摘要：公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)因素復(fù)雜，后果影響嚴(yán)重。本文概述了國內(nèi)外隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀，從模糊數(shù)學(xué)角度對隧道施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行論述，并初步建立了模糊綜合評判模型。
關(guān)鍵詞:公路隧道施工；模糊數(shù)學(xué)；模糊綜合評判
一、概述
(一)風(fēng)險(xiǎn)概述。風(fēng)險(xiǎn)一詞源于法文，后再引入英文和中文。風(fēng)險(xiǎn)管理的思想也是由法國人引入企業(yè)經(jīng)營領(lǐng)域。風(fēng)險(xiǎn)管理作為一門獨(dú)立科學(xué)是從20世紀(jì)五十年代開始的，用于建設(shè)項(xiàng)目中則是始于20世紀(jì)八十年代。美國項(xiàng)目管理協(xié)會(huì)編寫的項(xiàng)目管理知識體系指南中指出:風(fēng)險(xiǎn)管理是項(xiàng)目管理九大知識體系之一。通常人們認(rèn)為風(fēng)險(xiǎn)管理分為風(fēng)險(xiǎn)識別、風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)、風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)控制等四個(gè)環(huán)節(jié)。
(二)我國公路隧道施工概述。公路建設(shè)是我國重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，而我國國土面積約三分之二的土地是山地、崎嶇的高原或丘陵，尤其是如今的西部大開發(fā)中，交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)是西部優(yōu)先發(fā)展的重點(diǎn)，而要在崇山峻嶺中修建公路，隧道便成了重要的組成形式。
公路山嶺隧道在提高行駛車速、縮短里程、節(jié)約燃料、節(jié)省時(shí)間、保護(hù)生態(tài)環(huán)境方面有著明顯的優(yōu)勢，又由于其隱蔽性，在營運(yùn)中也較少受到惡劣氣候的影響。然而，隧道工程作為典型的地下工程項(xiàng)目，在施工過程，卻存在著大量的不確定因素。公路隧道是一項(xiàng)投資大、建設(shè)工期長、技術(shù)復(fù)雜、極具風(fēng)險(xiǎn)性的地下設(shè)施項(xiàng)目。
在工程實(shí)踐中，由于隧道工程施工風(fēng)險(xiǎn)所誘發(fā)的安全風(fēng)險(xiǎn)事故時(shí)有發(fā)生，輕則造成工程成本上升、工程工期延誤，重則造成嚴(yán)重人員傷亡。如，2004年底友誼隧道發(fā)生大塌方，出露煤層自燃引發(fā)瓦斯爆炸，造成60多人傷亡，沖擊波將施工設(shè)備全部摧毀。隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的后果嚴(yán)重性，已引起各級部門高度重視，在交通部2010～2020年《公路、水運(yùn)交通主要技術(shù)政策》中，已將交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)列為重點(diǎn)研究問題。
(三)工程模糊綜合評判概述。綜合評判，即是對多因素影響的事物或現(xiàn)象進(jìn)行總體的評價(jià)。這種評價(jià)如果涉及模糊因素，就叫做模糊綜合評判。由于工程建設(shè)常常是在各種復(fù)雜多變的不確定性因素的影響下，因此模糊綜合評判在工程領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。如上所述，公路隧道施工作為典型的地下工程具有諸多的不確定性，很難用解析方法做定量分析，因此模糊綜合評判則更為適合施工中的風(fēng)險(xiǎn)分析。
二、國際國內(nèi)公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀
(一)國外隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究。鑒于上述隧道施工的安全情況，國際隧道協(xié)會(huì)(縮寫為ITA)成立了專門的工作小組，開展了隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理的相關(guān)研究，并在2004年發(fā)表了隧道工程風(fēng)險(xiǎn)管理指南。與此同時(shí)，國際隧道保險(xiǎn)組織與ITA合作，制定了隧道工程作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)管理實(shí)施規(guī)范。
