強(qiáng)萬明， 商冬凡， 盧 明， 趙一凡

(河北省建筑科學(xué)研究院有限公司， 河北 石家莊 050022)

2015年以來，我國綜合管廊建設(shè)里程井噴式增長，至2018年4月，管廊擬在建里程已超7800 km[1,2]。管廊作為城市的“生命線工程”，一旦發(fā)生安全事故將會(huì)導(dǎo)致連鎖反應(yīng)，造成供電、供暖和供水等設(shè)施癱瘓。因此如何構(gòu)建合理、系統(tǒng)的綜合管廊風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)體系值得探究。本文在綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)研究中，引入全生命周期概念，構(gòu)建完善的綜合管廊全生命周期安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)體系，為管廊建設(shè)決策提供了有力依據(jù)。

1 管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)概述

1.1 綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)對(duì)象

綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)對(duì)象包括：綜合管廊廊體、附屬系統(tǒng)、入廊管線[3]。附屬系統(tǒng)主要包括:通風(fēng)系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、標(biāo)識(shí)系統(tǒng)、監(jiān)控與報(bào)警系統(tǒng)。入廊管線主要包括：給水管道、再生水管道、排水管道、天然氣管道、熱力管道、電力電纜和通信線纜。

1.2 綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)技術(shù)現(xiàn)狀

目前，國外在綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方面的研究主要涉及與其他基礎(chǔ)設(shè)施的功能兼容和管廊運(yùn)營中的風(fēng)險(xiǎn)控制等[4]，通過對(duì)項(xiàng)目區(qū)域的歷史用途進(jìn)行全面研究，識(shí)別地下結(jié)構(gòu)和管道的風(fēng)險(xiǎn)因素，在整體上多參考隧道風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)。另外在盾構(gòu)隧道方面，大量采用故障樹分析法和層次分析法，對(duì)隧道掘進(jìn)過程中可能發(fā)生不良事件的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行探討。

在政策上，我國出臺(tái)的《城市地下綜合管廊運(yùn)行維護(hù)及安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》，從設(shè)計(jì)參數(shù)和運(yùn)營兩方面對(duì)管廊建設(shè)進(jìn)行了規(guī)定。在技術(shù)上，多采用肯特法進(jìn)行管線安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)[5]。目前，我國新建管廊將雨污水管道、再生水管道等也納入管廊，未來還考慮將垃圾管等納入管廊[6]，管道種類的增加也給安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)帶來更大的挑戰(zhàn)。

1.3 綜合管廊全生命周期安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)

本文在綜合管廊全生命周期理論的基礎(chǔ)上，根據(jù)階段可交付成果合理劃分單元進(jìn)行聚類分析，再通過文獻(xiàn)對(duì)比、HHM(Hierarchical Holographic Model)層次全息模型法、WBS(Work Breakdown Structure)工作分解結(jié)構(gòu)法和肯特法構(gòu)建綜合管廊全生命周期安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)體系。對(duì)綜合管廊中存在的有害因素進(jìn)行辨識(shí)和分析，為提出合理可行的安全對(duì)策和管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 管廊全生命周期風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系

在構(gòu)建綜合管廊全生命周期風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系時(shí)，首先進(jìn)行全生命周期單元?jiǎng)澐?，然后針?duì)不同單元的性質(zhì)使用不同方法展開風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。最后通過德爾菲法、AHP(Analytic Hierarchy Process)層次分析法構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣，量化指標(biāo)。

2.1 綜合管廊全生命周期單元?jiǎng)澐?/h3>

本文首先采用WBS分解結(jié)構(gòu)法，遵循SMART原則，即：具體、可量化、可實(shí)現(xiàn)、相關(guān)性和有時(shí)限五個(gè)條件，分析管廊全生命周期。管廊項(xiàng)目全生命周期三級(jí)劃分結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1，完成綜合管廊全生命周期的單元?jiǎng)澐郑瑸楣芾頉Q策提供科學(xué)依據(jù)。

表1 綜合管廊項(xiàng)目全生命周期的三級(jí)分解

綜合管廊全生命周期分為六個(gè)階段(圖1)，不同階段有不同的風(fēng)險(xiǎn)源，部分風(fēng)險(xiǎn)源存在交叉耦合，通過分析，將規(guī)劃階段和可研階段歸并為策劃階段，施工階段與驗(yàn)收階段歸并為施工階段，故將綜合管廊依照：策劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營階段共四個(gè)單元進(jìn)行全生命周期風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，梳理風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理，建立風(fēng)險(xiǎn)清單，形成綜合管廊全生命周期風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系。

