（管理科学与工程专业论文）基于模糊网络分析的隧道施工风险评价.pdf

摘要 摘要 公路山岭隧道工程施工由于其隐蔽性、地层条件和周围环境的不确定性等， 导致了隧道工程施工存在风险性。为了确保隧道工程建设目标的实现，加强公路 山岭隧道工程施工风险评价，对在隧道施工过程中进行风险管理与控制是十分必 要的。 本文针对我国目前公路山岭隧道施工风险评价在理论上还不完善，实践中仍 处于初步探索中的现实情况，展开对公路山岭隧道施工风险评价理论的研究。本 文首先研究了现在常用隧道施工风险评价方法的优缺点，针对隧道工程施工安全 风险问题具有不确定性和模糊性的特点，在隧道风险评价中引入模糊网络分析理 论。其次在现有项目风险评价研究的基础上，结合公路山岭隧道工程施工风险的 特征，选取6 个一级指标及与之相关的1 9 个二级指标建立风险评价指标体系。基 于模糊网络分析法构建了公路山岭隧道工程施工的模糊网络风险评价模型，并结 合隧道风险评价实际情况，提出了采用三角模糊数确定模糊权重的方法。通过模 型计算和推导出各风险因素的权重，得出公路山岭隧道工程施工风险的评估级别， 解决了隧道风险评价结果难以定量化的问题。最后以雪峰山隧道工程项目为背景， 对模糊网络风险评价模型的工程应用进行了全面研究，证明了该方法的科学性和 有效性。并利用计算机编制了适用于模糊网络分析法的m a t l a b 计算程序，减轻工 程技术人员使用本方法的计算工作负担。 文中基于模糊网络理论建立的公路山岭隧道施工模糊网络风险评价模型，是 在隧道工程风险评价理论与实践上一种新的探索，评价结果为风险控制提供了依 据，有助于完善公路山岭隧道施工风险管理理论。 本文结合重庆市自然科学基金计划项目公路山岭隧道施工安全风险评价及 其安全管理系统研究完成。 关键词：隧道工程；风险评价；模糊网络分析法；三角模糊数 a b s t ra c t a b s t r a c t m o u n t a i nh i g h w a yt u n n e le n g i n e e r i n gi t e mi sas y s t e mt h a th a sc o m p l i c a t e di n n e r s t r u c t u r e , n e e d sag r e a td e a lo fi n v e s t m e n ta n dl o n gp e r i o d so ft i m et of b l f i l la sw e l la s i n v o l v e sn u m e r o u si n g r e d i e n t s i t sc o n c e a l m e n t ，s t r a t u mc o n d i t i o na n da m b i e n t u n c e r t a i n t ya l li n c r e a s et h er i s ka n dd i f f i c u l t yo ft h ec o n s t r u c t i o n i no r d e rt oe n h a n c e r i s k - d e f e n d i n ga b i l i t ya n df u l l f i lc o n s t r u c t i o n i t se x t r e m e l ye s s e n t i a lt oe x e r tar i s k a s s e s s n m e ti nm o u n t a i nh i g h w a yt u n n e lc o n s t r u c t i o n t l i st h e s i sh a sas y s t e m a t i cr e s e a r c ho nr i s ka s s e s s m e n to fm o u n t a i nh i g h w a yt u n n e l c o n s t r u c t i o n f i r s t l y , i tb r i e f l y n a r r a t e st h ec u r r e n tm e t h o d st oe v a l u a t et u n n e l c o n s t r u c t i o nr i s k s ，w h i c hi n c l u d eh i e r a r c h ya n a l y s i sm e t h o d ，n e t w o r ka n a l y s i sm e t h o d a sw e l la sf u z z ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm e t h o d a n dc o m p a r et h e mw i t he a c ho t h e r w 1 l i l e t h i st h e s i sa d a p t san e we v a l u a t i o nm e t h o d ，f u z z yn e t w o r ka n a l y s i sm e t h o d ，i n i t i a l l yp u t f o r w a r di nc h i n ai n2 0 0 7 f u z z yn e t w o r ka n a l y s i sm e t h o di sa ne x t e n s i o no fn e t w o r k a n a l y s i sm e t h o di ns o l v i n gu n c e r t a i na n dv a g u ep r o b l e m s ，w h i c hs o l v e st h e s ep r o b l e m s q u a n t i t a t i v e l y s e c o