2006年4月22至27日在韓國首爾會(huì)展中心(COEX)召開了2006年世界隧道大會(huì)及第32屆國際隧道協(xié)會(huì)理事會(huì)議。本次會(huì)議的主題是“SafetyintheUndergroundSpace”(地下空間安全)。會(huì)議由國際隧協(xié)主辦，韓國隧協(xié)具體組織承辦。參加會(huì)議的有來自51個(gè)國家的約800名代表。提出風(fēng)險(xiǎn)管理、合同慣例和健康安全的指南文件。
隧道風(fēng)險(xiǎn)管理指南起草工作始于1999年，由ITA負(fù)責(zé)，并于2003年完成。在傳統(tǒng)概念上，貫穿于項(xiàng)目建設(shè)過程中的工程決策，已經(jīng)間接實(shí)施了風(fēng)險(xiǎn)管理。但風(fēng)險(xiǎn)管理的研究認(rèn)為，用系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的模糊風(fēng)險(xiǎn)管理技術(shù)，可大大提高風(fēng)險(xiǎn)管理水平，從而可以清楚地識別出工程中潛在的風(fēng)險(xiǎn)，并及早采取風(fēng)險(xiǎn)減輕措施。
(二)國內(nèi)隧道施工風(fēng)險(xiǎn)研究現(xiàn)狀。在隧道工程監(jiān)測和信息化設(shè)計(jì)方面，我國在發(fā)展以位移測試為主體的隧道施工監(jiān)測系統(tǒng)以及監(jiān)測信息反饋理論方面都有很大的進(jìn)展，斷層參數(shù)預(yù)測法、超前預(yù)報(bào)隧道斷層技術(shù)等一系列成果已達(dá)國際先進(jìn)水平。近年來，在處理隧道不確定風(fēng)險(xiǎn)性方面，在設(shè)計(jì)中引進(jìn)了概率論、模糊數(shù)學(xué)和最優(yōu)控制理論的卡爾曼濾波器理論，豐富了隧道設(shè)計(jì)理論，也提高了工程技術(shù)人員對隧道設(shè)計(jì)施工的不確定風(fēng)險(xiǎn)的認(rèn)識。
但是，在公路山嶺隧道施工中，處理不確定性風(fēng)險(xiǎn)因素引起的隧道施工風(fēng)險(xiǎn)，目前還是較單一地采用施工量測技術(shù)來控制；缺乏基于風(fēng)險(xiǎn)分析理論，更缺乏全面系統(tǒng)研究隧道設(shè)計(jì)和施工動(dòng)態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與管理的有效方法。
三、公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)模糊綜合評判模型
風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)是現(xiàn)代風(fēng)險(xiǎn)管理的重要組成部分，由于公路隧道施工中存在大量不可確定因素，因此其風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)不宜用常規(guī)的解析方法進(jìn)行定量分析，模糊數(shù)學(xué)則較為適用于本類工程問題。模糊數(shù)學(xué)誕生于1956年，美國加利福尼亞大學(xué)查德教授發(fā)表了著名的論文“模糊集合”，第一次引人注目地提出了模糊性問題，給出了模糊概念的定量表示法。1970年別爾曼和查德又提出了模糊優(yōu)化的概念。我國于20世紀(jì)七十年代開始了這方面的研究工作。模糊綜合評判正是模糊數(shù)學(xué)中的一部分實(shí)踐應(yīng)用。
模糊綜合評判模型的建立包括如下幾個(gè)部分:
(一)建立因素集U。因素集是以影響對象的各種因素為元素所組成的一個(gè)普通集合。對公路隧道施工風(fēng)險(xiǎn)而言，應(yīng)考慮到其特殊的循環(huán)作業(yè)性，隧道施工循環(huán)大體分五個(gè)步驟:隧道開挖、出渣、初期支護(hù)、監(jiān)控測量、防水隔離與二次襯砌。即:
U={U1，U2，U3，U4，U5｝={隧道開挖，出渣，初期支護(hù)，監(jiān)控測量，防水隔離與二次襯砌｝
而各個(gè)過程中的風(fēng)險(xiǎn)又可以細(xì)分為如下二級風(fēng)險(xiǎn)因素:
U1={U11，U12，U13，U14｝={開挖方法選擇不當(dāng)導(dǎo)致圍巖失穩(wěn)，鉆孔爆破掘進(jìn)過程中的風(fēng)險(xiǎn)，施工人員操作失誤導(dǎo)致人員傷亡，不良地質(zhì)導(dǎo)致的風(fēng)險(xiǎn)｝
U2={U21，U22，U23，U24｝={出渣運(yùn)輸方式選擇不當(dāng)，出渣處照明不足，運(yùn)輸設(shè)備損壞，運(yùn)輸人員操作不當(dāng)｝
