基于不确定性理论的桩板式挡墙施工风险评估

韩立+尹强

【摘 要】桩板式挡墙是地下工程和基坑支护结构中常用的体系，施工环境复杂使其具有高风险性。本文运用工程建设的风险具有“高度不确定性”的特点，提出不确定性分布的概念，并延伸至机会效能的应用指标，供项目管理者作为安全预算分配的工具，对桩板式挡墙施工风险因素加以分析，将预算花在关键风险因子上，以求达到真正保护作业人员、降低伤害严重度的目标。

【关键词】桩板式挡墙；不确定性；机会效能

0 前言

在众多地下工程建设中，需要设置挡墙结构，其中桩板式较为常见。桩板式挡土墙系钢筋混凝土结构，由桩及桩间的挡土板或挡土墙两部分组成（如图1所示），适宜于土压力大，墙高超过一般挡土墙限制的情况。桩板式挡土墙可作为路堑、路肩和路堤挡土墙使用，也可用于治理中小型滑坡，多用于表土及强风化层较薄的均匀岩石地基上。由于土的弹性抗力较小，设置桩板式挡土墙后，桩顶处可能产生较大的水平位移，因而一般不宜用于土质地基[1，3]。

图1 桩板式挡墙构造示意

然而此类挡墙结构的施工开挖多以人工方式在无任何支撑措施的狭窄空间内作业，其深度常达5～15m，这种高风险的挖掘作业，在施工过程中可能发生各种施工伤害或灾害事件，如何保证在预期安全投资费用的前提下有效地控制施工过程中灾害事故发生的风险，成为了地下结构类施工的重要课题[2，4]。本文运用工程建设的风险具有“高度不确定性”的特点，提出不确定性分布的概念，并延伸至机会效能的应用指标，供项目管理者作为安全预算分配的工具，对桩板式挡墙施工风险因素加以分析，将预算花在关键风险因子上，以求达到真正保护作业人员、降低伤害严重度的目标。

1 风险控制与不确定性分析

工程项目风险分析就是分析工程项目在其环境中的寿命期内自然存在导致经济损失的变化，而工程项目不确定性分析就是对项目风险大小的分析，即分析工程项目在其存在的时空内自然存在的导致经济损失的变化的可能性及其变化程度[1，5，6]。不确定性和风险各方案技术经济变量（如投资、 成本、产量、价格等），受政治、文化、社会因素、经济环境、资源和市场条件、技术发展情况等因素的影响，而这些因素是随着时间、地点、条件改变而不断变化的，这些不确定性因素在未来的变化就构成了项目决策过程的不确定性。同时项目经济评价所采用的数据一般带有不确定性，加上主观预测能力的局限性，对这些技术经济变量的估算与预测不可避免地会有误差，从而使投资方案经济效果的预期值与实际值可能会出现偏差。这种情况通称为工程项目的风险与不确定性。

“风险控制”最基本的概念，就是针对风险最高、损害成本最严重的风险项目着手；但是在实务的“施工风险”的领域，却很难落实，总觉得什么都要做，但风险抵御的效果如何？似乎也没有明确定义。这些现象，本研究在观察各国的统计数据即可得到一些端倪，目前欧美各国针对工人伤害的统计大多还是着重在“伤害人次”，即只要哪个“伤害人次”持续高居不下，安全检查单位就会依据这一较高发生几率的项目，进行加强检查，或是宣传。此种控制方法在程序控制上相当的实际而直接，也是目前最有效的施工安全保护措施。本文试图提出更主动的概率流程控制模式：伤害统计（“施工伤害”概率居高项目）→调整防护预算（伤害产生）→检讨预算分配。着重在“防护预算的有效分配”，强调的是“将钱用在关键工序”上。

本研究发现根据“安全投资经济分析”的观点中，构成“安全”的总体经济功能可以由下列安全功能函数F（S）来表示：

F（S）=I（S）-L（S）（1）

式中I（S）——增值函数（安全投资费用）；L（S）——损失函数（发生事故的损失）。

此安全功能函数F（S）如图2所示，当安全性投资趋于零，即技术系统毫无安全保障，系统不但没有利益可言，还将出现无穷大的负效益（损失）；当安全性投资到达SL点，由于正负功能抵消，系统安全功能为零，因而SL是安全性的基本下限；当S>SL以后，系统出现正功能，此部分也将是安全预算研究领域的空间，此时，随着S的增大，安全功能会逐步递增；而当S趋近100%时，功能效益趋于一个常数（或称最大费用），若是能有效掌控此最大费用，将有助于安全预算的效能评估。因此，即可以确认“安全投资”与“安全功能”在安全性由SL到100%范围内，是呈现正相关性；因此导出危害等级的相对分布形态与危害不确定性的正相关特性，也与“危害防护效果”呈现正相关，此想法与一般认知全然一致。

