摘要：更全面、系统的评价新建地下工程通过地铁工程建设的风险，更好地实现风险控制，将引入漏洞评估地下工程的施工风险评估，建立脆弱性评估和风险评估的基本关系，首次提出基于漏洞的风险评估方法。该方法将工程技术、工程管理等诸多因素纳入同一维度，选取暴露、敏感性和适应性作为脆弱性评价的三个要素，建立了基于突变级数法基本原理的系统脆弱性评价模型，并对脆弱性等级进行了划分。
关键词：脆弱性；地下工程；穿越施工；风险评价；控制
1 风险与脆弱性
风险在不同领域的定义有所不同。认为，在隧道和地下工程领域，风险定义为：在以工程项目正常施工为目标的行动过程中，如果某项活动或客观存在足以导致承险体系统发生各类直接或间接损失的可能性，那么就称这个项目存在风险，而这项活动或客观存在所引发的后果就称为风险事故。但从概率论的角度，目前主要采用的是1976年的风险计算公式，其将风险表示为某一有害或不利威胁的发生可能性及其产生的后果的乘积，即
Ｒ=PC1（1）
式中Ｒ表示风险，P表示威胁发生的概率，C1表示威胁作用于系统产生的后果。
式（1）仅从外部威胁的角度考虑风险，而对威胁的承灾体应对威胁的能力考虑不够，或考虑不够明确。
在研究重要基础设施等资产风险时提出了另一个风险计算公式，即
Ｒ=PVC（2）
式中Ｒ表示风险，P表示威胁发生的概率，V表示承灾系统的脆弱性，C表示威胁作用于系统产生的严重程度。
图1脆弱性评价指标体系
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美国国家标准实验室在研究关键基础设施安全评价方法时，也指出风险是某给定基础设施遭受某威胁攻击时的可能损失，可由威胁产生的后果、威胁发生的可能性、系统的脆弱性三者之间的交集确定，其表达式与式（2）相同。式（2）搭建了风险与脆弱性之间的桥梁。
式（2）不但反映了威胁的特性，而且综合考虑了威胁承灾系统的特性，若承灾系统的脆弱性为1，
则式（2）将演变为式（1）。
因此，评价一个系统在某一扰动（威胁）作用下的风险，关键是要评价扰动发生的概率、该系统的脆弱性及扰动作用于系统的后果。本文通过式（2）建立脆弱性与风险之间的关系，构建基于脆弱性的风险评价方法，用于评价新建工程穿越既有地铁系统的风险，进而实现风险管控。
2基于脆弱性的风险评价
2.1 基于突变级数法的脆弱性评价
脆弱性评价属于安全风险评价的范畴。对于新建工程、既有地铁系统及围岩组成的复杂系统而言，影响既有地铁安全运营的因素非常多，主要包括新建工程设计方案、施工方法及与之匹配的辅助措施、既有地铁特性、围岩条件等方面，每个方面既有技术层面的因素，也有管理层面的因素。本文分别从系统脆弱性的三要素角度出发，研究系统脆弱性评价的影响因素，为了便于定量评价，在分析实际工程案例、专家咨询、参考有关文献的基础上，对相应指标进行适当分解细化，并通过德尔菲法对主要指标进行分析，构建了系统脆弱性评价指标体系，见图1。
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图1 脆弱性评价指标体系
从图1可以看出，评价指标体系从脆弱性三要素角度出发，有效纳入了类似于承建单位和参建人员的资质、类似项目的经验等管理性因素，将管理因素和技术因素在同一个维度进行整合研究和评价。
2.1.1 评价模型建立
在穿越工程中，受新建项目施工影响，既有地铁系统从正常运营稳定状态突变到故障状态是一个从量变到质变的过程，需要经过3个环节突变，即暴露度要素首先呈现，当该环节控制手段失效后，敏感度要素第次呈现，如果系统敏感度较高，系统发生突变，适应度要素才能得以呈现，若该环节控制措施不当，则宣布系统遭受破坏，突变到不稳定状态，这一过程符合突变理论的基本原理。
