地下工程应急施工阶段风险管理方法*

廖伟逸,王凤山

(中国人民解放军陆军工程大学野战工程学院,江苏 南京 210007)

区别于常规施工的规范性管理和进程控制,地震、火灾、爆炸等突发性工程风险事故后的应急施工缺乏系统的规划和设计。地下工程应急施工阶段的复杂地质、施工作业环境等因素极易耦合产生塌方、渗流等二次风险,充满未确知性和灾害风险性[1-3]。

针对地下工程应急施工阶段风险的复杂性,采用系统工程方法,从整体关联和动态适应的角度对风险的辨识、预防,建立和优化风险管理体系,为改进应急施工阶段风险管理方案提供思路和方法。李水泉[4]采用系统动力学和主成分分析方法,探寻应急抢修施工中次生、衍生、耦合、变异等风险规律,建立分析和预警机制,为施工风险评估和预警提供技术支撑和保障。于明璐[5]构建了考虑决策者情绪的前景理论的价值函数,提出决策信息模糊下的应急抢修决策规划模型,提高了应急抢修人员的决策能力和心理调节能力。通过风险管理辅助制定具有针对性的应急施工阶段风险应对预案,达到减缓和控制风险传递的目的,是科学界和工程界关注的重点问题,旨在减少二次风险发生概率,降低风险危害程度。

1 应急施工阶段风险管理

地下工程应急施工阶段风险产生机理复杂、风险形态多样化,风险衍化难以用规范的物理和数学模型进行描述。从风险辨识、风险评估和风险控制三个方面建立和优化风险管理体系,规范应急施工流程,推动应急施工的科学化、系统化和规范化发展。

与常规施工风险相比,地下工程应急施工阶段不仅存在复杂地质、施工作业环境等风险因素,还存在突发性工程事故后,要素耦合产生的塌方、渗流等二次风险。因此,应急施工阶段的风险管理和风险决策是一个复杂的系统问题。袁媛[6]提出了考虑后悔规避的突发事件应急风险决策方法,通过此决策方法得到的结果更加符合决策者的感知,也更易被决策者接受。文献[7]通过对应急方案的综合前景值计算,将应急方案以量化的形式进行评价,达到优化风险决策的目的。结合湖南大学邓铁军教授[8]对于地下工程风险管理的研究,制定应急施工风险管理流程,如图1所示。

地下工程应急施工阶段风险管理是包含风险辨识、风险评估和风险控制的多元非线性系统[9],子系统存在依赖和支持关系。风险辨识是风险管理的基础,为风险评估制定接受准则和等级标准,建立风险评估指标体系。风险评估是对指标体系中的要素,参照风险标准,进行风险概率和危害程度的估计与评价,同时对应急施工作业进行可行性评价。风险控制是针对不同风险大小,制定合理的管控措施,规定应急施工具体实施流程。风险预警贯穿风险辨识、风险评估和风险控制,对风险管理进行监控。通过应急施工阶段风险管理,明确突发事故后风险管理的结构和功能,构建标准化、规范化、通用化的工作流程,满足风险管理的专业化、系统化和科学化发展要求。

2 应急施工阶段风险辨识

风险辨识是对突发工程事故后,地下工程应急施工阶段潜在风险要素进行系统分析、识别、筛选和分类,是对风险要素做出客观评价的基础。风险因素具有不确定性、动态性和复杂性,但本身具有一定的规律性。通过风险辨识,识别一般性风险源和要素耦合产生的二次风险,制定风险接受准则和风险等级标准,构建风险评估指标体系。

风险辨识包括风险分类、确定参与者、收集相关资料、风险识别、风险筛选和编制风险辨识报告六个部分,如图2所示。

风险辨识的最终目标是构建地下工程应急施工阶段综合风险指标体系。风险指标体系是对地下工程应急施工阶段风险本质特征的抽象和提取。对风险要素的抽象和提取需要满足系统性、科学性、独立性的原则,形成以地下工程应急施工为特色的风险指标体系,提高风险评估的精度和可信度。指标体系构建的方法主要有德尔菲法、作业分解结构-风险分解结构(Work Breakdown Structure-Risk Breakdown Structure, WBS-RBS)、安全检查表法等方法。

德尔菲法是依据专家的专业知识和实践经验,抽象和提取风险本质特征,构建风险评估指标体系的方法。徐善初[10]利用德尔菲法建立隧道地质灾害风险评价指标体系,采用模糊综合评价法计算地质灾害的风险等级和风险值,为超前地质预报提供了依据。应急施工阶段风险要素具有不确定性和动态性,极易耦合产生二次风险。采用德尔菲法进行风险辨识,可以提高风险辨识的精度和完备性,对风险要素及耦合产生的二次风险进行有效辨识。德尔菲法是定性分析的方法,与风险评价矩阵结合,可以实现半定性分析,弥补了定性分析带来的不足。

WBS-RBS方法是将应急施工阶段分解为风险分解结构和工作分解结构,通过WBS-RBS矩阵进行风险辨识。采用WBS-RBS进行风险辨识,可以涵盖应急施工阶段潜在的风险源和二次风险,对风险要素进行归类和层次划分,得到清晰、系统的风险辨识结果。王垄等人[11]采用WBS-RBS方法对地铁施工要素进行辨识与评价,构建了风险评价指标体系,提取总结了影响地铁施工的风险要素,为施工风险管理提供了依据。

