城市隧道项目风险管理及动态预测技术应用探讨

周利勇

（兰州市政建设集团有限责任公司，甘肃 兰州 730050）

0 引 言

现阶段，隧道工程建设规模逐步扩大，项目投资逐步增加，工程建设条件交互影响导致工程复杂性逐步上升。这些直接或间接造成工程风险也正朝损失程度高、代价大、风险因素多、复杂等方向发展。要管理好这么多复杂多变的风险，必须有一个合理科学的管理体系与之对应。对于大型工程项目来说，许多时候人工风险管理已经不能满足当前社会的需要，由此借助计算机进行辅助案例分析的越来越多，而风险管理也从分析管理向预测估计发展，管理主抓预防、防治结合、超前预测的趋势带动了风险动态预测技术的研究，使其在虚拟现实和仿真模拟方面都有了快速进步。在复杂工程条件下，如何对城市隧道项目风险进行管理，达到工程预期目标，降低损失和事故率，这就需要进一步展开调查研究，最终解决实际问题[1-6]。

1 城市隧道项目风险管理

城市隧道项目风险管理体系包括项目建设过程（规划阶段、可行性研究阶段、勘察设计阶段、招投标与合同签订阶段、施工阶段、运营阶段），目标管理（进度管理、质量管理、安全管理、投资管理）和风险管理模式[静态风险管理、动态风险管理（风险界定、风险辨识、风险估计、风险评价、风险控制）]三大组成部分（见图1）。三者之间相互影响、相互交汇。城市隧道项目全寿命风险管理是一个庞大的系统，管理需进行的工作十分繁重复杂。

图1 城市隧道工程全寿命风险管理架构图

1.1 静态风险管理

静态管理，在工程建设领域，指的是以某段时间内固定不变的工程信息为基础，制定管理方案进行管理的过程。例如：在某个项目建设过程中，市场和政府政策短期内不发生改变，那么以此为依据进行的管理过程就是静态管理。静态风险管理，是指采用固定不变的风险管理手段对工程进行宏观控制和总体估计。这里的静态指的是风险管理手段是静态的，管理结果不会因为工程信息的变动而变化，所以只能作为宏观估计的手段。

静态风险管理的特点虽然显露了这种手法的局限性，但是也说明了其宏观估计的优越性：许多工程的风险程度比较低，在可控范围之内，有的对工程影响不大，若是经过系统分析、罗列许多表格、编制许多报告、处理许多数据后得出的结论是风险不大可以采用自留或者不予考虑等情况，这就浪费了许多人力、物力、财力做了无用功。如果在静态风险管理中进行总体风险估计，管理结果在能接受的范围之外，那么就要考虑进行动态风险管理对工程风险进行系统管理，找出造成巨大风险损失的具体原因并进行控制。

1.2 动态风险管理

动态风险管理是相对于静态风险管理而言的，是对工程中各个环节的风险进行细化和动态跟踪，它管理的对象可以是分部分项工程中的某些风险，也可以是单位单项工程中的某个风险。动态风险管理的特点在于微观控制和估计，可以对变动条件下的风险进行分析，能较为贴切地反映风险变化的情况，符合工程实际情况，是当前隧道项目中较为普遍采用的管理手段。动态风险管理的对象主要是工程风险，针对风险客观存在，风险存在的范围十分广泛，一旦发生可能会造成巨大的损失和不利影响，风险发生的时间、空间、造成的影响程度具有不确定性，风险的可变性等特点，主要按照风险界定（划分评估单元）、风险辨识（列出风险因素）、风险估计（估计风险影响）、风险评价（风险定级决策）、风险控制（制定措施及方案）的管理步骤进行管理。对管理结果进行判断：如果达到风险管理目标，管理结束；如果仍未达到风险管理目标，重新进行动态风险管理，直到达到管理目标为止。

2 风险管理动态预测技术

计算机辅助风险动态预测技术在国外已被应用于工程实践中，发挥了很大的作用，但在国内仍然是一个比较陌生的领域。在动态风险预测技术研究中，一方面主要是对以AutoCAD、VRML、3DSMAX等软件开发和应用为主的虚拟建造动画的研究；另一方面主要是对以ANSYS、MATLAB、MIDAS、ABAQUS等软件为主的建模、内力分析计算、结构可靠度分析等仿真计算进行探讨分析。以下主要对三维可视化虚拟建造动画预测技术进行探讨。

2.1 风险动态预测技术的优点

三维可视化虚拟建造动画预测技术的研究和应用是在充分考虑风险预测难度和虚拟建造技术的先进性基础上进行的创造性结合，具有以下优点：

（1）目前大部分工程动画的制作多是用于对工程建造的过程进行说明、展示，没有考虑到把计算机虚拟建造的技术手段和工程风险管理预测结合起来，通过运用三维动画虚拟工程建造过程，控制播放动画可以透视工程建设的每一个阶段，通过肉眼观测就可以对工程建设中存在风险的环节、风险可能会造成的后果一目了然。

