CIM模型在地铁施工安全风险评估中的应用.pdf

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1、第 24 卷 第 5 期 工 程 管 理 学 报 Vol.24 No.5 2010 年 10 月 Journal of Engineering Management Oct.2010 CIM 模型在地铁施工安全风险评估中的应用 李小浩，宋永发（大连理工大学 土木水利学院，辽宁 大连 116023，E-mail：）摘 要：文章对国内近年的地铁施工安全事故进行了统计分析，从事故原因的角度建立了地铁施工安全风险评价体系，构建了地铁施工安全风险 CIM 评估模型。运用这一模型对大连地铁工程一号线一期 102 标段进行了施工安全风险评估验证。结果表明，CIM 模型在地铁风险评估中具有有效性和可操作性。关

2、键词：地铁；施工安全；风险评估；CIM 评估模型 中图分类号：F407.9 文献标识码：A 文章编号：1674-8859（2010）05-513-04 Application of the Controlled Interval and Memory Model in Safety Risk Evaluation of Subway Constructions LI Xiao-hao，SONG Yong-fa（School of Civil Engineering and Hydraulic，Dalian University of Technology，Dalian 116023，China

3、，E-mail：）Abstract：The statistical analysis was carried out on subway construction accidents in recent years in China.The safety risk evaluation system for subway constructions was set up from the view of the accidents.The evaluation model for Controlled Interval and Memory(CIM)in subway construction

4、 safety risk was developed.The model was verified on the construction of bid lot 102 in first-stage project of Dalian subway line 1 in China.The result shows the operability of CIM model in subway risk evaluation.Keywords：subway；construction safety；risk evaluation；controlled interval and memory eval

5、uation model 为缓解城市空间容量不足、城市交通拥挤的状况，国内很多城市相继投资修建地铁。地铁施工具有隐蔽性、复杂性和不确定性等特点，由于建设规模庞大、发展迅速，技术和管理力量难以充分保证，造成地铁工程施工安全风险加大1。近年来我国地铁工程相继发生了很多安全事故，造成很严重的人员伤亡和财产损失。地铁事故的频繁发生加大了施工中的风险，这些风险不仅造成了工程成本增加、工期延后,而且不能满足安全施工的要求并给社会带来很大的危害2。因此，对地铁工程施工的安全风险进行分析和评价，并指导工程实践就显得尤为重要。本文首先对我国近年来发生的地铁施工事故进行了统计分析，针对地铁施工安全风险因素复杂且具

6、有评估模糊性和发生随机性的特点，建立了地铁施工安全风险控制区间和记忆（Controlled Interval and Memory，CIM）评估模型，并运用这一模型对大连地铁工程一号线一期 102 标段进行施工安全风险评估验证。结果表明，该模型具有有效性和可操作性。1 我国地铁施工事故统计分析 近年来国内地铁施工事故频发，给国家和社会造成重大损失和不可估量的社会负面影响。由于地铁施工水平发展很快，为了使研究成果能够反映最新发展，本文只对 20082009 年国内的地铁施工事故做了不完全统计分析，如表 13。诱发地铁施工事故的原因很广，且各种原因之间相互关联，要明确界定某一事故的原因是很困难的。

7、因此，在统计表中只列出了事故最重大的原因。从事故类型看，塌方事故所占比例最大，这是因为塌方事故诱发因素众多，部分涌水、涌砂和管线破坏事故在表现形式上也表现为塌方；火灾、机 收稿日期：2010-08-03 514 工 程 管 理 学 报 第 24 卷 械伤害也占很大比重；其他伤害只占很小比例。表 1 地铁施工安全事故统计表 事故时间 事故地点 事故类型事故原因 2009.01.12 南京地铁 2 号线大行宫站 塌方 异常荷载 2009.01.11 上海地铁 11 号线曹杨路车站 火灾 安全管理制度缺失2009.01.08 上海轨道交通 9 号线小南门站工地 机械伤害 人的不安全行为 2009.0

