基于模糊综合评判法的地铁工程总体风险等级评定方法

张 浩

（北京安捷工程咨询有限公司，北京 100050）

1 研究背景

随着我国经济的持续、快速发展，城市化进程不断加快，为缓解城市交通拥挤状况，国内各大城市相继开展了城市轨道交通建设。2000 年以后，城市轨道交通建设不断提速，使我国成为世界上城市轨道交通建设里程最长、建设城市最多、建设速度最快的国家。近年来，城市轨道交通行业广泛开展工程建设全过程安全风险管理，注重从源头上和过程中把控风险，形成了比较成熟的风险管控方法。

目前，国内多数城市轨道交通工程在安全风险管理工作中，将风险划分为工程自身风险和环境风险两大类。金淮等[1]根据现行的标准规范和政府文件，系统研究地下工程安全风险评估的内容、程序、方法及相关管理要求，提出风险等级标准、分级原则和不同施工方法的工程自身风险及环境影响风险评估的要点；吴锋金等[2]对轨道交通工程的风险等级标准划分进行了研究，提出根据城市轨道交通工程建设阶段的不同，选择适宜的标准进行风险等级划分；骆建军等[3]针对地铁施工对邻近建筑物的安全影响，提出了安全管理的程序、方法和内容以及建筑物的一般保护措施；吴贤国等[4]分析了地铁隧道施工邻近建筑物的安全风险，提出了安全风险等级的划分方法和标准；王烨晟等[5]提出了利用模糊层次分析法，对地铁工程周边建筑物安全风险等级进行半定量分析；张晓斌等[6]基于信息熵权理论，提出利用风险评价矩阵法确定风险等级。然而，目前对工点总体风险等级评定的相关讨论和研究较少。笔者在静态风险评估(即城市轨道交通工程施工图设计阶段的安全风险评估)的基础上，利用模糊综合评定法，提出一种将工点自身风险和环境风险相结合、综合判定工点总体风险等级的方法。该方法能较为客观地评定工点总体风险的大小，能更有效地对风险进行预控，为工程的实际风险管控工作提供参考。

2 施工图设计阶段安全风险评估

2.1 评估目的

施工图设计阶段安全风险评估，是在初步设计阶段安全风险评估成果的基础上，结合施工组织设计和施工方案等资料，有针对性地开展安全风险辨识、分析，进行风险源分类与风险分级，提出针对性的工程风险管控措施和建议，为施工阶段科学化、系统化和规范化地动态管控风险提供依据和参考。

2.2 评估内容

以《太原市轨道交通2 号线一期工程施工图设计阶段风险评估报告》为例，通过对工点风险源的辨识，将工点风险类型分为自身风险和环境风险两类，依据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》[7]，将工点自身风险和环境风险等级划分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4 级，Ⅰ级风险等级最高，Ⅳ级风险等级最低。

地下工程自身风险是由于地下工程自身建设要求或施工活动所导致的风险，如深大基坑工程风险和大断面隧道施工风险等。自身风险等级主要考虑地质条件、工程结构埋深、结构特性(地下结构层数、跨度、断面形式、覆土厚度、开挖方式)等风险因素[7]。

地下工程环境风险是在建设活动中导致周边区域的建构筑物受到影响或被破坏，其等级根据城市轨道交通地下结构与工程影响区范围内环境设施的重要性、位置关系、地下结构类型与施工方法等因素划分[7]。

3 工点总体风险等级评定模型

3.1 影响因素

3.1.1 工点自身风险因素

根据现有城市轨道交通工程风险评估和管控经验，可对不同施工方法的工程自身风险进行分解。例如，可将明挖工程工点的自身风险分解为止水帷幕施工风险、围护桩施工风险、地连墙施工风险、地下水控制施工风险、深基坑开挖施工风险、异形基坑施工风险、铺盖法施工风险、倒撑施工风险等。通过施工图设计阶段的安全风险评估，对上述风险进行风险等级评定，并汇总出工点自身风险清单。将各等级自身风险数量作为工点总体风险等级评定的影响因素，工点各等级自身风险数量统计如表1 所示。

表1 工点自身风险统计例表 Table 1 Statistical example of risk sources of construction site

3.1.2 工点环境风险因素

根据现有城市轨道交通工程风险评估和管控经验，环境风险类型主要有各类管线、管廊、建筑物和构筑物等。通过施工图设计阶段的风险评估，对上述风险进行风险等级评定，并汇总出工点环境风险清单。将各等级环境风险数量作为工点总体风险等级评定的影响因素，工点各等级环境风险统计如表2 所示。

表2 工点环境风险统计例表 Table 2 Statistical examples of environmental risk sources in construction sites