（2）对于风险预测，大部分工程主要还是采用预警和监测系统，相对于虚拟建造技术，该系统在风险预测的时间上明显滞后，倾向于解决已发生的问题，而不是提早防范。

（3）通过借助计算机三维动画可以对风险的发生和变化进行动态预测，及时制定措施加以预防和控制，可降低工程风险发生概率、减少工程造成损失。

2.2 风险预测技术的应用

主要采用 3DSMAX、AutoCAD、VRML等手段实现三维可视化风险动态预测，通过直观、可视的三维动画效果虚拟工程建造，结合项目建设全寿命风险管理可以对风险因素有很准确的认识和更敏锐的捕捉。技术应用的基本过程为：

（1）首先分析收集到的工程资料，对预测技术中各软件的使用进行初步设计，对使用顺序、相互衔接和主要任务等内容进行界定和规定。

（2）根据预测技术的初步设计结果，通过建模、贴图、设置材质和灯光、渲染和后期处理等一系列工作进行三维可视化动画虚拟建造。

（3）通过模拟工程建设，主要实现对项目全寿命周期中实施阶段风险的分析和预测，查找风险源，制定风险处置措施。

2.3 风险预测可视化虚拟建造技术的实现

风险预测可视化虚拟建造技术的实现基本步骤如下：

2.3.1 制作动画脚本

首先尽可能获取足够的项目CAD设计图和资料，根据掌握的信息构思并编写动画脚本。脚本要详细地说明每一个分镜头、声音和动作效果的切入、各个镜头的衔接等等工作，就好比是一部“剧本”。这样一来就对动画制作的各个环节有了个清晰的认识。

2.3.2 建立动画模型

根据需要选择3DSMAX中的合适的建模工具进行建模，调整相应参数值直到与设计相吻合。也可以通过直接导入CAD图纸或图样的方法建模。建模的手段比较多，有基础建模、复合建模、多边形建模、NURBS曲面建模、面片建模等方式。

2.3.3 匹配材质和灯光

在材质库里对建好的模型进行材质选择。一般3DSMAX中的灯光有普通灯光和光学灯光两种，根据需要不断调整材质和灯光直到最接近实际效果。

2.3.4 动力学设计

有时为了使有些动画效果看起来逼真，会加入一些像水流、下雨等动力学效果，在空间扭曲力选择对象，并进行参数编辑，就可以实现。

2.3.5 设置摄影机

最后形成的动画是通过摄影机镜头拍摄出来的。在脚本中要考虑好摄影机的台数、摆放角度、拍摄轨迹等等因素并在动画制作的过程中根据实际情况不断调整，按照脚本控制好切换摄影机的时点，记录下拍摄的场景。

2.3.6 渲染工作

在完成拍摄的基础上，在3DSMAX软件环境中把动画渲染出来，在这一阶段可能需要对曝光、渲染纹理、渲染背景等许多参数进行控制和调整。渲染质量和时间是成反比的，渲染的帧数越多，耗时越长，质量越好。但是，在实际情况下，就需要找到在最短时间内保证最好渲染质量的平衡点。可以说如何合理控制渲染时间，保证动画按期完成是这一阶段的关键工作。

2.3.7 后期合成和效果处理

这部分工作就是要将渲染好的分镜头进一步处理，按照最初脚本的要求，在合适的位置添加声音、特效和背景等因素，把散乱的动画整合成一部完整的动画短片。这样所有的工作就完成了。

3 结 论

在国内风险管理逐步走入正轨的今天，由于国家城镇化加速发展与基础设施薄弱、城市交通网络压力过大现状的矛盾普遍存在，加上城市隧道工程项目的技术仍不成熟，工程事故仍然频发，对于城市隧道工程项目风险管理的研究还有待更加深入。

（1）对于城市隧道项目风险管理，必须把风险管理模式、项目建设过程和目标管理有机结合起来，形成一个三维管理架构，在时间、空间上对风险进行全方位把握。实现静态风险管理和动态风险管理的结合，实现风险预防和管理的结合，这样对今后工程项目的风险管理是比较可行的模式和方法。

（2）把计算机辅助预测技术（主要包括虚拟建造和仿真模拟）引入风险管理的过程，对于把发生事故后的消极应对转变为事故发生前的主动预测，对于有效控制风险有极为重要的作用。结合计算机辅助设计和风险动态预测技术，实现可视化、动态预测和风险前瞻具有巨大优势，对项目风险管理具有非常重要的作用。

（3）国内风险管理水平仍处于初级阶段，风险管理研究工作还有很多不完善的地方有待改进。对于大型项目来说，人工管理方式已经跟不上时代的步伐，而计算机正逐渐替代人工，它方便快捷省力的优势使之今后在风险管理中占有一席之地已经成为必然。因此，开发计算机风险分析软件前景广阔。风险预测方法在可视化的基础上应朝着智能化的方向逐步发展。