基于 BN 方法的地下连续墙施工安全风险评估

武墨涵，张淑红

（1.哈尔滨商业大学管理学院，黑龙江哈尔滨 150028；2.哈尔滨商业大学能源与建筑工程学院，黑龙江哈尔滨 150028）

1 背景

在地铁项目施工过程中，地下连续墙是十分常见的一种建筑结构，相比于传统的单桩支护结构，地下连续墙结构具有更突出的稳定性、承载力和抗渗能力，具有重要的应用价值[1]。但由于地下连续墙施工工序多且过程较为复杂，导致安全事故频发。因此，对地下连续墙工程安全风险给予控制，建立地下连续墙工程安全风险控制体系尤为重要。

目前，关于地下连续墙安全风险的研究已取得了较多成果。例如，刘蒙[2]等人针对地下连续墙部位处存在燃气管线横穿的风险问题，采用调整地下连续墙成槽步序、将钢筋笼分幅加工与吊装等方法，高效、安全完成特殊幅，为地下连续墙施工提供了安全防护的经验和思路。

高丰等[3]采用专家调查法和层次分析法相结合的地下连续墙施工风险识别方法，建立地下连续墙施工结构模型，识别出5 项地下连续墙施工基本风险。王艳国[4]从地铁车站土建施工实际出发，总结了地下连续墙存在的典型安全风险问题，探索其具体成因，并提出了针对性的安全防范对策。李林[5]以某工程中超深地下连续墙钢筋笼吊装为例，对所涉及的各项主要的安全数值进行验算，对吊装过程中的风险点进行识别，并从事前、事中对钢筋笼吊装进行控制，对安全风险提出了必要的管控措施。廖汝锋[6]研究了作为地下连续墙顺利施工关键的钢筋笼吊装工程的难点重点，对危险源进行分析，并提出了相应的安全管控措施和方法。

此外，贝叶斯网络图（BN）方法在识别施工过程中的风险应用较多，例如郑逸雪[7]运用基于事故树分析法（FTA）和FTA-BN 模型进行施工风险评价，预测了地铁车站施工风险发生的概率，诊断出导致地铁车站施工风险发生的因素。卢鑫月[8]等基于动态贝叶斯网络（DBN）的地铁隧道施工动态风险评估方法，建立地铁隧道施工风险DBN 模型，预测施工过程风险发生概率的动态变化。周圆媛[9]等采用BN 方法对溶岩区溶洞分布规律和盾构隧道施工安全性进行全面研究，提出了溶岩区盾构隧道施工安全性评价方法。

总体来说，现有文献已经对地下连续墙相关工序进行风险识别与分析，曾有学者使用BN 方法对地铁施工过程中的盾构工序进行风险分析，但对地下连续墙风险领域使用BN 方法的研究较少。因此，本文使用BN 方法，通过研究节点概率，对地下连续墙施工安全风险管理提出更有效的措施，补充了该领域的相关研究。

2 贝叶斯网络图法

2.1 贝叶斯网络图

贝叶斯网络是一个有向无环图，如图1 所示，R11，…，R1n及R21，…，R2n称为根节点（父节点），代表施工中安全风险因素；R称为叶节点，表示最终可能导致的风险；R1、R2称为子节点，介于父节点和叶节点之间。贝叶斯网络由代表变量节点及连接这些节点有向边构成，节点代表随机变量，节点间的有向边代表了节点间的因果关系（由父节点指向其子节点），其关系强度的大小通过条件概率计算出来。可以将专家先验知识、历史数据和其他不完整、不确定的信息进行综合表达，是不确定环境中知识表示、推理预测的理想工具[10]。

图1 贝叶斯网络示意图

叶斯网络图法的理论基础来源于概率论，设X1X2…Xn构成了一个完整事件，各个变量之间为互斥关系，且P（Xi）＞0，假设存在事件Y，当事件Y与其他事件（X1X2…Xn）同时发生时，则有公式（1）所示的贝叶斯公式，其中P（Xi）表示事件Xi发生的概率，为先验概率。P（Xi|Y）表示为条件概率，表示在事件Y发生的条件下，事件Xi发生的概率，为Xi的后验概率。在贝叶斯网络中，后验概率可通过对先验概率更新得到。P（Y|Xi）为利用贝叶斯网络求解的条件概率。

贝叶斯网络图模型是处理风险问题最有效的理论模型之一，其优势在于对不确定知识的表达与推理分析。贝叶斯网络包括拓扑结构和网络参数2 个主要部分。将贝叶斯网络参数进行学习后，可以得到诊断性分析、敏感性分析与关键致因路径分析，进而能够得到导致风险问题的关键性因素。

