高速公路隧道施工风险管理探讨

何应军，罗守洪，缪成银

(四川公路桥梁建设集团有限公司公路三分公司，四川成都610200)

1 隧道风险管理研究现状

公路隧道施工具有工程量大、技术复杂、工期长、涉及面广等特点，面临着大量的风险和不确定因素，而且这些风险具有复杂性、多样性、综合性、突发性及偶然性的特点。截止目前为止，我国在公路隧道建设领域取得了举世瞩目的成就，但对隧道施工安全风险管理的研究尚处于起步阶段。近年来我国隧道工程建设施工中经常发生安全事故。如2005年都汶高速公路董家山隧道瓦斯爆炸、2006年泉三高速公路保福岭隧道施工事故、2007年甘肃静宁隧道塌方事故、2007年野三关隧道突水突泥事故、2007年合宁铁路亭子山隧道塌方事故、2007年宜万铁路高阳寨隧道岩崩事故等。这些施工安全事故表明，隧道施工过程安全风险管理形式严峻，迫切需要进行有效的风险管理和控制。

风险管理理论在隧道工程中应用较晚，而且由于风险因素众多、风险因素相互之间交错影响大，在风险定量分析方面进展缓慢。直到2002年，国际隧协(International Tunneling Association，简称为ITA)出版了《Guidelines for Tunneling Risk Management》，为隧道工程(以岩石隧道为主)的风险管理提供了一整套参照标准和方法[1]。在国内，随着我国交通事业的蓬勃发展，以及大力发展西部地区所遇到的隧道建设问题，风险管理在隧道及地下工程中的应用受到了前所未有的关注，各大设计院、保险公司以及高校都在近几年内开始了相关研究，并取得了丰富的成果。如同济大学丁士昭对我国广州地铁首期工程、上海地铁一号线工程等地铁建设中的风险和保险模式进行了一定研究;香港L·Mcfeat－Smith提出了亚洲复杂地质条件下隧道工程的风险评价模式，根据发生频率的高低将风险分为5级，根据风险发生影响后果也将风险分为五级。同济大学黄宏伟对国内外隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展进行了系统总结，并开发出TRM1.0 风险管理软件[2]、[3]。上海交通大学与上海市隧道工程轨道交通设计研究院进行了隧道工程设计系统的风险管理研究，将隧道工程设计系统的风险管理工作分为项目研究和方案设计阶段、设计操作阶段和运营阶段3个阶段，并细化为预可行性研究、工程可行性研究、扩初设计、初步设计、施工图设计、运营组织维护设计6道“管理门(SSGate)”，通过为每道SS－Gate管理门设置相应的风险管理任务和分配风险管理工作内容，建立“SS－Gate”隧道工程设计系统的风险管理门方法。

2 隧道施工风险产生的机理及识别

2.1 隧道施工风险产生的机理

隧道工程中风险产生的机理主要与地质条件、施工复杂性等客观因素有关，也与施工人员风险意识薄弱等主观因素有关。从因果角度考虑，由于隧道工程孕育风险的环境，加上致险因子的诱导，就有可能引发各类风险事故的发生，进一步对各种承载体造成损失。隧道施工风险产生机理具体而言包括:

2.1.1 隧道工程所处的地质条件极为复杂

隧道所穿越的围岩类别多、变化大，隧道实际穿越的围岩类别、围岩条件与设计所提供的围岩会有出入，而且往往会更为复杂，且具有突发性。如2007年8月5日，宜万铁路(湖北宜昌至重庆万州)野三关隧道发生特大透水事故，造成3人死亡，7人失踪。经事后分析，这起事故发生的主要原因是当地连续降雨导致地表雨水与地下岩腔及断层水系相通，并存有大容量承压水体，而调查勘探工作未能发现不明承压水体，当隧道岩体揭露后，造成岩溶水压的承载失衡，导致突水突泥重大事故的发生;

2.1.2 施工难度大、施工工艺复杂

隧道工程规模通常很大，与之对应的作业空间又十分有限，机械设备构造复杂、数量众多，导致隧道工程施工工艺较为复杂。而且工程往往需要穿山过岭、从水下穿过，这导致施工难度大。这些因素相互影响，蕴藏着很大的风险。如2008年宜昌云集隧道约600 m深处发生顶部结构层石板垮塌事故、2007年合宁铁路亭子山隧道塌方事故、2007年宜万铁路高阳寨隧道岩崩事故等，引起这些事故的主要原因就是隧道施工本身难度大、工艺复杂。

2.1.3 施工人员风险意识薄弱

目前我国隧道工程施工的一线工人知识水平普遍较低、文化程度不高、安全风险意识薄弱。加上隧道工程规模大，工期长，因此涉及到的相关方个体多，在施工操作中，常常出现因为风险因素薄弱而忽视风险的现象。如2005年都汶高速公路董家山隧道瓦斯爆炸死伤事故、2003上海轨道交通4号线管涌坍塌事故等，这些事故就是属于责任事故范畴，在施工及管理人员具有一定的风险意识后本可避免。

