R=P×C法评价水下盾构隧道施工风险

摘　要:根据工程风险评价的基本原理,针对水下盾构隧道施工的特点,提出了一种可以对水下隧道工程的施工风险进行定级评估的方法,其主要原理是将定性和定量结合起来,正确定位各个风险因素,从而指导风险控制和管理.并以长江隧道工程为例,阐述了r=p×c风险定级法的具体应用.

关键词:风险评价;　模糊综合评价;　风险定级;　盾构隧道;　施工风险

盾构法主要应用于地下隧道工程,由于地下和水底工程地质环境的不确定性,使得在隧道施工时存在很多不确定的风险因素,这些因素如果处理不当就可能产生严重后果.对盾构隧道施工存在的各种风险进行评价和定级,从而采取各种合适的针对性措施,实施风险控制,防止风险事件的发生,具有十分重要的意义.
工程项目风险评价的方法主要有检查表式综合评价法、优良可劣评价法、道氏指数法以及权衡风险法等,这些评价方法大多建立在对工程项目所存在的各类风险进行客观量度的基础上,没有体现风险评价过程中专家的作用,且系统性不强,对风险大小的描述比较模糊,缺少直观的结论,不便于决策者做出进一步的决策.本文采用r=p×c定级法对采用盾构法的武汉长江水下隧道工程的施工风险进行分析和定级评价,其结果可供隧道工程施工风险控制参考.
1 r=p×c定级法
r=p×c定级法是综合考虑风险因素发生概率和风险后果,给风险定级的一种方法,其中,r表示风险;p表示风险因素发生的概率;c表示风险因素发生时可能产生的后果.p×c不是简单意义的相乘,而是表示风险因素发生概率和风险因素产生后果的级别的组合.r=p×c定级法是一种定性与定量相结合的方法,是目前国内外比较推崇的一种风险评价方法,采用此法对建设工程项目风险因素实施定级步骤如下.
a. 找出工程项目存在的各种主要风险因素.
b. 根据实际情况,并借鉴以往类似建设工程项目风险管理的经验,分析各个风险因素的发生概率,得出发生概率p.
c. 根据发生后可能产生的后果,对人、环境和工程项目本身造成影响的程度,采用定量计算的方法给这些风险因素划分后果等级;一般划分为5个等级(灾难性、重大、严重、中等、轻微),通过定量计算确定各个风险因素的后果等级c.
d. 最后综合风险因素的影响程度等级c和其发生的概率p,将两者组合起来,参照r=p×c定级方法的风险评估矩阵,确定各个风险因素的等级并制定不同的方案,用比较合理的措施实施风险管理和风险控制.
2 施工风险识别
武汉长江隧道,被称为“万里长江第一隧”,是目前长江上正在进行的首条穿越长江江底的过江隧道.该项目工程量大、工期长,且在江底施工,施工难度大,技术要求高,在施工中潜在风险因素多,施工风险管理难度大.结合长江隧道工程特殊的地理位置、工程地质水文以及盾构法施工技术的特点等,参考国内外类似工程隧道施工经验,在风险识别的基础上,采用专家调查法和层次分析法识别出长江隧道工程在采用盾构进行施工时主要有以下15种风险因素:地质预测预报准确性(u1)、盾构机适应性和可靠性(u2)、盾构进出洞(u3)、开挖面失稳(u4)、盾尾密封失效(u5)、软硬不均且差异性较大地层施工(u6)、盾构江底段可能换刀(u7)、盾构隧道衬补强度不够(u8)、盾构的推进控制不当(u9)、较大的地层损失及不均匀沉降(u10)、开挖面有障碍物(u11)、隧道上浮(u12)、高水位粉细砂层联络通道施工(u13)、基坑失稳(u14)及隧道透水(u15).
3 施工风险定级评价
3.1风险事件及其发生的概率确定
对长江隧道工程施工风险进行评价,分析并找出施工阶段可能发生的主要风险,并确定这些主要风险发生的概率,是r=p×c风险定级法的第一步.通过对武汉长江隧道工程风险的分析,得出了工程可能发生的15种主要风险因素,采用专家调查法和层次分析法得出这些主要风险事件发生的概率范围(表1).