3 应急施工阶段风险评估

风险评估是对风险评估指标体系中的风险要素的发生概率和危害性进行估计和评价[12]。依据风险接受准则和等级标准,对风险要素划分危险等级,找出影响地下工程应急施工阶段应急施工的关键风险因素。依据评估结果,对应急施工作业进行风险评估,进行可行性评价。

风险评估不仅仅是对风险要素进行评估,同时根据风险要素,对地下工程应急施工作业整体进行风险评估和可行性评价,如图3所示。

风险估计是通过采集地下工程应急施工建设数据,采用数理统计和概率论的方式,对风险的可能性及其后果进行估计。通过风险要素评估,对应急施工作业进行评估和可行性评价,决定应急施工实施与否。

风险评价方法主要有风险矩阵法、故障树法、层次分析法等。风险矩阵法是将风险发生的概率和危害程度结合,建立风险矩阵进行综合评估的方法。张骁[13]将风险矩阵法与贝叶斯网络进行结合,对地下工程中的动态风险要素建立了风险管理体系,实现了对风险要素的动态监测和实施处置。

故障树法是描述因果关系的有向逻辑树,是安全系统工程中最重要的方法。故障树法通过逻辑图表达风险要素之间的逻辑关系,进行定量与定性分析。针对地铁盾构隧道施工成本风险、盾构隧道管片失效风险和车站深基坑工程失事风险,文献[14]构建了模糊理论故障树法和贝叶斯网络故障树法的风险分析模型,为地铁盾构隧道的施工风险分析与控制提供了思路和方法。岳诚东[15]建立隧道施工塌方风险故障树,构建了风险评估体系,有效预防了施工安全风险的发生。

层次分析法是将分析问题分解为目标、准则、方案等结构,计算各个要素的最终权重的分析方法。刘颂秋[16]对北京地铁建立了风险评价指标体系,通过改进后的层次分析计算风险评价指标的权重,针对不同风险等级,采取相应的控制策略,达到风险分级管理的目的。

除了传统的模型与方法,突变理论、可拓模型等也被应用在风险评价中。山东大学袁永才教授[17]建立隧道塌方风险评价的突变理论模型,运用模型对300例隧道塌方案例进行分析,验证了模型的可靠性和准确性。

随着施工作业流程的规范化与科学化,施工数据的采集与整理也日益规范。基于施工数据的风险预测也逐渐受到重视,作为风险评价的一部分得到了广泛应用。王凤山[19]针对地下结构样本数据复杂非线性的特点,提出了一种基于最小二乘支持向量机的预警模型。模型具有有效的小样本学习能力,拟合和预测精度高于传统的神经网络等预测模型,为有效进行地下结构孕险环境危险性预警提供了思路和方法。

4 应急施工阶段风险控制

风险控制是根据风险辨识和评估的结果,制定相应的风险应急预案,达到减缓和控制风险的目的[20]。风险控制的措施包括有风险回避、风险转移、风险缓解和风险自留等,如图4所示。

风险回避是通过工程技术,从根本上断绝地下工程应急风险的发生,是彻底消除风险影响的风险管控措施。风险转移是通过一定的途径将风险转嫁给其他承担者的过程。风险缓解是将风险发生的概率或者造成的损失降低到可承受范围内。风险自留则是预先制定风险费用、进度和技术各方面的后备措施。

在风险辨识、风险评估和风险控制的基础上,构建地下工程应急施工阶段风险预警系统。阚洁[21]基于地理信息系统,构建了地铁施工坍塌事故预警模型,实现了坍塌施工预警系统的可视化,取得了良好的预警效果。预警系统的主要目的是通过系统,对应急风险进行动态监控和实施处置,实现风险预防和应急处置,完善风险管理流程,实现风险管理的信息化和自动化。

预警系统包括风险监测、风险判别和风险控制三个模块[22]。风险监测是风险与系统的基础,根据风险指标体系,对地下工程关键风险要素实施监控。风险判别是当监测关键风险要素的属性发生变化,预警系统判别应急施工即将发生风险时,通知施工和管理人员进行紧急处置,防患于未然,将风险扼杀于摇篮中,达到风险预防的效果。风险控制是风险管理系统的核心。当系统监测到风险已经发生,可以通过风险回避、风险缓解等手段,降低风险危害程度,减少二次风险发生可能。通过风险预警系统,实现应急施工阶段风险管理的自动化和科学化,达到有效控制二次风险的目的。

5 结束语

地下工程应急施工阶段风险要素繁多,具有复杂性和动态性,极易转移形成二次风险,造成人员和财产损失。对应急施工采取风险管理,减缓和控制风险的转移,是工程研究的热点。将风险管理划分为风险辨识、风险评估和风险控制。通过风险辨识概括和提取风险要素的本质,建立评估模型对风险进行分级,采取合理的风险控制措施,达到控制二次风险的目的。同时构建应急风险监控系统,达到风险预防和应急处置的目的,实现风险管理的信息化和自动化。

合理的风险管理体系是减少地下工程应急施工阶段二次风险发生,降低风险危害程度的重要举措。通过风险管理体系,明确了风险管理的基本框架,制定了标准化、规范化和科学化的风险管理流程,为应急施工风险管理提供了思路和方法,进一步推动风险管理科学化、系统化和专业化发展。