U3={U31，U32，U33，U34｝={支護(hù)類型不適應(yīng)實(shí)際地質(zhì)情況，支護(hù)時(shí)機(jī)不當(dāng)，噴射混凝土質(zhì)量厚度不符合要求，錨桿布設(shè)施工質(zhì)量不符合要求｝
U4={U41，U42，U43，U44｝={量測數(shù)據(jù)的失誤，量測結(jié)果評定有誤，量測信息反饋不及時(shí)，應(yīng)變措施不力｝
U5={U51，U52，U53，U54｝={防水層質(zhì)量不滿足防水抗?jié)B要求，襯砌形式、尺寸設(shè)計(jì)不合理，二次襯砌施工時(shí)間不合理，二次襯砌混凝土質(zhì)量不滿足要求｝
(二)建立權(quán)重集A。各因素的重要程度一般各不相同，即擁有不同的權(quán)重。權(quán)重集A{A1，A2，A3，A4，A5}即表示各風(fēng)險(xiǎn)因素{U1，U2，U3，U4，U5}對隧道施工的影響程度。這一權(quán)重的確定一般采用主觀確定的方法，可用專家法或德爾菲法確定權(quán)重集A(A具有歸一性和非負(fù)性的特點(diǎn))。
由于因素集U為兩級，所以還應(yīng)確定第二級權(quán)重集，即{A11，A12，A13，A14｝表示風(fēng)險(xiǎn)因素{U11，U12，U13，U14｝對U1的相應(yīng)權(quán)重。U2、U3、U4、U5依此類推。
(三)建立備擇集V。備擇集是對評判對象可能做出的各種評判集合的總體。在隧道施工風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)中可根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的大小分為四個(gè)等級:
令V={V1，V2，V3，V4｝={及其嚴(yán)重，很嚴(yán)重，一般嚴(yán)重，較不嚴(yán)重｝
(四)單因素模糊評判。單因素模糊評判是單獨(dú)對一個(gè)影響因素進(jìn)行評判，以確定評判對象對備擇集元素的隸屬程度。單因素評判集R表達(dá)的是由隧道施工各二級風(fēng)險(xiǎn)因素U對備擇集V的模糊關(guān)系。將此評判集排列成行即得單因素評判矩陣R。
(五)模糊綜合評判。模糊綜合評判是把各單因素評判的結(jié)果通過各自的權(quán)重綜合起來的過程。可以表達(dá)為:B=A*R(此處的*為模糊運(yùn)算，即代數(shù)運(yùn)算中的乘法現(xiàn)為取小運(yùn)算，代數(shù)運(yùn)算中的加法現(xiàn)為取大運(yùn)算)。得出的模糊綜合評判集B表示的是綜合考慮上述所有因素時(shí)，隧道施工循環(huán)各階段風(fēng)險(xiǎn)因素對各備擇集指標(biāo)的隸屬程度。由此就可以得出，在一般情況下，一次隧道施工作業(yè)循環(huán)中各不同環(huán)節(jié)(隧道開挖，出渣，初期支護(hù)，監(jiān)控測量，防水隔離與二次襯砌)的風(fēng)險(xiǎn)大小，提早進(jìn)行不同等級的預(yù)備防范，盡量有效地減小風(fēng)險(xiǎn)事故的發(fā)生概率。
四、結(jié)論
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系統(tǒng)研究公路隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)問題，對隧道施工中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識別、分析評判，進(jìn)而進(jìn)行科學(xué)的預(yù)警是現(xiàn)代化隧道施工安全管理的客觀需要，也是確保隧道工程建設(shè)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)的基本保證。由于隧道工程巖層性質(zhì)多異、工程水文地質(zhì)條件復(fù)雜多變，施工工藝復(fù)雜、施工過程中涉及的不確定因素多等特點(diǎn)，以及勘察設(shè)計(jì)資料有限，設(shè)計(jì)計(jì)算理論也還在完善中，多重復(fù)雜因素導(dǎo)致了隧道施工具有很強(qiáng)的風(fēng)險(xiǎn)性與模糊性。因而，應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)中的模糊綜合評判方法分析公路隧道工程項(xiàng)目建設(shè)中的風(fēng)險(xiǎn)問題具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。風(fēng)險(xiǎn)評判是風(fēng)險(xiǎn)管理的重要環(huán)節(jié)，也關(guān)系到風(fēng)險(xiǎn)管理的效果甚至項(xiàng)目的成敗，所以需要引起廣泛、深入的重視。
