張鶴年，伍進進，席培勝，陳凱祥，錢 敏（安徽建筑大學，土木工程學院，安徽合肥，230601）

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城市軌道交通地下工程風險分析

張鶴年，伍進進，席培勝，陳凱祥，錢 敏
（安徽建筑大學，土木工程學院，安徽合肥，230601）

摘要：隨著城市軌道交通地下工程建設規(guī)模的逐漸擴大，工程風險問題已經(jīng)越來越突出，而風險管理主要是事前預防，規(guī)避企業(yè)風險的決策管理方式。介紹了軌道交通地下工程風險管理的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀、風險發(fā)生機理以及當前風險管理存在的主要問題；對風險控制方法進行了適用性分類；總結(jié)出軌道交通地下工程風險管理應循序漸進，不斷創(chuàng)新，增強城市軌道交通安全風險管理體系。

關鍵詞：軌道交通地下工程，風險管理，風險控制，風險發(fā)生機理

0　引　言

近年來，我國城市化進程飛速發(fā)展，城市交通擁堵問題已日漸浮現(xiàn)，而軌道交通的建設，已逐漸成為解決城市擁堵問題的主要方式。但由于建設規(guī)模大、周期長，地下工程施工環(huán)境復雜，存在許多不確定因素，容易導致安全質(zhì)量事故的發(fā)生。而事故一旦發(fā)生，將會造成巨大的經(jīng)濟損失和社會影響。因此，本文有望通過對城市軌道交通地下工程范疇安全管理的國內(nèi)外近狀進行整理，介紹風險規(guī)避的方法以及地下工程的不確定成份，總結(jié)軌道交通施工管理中存在的主要問題，對今后的研究方向進行分析和探討。

1　國外現(xiàn)狀

1.1風險管理史

風險分析理論雛形的出現(xiàn)到現(xiàn)在已有近一個多世紀的歷史，然而多以理念的建立和定性的研究為主，定量的研究主要側(cè)重于結(jié)構(gòu)和巖土體介質(zhì)材料的可靠度計算方面。

自1970年后，風險理論分析取得了相應的成果，但是真正將風險管理應用到軌道交通領域，是從2000年之后才逐漸開始。從2000年之后，國際隧道協(xié)會及地下空間協(xié)會每年年會主要關注的問題就是安全、經(jīng)濟和風險。美國、歐洲已經(jīng)在積極開展軌道交通地下工程風險管理方面的應用研究工作，歐共體行政院和意大利政府也先后發(fā)出了相應的指令。

GordonT.Clark［1］提出的風險指數(shù)法，對西雅圖市的軌道交通風險評估具有很好的分析作用。Woudes.V［2］分析了Betuweroute 盾構(gòu)隧道的風險成因，介紹了如何將風險管理應用在盾構(gòu)隧道中。Eskesen［3］結(jié)合哥本哈根地鐵風險管理的經(jīng)驗，列舉地下工程行業(yè)外的已有發(fā)展的風險評估技術(shù)，總結(jié)了一套標準體系，該標準體系主要是從規(guī)劃階段開始，一直到開始運營階段，為工作人員提供了安全保障。隧道風險管理指南［4］于2004年由國際隧道協(xié)會完成，是隧道及地下工程風險管理發(fā)展史上的重要轉(zhuǎn)折點，提供了一套關于地下工程風險管理的參照標準和方法，并提出地下工程風險管理技術(shù)應進一步加強，以至于可以更好的發(fā)揮其作用。從以上歐洲地下工程風險管理史可以發(fā)現(xiàn)，風險管理的應用在理論上已經(jīng)很成熟，已經(jīng)逐漸成為軌道交通工程不可或缺的一項重要內(nèi)容。

1.2現(xiàn)代風險管理信息技術(shù)

在現(xiàn)代，主要由巖土工程咨詢公司對軌道交通工程安全風險進行分析評估。意大利GeoDATA公司推出信息化管理平臺，又稱GDMS，該平臺主要是分析軌道交通施工過程中出現(xiàn)的問題，它應用GIS、WEB技術(shù)，由建筑物狀態(tài)管理系統(tǒng)、建筑風險評估系統(tǒng)、盾構(gòu)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、監(jiān)測數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及文檔管理系統(tǒng)5個子系統(tǒng)構(gòu)成，該系統(tǒng)制定了完善的風險管理方案，并且已在多個地鐵工程中得到應用。