8、1.02 西安地铁二号线钟楼站 火灾 人员技术不熟练 2008.11.15 杭州地铁 1 号线湘湖站工程 塌方 安全管理制度缺失2008.11.08 南京地铁 1 号线南延线第15 标段 塌方 地下水 2008.07.13 上海地铁 10 号线杨浦区四平路 机械伤害 人安全意识差 2008.06.26 深圳地铁 3 号线 塌方 地下水 2008.06.11 港铁九龙南线工程 塌方 地质 2008.05.30 南京地铁二号线大行宫施工区间 塌方 地下水 2008.04.20 沙坪坝区三峡广场轻轨施工 塌方 地下管线 2008.04.01 深圳市地铁3号线荷坳段工地 塌方 支护 2008.03.2

9、2 深圳布吉地铁 3 号线 塌方 地下水 2008.03.18 西安地铁 2 号线北大街站 其他伤害 地下管线 2008.03.11 上海地铁 4 号线宜山路 塌方 地质 2008.01.31 广州地铁5号线中山八路与南岸路交界处 塌方 地下水 2008.01.18 广州地铁5号线中山八路与南岸路交界处 塌方 施工组织混乱 2008.01.17 广州地铁5号线大西盾构区间 塌方 地下水 从事故原因看，地下水为大多数事故的原因，且多和塌方事故联系在一起。地质原因也占了很大部分，其他原因比如安全管理制度、人员技术不熟练、安全意识差、施工组织混乱也都涉及到人的因素。因此，处理好地下水和做好施工组织是

10、地铁工程成功的关键。总结众多地铁施工安全事故，归纳其发生原因主要包括 3 个方面：一是外界原因，如不良地质、地下水、异常荷载、危旧房屋、地下管线等；二是设计原因，如结构形式不合理，施工方法不合理；三是施工原因，如人的不安全行为、技术隐患和缺陷、管理不善等4。2 地铁施工安全风险 CIM 评估模型 2.1 地铁施工安全风险综合评价体系 通过查阅大量地铁施工资料及对地铁施工事故原因的分析，同时考虑工程实际需要和风险评价的操作性，建立了如图 1 所示的地铁施工安全风险评价体系。其中，对于施工人员、施工技术和管理因素进行更细致的划分。图 1 地铁施工安全风险评价体系 2.2 CIM 模型 CIM 模型

11、也称概率分布的叠加模型或“记忆模型”。此方法用直方图替代了变量的概率分布，用和代替了概率函数的积分。直方图具有相同宽度的区间，而 CIM 模型正是要求建立在这种相等区间的直方图上，因此使概率分布的叠加计算得以简化和普通化5。CIM 模型可以分为“并联响应模型”和“串联响应模型”。其区别就是根据变量的不同关系分别进行概率分布的“并联”或“串联”组合与叠加。在地铁施工安全风险中，各级风险因素的出现具有随机性，将其同级风险因素简化为并联关系，因此适用于 CIM 模型的并联响应模型。假设活动 P 有 n 个风险因素存在，只要其中任一风险出现，活动 P 都会受到影响，则风险因素 R1，Rn的概率分布组合

12、称为“并联响应模型”，这种并联概率曲线的叠加称“概率乘法”。在实际计算中概率乘法是由一系列的两个概率分布连乘组成的，即先将两个风险因素的概率曲线相乘，然后再与第 3 者相乘，继续下去，最终确定活动全过程的风险概率曲线，如图 2。图 2 风险因素并联叠加图 对于风险因素 R1、R2进行并联概率叠加，得到 地铁施工安全风险因素 A 设计因素 B1 外界环境因素 B2 施工因素 B3 结构形式C1 施工方法C2 地 质 C3 地下管线C4 地下 水 C5 周边 建筑 C6 异常荷载C7 施工人员C8 施工技术 C9 管理 C10 规范施工程度D1 技术熟练度D2 安全意识D3 支 护 D4 降排 水

13、 D5 爆 破 D6 施工组织D7 安全管理制度D8 风险因素 R1风险因素 R2风险因素 R3风险因素 Rn并联叠加活动 P 的概率分布 R12R123 并联叠加 并联叠加 第 5 期 李小浩，等：CIM 模型在地铁施工安全风险评估中的应用 515 R12的概率分布。R12的概率分布叠加利用等宽度概率区间的直方图进行叠加。其计算公式可表示为：12121121()(,)(,)niiiiniiiP RdP RdRdP RdRd=+=式中，R1，R2为 2 个风险因素；di为概率区间的组中值；n 为分组数。然后将 R12和 R3进行并联概率叠加，得到 R123的概率分布。依次进行，当 n 个风险因

