基于模糊综合评价与危险性分析法的施工安全风险评价

胡义焕，韩静媛，赖健维

（1.中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司，杭州 310014；2.西南交通大学，成都 610031）

随着城镇人口的不断增加，许多城市为提升空间利用率，在原有道路路面结构下进行地下综合管廊的施工，因原有路面结构周边环境的复杂性，在施工过程中周围环境复杂、施工难度较大、施工风险源多，存在更多的施工安全隐患。

关于地下综合管廊在施工建设中存在的风险问题，王然等[1-3]依托现有地下综合管廊项目，分别采用头脑风暴、层次分析法等方法，明确了风险识别清单，提出了相应的风险应对措施，陈大川等[4]通过结合模糊层次分析法和模糊综合评价法，对建筑物整体平移的风险概率和风险损失进行估计，对建筑物整体平移施工进行综合评价。涂婉莹等[5-6]利用预先危险性分析法对各风险因素进行分析，进而提出一系列用于降低风险、保障施工安全的措施，用以指导施工。

本文以杭州之江路输水管廊及道路提升工程为例，基于模糊综合评价法应用预先危险性分析法对施工风险进行危险性分析。

1 风险识别

1.1 风险识别方法

风险指标体系的合理构建是进行有效风险评估的基础，为提高风险识别结果的准确性，本文叠加使用德尔菲法和实地法进行风险源识别，即在德尔菲法的基础上通过实地法进行二次筛选风险源，识别流程如图1 所示[1]。

图1 风险识别方法

1.2 风险清单

依托上述风险识别方法，结合地下综合管廊施工风险影响因素，构建了三级地下综合管廊施工风险评价指标体系，如图2 所示[2]。

图2 施工风险评价指标体系

2 模糊综合评价

层次分析法思维一致性很难保证，尤其是当某一层次评价指标很多（如大于4 个）时这个问题尤为突出。模糊层次分析法综合了模糊数学与层次分析法的优势，可以有效解决这一问题，从而避免人为的主观判断与判断矩阵一致性不符的问题。考虑到指标因素存在的模糊性及不确定性。

本文结合模糊层次分析法和模糊综合评判法，构建地下综合管廊施工风险综合评价模型，对清单中各项指标进行综合评价，如图3 所示[4]。

图3 综合评价模型

2.1 建立因素集

依托地下综合管廊施工风险清单，在构建风险评价指标体系时设置两级因素集。设第一级因素集用U表示，因素集U中的子因素为Ui（i=1，2，…，n）；U中每个子因素Ui中包含n个风险因素，由Uij（j=1，2，…，m）表示。

2.2 建立评语集

评语集包含了针对某个评价对象有可能存在的各种评价结果。地下综合管廊施工风险评语用V=（V1，V2，…，Vk）表示，其中Vk为风险概率等级。

地下管廊施工风险评语集依据评分数值范围的不同，将风险概率等级分为5 个等级，即极不可能、不可能、偶尔、可能和很可能。风险概率等级标准见表1。

表1 风险概率等级标准

2.3 模糊层次分析法确定因素权重

在地下综合管廊施工风险评价中存在诸多影响因素，不同因素对评价结果的影响程度不同，因此确定各个因素的权重对于评价体系结果的准确性尤为重要。

本文将采用模糊层次分析法确定各级因素的权重。

2.3.1 构造模糊互补判断矩阵

模糊互补判断矩阵用于表示各级不同因素之间两两比较的重要程度。为获取各级因素集的模糊互补判断矩阵，使用专家调查法，通过结合专家的评分0.1~0.9 标度，构造判断矩阵a如下。

式中：aij（i=1，2，…，n；j=1，2，…，n），根据0.1~0.9 标度（表2）法取值，表示因素Uhi相对于因素Uhj的重要程度（h=1，2，…，n）。

表2 0.1~0.9 标度

2.3.2 构造模糊一致判断矩阵

为防止主观判断中出现一致性矛盾的逻辑错误，本文采用模糊一致判断矩阵对地下管廊施工风险评价体系中各因素进行一致性判断，其中，模糊一致判断矩阵A=（Aij）n×n如下。

2.3.3 确定权重

模糊一致判断矩阵的排序方法有很多，本文采用考虑标度的基于模糊一致判断矩阵元素与权重关系求排序的方法计算权重，由此可得二级因素集Ui的权重集为

式中：j=1，2，…，n。

一级因素集U的权重W可通过同样的方法求得。

2.4 建立评判矩阵

利用德尔菲法得到因素对评语Vk的隶属度，将各因素集中单因素评价结果ri按行排列组合，构建如式（6）的评判矩阵，用以表示因素集与评语集之间的关系。

式中：rij（i=1，2，…，m；j=1，2，…，k）指的是因素集中的因素i对评语集中评价等级j的隶属度关系。

2.5 多级模糊综合评判

由地下综合管廊施工风险评价指标体系可知，其风险影响因素被划分为两级。计算时，需要进行多级模糊综合评判，先对二级因素的权重、一致性进行综合评价，并根据该结果对一级因素进行评价，从而得出目标指标的综合评判结果。