2.2 贝叶斯网络在风险评估中的应用

贝叶斯网络以概率推理为基础，推理结果说服力强，具有较强预测能力，具体应用如下：

（1）风险建模，贝叶斯网络对各个风险事件之间的关联进行建模分析，从而实现对风险的量化评估；

（2）风险预测，贝叶斯网络通过分析历史数据，从而预测事件未来发生风险的概率；

（3）风险管理，贝叶斯网络通过具体量化风险事件发生的概率，从而帮助决策者进行风险管理。

3 地下连续墙安全风险评估案例分析

3.1 工程概况及周边环境

本文选取A 项目地铁车站为工程实例，对该项目地下连续墙施工过程中的安全风险进行评估。A 项目位于郑州市郑汴路与未来路交叉口，沿未来路南北向设置，车站主体结构长约191.3 m，标准段宽23.5 m，站台宽14 m，该站共设2 个出入口，2 组风亭。车站标准段基坑深约24.68 m，端头井深26.2 m。根据地质报告，该工程地下分布有不连续的钙质胶结层，近似砂岩，成槽速度较慢，对成槽机具的性能要求较高且地层稳定性差，施工过程中易产生涌水、涌砂，开挖面不稳等现象。A 项目位于城市主干道，人流、车流量较大，车站周边沿未来路分布有电信、电力、热力、给水、雨、污水、燃气等繁多地下城市管线，工程环境条件较复杂。周边环境如图2 所示。

3.2 关键风险源识别与风险评估体系构建

通过访谈法、文献法及工程实践进行风险点收集，并结合 4M1E 原理，其中“4M”指人（Man）、机器（Machine）、材料（Material）、方法（Method），“1E”指环境（Environments），即从人员、机械设备、材料、技术方法及周边环境 5 个方面进行归纳，初步得到X1～X20 一共20 个A 项目地下连续墙安全风险因素，如表 1所示。

3.3 贝叶斯网络图构建并分析

表1 初步风险识别清单

将得到的安全风险逻辑关联图导入到GeNIe 有限元分析软件，并根据实际情况进行参数获取，将得到的参数与网络图进行匹配，得到导入数据后的安全风险关联图，结果如图3 所示，其中“yes”代表风险发生的概率，“no”代表不发生风险的概率。由图可知，在导致地下连续墙安全风险的直接因素中，挖到地下危险管线、钢筋笼焊接不牢、钢筋笼起吊脱落吊钩为最重要的因素。接下来分别进行诊断性分析、敏感性分析与最大致因路径分析，结果分别如图4～图6 所示[8]。

图3 导入数据后的安全风险关联图

图4 安全风险诊断性分析

（1）诊断性分析。诊断性分析是从结果倒推，找出风险发生的原因。具体做法是对项目综合风险赋予不同的值，进而观察其他节点概率值大小变化，即可以通过对比，找出关键风险指标。具体而言，条件概率值变化与项目综合风险呈正相关关系，即条件概率值变化越大，则其与项目综合风险的关系越密切。诊断性分析结果如图4 所示，由图可知，逆推后导致地下连续墙发生安全风险事件的主要因素仍为挖到地下危险管线、钢筋笼焊接不牢、钢筋笼起吊脱落吊钩。该结果与图3 所示的贝叶斯网络后验概率值较高的关键风险指标重合度较高，验证了上文结论。

（3）积极应用先进的饲喂技术。大力推广“套餐饲喂”模式，按照猪只不同生长阶段，饲喂不同档次的饲料，以避免营养缺乏和营养过剩。现在正规的饲料厂家，都有繁殖母猪、育肥猪、种公猪、仔猪等不同品种的饲料。饲养者可依时依阶段选择。

（2）敏感性分析。通过对贝叶斯网络进行敏感性分析，可以把控各风险指标对整体风险水平的贡献度，敏感性分析具体结果如图5 所示。图中颜色深浅代表敏感性高低，颜色越深其对应风险指标的敏感性越大，即对项目整体风险影响越大，两者呈正相关关系。由图可知，挖到地下危险管线、钢筋笼焊接不牢、钢筋笼起吊脱落吊钩为直接导致地下连续墙发生安全风险的最重要的因素。

图5 安全风险敏感性分析

（3）关键致因路径分析。关键致因路径分析结果如图6 所示，连线代表各风险因素之间的影响，连线的粗细代表影响强度大小，连线越粗代表各个风险因素之间的相互影响程度越大，该致因链在系统中的位置就越重要。通过观察关键致因路径分析，可以看出在整个项目风险贝叶斯网络中存在多条致因链，并且这些风险因素互为因果关系。由图可知，以下3 条为关键致因路径：①工人粗心，施工方、总包方、监理方检查不到位X1 →挖到地下危险管线X19；②工人粗心，施工方、总包方、监理方检查不到位X1 →极端天气钢筋笼起吊X12 →钢筋笼起吊脱落吊钩X16；③工人粗心，施工方、总包方、监理方检查不到位X1 →吊点处漏焊或强度不达标X13 →钢筋笼焊接不牢，起吊钢筋变形散架X18。