2 不确定性分析的几个概念

不确定性和风险各方案技术经济变量（如投资、 成本、产量、价格等），受政治、文化、社会因素、经济环境、资源和市场条件、技术发展情况等因素的影响，而这些因素是随着时间、地点、条件改变而不断变化的，这些不确定性因素在未来的变化就构成了项目决策过程的不确定性。同时项目经济评价所采用的数据一般带有不确定性，加上主观预测能力的局限性，对这些技术经济变量的估算与预测不可避免地会有误差，从而使投资方案经济效果的预期值与实际值可能会出现偏差。这种情况通称为工程项目的风险与不确定性[4]。

在进行资料收集的过程中，大多数国家均将统计资料混在一起，但在前段，即所谓的主动预防，建设工程却有更高的“不确定性因素”，并不是单纯的作业行为，而是施工中含有太多的高风险因子。所以建造业的风险要落实到真正的“预防”领域，不应仅着重在降低发生率而已，应落实到降低发生的严重度才是[4，6]。

本研究采用以下基本参数作为量化分析的基本依据，依次如下：

伤残严重度系数：

3 桩板式挡墙施工过程中作业危险可能性分析和指标评估

根据实际桩板式挡墙工程项目统计分析，得到以下风险项目分析结果：

根据以上计算可知五种可能出现的现场施工风险项目对工人危害的严重度顺序如下：

触电>物体倒、崩塌>坠落>物件飞落>夹入、卷入

4 结论

一般在人工开挖施工地下挡墙时，由于桩板挡墙开挖面积小，坠落应该比较不容易发生，但是物件飞落所造成的人员伤亡却很有可能。但是采用伤害严重度分配法却相反。然而机会效能指数可以正确表示这种差异。

本文中比较“物件飞落”和“坠落”两项可能风险项目，若采用伤害严重度分配法：“坠落危害严重度γ=0.102”>“物件飞落危害严重度γ=0.074”，所以一般的预算是将“坠落”的安全投资>“物件飞落”的安全投资，但是采用本文研究的不确定性分析后，得到危害指数D.I：

“坠落危害指数”D.I=1.212<“物件飞落危害指数”D.I=1.314，也就是两者的风险相当，但是当考虑到给付比率，由于“坠落”给付比率明显大于“物件飞落”的给付比率，这样就得到

“坠落机会效能系数O.E=2.716”<“物件飞落的机会效能O.E=21.129”。

因此在人工开挖的施工方法中，对于“物件飞落”安全投资反而是应该大于“坠落”的安全投资；从经济效益方面考虑，这一结果与推测的结论符合。事实上，在施工现场“物件飞落”的投资效果是优于“坠落”的，此分析方式将有助于更深入地探讨和核实安全投资的分配方式。

究竟多少施工安全预算才足够是本研究可以提供的思考模式。由于施工安全的问题涉及太多的不确定因素，因此有系统的进行分析才是解决施工安全事故伤害事件最有效经济的方式。本文通过“不确定性”观点的引进，风险加以量化。因此本研究旨在提供一个新的风险分析方法，所提出的“不确定分析”的研究结果，证明可以适时修正“严重度”安全预算编写的合理性，可以作为后续发展“风险量化”的参考。工程中若能在选择施工方法的同时，考虑到施工法特有风险因素以及危害指数，适时调整安全储备的分配，虽不一定可规避伤害事件的发生，但是一定可以降低人员伤亡程度，即达到风险的控制。

【参考文献】

[1]周建新，任智刚，张兴凯.企业职业伤害严重度系数研究[J].中国安全生产科学技术，2006，2（4）：16-19.

[2]屠文娟，张超，汤培荣.基于生命经济价值理论的企业安全投资技术经济分析[J].中国安全科学学报，1993，13（10）：26-30.

[3]李祥，汪莉，等.安全投资经济分析与效益评价[J].中国安全科学学报，2005，15（3）：26-29.

[4]H.C.Hsc，D.H.Jiang， Opportunity Efficiency-Use Uncertainty Analysis To Evaluate Risks In Construction[J]. Global Journal of Health Science，2009，1（1）：69-79.

[5]王新平.管理系统工程[M].北京：机械工业出版社，2011.

[6]刘国斌，王卫东.基坑工程手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2009.