圖1 綜合管廊全生命周期單元?jiǎng)澐?/p>

2.2 策劃階段風(fēng)險(xiǎn)

綜合管廊設(shè)計(jì)使用年限為100年，規(guī)劃和選址方面需要與道路和地鐵等地下空間協(xié)同進(jìn)行，策劃階段考慮整個(gè)城市的未來發(fā)展。通過查閱資料，采用文獻(xiàn)對(duì)比的方法得到策劃階段主要風(fēng)險(xiǎn)：社會(huì)穩(wěn)定風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目融投資風(fēng)險(xiǎn)、土地使用風(fēng)險(xiǎn)、政策法律風(fēng)險(xiǎn)、信用和合同風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目審批風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)、項(xiàng)目公司風(fēng)險(xiǎn)和不可抗力風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)

設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)具有隨機(jī)性、復(fù)雜性和多因素的特點(diǎn)，因此本文采用層次全息模型HHM法進(jìn)行其風(fēng)險(xiǎn)因素的識(shí)別，從多維度、多視角、不同層面進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析[7]。首先構(gòu)建圖2所示的綜合管廊設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別HHM框架。將利益相關(guān)者、設(shè)計(jì)方案和設(shè)計(jì)目標(biāo)管理作為綜合管廊設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的三個(gè)視角，它們處于平行層面，采用等級(jí)可變動(dòng)的方法進(jìn)行不同視角的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別[8]，如圖3所示。分析不同類別之間的內(nèi)在聯(lián)系，得到綜合管廊設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)因素清單，如表2所示。

圖2 設(shè)計(jì)階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別HHM框架

圖3 基于等級(jí)可變的綜合管廊設(shè)計(jì)階段風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程

階段風(fēng)險(xiǎn)因素設(shè)計(jì)階段環(huán)保政策變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管線敷設(shè)安全距離管廊政策變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)管道與廊體的間距資金供應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)管線引出口尺寸出入口尺寸逃生口尺寸入廊管線分艙依據(jù)人員通行區(qū)域尺寸斷面尺寸防火分區(qū)設(shè)計(jì)廊體分艙數(shù)目設(shè)計(jì)圖內(nèi)容缺失入廊管線種類各線路間產(chǎn)生碰撞最小埋深設(shè)計(jì)各專業(yè)溝通不暢設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)理念圖紙與現(xiàn)場不符吊裝口設(shè)計(jì)通風(fēng)設(shè)計(jì)接口設(shè)計(jì)管線支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)人員專業(yè)性設(shè)計(jì)方法新技術(shù)的應(yīng)用材料、設(shè)備的選用防水設(shè)計(jì)線位設(shè)計(jì)干線、支線和纜線綜合管廊分布廊體與道路兩側(cè)建筑間距

2.4 施工階段風(fēng)險(xiǎn)

綜合管廊施工技術(shù)日趨完善，向著信息化、數(shù)據(jù)化和綠色環(huán)保的方向邁進(jìn)。通過在施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)，對(duì)每一個(gè)施工步驟嚴(yán)格把關(guān)，最大程度上降低能耗、節(jié)約資源。綜合管廊的使用壽命關(guān)乎一座城市的發(fā)展，而施工的質(zhì)量在綜合管廊能否達(dá)到設(shè)計(jì)使用年限中起直接作用[9]。

基于施工技術(shù)的多樣性、復(fù)雜性和施工組織設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，該階段采用WBS分解結(jié)構(gòu)法分別進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。第一級(jí)將其分解為項(xiàng)目建設(shè)階段、項(xiàng)目試運(yùn)行階段和竣工驗(yàn)收階段，如圖4所示。

圖4 施工階段WBS任務(wù)分解

依據(jù)施工過程中階段可交付成果為導(dǎo)向?qū)?xiàng)目工作內(nèi)容進(jìn)行逐層分組。綜合考慮施工階段中的組織關(guān)系、外部制約、強(qiáng)制性邏輯、工藝流程、材料設(shè)備、人力資源、季節(jié)溫度并進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。

