馬佶卿

(中國(guó)鐵建股份有限公司 北京 100054)

1 引言

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是鐵路建設(shè)工程必須開(kāi)展的工作。隨著川藏鐵路等一大批國(guó)家重大工程的實(shí)施，隧道建設(shè)規(guī)模與技術(shù)難度越來(lái)越大，施工安全管控存在諸多不確定因素。因此，在隧道工程施工中，安全風(fēng)險(xiǎn)控制的精細(xì)化[1]、智能化要求越來(lái)越高，對(duì)建設(shè)人員提出了新的挑戰(zhàn)。

傳統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法有基于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估法和基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)管理法，已廣泛應(yīng)用于長(zhǎng)大隧道施工管理。但是隧道施工環(huán)境復(fù)雜，有時(shí)難以明確導(dǎo)致風(fēng)險(xiǎn)事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)源，也難以將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與風(fēng)險(xiǎn)事件結(jié)合起來(lái)考慮。隧道隱蔽工程多，水文地質(zhì)條件復(fù)雜，機(jī)械設(shè)備多，風(fēng)險(xiǎn)管理死角易被遺漏，因此應(yīng)以智能感知技術(shù)進(jìn)行不安全狀態(tài)的監(jiān)測(cè)手段，運(yùn)用深度學(xué)習(xí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、預(yù)測(cè)[2]。

對(duì)施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行模塊化管理，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)并高效決策，及時(shí)調(diào)整施工狀態(tài)，有助于施工安全風(fēng)險(xiǎn)控制。為此，本文從管理單元的角度出發(fā)，提出單元綜合評(píng)級(jí)模型，為復(fù)雜隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)提供評(píng)級(jí)與管理策略，為場(chǎng)所、地段、崗位、設(shè)備風(fēng)險(xiǎn)智能化辨識(shí)提供思路，有利于降低安全風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率。

2 風(fēng)險(xiǎn)管理單元的定義與劃分

2.1 管理單元應(yīng)用現(xiàn)狀及在隧道中的適應(yīng)性

風(fēng)險(xiǎn)管理單元的應(yīng)用多見(jiàn)于防災(zāi)減災(zāi)、化工風(fēng)險(xiǎn)管控等領(lǐng)域。焦紅等[3]將城市防災(zāi)劃分為若干空間單元；張耀文等[4]將縣域作為洪澇災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)管理單元；徐一星等[5]探討?；髽I(yè)風(fēng)險(xiǎn)管控單元的分級(jí)方法?；谶^(guò)程風(fēng)險(xiǎn)的單元管理理念被引入到生產(chǎn)過(guò)程中[6-8]，物料、設(shè)備操作、污染源等的風(fēng)險(xiǎn)管理水平得到加強(qiáng)。

長(zhǎng)大隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)高，管理難度大，分段落、分場(chǎng)所管理符合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，適合采用管理單元的方法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與分級(jí)管控。根據(jù)隧道工程施工的場(chǎng)所、地段、崗位、設(shè)備等的不同，將隧道施工安全風(fēng)險(xiǎn)分配到各單元加以辨識(shí)、評(píng)估，并進(jìn)行網(wǎng)格化控制，從而消除易漏風(fēng)險(xiǎn)的管理死角。劃分風(fēng)險(xiǎn)管理單元時(shí)，應(yīng)確保每個(gè)單元?jiǎng)澐值莫?dú)立性(盡量不重疊)，且易于評(píng)價(jià)、管理。

2.2 隧道中風(fēng)險(xiǎn)單元的劃分方法

風(fēng)險(xiǎn)單元可分為場(chǎng)所類(lèi)、地段類(lèi)、崗位類(lèi)、設(shè)備類(lèi)。

場(chǎng)所類(lèi)單元是指炸藥庫(kù)、油庫(kù)、拌和站、工人駐地、鋼架加工場(chǎng)等。為了便于風(fēng)險(xiǎn)管理，將每一處場(chǎng)所直接劃為一個(gè)單元。鑒于油庫(kù)、炸藥庫(kù)的特殊性，無(wú)需評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)而直接劃為高風(fēng)險(xiǎn)單元。

