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地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)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(xué)a．土木工程與力學(xué)學(xué)院 b．系統(tǒng)工程研究所		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)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(xué)報(bào)
Journal of Civil Engineering and Management
V01．28 No．2
Jun．2011
地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則
余宏亮 ， 丁烈云 ， 余明暉
(華中科技大學(xué)a．土木工程與力學(xué)學(xué)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(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不細(xì)致全面、風(fēng)險(xiǎn)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(yàn)和規(guī)范中的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別知識(shí)結(jié)構(gòu)化，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)是應(yīng)對目前缺乏有經(jīng)驗(yàn)的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別技術(shù)人
員的良策。而風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的獲取、表示、應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)。本文提出地鐵工程施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
規(guī)則的定義，給出獲取風(fēng)險(xiǎn)事件及致險(xiǎn)因素構(gòu)成的步驟，建立致險(xiǎn)因素權(quán)重、致險(xiǎn)因素取值可信度的計(jì)算方法，
設(shè)計(jì)了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則擴(kuò)展產(chǎn)生式表示、結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)的方法，并以武漢地鐵二號(hào)線螃蟹甲車站工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)
識(shí)別為例，給出了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的具體應(yīng)用。通過總結(jié)風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的內(nèi)在規(guī)律和信息化處理方法，為高效自
動(dòng)識(shí)別地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)提供技術(shù)支撐。
關(guān)鍵詞：地鐵工程； 施工安全； 風(fēng)險(xiǎn)； 識(shí)別規(guī)則
中圖分類號(hào)：U239．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-0985(2011)02-0077-05
地鐵工程是一項(xiàng)復(fù)雜的高風(fēng)險(xiǎn)性建設(shè)工程。
我國地鐵工程建設(shè)規(guī)模逐年擴(kuò)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(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不細(xì)致全面、風(fēng)險(xiǎn)
控制措施不到位。在缺乏地鐵工程施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別
工程師的情況下，如何將專家經(jīng)驗(yàn)和規(guī)范中的風(fēng)
險(xiǎn)識(shí)別知識(shí)結(jié)構(gòu)化，通過計(jì)算機(jī)自動(dòng)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)，具
有理論研究和工程實(shí)踐價(jià)值。實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)的前
提之一是建設(shè)較完善的地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)
別知識(shí)庫，而如何從文獻(xiàn)、技術(shù)文檔及專家經(jīng)驗(yàn)中
將零散、重復(fù)、模糊的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別知識(shí)抽取出來，形
成風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則是知識(shí)庫建設(shè)的重難點(diǎn)。
國內(nèi)外學(xué)者在地鐵隧道、公路隧道風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)評估需求和指南 ．5 J，對風(fēng)險(xiǎn)
評估過程、評估方法給出了建議。Molag給出了
隧道設(shè)計(jì)和運(yùn)營維護(hù)階段危害識(shí)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(shí)別工程風(fēng)險(xiǎn) ，周紅波等引人WBS—RBS識(shí)別
地鐵基坑工程風(fēng)險(xiǎn)因素或風(fēng)險(xiǎn)事件，并對風(fēng)險(xiǎn)因
素進(jìn)行敏感性分析 J，同濟(jì)大學(xué)黃宏偉基于風(fēng)險(xiǎn)
數(shù)據(jù)庫開發(fā)了盾構(gòu)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)管理軟件
(TRM1．0) ’m ，但該數(shù)據(jù)庫僅列出風(fēng)險(xiǎn)與致險(xiǎn)
因子表，未建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則。綜上所述，國內(nèi)外
學(xué)者在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評估方面提出了若干有價(jià)
值的工作流程和方法，但如何建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則
庫，實(shí)現(xiàn)地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別則少有文獻(xiàn)
涉及。
風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則獲取的簡便性，規(guī)則描述的準(zhǔn)
確性、完備性，直接影響風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)推理的
準(zhǔn)確性和高效性。因此，本文首先提出了地鐵工
程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的定義，然后詳細(xì)描述
風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的獲取過程，并給出基于擴(kuò)展產(chǎn)生
式表示風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的結(jié)構(gòu)化存
儲(chǔ)方法，最后給出風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的應(yīng)用案例。
1 施工風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則
1．1 地鐵工程施工風(fēng)險(xiǎn)及風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的定義
地鐵工程施工風(fēng)險(xiǎn)是指在地鐵工程施工過程
中，發(fā)生經(jīng)濟(jì)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(fēng)險(xiǎn)，
并將之分為技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)、地質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。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?yàn)榈罔F工程風(fēng)險(xiǎn)管理(Email：yhllsc@yahoo．com．cn)
