層)那么
(可能會發(fā)生基坑側(cè)壁滲漏風險)。
1．2 風險識別規(guī)則的獲取與表示
地鐵工程施工安全風險識別規(guī)則一般從三類
風險辨識知識中獲?。阂皇窃O(shè)計施工規(guī)范及手冊
中總結(jié)的確認性知識；二是從論文中的統(tǒng)計模型
獲取的經(jīng)驗性知識；三是專家的隱性知識。風險
識別規(guī)則采用擴展的產(chǎn)生式表示為：If e Then h
(CF(h，e)，A)，其中前提條件e為可能發(fā)生風險
的致險因素的組合，表示為e (∞ )八e ( ：)八e，
(09 )?形式，每個致險因素e 均具有權(quán)重( )和
取值可信度CF(e )；CF(h，e)為規(guī)則的可信度；h
為結(jié)論，即風險事件。
1．2．1 風險識別規(guī)則的獲取方法
風險識別規(guī)則的結(jié)論h，即風險事件，可通過
查閱地鐵工程設(shè)計施工規(guī)范和技術(shù)手冊，檢索科
技文獻進行歸納總結(jié)；風險識別規(guī)則前提條件e，
即致險因素組合的確定是難點，需解決3個技術(shù)
問題：(1)確定規(guī)則前提中包含的致險因素；(2)
確定致險因素的權(quán)重；(3)確定致險因素取值的
可信度。
1．2．1．1 確定規(guī)則前提中包含的致險因素
確定可能導致風險事件的致險因素一般需完
成下列3個步驟：
步驟1：選取一個風險事件，通過查閱施工手
冊和科技文獻了解風險事件的定義，通過人工識
別定義中的工程術(shù)語和關(guān)鍵詞，可以初步列舉出
致險因素。例如：風險事件基坑底部土體突涌的
定義如下：當上部為不透水層，坑底下某深度處有
承壓水層時，基坑開挖可能引起承壓水頭壓力沖
破基坑底不透水層，造成突涌現(xiàn)象。
根據(jù)基坑底部土體突涌的定義識別出術(shù)語／
關(guān)鍵詞，推理出可能的致險因素，如表1所示。由
推理過程可知，該風險事件具有① ～⑤這5個關(guān)
聯(lián)致險因素，但這些致險因素的選擇和推理路徑
多從定性角度考慮，在風險發(fā)生機理層面論述較
少。
序門 號7 關(guān)鍵詞 關(guān)因譬 素 險 推理依據(jù) 推理明路 徑
? 群 蘭 囊
② 圍護樁
2 不透水層(墻)嵌入深
度h l
③ 圍護樁
3 一層
距離△ 文 墳不
規(guī)程》
4 承壓水 存在承壓(JGJ 20—99)
5 水頭壓力⑤
P
水頭壓力
w
透水層以上
土層越厚越
不易發(fā)生突
涌現(xiàn)象
存在承壓水
是產(chǎn)生突涌
的必要條件，
水頭壓力越
大越易產(chǎn)生
突涌
上述分析方法適用于風險定義清晰，作用機
理明確的風險事件，對于存在定義模糊性或爭議
性的風險事件，現(xiàn)階段還需由專家根據(jù)施工經(jīng)驗
給出致險因素。
步驟2：對于適宜建立力學分析解析模型或
存在解析經(jīng)驗公式的風險事件，從可靠度分析理
論出發(fā)，建立其極限狀態(tài)函數(shù)。從極限狀態(tài)函數(shù)
的自變量人手，獲得致險因素。
例如：基坑底部土體突涌穩(wěn)定性的極限狀態(tài)
第2期 余宏亮等：地鐵工程施工安全風險識別規(guī)則 ·79·
函數(shù) 為： 式中，P(T)為頂事件 的概率值。
g(R，S)=y ( +Ah)一1．1·P
式中：y 為透水層以上土的飽和重度； +△^為
透水層頂面距基坑底面的深度；P 為含水層承壓
水頭壓力。
從極限狀態(tài)函數(shù)分析，基坑底部土體突涌風
險事件的致險因素至少包括：(1)基坑底土質(zhì)條
件；(2)圍護樁(墻)嵌入深度Hj；(3)圍護樁(墻)
底部距透水層頂面距離Ah；(4)承壓水頭壓力
P 。步驟2的分析結(jié)果驗證了步驟1定性分析結(jié)
果的正確性。
對于不適合建立解析模型的風險事件，利用
數(shù)值模擬方法建立仿真模型，其模型中的參數(shù)亦
可作為風險致險因素的來源。例如：在模擬隧道
開挖對周邊地下管線影響時，數(shù)值仿真模型中考
慮管線的埋深、走向，隧道、土體、管線的材料物理
力學參數(shù)等，這些參數(shù)綜合分類后形成致險因素
集。
步驟3：綜合步驟1、2，結(jié)合工程實踐和專家
經(jīng)驗，最后形成風險事件的致險因素集。
1．2．1．2 確定致險因素權(quán)重
致險因素權(quán)重的含義是該致險因素對于風險
發(fā)生的貢獻度，是一種重要程度的期望值，通過比
較不同因素間相互關(guān)系，取值大小反映了重要程
度。本文提出一種適合地鐵工程風險因素分析權(quán)
重取值的計算方法。主要包括兩個步驟：專家群
決策確定權(quán)重初始值；基于參數(shù)靈敏度分析修正
權(quán)重值。
步驟1：通過風險發(fā)生機理分析，可以初步確
定致險因素的種類和數(shù)量及相互關(guān)系，將其分為
關(guān)鍵因素集合和非關(guān)鍵因素集合，關(guān)鍵因素集合
權(quán)重之和大于0．5，各因素權(quán)重初始取值采用專
家群決策確定。
步驟2：通過建立風險事件的故障樹，采用敏
感性分析方法確定各致險因素(基本事件)對風
險事件(頂事件)的貢獻程度，從而獲得致險因素
的修正權(quán)重。其計算方法如下：
(1)計算最小割集
故障樹最小割集通過布爾運算求得，設(shè)為
{Ki，i=1，2，?，n}， 為第i個最小割集。
(2)頂事件概率
通過下式計算頂事件概率
= P( )=P(K1+ +? + )+
n n n
Σ尸(K)一ΣP( )+Σ P(K )+?
I l ‘』一2 I

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