地段類(lèi)單元是指不良地質(zhì)和特殊巖土地段，包括巖溶、富水軟弱破碎圍巖、風(fēng)積沙和含水砂層、瓦斯、巖爆、膨脹性和擠壓性圍巖、黃土、凍土。鑒于各種不良地質(zhì)和特殊巖土地段隧道的高風(fēng)險(xiǎn)特點(diǎn)，當(dāng)隧道遇有高風(fēng)險(xiǎn)情況，每一段落應(yīng)劃為一個(gè)單元；無(wú)不良地質(zhì)和特殊巖土地段，按照一定的長(zhǎng)度范圍劃分單元，可借鑒路基單位工程的劃分方法，每500 m劃為一個(gè)單元，地段類(lèi)型變化處應(yīng)作為單元分界點(diǎn)。因洞口地段安全風(fēng)險(xiǎn)很高，應(yīng)單獨(dú)劃分管理單元。

崗位類(lèi)單元是指將崗位或工種劃為單獨(dú)單元。工種包括架子工、焊工、電工、鉆爆工等。管理崗位包括項(xiàng)目經(jīng)理、安全副經(jīng)理、安全總監(jiān)等。不同崗位人員的安全意識(shí)、知識(shí)、技能、經(jīng)驗(yàn)等不同，應(yīng)將每人劃為一個(gè)管理單元。其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果作為聘用、培訓(xùn)依據(jù)。

大型施工裝備安全風(fēng)險(xiǎn)差異大，盾構(gòu)機(jī)、通風(fēng)機(jī)、移動(dòng)臺(tái)車(chē)、自卸車(chē)、扒渣機(jī)、仰拱棧橋等大中型機(jī)械裝備，應(yīng)單獨(dú)劃為單元。

3 管理單元綜合評(píng)級(jí)與管理

3.1 評(píng)級(jí)模型

每一種施工安全風(fēng)險(xiǎn)，可根據(jù)事故后果等級(jí)評(píng)分和發(fā)生概率等級(jí)評(píng)分結(jié)果，結(jié)合事故后果等級(jí)敏感系數(shù)和事故概率等級(jí)敏感系數(shù)[9]計(jì)算得到風(fēng)險(xiǎn)值:

式中:RISKi為第i種風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估值。li為第i種風(fēng)險(xiǎn)事故的后果等級(jí)評(píng)分，將后果嚴(yán)重性等級(jí)分為5級(jí)(輕微、一般、嚴(yán)重、很?chē)?yán)重、災(zāi)難)，采用事故案例庫(kù)歸納總結(jié)得到。pi為第i種風(fēng)險(xiǎn)事故的概率等級(jí)評(píng)分，將事故發(fā)生概率分為5級(jí)(很可能、可能、偶然、不可能、幾乎不可能)；場(chǎng)所類(lèi)、崗位類(lèi)管理單元的事故概率等級(jí)評(píng)分可由專(zhuān)家根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)源和場(chǎng)所的關(guān)聯(lián)性給出，地段類(lèi)、設(shè)備類(lèi)管理單元的事故概率等級(jí)評(píng)分可由機(jī)器學(xué)習(xí)、智能預(yù)測(cè)給出。Sl(li)為第i種風(fēng)險(xiǎn)的事故發(fā)生后果等級(jí)敏感系數(shù)，為事故后果等級(jí)評(píng)分的因變量；結(jié)合事故案例庫(kù)，通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查法加以確定。Sp(pi)為第i種風(fēng)險(xiǎn)的事故發(fā)生概率等級(jí)敏感系數(shù)，為事故概率等級(jí)評(píng)分的因變量；結(jié)合事故案例庫(kù)，通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查法加以確定。

隨著智能建造技術(shù)發(fā)展，也可采用智能感知數(shù)據(jù)，運(yùn)用智慧決策理論、機(jī)器學(xué)習(xí)理論等，預(yù)測(cè)每一風(fēng)險(xiǎn)的后果發(fā)生概率li。采用智能的方法確定事故后果嚴(yán)重性等級(jí)，評(píng)級(jí)方法:預(yù)先搜集大量的場(chǎng)景相關(guān)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)按風(fēng)險(xiǎn)源分類(lèi)后，標(biāo)定標(biāo)簽，分為5種，即“輕微、一般、嚴(yán)重、很?chē)?yán)重、災(zāi)難”，生成相應(yīng)的數(shù)據(jù)集(應(yīng)區(qū)分訓(xùn)練集、驗(yàn)證集、測(cè)試集)，訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型。在實(shí)際應(yīng)用中，將管理單元內(nèi)監(jiān)測(cè)到的可用指標(biāo)(圖片、文本等格式的一切感知數(shù)據(jù))，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后作為輸入，判定是否符合該單元內(nèi)的風(fēng)險(xiǎn)源特征。若符合某幾項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)事故特征，該模型會(huì)對(duì)應(yīng)輸出等級(jí)評(píng)分值li。