3.2 用模糊综合评价法对风险事件后果排序
模糊综合评价法(fuzzycomprehensiveevaluation,简称fce),可以分为单因素模糊评价和多层次模糊评价,这里只介绍单因素的模糊评价方法,其评价过程如下.
a. 确定因素集.因素集为各种风险因素的集合,即u={u1,u2,…,un}.
b. 给定各因素的权重.由于评价指标体系具有明显的层次性,可采用层次分析法或由专家确定各指标层的权重,一般用权重向量a={a1,a2, …,an}表示.
c. 建立评价等级集.评价等级集是评价者对评价对象可能做出的各种评价结果所组成的集合,即v=(v1,v2,…,vn).这里,由十位专家组成评价小组,评价等级分为5级,即v={很好,好,一般,差,很差}.
d. 确定隶属关系,建立模糊评价矩阵.从u到v的一个模糊映射,可以确定一个模糊关系r,它可表示为
r={rij|i=1,2,…n;j=1,2,…,m},(1)
式中,rij为隶属度,即第i个指标隶属于第j个评价等级的程度.
e. 进行模糊矩阵的运算,得到模糊综合评价结果为b=a·r.
用模糊综合评价法对长江隧道工程施工风险进行评价时,具体计算过程如下.
a. 确定风险事件集和后果评语集两个论域.前面已经找出了长江隧道工程施工阶段的15种主要风险,将这些风险事件构成集合,就形成风险事件因素集u={u1,u2,…,u15}.评价风险事件产生的后果,一般分成五种情况,这五种情况就构成了长江隧道工程风险事件的后果评语集v={灾难性(v1),重大(v2),严重(v3),中等(v4),轻微(v5)}.
b. 确定参评风险事件因素权重值.参评风险事件因素权重值的确定,就是确定风险事件因素的权重向量距阵a.本文主要采用0-1评分累计法,即经过专家对每个风险事件评分后,取其平均值,求得各参评因素权重值(表2),则参评风险事件因素的权重向量为
a={a1,a2,…,a15}={0.124,0.072,0.01,0.124,0.072,0.03,0.072,0.072,0.03,0.03,0.01,0.03,0.072,0.124,0.124}.

c. 计算模糊关系距阵r.作为从u到v的一个模糊映射,可以确定一个模糊关系r,它可以表示为一个模糊矩阵(式(1)).rij可以通过专家投票百分比法确定,即由专家及有关人员组成投票小组,按照评语等级分级标准,在每项评价因素的m个等级中进行投票,最后以百分数确定rij.通过专家投票,经统计和计算,就可以得出模糊距阵r.以计算r11为例,专家30人中,对评价因素u1的5个评语中,投v1的有25人,则r11=25/30=0.833.依此类推,可计算得到r矩阵的其他因素,得到r为

根据计算的综合评价值,用五个区间将长江隧道工程的15种风险事件因素纳入上述后果评语集v定义的五个级别,具体划分情况见表3.

3.3 风险定级
表4是r=p×c风险定级法的工程灾害风险评估矩阵,表中数值和字母的组合就是表示风险事件的p和c的组合.

根据表4,对工程风险事件的p·c组合进行分级,从表5中可以看出,每一级风险水平都有多个p和c的组合情况.

通过前面的分析和计算,得出长江隧道工程施工阶段可能发生的主要风险事件发生的概率以及发生后造成后果的等级,将每个风险事件的概率和后果等级组合起来,再参照表5,就可以确定每个风险事件的等级(表6).

