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        基于不確定性理論的樁板式擋墻施工風(fēng)險評估

        2016-09-29 11:04:52
        科技視界 2016年20期
        關(guān)鍵詞:不確定性

        韓立+尹強

        【摘 要】樁板式擋墻是地下工程和基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)中常用的體系,施工環(huán)境復(fù)雜使其具有高風(fēng)險性。本文運用工程建設(shè)的風(fēng)險具有“高度不確定性”的特點,提出不確定性分布的概念,并延伸至機會效能的應(yīng)用指標(biāo),供項目管理者作為安全預(yù)算分配的工具,對樁板式擋墻施工風(fēng)險因素加以分析,將預(yù)算花在關(guān)鍵風(fēng)險因子上,以求達(dá)到真正保護(hù)作業(yè)人員、降低傷害嚴(yán)重度的目標(biāo)。

        【關(guān)鍵詞】樁板式擋墻;不確定性;機會效能

        0 前言

        在眾多地下工程建設(shè)中,需要設(shè)置擋墻結(jié)構(gòu),其中樁板式較為常見。樁板式擋土墻系鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),由樁及樁間的擋土板或擋土墻兩部分組成(如圖1所示),適宜于土壓力大,墻高超過一般擋土墻限制的情況。樁板式擋土墻可作為路塹、路肩和路堤擋土墻使用,也可用于治理中小型滑坡,多用于表土及強風(fēng)化層較薄的均勻巖石地基上。由于土的彈性抗力較小,設(shè)置樁板式擋土墻后,樁頂處可能產(chǎn)生較大的水平位移,因而一般不宜用于土質(zhì)地基[1,3]。

        圖1 樁板式擋墻構(gòu)造示意

        然而此類擋墻結(jié)構(gòu)的施工開挖多以人工方式在無任何支撐措施的狹窄空間內(nèi)作業(yè),其深度常達(dá)5~15m,這種高風(fēng)險的挖掘作業(yè),在施工過程中可能發(fā)生各種施工傷害或災(zāi)害事件,如何保證在預(yù)期安全投資費用的前提下有效地控制施工過程中災(zāi)害事故發(fā)生的風(fēng)險,成為了地下結(jié)構(gòu)類施工的重要課題[2,4]。本文運用工程建設(shè)的風(fēng)險具有“高度不確定性”的特點,提出不確定性分布的概念,并延伸至機會效能的應(yīng)用指標(biāo),供項目管理者作為安全預(yù)算分配的工具,對樁板式擋墻施工風(fēng)險因素加以分析,將預(yù)算花在關(guān)鍵風(fēng)險因子上,以求達(dá)到真正保護(hù)作業(yè)人員、降低傷害嚴(yán)重度的目標(biāo)。

        1 風(fēng)險控制與不確定性分析

        工程項目風(fēng)險分析就是分析工程項目在其環(huán)境中的壽命期內(nèi)自然存在導(dǎo)致經(jīng)濟損失的變化,而工程項目不確定性分析就是對項目風(fēng)險大小的分析,即分析工程項目在其存在的時空內(nèi)自然存在的導(dǎo)致經(jīng)濟損失的變化的可能性及其變化程度[1,5,6]。不確定性和風(fēng)險各方案技術(shù)經(jīng)濟變量(如投資、 成本、產(chǎn)量、價格等),受政治、文化、社會因素、經(jīng)濟環(huán)境、資源和市場條件、技術(shù)發(fā)展情況等因素的影響,而這些因素是隨著時間、地點、條件改變而不斷變化的,這些不確定性因素在未來的變化就構(gòu)成了項目決策過程的不確定性。同時項目經(jīng)濟評價所采用的數(shù)據(jù)一般帶有不確定性,加上主觀預(yù)測能力的局限性,對這些技術(shù)經(jīng)濟變量的估算與預(yù)測不可避免地會有誤差,從而使投資方案經(jīng)濟效果的預(yù)期值與實際值可能會出現(xiàn)偏差。這種情況通稱為工程項目的風(fēng)險與不確定性。