3.2 評(píng)價(jià)步驟

借鑒風(fēng)險(xiǎn)源評(píng)估方法，風(fēng)險(xiǎn)管理單元的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)可按以下方法加以評(píng)定:

(1)由安全經(jīng)驗(yàn)豐富、熟悉類(lèi)似工程的人員組成風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估小組，將項(xiàng)目劃為若干單元。劃分單元時(shí)，應(yīng)注意體量相近，尤其是地段類(lèi)單元應(yīng)確保其線(xiàn)路長(zhǎng)度接近，以確保評(píng)價(jià)具有可對(duì)比性。

(2)針對(duì)工程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，選擇某一單元，梳理其范圍內(nèi)可能存在的風(fēng)險(xiǎn)。

(3)確定該單元每一風(fēng)險(xiǎn)的后果嚴(yán)重性等級(jí)，再采用智能方法確定事故后果發(fā)生概率pi。人工對(duì)每一后果等級(jí)評(píng)分li和每一事故后果發(fā)生概率pi做進(jìn)一步進(jìn)行真?zhèn)闻卸ǎ蕹д鏀?shù)據(jù)。

(4)根據(jù)事故后果等級(jí)評(píng)分、發(fā)生概率等級(jí)評(píng)分、事故后果等級(jí)敏感系數(shù)、事故概率等級(jí)敏感系數(shù)[9]計(jì)算得到某一風(fēng)險(xiǎn)值。

(5)累加單元范圍內(nèi)的所有風(fēng)險(xiǎn)值，得到該風(fēng)險(xiǎn)管理單元的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估總分:

(6)分類(lèi)對(duì)單元按評(píng)分(Runit)從高到低進(jìn)行排序，其中崗位類(lèi)單元應(yīng)按人均風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分進(jìn)行排序:前30%的屬于高風(fēng)險(xiǎn)單元；30%～70%的屬于中風(fēng)險(xiǎn)單元；70%以后的屬于低風(fēng)險(xiǎn)單元。

4 單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)與管理

采用劃分風(fēng)險(xiǎn)管理單元的方法能消除盲區(qū)、補(bǔ)齊短板。但當(dāng)兩個(gè)管理單元工程體量差異較大或者風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量差異較大時(shí)，風(fēng)險(xiǎn)值高的管理單元，其所轄重大風(fēng)險(xiǎn)源不一定多或突出，其分值可能是由大量一般風(fēng)險(xiǎn)源累加所致；反之，風(fēng)險(xiǎn)值低的管理單元，其重大風(fēng)險(xiǎn)源則可能存在，究其原因，可能是一般風(fēng)險(xiǎn)源較少。鑒于此，應(yīng)采用單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的管控，以此補(bǔ)充存在的不足。

通過(guò)評(píng)價(jià)每一項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值，并按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，可實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的分級(jí)控制。單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)級(jí)，可采取以下3種方法:

(1)排序法

對(duì)于每一類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)單元中的單一風(fēng)險(xiǎn)(RISKi)評(píng)分從高到低進(jìn)行排序，前30%的風(fēng)險(xiǎn)屬于高風(fēng)險(xiǎn)，30%～70%的風(fēng)險(xiǎn)屬于中風(fēng)險(xiǎn)，70%以后的風(fēng)險(xiǎn)屬于低風(fēng)險(xiǎn)。