摘　要:根据工程风险评价的基本原理,针对水下盾构隧道施工的特点,提出了一种可以对水下隧道工程的施工风险进行定级评估的方法,其主要原理是将定性和定量结合起来,正确定位各个风险因素,从而指导风险控制和管理.并以长江隧道工程为例,阐述了r=p×c风险定级法的具体应用.
关键词:风险评价;　模糊综合评价;　风险定级;　盾构隧道;　施工风险

盾构法主要应用于地下隧道工程,由于地下和水底工程地质环境的不确定性,使得在隧道施工时存在很多不确定的风险因素,这些因素如果处理不当就可能产生严重后果.对盾构隧道施工存在的各种风险进行评价和定级,从而采取各种合适的针对性措施,实施风险控制,防止风险事件的发生,具有十分重要的意义.
工程项目风险评价的方法主要有检查表式综合评价法、优良可劣评价法、道氏指数法以及权衡风险法等,这些评价方法大多建立在对工程项目所存在的各类风险进行客观量度的基础上,没有体现风险评价过程中专家的作用,且系统性不强,对风险大小的描述比较模糊,缺少直观的结论,不便于决策者做出进一步的决策.本文采用r=p×c定级法对采用盾构法的武汉长江水下隧道工程的施工风险进行分析和定级评价,其结果可供隧道工程施工风险控制参考.
1 r=p×c定级法
r=p×c定级法是综合考虑风险因素发生概率和风险后果,给风险定级的一种方法,其中,r表示风险;p表示风险因素发生的概率;c表示风险因素发生时可能产生的后果.p×c不是简单意义的相乘,而是表示风险因素发生概率和风险因素产生后果的级别的组合.r=p×c定级法是一种定性与定量相结合的方法,是目前国内外比较推崇的一种风险评价方法,采用此法对建设工程项目风险因素实施定级步骤如下.
a. 找出工程项目存在的各种主要风险因素.
b. 根据实际情况,并借鉴以往类似建设工程项目风险管理的经验,分析各个风险因素的发生概率,得出发生概率p.
c. 根据发生后可能产生的后果,对人、环境和工程项目本身造成影响的程度,采用定量计算的方法给这些风险因素划分后果等级;一般划分为5个等级(灾难性、重大、严重、中等、轻微),通过定量计算确定各个风险因素的后果等级c.
d. 最后综合风险因素的影响程度等级c和其发生的概率p,将两者组合起来,参照r=p×c定级方法的风险评估矩阵,确定各个风险因素的等级并制定不同的方案,用比较合理的措施实施风险管理和风险控制.
2 施工风险识别
武汉长江隧道,被称为“万里长江第一隧”,是目前长江上正在进行的首条穿越长江江底的过江隧道.该项目工程量大、工期长,且在江底施工,施工难度大,技术要求高,在施工中潜在风险因素多,施工风险管理难度大.结合长江隧道工程特殊的地理位置、工程地质水文以及盾构法施工技术的特点等,参考国内外类似工程隧道施工经验,在风险识别的基础上,采用专家调查法和层次分析法识别出长江隧道工程在采用盾构进行施工时主要有以下15种风险因素:地质预测预报准确性(u1)、盾构机适应性和可靠性(u2)、盾构进出洞(u3)、开挖面失稳(u4)、盾尾密封失效(u5)、软硬不均且差异性较大地层施工(u6)、盾构江底段可能换刀(u7)、盾构隧道衬补强度不够(u8)、盾构的推进控制不当(u9)、较大的地层损失及不均匀沉降(u10)、开挖面有障碍物(u11)、隧道上浮(u12)、高水位粉细砂层联络通道施工(u13)、基坑失稳(u14)及隧道透水(u15).
3 施工风险定级评价
3.1风险事件及其发生的概率确定
对长江隧道工程施工风险进行评价,分析并找出施工阶段可能发生的主要风险,并确定这些主要风险发生的概率,是r=p×c风险定级法的第一步.通过对武汉长江隧道工程风险的分析,得出了工程可能发生的15种主要风险因素,采用专家调查法和层次分析法得出这些主要风险事件发生的概率范围(表1).