14、素叠加完后就得到了活动 P 的概率分布。对于地铁施工安全风险评估的研究，是建立在各个风险变量相互独立的基础上，变量之间的相关性涉及的理论和算法均较复杂，本文在设定主观概率的数值时一定程度上已经体现了其相关性，因此这里在计算时不予考虑。2.3 基于 CIM 模型的地铁施工安全风险评估 由于地铁施工安全风险综合评价体系具有多层次、多因素、评估模糊性等特点，对各类风险因素的直接量化较为困难，因此选用层次分析法确定评估指标权重，采取模糊评价确定最末层风险因素的概率分布。基于 CIM 模型的地铁施工安全风险评估的步骤如下：（1）建立风险因素集合。参考地铁施工安全风险综合评价体系，建立风险因素层次图。（2

15、）建立风险因素评价集。风险因素评价集是评价者对风险因素可能做出的各种评价结果组成的集合，用 V 表示。（3）确定最末层风险因素概率分布。针对具体工程让每位专家对最末层风险因素 i 给出评价 j。对于地铁施工安全风险评价，本文评价集为：V=风险高，风险较高，风险适中，风险较低，风险低。计算每个末层风险因素的概率分布 Pij，公式如下：jijNPN=式中，Nj为把风险因素 i 归为同一风险档次 j 的专家人数；N 为专家的总数。（4）根据各层风险因素的权重，运用 CIM 的并联响应模型，逐层求出各层风险因素的概率分布及总安全风险的概率分布6。3 CIM 评估模型在工程中的应用实例分析 以大连地铁工

16、程一号线一期 102 标段为例，采用 CIM 模型进行地铁施工安全风险评估。该工程102 标段包括胜利广场、友好街两站及中山广场 胜利广场 友好街两区间，两区间全长 1km。3.1 运用层次分析法确定风险因素权重 结合本工程实际经过分析地铁施工安全风险因素，将图 1 作为地铁施工安全风险综合评价体系的风险因素层次图。根据对大量地铁施工安全事故的分析，结合本工程的特性，运用层次分析法确定，C1C10风险因素的权重，如表 2 所示。表 2 2 C 层次风险因素排序表 层次 B 层次 C B1（0.055）B2（0.290）B3（0.655）W C1 0.200 0.000 0.000 0.011

17、C2 0.800 0.000 0.000 0.044 C3 0.000 0.264 0.000 0.077 C4 0.000 0.124 0.000 0.036 C5 0.000 0.511 0.000 0.148 C6 0.000 0.069 0.000 0.020 C7 0.000 0.032 0.000 0.009 C8 0.000 0.000 0.671 0.440 C9 0.000 0.000 0.073 0.048 C10 0.000 0.000 0.256 0.168 对于 C 层次以下各 D 层的子风险因素，认定其权重相同。3.2 基于 CIM 模型的地铁施工安全风险评价过程（

18、1）计算子风险因素概率分布。针对此工程，本文调查了 10 位地铁施工的专家，他们对此工程最末层风险因素作出了风险等级的判定，对于地铁施工安全风险评价，评价集为 V=风险高，风险较高，风险适中，风险较低，风险低。根据每位专家对最末层子风险因素 i 的评价 j，按公式计算每一子风险因素的概率分布 Pij，计算结果如表 3 所列。表 3 最末层风险因素概率分布表 风险等级 风险因素 高 较高 适中 较低 低 C1 0.3 0.4 0.2 0.1 0.0 C2 0.4 0.5 0.1 0.0 0.0 C3 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1 C4 0.4 0.5 0.1 0.0 0.0 C5 0.

19、2 0.4 0.3 0.1 0.0 C6 0.6 0.3 0.1 0.0 0.0 C7 0.1 0.2 0.3 0.3 0.1 D1 0.2 0.3 0.3 0.1 0.1 D2 0.0 0.2 0.4 0.3 0.1 D3 0.1 0.3 0.4 0.2 0.0 D4 0.2 0.4 0.3 0.1 0.0 D5 0.1 0.2 0.4 0.2 0.1 D6 0.3 0.5 0.2 0.0 0.0 D7 0.2 0.4 0.3 0.1 0.0 D8 0.0 0.2 0.5 0.3 0.0 516 工 程 管 理 学 报 第 24 卷（2）计算 C 层次风险因素概率分布。对于 C8、C9、C1