3.2 评定模型

工点总体风险等级的评定涉及多个影响因素，本研究基于施工图设计阶段的风险评估成果，最终选取了8 个主要影响因素，即Ⅰ级自身风险、Ⅱ级自身风险、Ⅲ级自身风险、Ⅳ级自身风险、Ⅰ级环境风险、Ⅱ级环境风险、Ⅲ级环境风险、Ⅳ级环境风险(见图1)； 再利用模糊综合评定法，通过隶属度函数确定评判级别的隶属度，进而对工点总体风险等级进行综合判定。

图1 工点总体风险与影响因素关系 Figure 1 Relationship between overall risk and influencing factors of construction site

3.2.1 风险分级和影响因素

影响因素的选取直接关系到评定模型的分析和计算。根据工点总体风险等级评定模型，选取了工点不同风险类型、不同风险等级数量作为影响因素。同时，根据国内多个城市的安全风险评估经验和风险事件案例[8-10]，统计分析了工点不同风险类型、不同风险等级数量对应的工点土建施工阶段的整体风险状况，最终选取以风险数量作为单一影响因素来判定工点总体风险等级的依据，综合汇总编制了工点总体风险等级的评判标准，如表3 所示。

表3 影响因素及评判等级 Table 3 Influe ncing factors and evaluation grade

3.2.2 隶属函数及权重确定

从表3 可以看出，所选取的影响因素指标均为定量指标，参考目前国内对隶属函数的应用[3-5,11-12]，选择基于二次抛物线型隶属函数来表述影响因素指标，即

以自身风险中的Ⅲ级风险影响因素为例，其隶属函数为

由于不同的影响因素对工点总体风险等级的影响程度不同，根据工程实践经验和各类风险事件案例[8-10]，分别对影响因素赋予不同的权重，即B={γ1，γ2，γ3，γ4，γ5，γ6，γ7，γ8}，其中γ1～γ8分别对应自身风险和环境风险的Ⅰ～Ⅳ级风险影响因素的权值，如表4所示。

3.2.3 总体风险等级的确定

依据表3 所示的8 个影响因素和4 类风险等级，可得到评判集(即等级论域)，有

通过隶属函数A(x)，可计算出影响因素的模糊评判矩阵，即

表4 各影响因素权值对应表 Table 4 Corresponding table of weight of each influencing factor

式中，uij为第i 项影响因素指标对第j 等级(工点总体风险等级)的隶属度。

将权重向量与模糊评判矩阵相乘，进而得出工点总体风险等级的模糊判断，即A=BC，计算出评判集U 的模糊子集A={a1，a2，a3，a4}，再根据最大隶属度原则，选取最大值对应A 中的位置来作为工点的总体风险等级。

4 工点总体风险等级评定实例

以太原轨道交通2 号线一期工程车站工点为例，对车站工点的总体风险等级进行评定。先根据施工图设计阶段的安全风险评估，统计出工点自身风险和环境风险的各等级风险数量；再将统计结果代入评定模型，计算出工点的综合风险等级。

以大南门站为例，该车站的各类风险统计情况如表5 所示。

表5 大南门站风险情况统计 Table 5 Statistics on risk sources of Dananmen station

将表5 数据代入表3 和隶属函数A(x)，得出评价因素的模糊评判矩阵，即

将权重向量与模糊评判矩阵相 乘 ， 即 A = B C ， 计算出评判集的模糊子集A={0.167，0.195，0.113，0.095}，根据最大隶属度原则，得出大南门站的工点总体风险等级为Ⅱ级。

根据《太原市轨道交通2 号线一期工程安全风险管理与监控实施项目总结报告》，大南门站在土建施工阶段风险事件频发，使工期延长，同时给安全施工带来诸多不确定因素，该站的主要风险事件如表6 所示。

由大南门站在整个土建施工阶段发生的风险事件及周边环境变形情况(见图2、3)可知，该站的工点总体风险等级评定为Ⅱ级是合理的。

因此，对太原轨道交通2 号线一期工程的其余22个车站进行工点的总体风险评定，得出全线23 个车站工点总体风险等级的分级情况，如表7 所示。

表6 大南门站的主要风险事件统计 Table 6 Statistics on main risk events in Dananmen station

图2 地连墙接缝渗水并携泥带砂 Figure 2 Ground wall joints see water and carry mud and sand

图3 基坑周边地表塌陷 Figure 3 Surface collapse around foundation pit

表7 全线车站工点总体风险等级 Table 7 Comprehensive risk levels of station sites across the line

5 结语

笔者对地铁工程总体风险等级的评定方法进行研究，在施工图设计阶段的安全风险评估基础上，充分考虑工点自身风险和环境风险对工点总体风险等级的影响，研究制定了相应的风险等级评判标准，建立了工点综合风险等级的模糊评判方法及流程，并通过实例进行了验证。该方法能够较为客观地确定工点总体风险的等级，便于对工点总体风险进行分级管控，同时为后续城市轨道交通工程安全风险评估提供重要参考。