(2)平均分值法

平均值法針對(duì)某一特定風(fēng)險(xiǎn)，其事故后果等級(jí)評(píng)分和發(fā)生概率等級(jí)評(píng)分均取所有專(zhuān)家評(píng)分的平均值，不區(qū)分專(zhuān)家水平和經(jīng)驗(yàn)程度。在考慮敏感系數(shù)后，采用式(1)計(jì)算出所有單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)分，并根據(jù)評(píng)分所在區(qū)間劃分等級(jí)。具體為:①風(fēng)險(xiǎn)值處于(0，20)區(qū)間的，表示低風(fēng)險(xiǎn)。此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)不需采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施和監(jiān)測(cè)。②風(fēng)險(xiǎn)值位于(20，50)區(qū)間的，為中度風(fēng)險(xiǎn)。此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)一般不需采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施，但需予以監(jiān)測(cè)并加強(qiáng)風(fēng)險(xiǎn)管理。③風(fēng)險(xiǎn)值處于于(50，100)區(qū)間的，為高風(fēng)險(xiǎn)，必須采取風(fēng)險(xiǎn)處理措施以降低風(fēng)險(xiǎn)，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)與風(fēng)險(xiǎn)管理，且滿(mǎn)足降低風(fēng)險(xiǎn)的成本不高于風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生后的損失。④風(fēng)險(xiǎn)值高于100(含)的，表示極高風(fēng)險(xiǎn)。此類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)不可接受，必須高度重視并規(guī)避，要將風(fēng)險(xiǎn)至少降低到不期望的程度。

(3)專(zhuān)家權(quán)值法

專(zhuān)家的專(zhuān)業(yè)知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)水平有所差異，評(píng)分結(jié)果往往不同。能力越強(qiáng)、經(jīng)驗(yàn)越豐富的專(zhuān)家，評(píng)價(jià)風(fēng)險(xiǎn)的準(zhǔn)確度越高。因此，在計(jì)算某一單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)值時(shí)，可借鑒專(zhuān)家權(quán)值(wE)法[10]，即在專(zhuān)家評(píng)分時(shí)附加一個(gè)專(zhuān)家權(quán)重。

5 工程應(yīng)用實(shí)例

5.1 工程概況

冬奧會(huì)崇禮鐵路是山區(qū)高標(biāo)準(zhǔn)、智能化高速鐵路，正盤(pán)臺(tái)隧道為其控制性工程。按冬奧要求，崇禮鐵路與京張高鐵2019年底同步開(kāi)通，工期僅40個(gè)月。地質(zhì)條件復(fù)雜，構(gòu)造裂隙及地下水發(fā)育，施工期間受外部環(huán)境、實(shí)際揭示水文地質(zhì)情況、施工效率等因素影響，工期異常緊張。

本文依據(jù)隧道勘察設(shè)計(jì)階段成果對(duì)涉及的塌方、涌水、突泥、大變形、下穿重要建筑物等典型風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行了評(píng)估。本隧道綜合評(píng)估結(jié)果為高度風(fēng)險(xiǎn)隧道，需按照Ⅰ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行管理。

5.2 綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)與管理

本文闡述正盤(pán)臺(tái)隧道的風(fēng)險(xiǎn)單元?jiǎng)澐智闆r，限于篇幅，不介紹崗位類(lèi)單元?jiǎng)澐帧?/p>

(1)場(chǎng)所類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管理單元的劃分

經(jīng)梳理，正盤(pán)臺(tái)隧道場(chǎng)所類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管理單元共有23個(gè)，其中隧道進(jìn)口炸藥庫(kù)、隧道出口炸藥庫(kù)和油庫(kù)直接劃為高風(fēng)險(xiǎn)單元；其余20個(gè)單元分別按照風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別劃分方法進(jìn)行打分排序，根據(jù)排序結(jié)果，高風(fēng)險(xiǎn)單元有隧道進(jìn)口炸藥庫(kù)、隧道出口炸藥庫(kù)、油庫(kù)、鋼材庫(kù)、進(jìn)口加工場(chǎng)、4＃斜井加工場(chǎng)、3＃斜井拌和站、隧道出口拌和站、進(jìn)口拌和站。

(2)地段類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管理單元的劃分

隧道圍巖級(jí)別、不良地質(zhì)與特殊巖土地段在未開(kāi)挖之前存在不確定性，只能根據(jù)勘察設(shè)計(jì)成果做初步劃分。故地段類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管理單元應(yīng)隨隧道掘進(jìn)進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，同一管理單元的風(fēng)險(xiǎn)也隨之動(dòng)態(tài)變化。