图6 安全风险关键致因路径分析

3.4 模型推理分析总结

通过总结前文贝叶斯网络参数学习和推理分析结果，梳理了全部相关风险指标，并将其总结如表2 所示。

表2 A 项目地下连续墙安全风险总结

根据BN 原理，将上文的A 项目地下连续墙安全风险逻辑图导入到GeNIe 软件之中，分别进行诊断性分析、敏感性分析、关键致因路径分析。结果显示，后验概率与上述3 项指标结论基本一致。

4 地下连续墙风险应对措施

A 项目地下连续墙风险源可以概括为挖到地下危险管线、钢筋笼焊接不牢、钢筋笼起吊脱落吊钩。针对以上风险源，分别从施工方、总承包方、业主方、监理方4 个角度采取控制措施。

4.1 施工方主要控制措施

（1）施工方在施工前应积极和总包单位进行沟通，总包单位应尽早和业主方取得联系，争取较早拿到地下管线分布图。若地下连续墙槽段下方存在重要管线，应及时联系有关部门，进行保护并迁移。

（2）施工技术负责人在施工前加强对焊工进行交底，加强对焊接完成后的钢筋笼进行质量检验，对焊缝长度、宽度等指标进行把控，对漏焊、点焊数量不到位的部位采取针对性修补措施。

（3）为了保证钢筋笼吊装安全，吊点位置的确定与吊环、吊具的安全性确保经过验算，吊点处的钢筋必须在横竖方向上与相交的钢筋焊接牢固。施工方不可为了节约成本擅自更改钢筋数量。

4.2 总承包方主要控制措施

（2）总包方应在钢筋笼焊接完成后派质量主管进行检查，针对漏焊、焊缝长度与宽度、焊缝饱满度、点焊数量等关键性指标进行检验。检验合格后，总包单位应通知监理单位，并协同监理单位进行验收工作。

（3）总包单位应禁止施工单位在极端天气（大雨、大雪、大风等）起吊钢筋笼，总包方安全主管应不予签发吊装令。同时总包方也应对进场时的吊车进行三证检查，即“特种设备使用许可证”“特种设备作业人员证”和“安全生产许可证”，若有缺失，应催促施工方进行补齐。

4.3 业主方主要控制措施

（1）业主方应及时向相关市政单位询要该施工地域内市政管网分布图，提前对重要管线进行保护。如果条件不允许，也可以要求总承包方对相关区域内的重要管线加以保护。

（2）业主方应派人定期和总包方在工地进行巡视，可以通过制定一些惩罚措施来约束施工方的行为。

（3）由于业主在工地巡查的时间有限，应赋予更多的权利给总包方。业主方应加强对总包方教育培训，安排总包方人员在钢筋笼起吊之前对吊点、锁具、钢丝绳进行安全检查，总包方应严禁施工方为了追赶进度，而做出有损施工安全的行为。

4.4 监理方主要控制措施

（1）监理方应该在施工前从业主方获取地下管线分布图，及时对管线分布进行了解并提醒施工方对有地下危险管线的部位进行保护。

（2）监理方应该在焊接工序过程中通过旁站的方式进行质量检查，对于存在安全隐患的施工行为，监理方应该要求施工方暂停施工，也应该在焊接工作结束后及时对质量进行把控，严格按照设计规范进行验收工作，对不符合要求的焊接效果，要求施工方进行整改。

（3）监理方在钢筋笼起吊之前应严格控制钢筋笼起吊安全问题，加强对吊点的检查，严格按照施工规范执行。此外，应该及时关注天气预报，对于极端天气，不予签发吊装令。

5 结论

采用访谈法、文献法及工程实践对地下连续墙施工过程中的重要安全风险要素进行收集，通过贝叶斯网络图分析得到挖到地下危险管线、钢筋笼焊接不牢、钢筋笼起吊脱落吊钩3 个安全风险权重较高因素。针对这些重要高安全风险因素，分别从施工方、总承包方、业主方、监理方角度采取对应措施进行控制。施工方应在施工安全有保障的前提下追赶进度；总承包方应对可能出现的风险进行预防，协同与监理单位工作；业主方应更加重视施工过程中的安全问题，对安全风险提供保障性措施；监理方应对存在安全隐患的地方进行把关，确保施工过程顺利进行。运用BN 方法对A 项目地下连续墙施工过程进行安全风险分析，可为类似地下连续墙项目安全风险评估提供参考和借鉴，也为其他地铁施工项目加强安全施工管理，实现构建平安和谐社会，助推社会全面健康发展提供了指导方向。