基于层次分析法的岩土工程勘察安全风险预测研究

尹永川

(天水建筑设计院，甘肃 天水 741000)

岩土工程勘察、设计以及施工等环节对安全要求很高，其中岩土工程勘察属于基本环节，是后期实施岩土工程设计与施工的关键，可直接影响到整个工程项目的建设工期、安全性以及质量等[1]。因岩土工程勘察应用繁多，且不同工程地质条件也有所不同，所以各类岩土工程项目施工前勘察作业的安全风险也存在差异。为保障岩土工程勘察作业的安全性，尤其对野外等特殊环境下的岩土工程勘察作业而言，需在实际勘察作业前，实施科学可靠的安全风险预测[2-4]。科学可靠的安全风险预测有助于相关人员对岩土勘察作业中可能发生的风险具备一定的提前防范措施，有效规避风险的发生，为保障作业人员的安全、提升整体工程项目的安全性奠定基础[5]。层次分析法属于当前较为常见的一类风险预测方法，该方法可结合定量与定性分析实施层级分化，通过目标层、准则层及指标层的层级结构分解决策问题的相关元素，并运用各层元素相互制约影响的关系，获得各元素针对上层级的权重值[6-7]。该方法的关键优点在于其使用过程简单、综合性较强、应用范围较广且具有较高的系统性等，可通过仅有的定量信息达到相关风险数学化的目的，可为有效规避风险提供科学依据[8]。

本文运用层次分析法，以所构建的岩土工程勘察安全风险预测指标体系为依据，建立岩土工程勘察安全风险层次结构模型，实现对岩土工程勘察安全风险的预测，为实际勘察作业中有效规避此类关键风险提供科学合理的依据，有效降低整体风险程度，保障勘察作业人员的人身财产安全。

1 岩土工程勘察安全风险预测

1.1 安全风险因素分析

以岩土工程勘察过程中将会遭遇到的各类安全风险为依据，将岩土工程勘察安全风险划分为基础安全风险与专业安全风险2种。

(1)基础安全风险因素分析。在岩土工程勘察过程中或许会遭遇到的存在相同特点的安全风险即为基础安全风险，此种安全风险可在岩土工程勘察过程中的任何环节内存在，不被具体勘察的领域及任务限制[9]。岩土工程勘察过程中的基础安全风险种类见表1。

表1 岩土工程勘察基础安全风险种类Tab.1 Types of basic safety risks of geotechnical engineering investigation

(2)专业安全风险因素分析。在岩土工程勘察过程中，遇到的具有特殊特征的安全风险即为：专业安全风险，此种安全风险仅存在于岩土工程专业领域内，同勘察内容具有紧密的关联性[10-11]。岩土工程勘察过程中的专业安全风险种类及存在环节，详见表2。

表2 岩土工程勘察专业安全风险种类及存在环节Tab.2 Types and existing links of safety risks in geotechnical engineering investigation

1.2 基于风险因素指标的预测指标体系设计

结合表1与表2所分析的岩土工程勘察基础安全风险与专业安全风险，通过相关专家投票的方式，由2种安全风险内选取出对岩土工程勘察安全风险影响较大的安全风险因素，实施编码，实现岩土工程勘察安全风险预测指标体系的构建，详见表3。

表3 岩土工程勘察安全风险预测指标体系Tab.3 Safety risk prediction index system of geotechnical engineering investigation

1.3 岩土工程勘察安全风险预测

层次分析法的岩土工程勘察安全风险预测过程包括：建立岩土工程勘察安全风险层次结构模型、专家赋值创建判断矩阵、逐层一致性检验、综合指标权重运算以及整体排序等，如图1所示。

图1 岩土工程勘察安全风险预测过程Fig.1 Safety risk prediction process of geotechnical engineering investigation

(1) 创建层次结构模型。依据所构建的岩土工程勘察安全风险预测指标体系与分解法的基础理念，结合层次分析法创建包含目标层、准则层及指标层(方案层)的岩土工程勘察安全风险层次结构模型，实现对岩土工程勘察安全风险的系统分解。其中目标层即为预测的最终目标；准则层通常包含数个准则，属于预测所遵循的规范准则；指标层以上2层为约束，包含数个详细预测指标[12]。岩土工程勘察安全风险层次结构模型如图2所示。层次结构模型中的目标层为岩土工程勘察整体安全风险，准则层由环境、材料、设备以及技术4种风险元素构成；指标层为对应准则层各风险元素的各个风险指标。

图2 岩土工程勘察安全风险层次结构模型Fig.2 Hierarchical structure model of geotechnical engineering investigation safety risk