基金項(xiàng)目：武漢市重點(diǎn)科技攻關(guān)項(xiàng)目(200860423194)
· 78· 土木工程與管理學(xué)報(bào) 2011年
據(jù)《地鐵及地下工程建設(shè)風(fēng)險(xiǎn)管理指南》 “ 闡述 的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理，其風(fēng)險(xiǎn)作用鏈如圖1所示。
圖1 風(fēng)險(xiǎn)作用鏈
工程技術(shù)參數(shù)的具體取值決定存在哪些致險(xiǎn)
因素，致險(xiǎn)因素的不同組合決定風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的
可能性，風(fēng)險(xiǎn)事件的發(fā)生成為導(dǎo)致?lián)p失的直接原
因，損失的發(fā)生說明實(shí)際結(jié)果與預(yù)期結(jié)果存在差
異，于是風(fēng)險(xiǎn)事件的可能性及其損失的組
合 ——風(fēng)險(xiǎn)就產(chǎn)生了。以基坑底流砂風(fēng)險(xiǎn)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(xì)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(xiǎn)因素，若干致險(xiǎn)因素綜合
作用，引發(fā)“流砂”風(fēng)險(xiǎn)事件，引起基坑底土層破
壞，延誤工期，搶險(xiǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失，導(dǎo)致工程實(shí)際
狀況與預(yù)期結(jié)果差異，產(chǎn)生了“基坑底流砂風(fēng)
險(xiǎn)”。
本文將獲取技術(shù)參數(shù)、識(shí)別致險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)
事件的過程定義為風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則就是
描述致險(xiǎn)因素的不同組合導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn))。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(huì)發(fā)生基坑側(cè)壁滲漏風(fēng)險(xiǎn))。
1．2 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的獲取與表示
地鐵工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則一般從三類
風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)知識(shí)中獲取：一是設(shè)計(jì)施工規(guī)范及手冊
中總結(jié)的確認(rèn)性知識(shí)；二是從論文中的統(tǒng)計(jì)模型
獲取的經(jīng)驗(yàn)性知識(shí)；三是專家的隱性知識(shí)。風(fēng)險(xiǎn)
識(shí)別規(guī)則采用擴(kuò)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(fēng)險(xiǎn)
的致險(xiǎn)因素的組合，表示為e (∞ )八e ( ：)八e，
(09 )?形式，每個(gè)致險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)事件。
1．2．1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的獲取方法
風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則的結(jié)論h，即風(fēng)險(xiǎn)事件，可通過
查閱地鐵工程設(shè)計(jì)施工規(guī)范和技術(shù)手冊，檢索科
技文獻(xiàn)進(jìn)行歸納總結(jié)；風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別規(guī)則前提條件e，
即致險(xiǎn)因素組合的確定是難點(diǎn)，需解決3個(gè)技術(shù)
問題：(1)確定規(guī)則前提中包含的致險(xiǎn)因素；(2)
確定致險(xiǎn)因素的權(quán)重；(3)確定致險(xiǎn)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(xiǎn)因素
確定可能導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件的致險(xiǎn)因素一般需完
成下列3個(gè)步驟：
步驟1：選取一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事件，通過查閱施工手
冊和科技文獻(xiàn)了解風(fēng)險(xiǎn)事件的定義，通過人工識(shí)
別定義中的工程術(shù)語和關(guān)鍵詞，可以初步列舉出
致險(xiǎn)因素。例如：風(fēng)險(xiǎn)事件基坑底部土體突涌的
定義如下：當(dāng)上部為不透水層，坑底下某深度處有
承壓水層時(shí)，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(shí)別出術(shù)語／
關(guān)鍵詞，推理出可能的致險(xiǎn)因素，如表1所示。由
推理過程可知，該風(fēng)險(xiǎn)事件具有① ～⑤這5個(gè)關(guān)
聯(lián)致險(xiǎn)因素，但這些致險(xiǎn)因素的選擇和推理路徑
多從定性角度考慮，在風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理層面論述較
少。
序門 號(hào)7 關(guān)鍵詞 關(guān)因譬 素 險(xiǎn) 推理依據(jù) 推理明路 徑
? 群 蘭 囊
② 圍護(hù)樁
2 不透水層(墻)嵌入深
度h l
③ 圍護(hù)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(fēng)險(xiǎn)定義清晰，作用機(jī)
理明確的風(fēng)險(xiǎn)事件，對于存在定義模糊性或爭議
性的風(fēng)險(xiǎn)事件，現(xiàn)階段還需由專家根據(jù)施工經(jīng)驗(yàn)
給出致險(xiǎn)因素。
步驟2：對于適宜建立力學(xué)分析解析模型或
存在解析經(jīng)驗(yàn)公式的風(fēng)險(xiǎn)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(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)識(shí)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(fēng)
險(xiǎn)事件的致險(xiǎn)因素至少包括：(1)基坑底土質(zhì)條
件；(2)圍護(hù)樁(墻)嵌入深度Hj；(3)圍護(hù)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(yàn)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(fēng)險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)致險(xiǎn)因素的來源。例如：在模擬隧道
開挖對周邊地下管線影響時(shí)，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(xué)參數(shù)等，這些參數(shù)綜合分類后形成致險(xiǎn)因素
集。
步驟3：綜合步驟1、2，結(jié)合工程實(shí)踐和專家
經(jīng)驗(yàn)，最后形成風(fēng)險(xiǎn)事件的致險(xiǎn)因素集。
1．2．1．2 確定致險(xiǎn)因素權(quán)重
致險(xiǎn)因素權(quán)重的含義是該致險(xiǎn)因素對于風(fēng)險(xiǎn)
發(fā)生的貢獻(xiàn)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(fēng)險(xiǎn)因素分析權(quán)
重取值的計(jì)算方法。主要包括兩個(gè)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(fēng)險(xiǎn)發(fā)生機(jī)理分析，可以初步確
定致險(xiǎn)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(fēng)險(xiǎn)事件的故障樹，采用敏
感性分析方法確定各致險(xiǎn)因素(基本事件)對風(fēng)
險(xiǎn)事件(頂事件)的貢獻(xiàn)程度，從而獲得致險(xiǎn)因素
的修正權(quán)重。其計(jì)算方法如下：
(1)計(jì)算最小割集
故障樹最小割集通過布爾運(yùn)算求得，設(shè)為
{Ki，i=1，2，?，n}， 為第i個(gè)最小割集。
(2)頂事件概率
通過下式計(jì)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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