突变理论研究系统突变现象是通过研究系统的势函数来实现的。系统势函数F=（u，v）可以通过系统的状态变量v（v1，v2，…，vj，…）和控制变量u（u1，u2，…，ui，…）来描述系统的行为。突变级数法是在突变理论的基础上，对评价目标进行多层次分解，对评价目标由底层向高层逐级进行归一运算，得到各层级的综合评价指数，从而对指标体系进行量化分析。突变理论的初等突变模型有折叠突变、尖点突变、燕尾突变、蝴蝶突变、双曲型脐点、椭圆形脐点和抛物线脐点7种。当控制变量为3时，突变模型为燕尾形，其势函数和归一公式见式（3）和（4）；当控制变量为4时，突变模型为蝴蝶形，其势函数和归一公式见式（5）和（6）。
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本文选取系统的脆弱性为状态变量v，即状态变量数为1；选取脆弱性三要素（暴露度u1、敏感度u2和适应度u3）为一级控制指标，即一级控制指标数为3，对应的脆弱性指数为
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2.1.2 原始数据获取及结果处理
由突变级数法评价过程中使用的模糊隶属函数的性质可知，控制变量和状态变量取值必须落入区间，才能使用归一公式。各级控制指标的取值范围并不统一，为了更好地使用突变模型，本文结合工程实践经验，采用德尔菲法对第三级指标zijk的影响因素进行了分析，见表1。需要说明的是，表1中的指标和打分标准可结合实际进行调整，但其方法不失有效性。
表1 三级指标打分标准
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突变级数法的归一化公式具有“聚焦”特点，即一般的评价计算结果较大（接近于1），通过各对应突变类型计算公式得出的评价结果之间差别较小，如所有评价指标均取0.4和0.6，其脆弱性指数分别为0.9555和0.9745，对计算结果进行调整，使其数值与传统概念的评价结果类似。
2.2 基于脆弱性的风险评价
对于既有地铁，新建工程的实施就是外部扰动，如果新建工程必须实施，那么外部扰动的发生概率P为1，即式（2）将变为
即系统的风险取决于系统的脆弱性和外部扰动带来损失的严重程度。外部扰动的损失由直接经济损失、周边环境影响损失和人员伤亡损失等共同构成。目前，北京地区新建工程穿越既有地铁工程领域，工程安全总体可控，一般无人员伤亡等重大安全事故，威胁的损失主要体现在对既有地铁结构的破坏和运营影响上，因此，本文认为危险的损失等级为三级（客运量大的线路）或四级（客运量较小的线路）。脆弱性和风险等级的划分标准目前尚没有统一的标准，本文参考有关文献，并通过多个实际工程案例的试算，划分区间见表2。
对于II级风险，风险等级较高，风险后果严重，是不可接受的，应该采取相应措施，降低系统脆弱性等级方可实施。
对于III级风险，风险等级一般，在一定条件（如脆弱性指数接近下限）下可以接受，但必须对其进行风险监控，特别是对脆弱性指标较高的环节要加强过程风险管控。
对于IV级风险，风险等级较低，可接受，保持正常管理。
结束语
1）根据风险分析的基本原理，建立了系统脆弱性与风险之间的有机关系。通过考虑系统脆弱性等级和损失等级两个指标，建立了系统的风险等级分类标准，首次在跨界工程领域构建了基于脆弱性的风险评估方法。
2）基于脆弱性的风险评估方法可以将影响系统安全风险的工程技术因素、工程管理因素等因素整合在一起，真正实现工程技术与管理等全要素在同一维度上的评估。
参考文献：
[1]杨海平.地铁下穿既有线施工扰动变形控制关键技术应用研究[D].中国地质大学（北京），2009.
[2]路开锋.北京新建地铁工程穿越既有线方案及暗挖工法研究[D].清华大学，2013.
[3]杨文栋.地铁穿越工程的风险管理研究[D].北京交通大学，2011.
论文作者:张文博
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：风险论文; 突变论文; 脆弱性论文; 系统论文; 评价论文; 工程论文; 地铁论文; 《基层建设》2019年第27期论文;