2.2 隧道施工风险识别

对隧道施工风险进行管理之前，首先要做的是识别风险。目前通用的风险识别方法有专家调查法、事件树与故障树法，幕景分析法等[5～7]。

2.2.1 专家调查法

专家调查法是常用的风险识别方法，在专家调查法中应用较广的是德尔菲法(Dephi法)和头脑风暴法。

德尔菲法目前在工程风险识别中应用比较广泛。首先分发预先设计好的设计调查表，然后参与专家各自凭经验和知识作答，最后回收调查表统计分析。其缺点是主要依赖参与专家的主观判断;调查结果的深度和全面性依赖调查表设计的周详程度，如果调查表设计有疏忽，就会遗漏重要关键的风险。因此，德尔菲法比较适合风险因素不太复杂的项目。

头脑风暴法通常由五六个人，多则十几个人参加，充分的探讨发表意见。此方法适用于目标比较明确的情况。在进行头脑风暴法的过程中，应遵循以下规则:思想境界要开放，尊重不同意见，禁止对他人意见的非难;要有一定数量的思想;将这些思想进行分类、组合。

2.2.2 事件树与故障树法

事件树方法是根据一些规则用图形来表示由某些激发事件可能引起的许多事件链，以追踪事件破坏的过程和评价系统的可靠性。随着事件数目的增加，这个图形表示法就像一棵树的枝叶一样展开。故障树理论通过对系统故障原因的逐层分解并分析故障原因的逻辑关系，从而对系统的可靠性进行评价。

在工程项目的风险识别中事件树与故障树法使用比较广泛，既可用于定性的风险识别又可用于定量的风险估计。故障树法和事件树法也可以结合应用，这样就形成了既可以预测故障原因，又能预计故障后果的因果图。

2.2.3 幕景分析法

该方法是一种能辨识引起风险的关键因素及其影响程度的方法。幕景就是用图表或者曲线等模拟事件未来的某种状态。由于计算复杂和方案众多，一般使用计算机进行模拟。模拟的重点是:当某种因素做各种变化时，整个情况会是怎样?有什么风险发生?后果如何?就像电影上一幕一幕的场景一样，因此叫幕景分析法。幕景分析法的缺点在于主要依靠分析者目前的知识体系、经验水平和所掌握的信息，因此就可能产生偏差。

3 隧道施工风险评价

在辨识出风险源之后，要对找出的风险因素进行评价。常用的评价技术有:风险矩阵法、蒙特卡罗法、层次分析法、模糊推理法、神经网络法、最低熵密度法、马尔科夫链法等[8]～[10]。

3.1 风险矩阵法

该方法将风险事件发生的频率和影响程度分别分为5个级别，然后分别作为矩阵的行和列，形成了一个5×5的风险矩阵，然后按照风险在矩阵中的位置做出该风险可以接受、风险尽量低(既合理又实际)或风险不能容忍三种评价结论。

3.2 蒙特卡洛模拟法

该方法是以概率统计理论为基础的随机抽样统计试验法。通过事先了解各输入变量的分布、取值，然后用随机数发生器来产生具有相同概率的数值，带入到数学模型中计算，大量的次数得到大量的虚拟样本，最后统计计算这些样本。

3.3 层次分析法

这是一种定性与定量相结合的多目标决策方法。该方法通过明确问题、建立层次分析结构模型、构造判断矩阵、层次单排序、层次总排序五个步骤，计算各层次构成要素对于总目标的组合权重，从而得出不同可行方案的综合评价值，为选择最优方案提供依据。

3.4 模糊分析法

工程风险中存在大量的模糊因素，模糊分析法就是利用模糊理论来评价这些因素，从而建立工程质量风险的模糊评价模型。

3.5 人工神经网络法

人工神经网络是在模仿人脑处理问题过程中发展起来的一种智能信息处理理论。人工神经网络具有自适应性、非线性处理、并行处理等特点。神经网络的非线性映射和模式分析的能力可以应用于风险分析中。以隧道施工中最常见风险因素分析为基础，以经济损失为指标，利用人工神经网络建立风险评价模型。

4 隧道施工风险应对措施

4.1 风险应对决策技术

风险应对决策方法包括期望值法、效用函数法、费用效益法、多目标法和决策树法等[11]。

4.1.1 期望值法

该方法把每个决策方案的目标变量看成是离散的随机变量，其取值就是每个行动的方案所对应的损益值。该方法利用计算出的每个方案益损期望值进行取舍，如决策准则是期望损益值最大，则选择损益期望值最大的方案为最优方案;反之，若决策准则是费用期望值最小，则选择费用期望值最小的方案为最优方案。