(2)建立判断矩阵。以上层的某个元素为约束，两两对比相同层次内不同元素间的相对关键程度，此即为判断矩阵的任务[13]。在运用层次分析法测量预测指标的相对关键程度时，可通过将“1—9”标度法融入，并结合专家赋值的方式实现判断矩阵的建立[14]。“1—9”标度法的定义见表4。为检验判断矩阵的科学性，需对判断矩阵实施一致性检验，通过一致性检验判别专家赋值的一致性。其中对判断矩阵实施一致性检验时，可采用对判断矩阵最大特征根和其对应的特征向量实施运算实现[15]。以逐层一致性检验的方式实施检验，若未通过检验则返回至专家赋值，重新建立此层判断矩阵；若通过检验，则此层判断矩阵建立完成。直至各层判断矩阵均完成建立之后，对每一层元素对目标的合成权重实施运算，获取到综合指标权重实现综合判断后，完成整体排序，将最终整体目标内岩土工程勘察安全风险层次结构模型指标层中不同元素的关键程度确准，寻找到对岩土工程勘察安全风险影响较高的元素，实现对岩土工程勘察安全风险的预测。

表4 “1—9”标度法定义Tab.4 Definition of "1-9" scaling method

2 实际应用结果分析

以某地公路边坡滑塌岩土工程为例，运用本文方法预测此岩土工程勘察的安全风险，预测出对其整体勘察安全风险影响最高的风险元素，并与此工程勘察作业的实际状况相比较，检验本文方法的预测效果。实验岩土工程的边坡高度与坡率分别为27.52 m和1.0∶0.8，表面设有网状防护，因突发暴雨天气导致此边坡出现滑塌现象，造成部分道路堵塞无法通行。实验岩土工程边坡滑塌现场情况如图3所示。

图3 实验岩土工程边坡滑塌现场情况Fig.3 Site condition of slope collapse in experimental geotechnical engineering

通过本文方法对实验岩土工程勘察安全风险实施预测，得出各层次指标元素针对上层指标元素的相对权重，所得结果详见表5。

表5 各层次指标元素的相对权重Tab.5 Relative weight of each level index element

依据表5中的相对权重获得各指标对实验岩土工程整体勘察安全风险的合成权重值，同时以合成权重值为依据实施整体指标排序，运用所得结果分析各指标元素对实验岩土工程整体勘察安全风险的影响程度。各指标合成权重值及排序情况见表6。结合表5与表6可以得出，对于实验岩土工程整体勘察安全风险而言，4种风险元素的影响程度由高到低依次为E4、E1、E3、E2，即技术风险元素对实验岩土工程整体勘察安全风险的影响程度最高，材料风险元素的影响程度最低；从各指标对实验岩土工程整体勘察安全风险影响程度的整体排序可看出，F12、F11及F2排在前3位，也就是槽探、坑探、钻探与地质调查，地基土堆混凝土板的抗滑试验以及大风和雷雨天气的作业风险3项指标对整体勘察安全风险的影响程度相对更高。

表6 各指标合成权重值及排序情况Tab.6 Composite weight value and ranking of each index

为检验本文方法所得排序结果的有效性，现运用CR指标对本文方法预测结果实施一致性检验。检验中若CR指标值低于0.1，则判定为通过一致性检验；若CR指标值高于或等于0.1，则判定为未通过一致性检验；当CR指标值为0时，则判定为预测结果符合完全一致性。一致性检验结果详见表7。通过表7可得出，本文方法所得预测结果的CR值均小于0.1，可见，本文方法预测结果均能够通过一致性检验，具有较好的一致性，预测结果可靠性较高。

表7 预测结果的一致性检验Tab.7 Consistency test of prediction results

3 结论

岩土工程施工前需派遣相关人员实施现场勘察，而现场勘察作业中因各类因素影响导致存在不同程度的安全风险，为此需在实际勘察作业前实施相应的安全风险预测，有效规避风险事故的发生，提升勘察的安全性。

本文针对一种基于层次分析法的岩土工程勘察安全风险预测方法展开研究，通过分析岩土工程勘察过程中所存在的各类安全风险，结合专家投票选出主要风险因素，构建岩土工程勘察安全风险预测指标体系，运用层次分析法依据该指标体系建立岩土工程勘察安全风险层次结构模型。通过专家赋值创建各层次判断矩阵，并经由逐层一致性检验后，运算出综合指标权重，进行整体排序，获取岩土工程勘察整体安全风险影响最高的各指标元素，完成对岩土工程勘察安全风险的预测。将本文方法应用于某岩土工程勘察安全风险预测中，预测结果表明，槽探、坑探、钻探与地质调查对实验岩土工程整体勘察安全风险的影响程度高达0.293，是全部风险指标中影响程度最高的一项指标；其次为地基土堆混凝土板抗滑试验与雷雨天气作业风险两项指标，二者对实验岩土工程整体勘察安全风险的影响程度分别为0.195和0.151。在实验岩土工程的实际现场勘察作业中，需重点关注以上3方面风险，有效规避防范此类风险的发生，最大限度地降低实验岩土工程的整体勘察安全风险。经检验验证了本文方法所得预测结果的一致性与可靠性，可用于实际岩土工程勘察的安全风险预测中。