3.2 用模糊综合评价法对风险事件后果排序
模糊综合评价法(fuzzycomprehensiveevaluation,简称fce),可以分为单因素模糊评价和多层次模糊评价,这里只介绍单因素的模糊评价方法,其评价过程如下.
a. 确定因素集.因素集为各种风险因素的集合,即u={u1,u2,…,un}.
b. 给定各因素的权重.由于评价指标体系具有明显的层次性,可采用层次分析法或由专家确定各指标层的权重,一般用权重向量a={a1,a2, …,an}表示.
c. 建立评价等级集.评价等级集是评价者对评价对象可能做出的各种评价结果所组成的集合,即v=(v1,v2,…,vn).这里,由十位专家组成评价小组,评价等级分为5级,即v={很好,好,一般,差,很差}.
d. 确定隶属关系,建立模糊评价矩阵.从u到v的一个模糊映射,可以确定一个模糊关系r,它可表示为
r={rij|i=1,2,…n;j=1,2,…,m},(1)
式中,rij为隶属度,即第i个指标隶属于第j个评价等级的程度.
e. 进行模糊矩阵的运算,得到模糊综合评价结果为b=a·r.
用模糊综合评价法对长江隧道工程施工风险进行评价时,具体计算过程如下.
a. 确定风险事件集和后果评语集两个论域.前面已经找出了长江隧道工程施工阶段的15种主要风险,将这些风险事件构成集合,就形成风险事件因素集u={u1,u2,…,u15}.评价风险事件产生的后果,一般分成五种情况,这五种情况就构成了长江隧道工程风险事件的后果评语集v={灾难性(v1),重大(v2),严重(v3),中等(v4),轻微(v5)}.
b. 确定参评风险事件因素权重值.参评风险事件因素权重值的确定,就是确定风险事件因素的权重向量距阵a.本文主要采用0-1评分累计法,即经过专家对每个风险事件评分后,取其平均值,求得各参评因素权重值(表2),则参评风险事件因素的权重向量为
a={a1,a2,…,a15}={0.124,0.072,0.01,0.124,0.072,0.03,0.072,0.072,0.03,0.03,0.01,0.03,0.072,0.124,0.124}.

c. 计算模糊关系距阵r.作为从u到v的一个模糊映射,可以确定一个模糊关系r,它可以表示为一个模糊矩阵(式(1)).rij可以通过专家投票百分比法确定,即由专家及有关人员组成投票小组,按照评语等级分级标准,在每项评价因素的m个等级中进行投票,最后以百分数确定rij.通过专家投票,经统计和计算,就可以得出模糊距阵r.以计算r11为例,专家30人中,对评价因素u1的5个评语中,投v1的有25人,则r11=25/30=0.833.依此类推,可计算得到r矩阵的其他因素,得到r为

根据计算的综合评价值,用五个区间将长江隧道工程的15种风险事件因素纳入上述后果评语集v定义的五个级别,具体划分情况见表3.

3.3 风险定级
表4是r=p×c风险定级法的工程灾害风险评估矩阵,表中数值和字母的组合就是表示风险事件的p和c的组合.

根据表4,对工程风险事件的p·c组合进行分级,从表5中可以看出,每一级风险水平都有多个p和c的组合情况.

通过前面的分析和计算,得出长江隧道工程施工阶段可能发生的主要风险事件发生的概率以及发生后造成后果的等级,将每个风险事件的概率和后果等级组合起来,再参照表5,就可以确定每个风险事件的等级(表6).

　　确定了风险因素的等级后,就可以将对风险因素抽象的认识变成定量的具体的认识,根据风险的级别确定风险控制的重点,结合各个风险因素发生的概率和产生的后果拟定合理的风险管理和控制计划,让风险管理的目标明确化,实现合理经济的风险管理.

4 结　语
大型水底隧道工程,由于其地质环境的特殊性,在施工阶段可能存在各种各样的风险,如果对风险事件的认识和分析仅仅局限于其外在表象,那么风险管理将无从着手.从纷繁复杂的风险表象中,找出风险事件发生的概率以及其发生后造成后果的严重程度,用定量方法将这两者结合起来,正确定位各个风险因素,从而采取合适的策略有效控制和管理风险.

参考文献
[1]　易萍丽.现代隧道设计与施工[m].北京:中国铁道出版社,1997.
[2]　高渠清.高渠清隧道及地下工程论文选集[m].北京:中国铁道出版社,1996.
[3]　谷达华.城镇土地定级方法的研究——以安岳县城镇为例[d].重庆:西南农业大学资源环境学院,1998.
[4]　王新洲,王树良.模糊综合法在土地定级中的应用[j].武汉测绘科技大学学报,1997,(1):42-45.