4.1.2 效用函数法

该方法一般是:首先列出待决策问题各种风险条件下的可能损失(收益)、及相应的概率，通过调查询问的方法了解到风险管理者对获得不同损益的效用度，进一步得出损益的效用函数曲线，通过比较几种方案的期望效用损益，选择最优的期望效用损益对应的方案作为风险应对方案，该方法的实质是“风险可接受准则”的具体应用。

4.1.3 费用效益法

任何风险应对方案都要付出一定的代价，并带来风险影响的降低，但是高成本的风险应对方案未必就是将风险降至最优水平的合理决策方案，需要在二者之间进行权衡，费用效益决策法就是在获取同等风险管理效益的前提下选择成本最小的风险应对方案的决策方法。

4.1.4 多目标法

多目标决策也是一种风险最优化方法。在隧道施工风险方案决策中，多目标决策问题是不可避免的，比如工期和费用风险的多目标决策问题、项目功能和费用的多目标决策问题，以及项目总目标风险的决策等问题。常见多目标决策方法有层次分析法、模糊综合评价法和多目标转化为单目标的决策方法等。

4.1.5 决策树法

该方法实质是对期望值准则的具体应用，其结构由决策点、方案枝、状态点及概率枝构成，其寻求最优方案的过程就是比较各状态节点的期望值的过程，这是一种运用于多阶段决策的图式模型方法。

4.2 风险应对措施

风险应对措施一般包括风险规避、保险、风险转移、风险防范和降低、风险自留等。

4.2.1 风险规避

风险规避是常用的风险应对措施，同时也是一种放弃性措施。企业采取风险规避措施，不承接经营某项目时，一方面可以避免风险发生，另一方面也放弃了项目可能产生的经济效益;

4.2.2 保险

保险的本质是损失分担，大数法则在这种损失分摊的机制中起着重要的作用，同时也起着风险分散的作用。保险是目前承包商最常用的风险管理方法。

4.2.3 风险转移

通过与业主、分包商或者材料设备供应商的商谈，承包人可以实现风险转移。与保险方式不同的是，合约转移中风险承受者不是保险商，并且由于不能获得充分的历史数据或者没有能力对风险进行充分预测，风险承受者通常不承担足够的损失暴露单位。多数合约转移是通过在免责协议、赔偿条款或者和约调整中预先规定的方式实现。

4.2.4 风险防范和降低

通过采取措施防范风险发生或降低风险发生概率以及风险发生时产生的损失，这是直接应对风险的措施。

4.2.5 风险自留

风险自留是指一个企业以其内部的资源来弥补损失。这种自留一般是指有计划的，非计划的风险自留不能称之为一种风险管理的措施。在些情况下.一旦损失发生，企业必须以其内部的资源(自有资金或者借人资金)来加以补偿，风险保留到哪一步，取决于企业观念和需求，以及对损失的承担能力。

5 结论

本文在对隧道工程施工风险管理国内外研究现状充分调研的基础上，阐述了隧道工程项目施工过程中风险产生的机理，介绍了隧道施工风险识别的三种基本方法:专家调查法、事件树与故障树法、幕景分析法，以及常用的风险评价方法:矩阵分析法、层次分析法、蒙特卡洛模拟法、模糊分析法和人工神经网络法;介绍隧道施工风险管理的风险决策方法:望值法、效用函数法、费用效益法、多目标法和决策树法，以及隧道施工风险管理的风险应对方法:风险规避、保险、风险转移、风险防范和降低、风险自留等。本文可为公路隧道施工过程中的风险管理提供参考。

[1]黄宏伟.隧道及地下工程建设中的风险管理研究进展[J].地下空间与工程学报，2006(1):16－17

[2]王岩，黄宏伟.地铁区间隧道安全评价的层次－模糊综合评判法[J].地下空间，2004，24(3):301－305

[3]黄宏伟，曾明，陈亮，等.基于风险数据库的盾构隧道施工风险管理软件(TRM1.0)开发[J].地下空间与工程学报，2006，2(1):36－41

[4]李希元，闫静雅，孙艳萍.盾构隧道施工工程事故的原因与对策[J].地下空间与工程学报，2005(12):968－969

[5]郭仲伟.风险的辨识[J].系统工程理论与实践，1987(1):75－76

[6]徐上进.风险管理方法在隧道施工中的应用[J].山西建筑，2003，29(3):176－177

[7]赵勇.隧道施工安全事故的原因分析及对策建议[J].铁道标准设计，2007(增刊1)

[8]贾飒飒.公路隧道施工风险评价研究[D].重庆:重庆交通大学，2006

[9]刘辉.公路隧道施工安全评价指标体的研究[J].工业安全与环保，2006，32(8)

[10]毛儒.隧道工程风险评价[J].隧道建设，2003，5(23):2－3

[11]李晶晶.隧道工程项目施工过程的安全风险管理研究[D].上海交通大学，2009