前期準(zhǔn)備中存在：信用風(fēng)險(xiǎn)、施工組織方案、材料供應(yīng)、地質(zhì)勘查、設(shè)計(jì)方案和施工作業(yè)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)。施工操作中存在：技術(shù)人員水平、地基處理、排水、支護(hù)襯砌、噪聲污染、水污染、揚(yáng)塵、交通影響、工程變更、群眾干預(yù)、估計(jì)廢棄物污染和人員變動(dòng)風(fēng)險(xiǎn)。施工管理中存在：缺乏高層管理支持、管理能力不足、預(yù)算不足、通風(fēng)防火、自然災(zāi)害、人員安全、管廊防水、隱蔽工程驗(yàn)收、不同標(biāo)段質(zhì)量不齊和關(guān)鍵人員沖突風(fēng)險(xiǎn)。移交過程存在：提前移交風(fēng)險(xiǎn)、不可抗力風(fēng)險(xiǎn)、驗(yàn)收及竣工移交不到位風(fēng)險(xiǎn)。

2.5 運(yùn)營階段風(fēng)險(xiǎn)

在綜合管廊的運(yùn)營過程中，由于電力、雨水、污水、給水、燃?xì)獾裙芫€共同敷設(shè)，不同種類管線物理和化學(xué)性質(zhì)差異大，互相之間存在干擾，會(huì)引起耦合致災(zāi)，必須要做到早發(fā)現(xiàn)、早解決。

本文基于肯特分析法，運(yùn)用多災(zāi)種耦合致災(zāi)分析法進(jìn)行改進(jìn)建立綜合管廊運(yùn)營階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，其識(shí)別流程圖如圖5所示。

圖5 運(yùn)營階段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別流程

將綜合管廊運(yùn)營階段風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的因素劃分為四個(gè)一級(jí)影響因素：第三方破壞、腐蝕因素、廊體因素和操作失誤。分別對(duì)四個(gè)一級(jí)影響因素進(jìn)行研究，得到二級(jí)影響因素，并對(duì)所有二級(jí)影響因素進(jìn)行耦合致災(zāi)作用機(jī)理的分析，最終得到綜合管廊運(yùn)營階段的風(fēng)險(xiǎn)因素。

(1)第三方破壞

管道事故的主要誘因是第三方破壞，其中包含人為破壞和環(huán)境破壞兩方面。具體因素指：管道標(biāo)識(shí)、資金票據(jù)、人口密度、線路狀態(tài)、交通繁忙程度、巡線頻率、占?jí)呵闆r、公共教育、地質(zhì)環(huán)境、附屬設(shè)備、運(yùn)維系統(tǒng)、人為損害和信息共享安全。

(2)腐蝕因素

綜合管廊的腐蝕主要是兩部分：管道腐蝕和廊體腐蝕，都是由于與其他物質(zhì)接觸時(shí)發(fā)生物理及化學(xué)反應(yīng)。管道腐蝕主要由于大氣環(huán)境腐蝕、輸送介質(zhì)腐蝕、管道內(nèi)防護(hù)、管道運(yùn)行年限和防腐層種類；廊體結(jié)構(gòu)腐蝕主要由于氯離子剝離、碳化、凍融作用，土壤對(duì)廊體的化學(xué)腐蝕、土壤中微生物對(duì)廊體的腐蝕、土壤對(duì)廊體的電化學(xué)腐蝕等。

(3)廊體因素

廊體因素主要包括廊體斷面尺寸和平面布局等設(shè)計(jì)因素，施工工藝和質(zhì)量等施工因素，以及綜合管廊運(yùn)維中廊體產(chǎn)生的變形等風(fēng)險(xiǎn)。本節(jié)主要分析綜合管廊運(yùn)維情況對(duì)廊體的影響。運(yùn)維中誘發(fā)廊體安全事故的風(fēng)險(xiǎn)因素主要有：管線質(zhì)量、管線疲勞失效、管材材料老化、溫度、濕度、壓力、入廊管線安裝、管道接口檢測、廊體變形、出入口堵塞和日常監(jiān)測。

(4)操作失誤

綜合管廊在運(yùn)營過程中采用了大量的新技術(shù)，例如：BIM、GIS、RS、可視化運(yùn)維管理和物聯(lián)網(wǎng)等。其中涉及到龐雜的數(shù)據(jù)、軟件和算法，都存在人員操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)。另外政府的補(bǔ)貼力度、入廊管線的意愿、運(yùn)營期間責(zé)任問題、政府失信、運(yùn)維制度的建立、管線入廊模式的選取等在運(yùn)營過程中均存在操作失誤的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)損失，影響整個(gè)綜合管廊體系的使用[10]。