        “風(fēng)險控制”最基本的概念,就是針對風(fēng)險最高、損害成本最嚴(yán)重的風(fēng)險項目著手;但是在實務(wù)的“施工風(fēng)險”的領(lǐng)域,卻很難落實,總覺得什么都要做,但風(fēng)險抵御的效果如何?似乎也沒有明確定義。這些現(xiàn)象,本研究在觀察各國的統(tǒng)計數(shù)據(jù)即可得到一些端倪,目前歐美各國針對工人傷害的統(tǒng)計大多還是著重在“傷害人次”,即只要哪個“傷害人次”持續(xù)高居不下,安全檢查單位就會依據(jù)這一較高發(fā)生幾率的項目,進(jìn)行加強檢查,或是宣傳。此種控制方法在程序控制上相當(dāng)?shù)膶嶋H而直接,也是目前最有效的施工安全保護(hù)措施。本文試圖提出更主動的概率流程控制模式:傷害統(tǒng)計(“施工傷害”概率居高項目)→調(diào)整防護(hù)預(yù)算(傷害產(chǎn)生)→檢討預(yù)算分配。著重在“防護(hù)預(yù)算的有效分配”,強調(diào)的是“將錢用在關(guān)鍵工序”上。

        本研究發(fā)現(xiàn)根據(jù)“安全投資經(jīng)濟分析”的觀點中,構(gòu)成“安全”的總體經(jīng)濟功能可以由下列安全功能函數(shù)F(S)來表示:

        F(S)=I(S)-L(S)(1)

        式中I(S)——增值函數(shù)(安全投資費用);L(S)——損失函數(shù)(發(fā)生事故的損失)。

        此安全功能函數(shù)F(S)如圖2所示,當(dāng)安全性投資趨于零,即技術(shù)系統(tǒng)毫無安全保障,系統(tǒng)不但沒有利益可言,還將出現(xiàn)無窮大的負(fù)效益(損失);當(dāng)安全性投資到達(dá)SL點,由于正負(fù)功能抵消,系統(tǒng)安全功能為零,因而SL是安全性的基本下限;當(dāng)S>SL以后,系統(tǒng)出現(xiàn)正功能,此部分也將是安全預(yù)算研究領(lǐng)域的空間,此時,隨著S的增大,安全功能會逐步遞增;而當(dāng)S趨近100%時,功能效益趨于一個常數(shù)(或稱最大費用),若是能有效掌控此最大費用,將有助于安全預(yù)算的效能評估。因此,即可以確認(rèn)“安全投資”與“安全功能”在安全性由SL到100%范圍內(nèi),是呈現(xiàn)正相關(guān)性;因此導(dǎo)出危害等級的相對分布形態(tài)與危害不確定性的正相關(guān)特性,也與“危害防護(hù)效果”呈現(xiàn)正相關(guān),此想法與一般認(rèn)知全然一致。

        2 不確定性分析的幾個概念

        不確定性和風(fēng)險各方案技術(shù)經(jīng)濟變量(如投資、 成本、產(chǎn)量、價格等),受政治、文化、社會因素、經(jīng)濟環(huán)境、資源和市場條件、技術(shù)發(fā)展情況等因素的影響,而這些因素是隨著時間、地點、條件改變而不斷變化的,這些不確定性因素在未來的變化就構(gòu)成了項目決策過程的不確定性。同時項目經(jīng)濟評價所采用的數(shù)據(jù)一般帶有不確定性,加上主觀預(yù)測能力的局限性,對這些技術(shù)經(jīng)濟變量的估算與預(yù)測不可避免地會有誤差,從而使投資方案經(jīng)濟效果的預(yù)期值與實際值可能會出現(xiàn)偏差。這種情況通稱為工程項目的風(fēng)險與不確定性[4]。

        在進(jìn)行資料收集的過程中,大多數(shù)國家均將統(tǒng)計資料混在一起,但在前段,即所謂的主動預(yù)防,建設(shè)工程卻有更高的“不確定性因素”,并不是單純的作業(yè)行為,而是施工中含有太多的高風(fēng)險因子。所以建造業(yè)的風(fēng)險要落實到真正的“預(yù)防”領(lǐng)域,不應(yīng)僅著重在降低發(fā)生率而已,應(yīng)落實到降低發(fā)生的嚴(yán)重度才是[4,6]。