2.5.1 二级模糊组合评价

利用模糊算子对考虑权重及相关的评价矩阵进行模糊映射，得出综合评价结论，并以此作为上一层单因子评价结论。利用二级综合评价结论，采用因素加权的方法，可以得出一级模糊综合评价结论。

随着电力通信网络规模的不断扩大，传输网层次的逐渐增多、网络结构日趋复杂，对电力通信系统的运行管理提出了新的挑战。当前系统内较少开展设备状态评价和寿命预测，相关工作也缺乏科学的数据分析和理论的指导，设备报废、投退运、扩容以及网络建设、调整等依赖经验判断，主观性较强，需要开展数据驱动的通信设备综合评价与寿命预测研究，形成电力通信设备全寿命周期管理，提升通信运行管理水平。

2.5.2 二级模糊综合评判

利用模糊算子对因素权重Wi及相应的评判矩阵Ri进行模糊变换，得出其综合评判结果Bi，并以此作为上一级单因素评判结果。一级模糊综合评判结果B是在二级综合评判结果Bi的基础上，利用因素权重W，计算得出B。

式中：i=1，2，…，n。

2.5.3 权重综合评判

通过模糊运算获得综合评判结果Bi，再将评判结果与之对应的因素权重相乘作归一化处理得到综合评判的综合权重。

3 危险性分析法

危险性分析法作为安全评价的一种方法，能够分析发现项目中潜在的危险因素，对危险因素进行分级，再有针对性地提出对应的管控措施。

本文在模糊综合评价的基础上对于危险因素进行综合权重计算，再利用危险性分析法对综合权重较高的指标进行分析，以便控制危险性因素对于施工安全的影响。

表3 危险性等级界定标准

4 工程实例

根据杭州市主城区水厂布局优化调整的需求，南星水厂关停、取水口上移，既有南星水厂供水服务由九溪水厂替代，经过整合，之江路上需敷设清水管和原水管；同时根据杭州市拥江发展战略，之江路需打造成世界级沿江生态带、景观带、休闲带及滨水廊道。在敷设输水管线的同时，通过“功能活力化、交通立体化、空间人性化、景观整体化”的设计策略，将之江路道路下穿或局部下穿，尽可能释放地面空间，实现城市江岸一体化、街道空间慢行化。另根据之江路交通流量的分析，为满足远期之江新城发展的要求，之江路具有交通规模扩容的需求。因此，在充分考虑之江路多方面、多功能整治提升的需求下，在输水管线建设的带动下，同步实现道路交通与景观的提升，体现工程的综合效益。

之江路输水管采用输水管与交通隧道合建形式，全长约6.3 km。其中，地下隧道为城市主干路，长度约5.62 km，双向4 车道+2 应急车道，设计时速60 km/h，采用盾构隧道，内径为13.3 m，外径为14.5 m。之浦路平行匝道进口位于之江路，定向匝道出口位于之浦路；之江路匝道位于白塔南侧，采用盾构法下穿中河。地面道路为城市次干路兼顾景区道路功能，设计时速40 km/h。

工程沿线涉及的重要建筑物可分为2 类：文物保护建筑和其他重要建筑物，在盾构段及明挖段均有分布。之江路输水管廊及道路提升工程沿线经过众多文物保护区，在施工过程中需加强监测，控制风险因素，尽可能减小对文物保护建筑和其他重要建筑物的影响。

结合已获得的因素权重和因素评判矩阵，根据式（1）—式（7）依次进行逐级模糊综合评判，一级指标综合评价权重计算结果为

风险概率综合评判权重如图4 所示。

图4 综合评判结果

根据计算结果可知，U21、U31、U51、U41和U11五个因素所占权重为前5，分别为地质勘测、工程地质条件、项目组织、专业技术能力和设备选择合理性。

经过查阅相关文献及事故报告的调查，对于上述5 个权重较大的因素进行诱因及事故后果分析，同时根据表1 所界定的危险性等级，提出针对性的防范措施，见表4[5，7]。

表4 危险性分析一览表

5 结论

本文综合考虑地下综合管廊施工中可能影响施工安全的因素，采用综合模糊评价和模糊层次分析法，构建相应的风险评价模型，并基于此应用预先危险性分析法对施工风险进行危险性分析，得出以下结论。

1）利用模糊综合评价对地下综合管廊施工过程存在的风险进行分析，构建判断矩阵，确定权重，进行模糊综合评价，得到综合评判权重，得出一级指标权重由大到小的排序为施工机械、施工技术、施工环境、施工人员、施工管理。

2）比较二级指标权重，得出了对地下综合管廊施工风险影响较大的5 个指标，即地质勘测、工程地质条件、项目组织、专业技术能力及设备选择合理性。

3）通过危险性分析法对二级指标中权重值较高的5 个施工风险进行分析，分析整理得出控制施工风险的措施，如：选择合适的开挖工艺、完善降水计划、加强对施工现场的监测；根据工程项目现场情况，合理选择相应的机械设备，提高工程质量与工程效率。