下列情況直接劃分為高風(fēng)險(xiǎn)單元(包含但不限于):洞口段；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖段掌子面；Ⅳ、Ⅴ級(jí)圍巖未施作二襯段；出現(xiàn)突涌水、瓦斯段；遭遇溶洞段；超前地質(zhì)預(yù)報(bào)發(fā)現(xiàn)的有地下水體、溶洞等不良水文地質(zhì)段；監(jiān)控量測(cè)異常段；下穿古長(zhǎng)城段。出現(xiàn)下列情況之一時(shí)，立即提升風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別(包含但不限于):圍巖級(jí)別提高；有突涌水征兆；瓦斯逸出；發(fā)生巖爆。

隨著隧道掘進(jìn)，遭遇風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)會(huì)越來(lái)越多。隧道貫通前，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)達(dá)到峰值；貫通后，風(fēng)險(xiǎn)點(diǎn)迅速減少。限于篇幅，不再詳列各階段風(fēng)險(xiǎn)管理單元?jiǎng)澐衷u(píng)級(jí)情況。

(3)設(shè)備類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)管理單元

設(shè)備類(lèi)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)級(jí)應(yīng)根據(jù)新舊程度、維護(hù)程度、安全防護(hù)水平、使用環(huán)境(潮濕環(huán)境、密閉空間)等確定。自卸車(chē)等移動(dòng)設(shè)備應(yīng)考慮制動(dòng)、爬坡性能；用電設(shè)備關(guān)注漏電保護(hù)、絕緣性能等。

5.3 單項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)的信息化控制

信息化、智能化是鐵路隧道建造的發(fā)展方向[11]。正盤(pán)臺(tái)隧道施工過(guò)程中，研發(fā)并應(yīng)用了一些智能技術(shù)，為安全風(fēng)險(xiǎn)控制提供物防與技防手段。

在超前地質(zhì)預(yù)報(bào)中配合孔內(nèi)成像技術(shù)，精準(zhǔn)判斷掌子面前方地下水賦存部位、水量大小、節(jié)理數(shù)量、節(jié)理發(fā)育位置及圍巖完整性情況；結(jié)合其他預(yù)報(bào)技術(shù)，綜合分析掌子面前方水文、地質(zhì)情況，制定針對(duì)性措施。

隧道洞門(mén)設(shè)置鐳射燈，將文字投影于地面以作警示；將監(jiān)控量測(cè)納入工序進(jìn)行管理，開(kāi)挖、仰拱及二襯施工等每一道工序開(kāi)始前必須將監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)分析報(bào)告作為施工依據(jù)。

通過(guò)隧道門(mén)禁系統(tǒng)、安全定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)施工安全風(fēng)險(xiǎn)管控。隧道門(mén)禁系統(tǒng)由門(mén)禁桿、人員閘機(jī)、顯示屏、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、人員定位系統(tǒng)組成。顯示屏(LED)與人員定位系統(tǒng)結(jié)合，顯示進(jìn)洞各工班人數(shù)及洞內(nèi)人員總?cè)藬?shù)；人員定位系統(tǒng)采用在安全帽上添加芯片，精確顯示施工人員洞內(nèi)位置，實(shí)時(shí)掌握各里程段施工人數(shù)；視頻監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)掌子面及二襯施工情況。

6 結(jié)束語(yǔ)

在崇禮鐵路正盤(pán)臺(tái)隧道施工過(guò)程中，運(yùn)用單元管理思想，通過(guò)精細(xì)化分析施工安全風(fēng)險(xiǎn)，精準(zhǔn)采用安全風(fēng)險(xiǎn)控制策略，效果較為明顯；通過(guò)采用機(jī)械化作業(yè)線(xiàn)，減少作業(yè)人員數(shù)量，大幅減少風(fēng)險(xiǎn)控制薄弱環(huán)節(jié)，確保了正盤(pán)臺(tái)隧道按期安全竣工。

總體來(lái)看，研究成果的應(yīng)用在正盤(pán)臺(tái)隧道重大方案優(yōu)化、施工過(guò)程安全風(fēng)險(xiǎn)控制與工期控制方面發(fā)揮了重要作用，充分說(shuō)明風(fēng)險(xiǎn)管理單元?jiǎng)澐趾侠?、安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)與分級(jí)控制方法科學(xué)可行，據(jù)此所采取的安全風(fēng)險(xiǎn)管控措施得當(dāng)、工期控制方案合理。