2　國內(nèi)研究現(xiàn)狀

盡管隧道與地下工程安全風險管理在中國才剛剛起步，但在20世紀末，中國已陸續(xù)開展地下工程及其相近學科安全風險的研究。

2.1風險監(jiān)測與評估

張國亮［5］提出軌道交通工程施工過程中出現(xiàn)的風險問題，并結(jié)合工程環(huán)境等因素，運用風險分析法定性地進行了風險評估。中國科學院地質(zhì)研究所的劉大安［6］等人開發(fā)了一套地質(zhì)信息系統(tǒng)，主要是針對邊坡工程開挖等問題；同濟大學李元海和朱合華［7］開發(fā)了巖土工程施工監(jiān)測信息系統(tǒng)，孫鈞［8］針對城市軌道交通安全施工開發(fā)了一套智能控制預測與三維仿真模擬系統(tǒng)。

2.2風險規(guī)避

在地下工程及軌道交通建設方面，丁士昭［9］教授（1992）對我國廣州地鐵工程、上海地鐵工程等地鐵建設存在的風險進行了研究，并提出如何規(guī)避風險。黃宏偉［10］等人主要從地鐵施工階段和運營階段分析風險發(fā)生的可能性，并就整個地鐵建設過程中可能出現(xiàn)的風險以及如何分析、控制，提出了一套整體思路。徐上進［11］認為隧道施工與其他工程施工風險的特點不同，對于隧道施工，主要采用故障樹法并結(jié)合風險管理方法，分析評估隧道施工過程中可能出現(xiàn)的風險。黃慷［12］運用類比法和實測法，對上海崇明擬建越江通道工程盾構(gòu)結(jié)構(gòu)的耐久性問題進行了風險分析和評估，并預測了各種風險因素相互作用下對盾構(gòu)過程產(chǎn)生的影響；他采用了故障樹法、蒙特卡羅模擬法和層次分析法對該擬建隧道工程進行了半定量分析以及定量與定性相結(jié)合方法，得出該越江通道工程結(jié)構(gòu)失效時的風險級別，還提出了此風險規(guī)避措施及對策。

我國在2004年成立了隧道及地下工程協(xié)會風險管理委員會，標志著我國風險管理工作在軌道交通領域已經(jīng)有了很好的基礎。從2004年之后，我國地下工程施工過程大多運用風險管理，尤其是城市軌道交通，城市軌道交通建設正處于高潮期，規(guī)模較大的城市都在不同力度上開展安全風險管理體系工作、信息管理研究和實踐工作。從整體上看，我國的城市軌道交通安全管理模式已經(jīng)基本成型，但是，這并不能以偏概全，中國的地下工程施工難度異常復雜，還需要通過更多的努力，建立更好的信息平臺，應用到現(xiàn)實的施工管理工作中，更好的解決隧道工程建設中出現(xiàn)的風險問題。

3　風險發(fā)生機理

城市軌道交通地下工程建設存在著很大的風險，而風險是由多方面原因引起的，主要分為內(nèi)在原因和外在原因兩類。

3.1內(nèi)在原因

軌道交通工程建設過程中，由于建設規(guī)模大，地下工程結(jié)構(gòu)形式與施工異常復雜，風險源土體結(jié)構(gòu)的動態(tài)作用，工程地質(zhì)及水文條件、環(huán)境條件復雜，導致風險發(fā)生的可能性增大。

徐潤澤［13］從成都地鐵一號線工程實例中分析了風險發(fā)生機理，他認為這主要是孕險環(huán)境的存在以及致險因子的共同作用，導致建筑物破壞、人身損傷等風險事故。

潘學政［14］對錢江隧道盾構(gòu)推進段施工中存在的具體問題進行了風險分析，并且他提出通過數(shù)值模擬以及隧道監(jiān)測反饋信息來精確風險因素，從而減小風險。

由于上海青草沙水源地原水過江管道工程開挖深度大，施工難度高，存在風險因素多，馬睿［15］等人對超深基坑連續(xù)墻的施工過程、超深基坑開挖過程和工作井的主體結(jié)構(gòu)施工等方面進行了風險分析，并結(jié)合具體風險采取了相應的控制措施，減小了風險的發(fā)生。

3.2外在原因

由于施工工藝及施工方法多、建設周期長、施工設備多、人為指導思想以及對工程應對措施處理不及時，軌道交通建設不可避免地存在安全風險隱患。

吳治生［16］主要從人為因素對陸地越嶺極高風險巖溶隧道進行了風險分析，認為風險程度與人有關，在指導思想和工程措施處理得當時，可將巖溶隧道地質(zhì)風險降低到可控的程度。