(5)多災(zāi)種耦合機(jī)理分析

綜合管廊在使用過程中，由于管線問題、地質(zhì)變化和維護(hù)不當(dāng)，有可能發(fā)生坍塌、不均勻沉降、爆炸、火災(zāi)和中毒等災(zāi)害。各管線中含有不同介質(zhì)，它們之間可以發(fā)生相互作用，導(dǎo)致各災(zāi)種之間可能發(fā)生耦合、蔓延和衍生，其作用機(jī)理如圖6所示。

圖6 各災(zāi)種作用機(jī)理

2.6 風(fēng)險(xiǎn)清單

在初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素清單建立的基礎(chǔ)之上，通過與市政工程建設(shè)方面的專家進(jìn)行交流，確認(rèn)已經(jīng)識(shí)別的風(fēng)險(xiǎn)因素是否合理。再綜合考慮某項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件后綜合管廊系統(tǒng)的恢復(fù)能力，以及日常監(jiān)測維護(hù)活動(dòng)可以規(guī)避的風(fēng)險(xiǎn)，過濾微小和較小的風(fēng)險(xiǎn)因素，建立最終地下綜合管廊風(fēng)險(xiǎn)因素清單如表3所示。

3 定量化分析

基于上述分析，采用德爾菲法和AHP層次分析法，確定各風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重，再依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)矩陣表確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3.1 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)判斷矩陣

首先設(shè)計(jì)調(diào)查問卷并且向30位管廊設(shè)計(jì)、施工和運(yùn)營方面的專家發(fā)放問卷。針對(duì)判斷矩陣的準(zhǔn)則，采用[1～9]尺度做為重要性標(biāo)度，其中元素兩兩比較，判斷哪個(gè)重要，重要多少。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重量化

依據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)，得到4個(gè)單元風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)構(gòu)成的4個(gè)風(fēng)險(xiǎn)矩陣，以及4個(gè)單元構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)矩陣，判斷是否滿足一致性并計(jì)算權(quán)重，最后根據(jù)4個(gè)單元構(gòu)成的風(fēng)險(xiǎn)矩陣對(duì)各單元風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行加權(quán)，得到綜合管廊全生命周期安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)體系中各指標(biāo)的權(quán)重。根據(jù)權(quán)重的大小判斷其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表3所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

4 結(jié) 語

目前在綜合管廊安全風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)研究中，仍處于跟蹤階段，存在層次不夠明顯，內(nèi)容不夠系統(tǒng)，辨識(shí)結(jié)果不夠客觀的現(xiàn)狀。對(duì)此，本文基于全生命周期概念，提供針對(duì)性的方法對(duì)各單元進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，選用層次分析法等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最終完成整個(gè)辨識(shí)體系的構(gòu)建，兼具整體性、針對(duì)性、實(shí)踐性和數(shù)字化，對(duì)管廊的安全管理更具指導(dǎo)意義。具體研究結(jié)果如下：

(1)形成綜合管廊全生命周期具體概念，采用WBS分解結(jié)構(gòu)法分析后將其劃分為：策劃階段、設(shè)計(jì)階段、施工階段和運(yùn)營階段。

(2)通過文獻(xiàn)對(duì)比、層次全息模型法、多災(zāi)種耦合分析和肯特法對(duì)4個(gè)階段進(jìn)行深入的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，形成包含109項(xiàng)指標(biāo)的初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素清單。

(3)結(jié)合層次分析法、德爾菲法和1～9標(biāo)度法對(duì)初級(jí)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行篩分，過濾微小和極小風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，最終得到31項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)：策劃階段5項(xiàng)，設(shè)計(jì)階段9項(xiàng)，施工階段8項(xiàng)和運(yùn)維階段9項(xiàng)，再通過構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)矩陣計(jì)算權(quán)重，確定了風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

綜合管廊建設(shè)和城市建設(shè)日新月異，地下物流系統(tǒng)和智慧城市理論不斷發(fā)展，雨污水管線和垃圾管道等新型管線逐步入廊，管廊與地鐵和地下商業(yè)等地下設(shè)施協(xié)同規(guī)劃，不同結(jié)構(gòu)間的影響仍需進(jìn)一步探究，綜合管廊全生命周期風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)體系仍需要不斷修正、更加深入。