20、0，由于其子因素权重相同，运用 CIM 并联响应模型，计算它们的概率分布。以 C10为例，计算过程如表 4 所示。同理，可以求得其他风险因素的概率分布，如表 5 所示。表 4 风险因素 C10概率分布计算过程 风险等级 概率分布 高 0.20=0 较高 0.4（0+0.2）+0.20.2=0.12 适中 0.3（0+0.2+0.5）+0.5（0.2+0.4）=0.51 较低 0.1（0+0.2+0.5+0.3）+0.3（0.2+0.4+0.3）=0.37 低 0（0+0.2+0.5+0.3+0）+0（0.2+0.4+0.3+0.1）=0 表 5 B3下 C8C10风险因素概率分布 风险等级 风

21、险因素 高 较高 适中 较低 低 C8 0.000 0.040 0.344 0.426 0.190 C9 0.006 0.138 0.486 0.270 0.100 C10 0.000 0.120 0.510 0.370 0.000（3）计算 B 层次风险因素概率分布。结合表 3中风险因素的权重，计算B层次风险因素概率分布。风险因素 B1的概率分布计算过程，如表 6 所示。同理，可计算风险因素 B2、B3的概率分布，计算结果如表 7 所示。表 6 风险因素 B1概率分布计算过程 风险等级 概率分布 高 0.2000.3+0.8000.4=0.38 较高 0.2000.4+0.8000.5=0.

22、48 适中 0.2000.2+0.8000.1=0.12 较低 0.2000.1+0.8000.0=0.02 低 0.2000+0.8000=0 表 7 B 层次风险因素概率分布 风险等级 风险因素 高 较高 适中 较低 低 B1 0.380000 0.480000 0.120000 0.0200000.00000B2 0.222800 0.346300 0.287800 0.1135000.02960B3 0.000438 0.067634 0.396862 0.4002760.13479（4）计算地铁施工总安全风险概率分布。计算过程及结果，如表 8 所示。表 8 地铁施工安全总风险概率分布

23、 风险等级 概率分布 高 0.0550.38+0.2900.2228+0.6550.000438=0.0858 较高 0.0550.48+0.2900.3463+0.6550.067634=0.1711 适中 0.0550.12+0.2900.2878+0.6550.396862=0.3500 较低 0.0550.02+0.2900.1135+0.6550.400276=0.2962 低 0.0550.00+0.2900.02964+0.6550.13479=0.0969 由表 8 可知，该地铁工程施工总安全风险适中的可能性比较大，其概率为 35%。通过 CIM 模型对于此工程的安全风险评价，

24、得出结论：设计因素风险和外界环境因素风险等级为较高的可能性都很大；施工因素风险等级较低的可能性大；工程总安全风险等级为适中的可能性大。可以根据这些结论制定相应的风险应对措施。4 结语 安全风险是地铁施工中非常重要的风险，做好地铁施工安全风险的管理是地铁工程风险管理中很重要的工作。本文对地铁工程安全风险的评估内容和评估方法做了一定的探讨，但地铁施工安全风险综合评价体系还需要完善，对风险等级还需要做定量的界定，对风险评估的结论如何应用于工程实践还要做更进一步的研究。参考文献：1 朱胜利，王文斌，刘维宁地铁工程施工的风险管理J都市快轨交通2008，21（1）：56-60 2 王 晶，王鹏飞，谭跃虎地

25、铁隧道工程施工过程中风险管理研究J地下空间与工程学报2009（4）：385-389 3 周洁静 基于WBS-RBS结构的地铁施工风险研究J 价值工程2009（11）：76-80 4 杨 正 地铁工程的风险控制J 风险管理 2008（12）：25-28 5 Chapman C B，Cooper DRisk Engineering Approach Basic Controlled Interval and Memory ModelsJJournal of Operation Research1983，34（1）：51-60 6 田少波，张培林，刘铁鑫，戴航CIM模型在高速公路投资风险评估中的应用J武汉理工大学学报2009（6）：483-486 作者简介：李小浩（1986-），男，硕士研究生，研究方向：地铁风险研究；宋永发（1963-），男，副教授，博士，研究方向：工程项目全寿命管理，项目风险分析理论与方法。