4　主要問題

城市軌道交通在施工風險評估標準方面起步較晚，標準不足，城市軌道交通安全方面沒有獨立、系統(tǒng)的標準，有關安全方面的要求，分散在各個標準之中。由于缺乏深入研究，存在安全標準要求不一致、某些安全標準缺失的現(xiàn)象。近年來，國內(nèi)開始借鑒國外風險分析理念和方法，但由于國情不同、理解差異、引用不規(guī)范，造成安全標準和規(guī)范不一致。因此，建立新的以風險分析為基礎的安全理念，制定評估體系，成為亟待解決的問題。

4.1缺乏定量分析

在開展安全風險管理應用的隧道工程建設項目中，主要開展的是風險分析和評估，并局限于定性分析或者半定量分析，難以獲得科學、合理的定量化指標。在定量分析方法中關于概率和后果的估計，分析結(jié)果往往具有經(jīng)驗性和隨機性。

馬睿［15］等人通過風險管理的理論方法與專家的豐富工作經(jīng)驗相結(jié)合，克服難關，實現(xiàn)了上海青草沙水源地原水過江管工程的順利施工。

李韜［17］等人提出了關于基坑工程風險分析與評價模型，結(jié)合定量與半定量分析，但是實際數(shù)據(jù)難以反映全面情況，仍需進一步深化。

4.2風險評估處于初級階段

針對城市軌道交通地下工程動態(tài)過程中土體與結(jié)構(gòu)的相互作用關系、土體變形作用下的結(jié)構(gòu)破壞機理及演化過程、風險評估相關技術(shù)的研究工作還處于初級階段，只能依靠專家或者有關技術(shù)人員的經(jīng)驗來進行定性評價，導致評價結(jié)果可信度不高。

錢七虎和戎曉力［18］主要論述了隧道及地下工程風險管理的現(xiàn)狀以及地下工程風險管理的實際問題，表明了我國風險評估正處于初級階段，很多方面都不完善，主要包括安全風險管理體系缺乏規(guī)范性、工程安全風險管理責任主要人員不明確、安全風險管理投資費用不到位、工程安全風險管理專業(yè)隊伍不夠規(guī)范、專業(yè)水平參差不齊、風險管理相關技術(shù)規(guī)范、標準不符合目前地下工程發(fā)展現(xiàn)狀、缺乏合適的信息化安全風險管理平臺等。

卞曉琳［19］提出國內(nèi)許多單位對風險管理的理解和認識不夠，存在著很大的誤區(qū)，或?qū)嶋H施工過程不完善、不規(guī)范，主要體現(xiàn)在對風險定義的認識存在誤區(qū)，對風險的評估標準存在誤區(qū)，我國的風險管理系統(tǒng)相對分散，風險接受準則、等級以及風險管理不夠規(guī)范，仍采用被動式風險管理體系等。

李景龍［20］提出我國地下工程對風險分析方法的研究還不是很充分，客觀資料嚴重缺乏，需要不斷的完善分析，統(tǒng)計調(diào)查，建立數(shù)據(jù)庫，為進一步研究提供依據(jù)。

4.3控制指標多偏保守

工程環(huán)境風險環(huán)境對象的監(jiān)控量測常以控制指標為依據(jù)進行過程控制，但控制指標數(shù)值的制定多偏保守，未能提出更為科學、合理的環(huán)境風險控制指標數(shù)值。

4.4規(guī)劃設計源頭上缺乏控制優(yōu)化方法

在城市軌道交通工程規(guī)劃設計階段，缺乏從源頭上進行控制的施工風險控制優(yōu)化方法。

5　風險管理方法

5.1國內(nèi)傳統(tǒng)研究方法

由于軌道交通地下工程施工難度大、技術(shù)復雜以及環(huán)境等因素影響，不可避免地會存在風險。因此，采用合理的風險分析方法，可以很好得減少重大工程事故。

鞏文化［21］等人系統(tǒng)地介紹了基于Web的分布式隧道施工過程中的風險管理思想，并且主要利用風險管理理論、新興發(fā)展的網(wǎng)絡環(huán)境以及施工環(huán)境特點，對地下工程施工進行全面有效的風險管理。

陳博［22］以某高層深基坑為研究對象，采用德爾菲法對城市地下工程安全進行風險分析，通過匿名投票的方式，廣泛征集專家的意見，得出數(shù)據(jù)，并進行分析。

滕麗［23］利用邏輯風險評估法和改進的克隆選擇算法，并結(jié)合江蘇路至華山路的上海地鐵11號線為例，采用迭代的動態(tài)風險管理，利用現(xiàn)有通信和信息技術(shù)，實現(xiàn)整個建設過程的全方位風險管理。