        本研究采用以下基本參數(shù)作為量化分析的基本依據(jù),依次如下:

        傷殘嚴(yán)重度系數(shù):

        3 樁板式擋墻施工過程中作業(yè)危險可能性分析和指標(biāo)評估

        根據(jù)實際樁板式擋墻工程項目統(tǒng)計分析,得到以下風(fēng)險項目分析結(jié)果:

        根據(jù)以上計算可知五種可能出現(xiàn)的現(xiàn)場施工風(fēng)險項目對工人危害的嚴(yán)重度順序如下:

        觸電>物體倒、崩塌>墜落>物件飛落>夾入、卷入

        4 結(jié)論

        一般在人工開挖施工地下?lián)鯄r,由于樁板擋墻開挖面積小,墜落應(yīng)該比較不容易發(fā)生,但是物件飛落所造成的人員傷亡卻很有可能。但是采用傷害嚴(yán)重度分配法卻相反。然而機會效能指數(shù)可以正確表示這種差異。

        本文中比較“物件飛落”和“墜落”兩項可能風(fēng)險項目,若采用傷害嚴(yán)重度分配法:“墜落危害嚴(yán)重度γ=0.102”>“物件飛落危害嚴(yán)重度γ=0.074”,所以一般的預(yù)算是將“墜落”的安全投資>“物件飛落”的安全投資,但是采用本文研究的不確定性分析后,得到危害指數(shù)D.I:

        “墜落危害指數(shù)”D.I=1.212<“物件飛落危害指數(shù)”D.I=1.314,也就是兩者的風(fēng)險相當(dāng),但是當(dāng)考慮到給付比率,由于“墜落”給付比率明顯大于“物件飛落”的給付比率,這樣就得到

        “墜落機會效能系數(shù)O.E=2.716”<“物件飛落的機會效能O.E=21.129”。

        因此在人工開挖的施工方法中,對于“物件飛落”安全投資反而是應(yīng)該大于“墜落”的安全投資;從經(jīng)濟效益方面考慮,這一結(jié)果與推測的結(jié)論符合。事實上,在施工現(xiàn)場“物件飛落”的投資效果是優(yōu)于“墜落”的,此分析方式將有助于更深入地探討和核實安全投資的分配方式。

        究竟多少施工安全預(yù)算才足夠是本研究可以提供的思考模式。由于施工安全的問題涉及太多的不確定因素,因此有系統(tǒng)的進(jìn)行分析才是解決施工安全事故傷害事件最有效經(jīng)濟的方式。本文通過“不確定性”觀點的引進(jìn),風(fēng)險加以量化。因此本研究旨在提供一個新的風(fēng)險分析方法,所提出的“不確定分析”的研究結(jié)果,證明可以適時修正“嚴(yán)重度”安全預(yù)算編寫的合理性,可以作為后續(xù)發(fā)展“風(fēng)險量化”的參考。工程中若能在選擇施工方法的同時,考慮到施工法特有風(fēng)險因素以及危害指數(shù),適時調(diào)整安全儲備的分配,雖不一定可規(guī)避傷害事件的發(fā)生,但是一定可以降低人員傷亡程度,即達(dá)到風(fēng)險的控制。

        【參考文獻(xiàn)】

        [1]周建新,任智剛,張興凱.企業(yè)職業(yè)傷害嚴(yán)重度系數(shù)研究[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù),2006,2(4):16-19.

        [2]屠文娟,張超,湯培榮.基于生命經(jīng)濟價值理論的企業(yè)安全投資技術(shù)經(jīng)濟分析[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,1993,13(10):26-30.

        [3]李祥,汪莉,等.安全投資經(jīng)濟分析與效益評價[J].中國安全科學(xué)學(xué)報,2005,15(3):26-29.

        [4]H.C.Hsc,D.H.Jiang, Opportunity Efficiency-Use Uncertainty Analysis To Evaluate Risks In Construction[J]. Global Journal of Health Science,2009,1(1):69-79.

        [5]王新平.管理系統(tǒng)工程[M].北京:機械工業(yè)出版社,2011.

        [6]劉國斌,王衛(wèi)東.基坑工程手冊[M].2版.北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009.

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