5.2擬用研究方法

結(jié)合風險管理存在的主要問題以及國內(nèi)已有研究方法，本文主要從以下三個方面介紹新的風險管理理念。

（1）安全風險評估指標體系與評估模型的建立

對國內(nèi)外城市軌道交通建設地下工程建設安全風險評估與管理的研究成果進行廣泛調(diào)研和搜集，結(jié)合我國近些年軌道交通建設地下工程施工的典型事故案例，從人、物、環(huán)境和管理四個方面，分析事故的原因和致險因子 。

以管道風險評估方法——肯特指數(shù)法為基礎，結(jié)合量化評估方法——指標體系法，完善城市軌道交通地下工程施工安全風險評估指標體系法，提出簡單、準確、實用的風險定量評估模型。

考慮實際施工過程中可能出現(xiàn)的安全風險，并結(jié)合風險評估模型，對塌方、巖爆以及地層變形破壞等不同風險事件進行評估，最終，分別給出基于指標體系法的不同風險事件的評估方法。

（2）耦合作用下風險源處的土體與結(jié)構(gòu)動態(tài)相互作用研究

借助城市軌道交通地下工程實例數(shù)據(jù)，結(jié)合土工離心機模型試驗，通過多尺度模型，建立基于多觀耦合的數(shù)值計算模型，利用并行計算技術(shù)，研究多因素條件下城市軌道交通地下工程災變的非線性演化過程，分析動態(tài)過程中結(jié)構(gòu)與土體的相互作用關系。以“土體—結(jié)構(gòu)”和水土壓力的相互作用為主線，考慮多荷載和多場的耦合作用，在多尺度上剖析城市軌道交通地下工程所涉及到的多體相互作用的主要力學特征。

（3）城市軌道交通建設規(guī)劃設計的優(yōu)化方法體系架構(gòu)的實現(xiàn)

基于城市軌道交通地下工程施工風險源特性和影響范圍的基礎上，從二維平面擴展到三維空間上，提出軌道交通工程建設用地的布局結(jié)構(gòu)、控制范圍、交通銜接調(diào)控的原則，明確沿線用地的規(guī)劃控制和保護的內(nèi)容要求。

從線路走向、建設范圍、實施工法、敷設方式、站點設置等方面研究制定建設規(guī)劃編制的目標、方法、程序和技術(shù)標準，并經(jīng)由實踐層面的物質(zhì)性實證研究，檢驗所采取優(yōu)化規(guī)劃途徑和方法的價值范圍和適用程度，形成城市軌道交通建設規(guī)劃設計的優(yōu)化方法體系架構(gòu)。研究成果將從源頭上最大限度地降低或避免重大安全事故，提高風險管理的科學性與可操作性。

6　結(jié)論

我國城市軌道交通地下工程正在加速建設，安全風險管理工作也迎接著新的挑戰(zhàn)。但由于我國城市軌道交通地下工程建設過程中面臨的環(huán)境不同，結(jié)構(gòu)復雜多變，以及我國對地下工程風險分析方法的研究并不充分，客觀統(tǒng)計資料貧乏，因此，風險管理工作應循序漸進，不斷改進和創(chuàng)新，深入研究風險管理方法和標準，總結(jié)前人經(jīng)驗，持續(xù)提高風險管理水平，為軌道交通建設和運營提供良好的環(huán)境。

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Risk Assessment of the Urban Rail Transit Engineering

ZHANG Henian，WU Jinjin，XI Peisheng，CHEN Kaixiang，QIAN Min
（School of civil Engineering， Anhui Jianzhu University， Hefei， Anhui 230601， China）

Abstract：With the gradual expansion of the urban rail transit scale in underground engineering construction，engineering risk problems are becoming increasingly prominent， while the risk management is the mainly method for decision management to prevent beforehand and avoid risk. This paper puts forward an applicability classify of risk control method in rail transit and underground engineering risk management by introducing the present situation of rail transit underground engineering and analyzs the risk mechanism as well as main problem which existing in the risk management. It is also summarized that the risk management of rail transit and underground engineering should be in continuous innovation and then the safety management of urban rail transit.Can thus be enhanced.

Keywords：underground engineering construction； risk management； methods of risk control； risk mechanism

作者簡介：張鶴年（1980- ），男，博士，主要從事軌道交通規(guī)劃與設計。

基金項目：住建部科學技術(shù)項目（2014-K5-031），武漢市城建委科技計劃項目（201509）

收稿日期：2015-07-14

DOI:10.11921/j.issn.2095-8382.20160207

中圖分類號：U239

文獻標識碼：A

文章編號：2095-8382（2016）02-030-06