n d l y , t h et h e s i s f u r t h e rc o n s t r u c t st h er i s ka s s e s s m e n tm o d e lo fm o u n t a i n h i g h w a yt u n n e le n g i n e e r i n gc o n s t r u c t i o no nt h ec u r r e n ts t u d yo fi t e mr i s k i n ge v a l u a t i o n , s t a r t i n gb ya n a l y s i n g t h ec h a r a c t e r i s t i c so ft h et u n n e lp r o j e c t s r i s k ，a n dt h e na p p l y i n g q u a l i t a t i v ea n dq u a n t i t a t i v ea p p r o a c h e sa sw e l la st h e o r e t i c a la n a l y s i sa n dr e s e a r c h m e t h o d s b ym a k i n gu s eo ft h ea b o v em o d e lt oe a l c u l a t e so re d u c e st h ew e i g h to f v a r i o u sr i s ki n g r e d i e n t si nt u n n e le n g i n e e r i n gi t e m ，t h ea s s e s s m e n tr a n ko ft h er i s k b o c o m e sa v a i l a b l e t h ea s s e s s m e n tr e s u l ta l s op r o v i d e ss o m eg i s t sf o rr i s kc o n t r 0 1 f i n a l l y , o nt h eb a s i so ft h e o r yr e s e a r c h ，f u z z yn e t w o r ka n a l y s i sm e t h o di sa p p l i e dt o x u e f e n gm o u n t a i nt u n n e le n g i n e e r i n gi t e mt op r o v ei t ss c i e n t i f i ca n de f f e c t i v e m a k i n g t h i sm e t h o dc o n v e n i e n tt ou s e ，t h et h e s i sa l s oc o m p o s e sam a t l a bc a l c u l a t i o np r o c e e d i n g t od e c r e a s et h em a n u a lc a l c u l a t i o n t h ec o m p l e t i o no ft h i st h e s i si sb a s e do nc h o n g q i n gn a t u r a ls c i e n t i f i cr e s e a r c h p r o j e c t ，w h i c hi s “h i g h w a ym o u n t a i nt u n n e lc o n s t r u c t i o nr i s ke v a l u a t ea n ds y s t e m s t u d yo fs e c u r i t ym a n a g e m e n t k e yw o r d s ：t u n n e le n g i n e e r i n g ；r i s ka s s e s s m e n t ；f u z z yn e t w o r ka n a l y s i s ；t r i a n g u l a r f u z z yn u m b e r 重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：笏杉彳仟 日期：弘憎5 年中月罗日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借 阅。本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 学位做作者虢獗详 日期：弦夕g 年午月7 日 怖 日期：如拿年严月夕日 第一章绪论 第一章绪论弟一旱珀下匕 1 1 概述2 川 我国是一个多山的国家，三分之二左右的国土是山地或重丘。公路一直是我 国人民出行的主要交通方式，随着人们生活节奏的加快和科学技术的进步，安全、 舒适、快速、方便、经济的运输方式的需求已提上议事日程。交通运输尤其是公 路更加满足不了乘客的需求，过去多用盘山绕行、挖深路堑等方法修建公路，不 仅增加了里程，降低了行车速度，增加了耗油量，破坏了环境，而且行车很不安 全，给汽车本身也带来了很大机械损耗，因山高、路滑坡陡而翻车、封路的事件 屡屡发生。深挖路堑形成高边坡，不仅损失了许多土地，也破坏了自然环境，常 常发生大的滑坡、坍方等病害。然而，在山岭重丘地区修建公路隧道，不仅可以 缩短公路里程，还可以改善线形及保护环境，改变以往那种“逢山尽量绕着走 的做法。隧道既能保证最佳道路线形便利行车，又可有效防止山地陡坡的滚石、 泥石流等自然灾害，提高了行车的安全性和可靠性，同时又能和当地环境相协调 及保全自然景观。随着我国经济建设的发展，公路建设中隧道工程建设需求日益 增多。 二十一世纪，我国公路建设重点是次高等级公路和中西部公路，形成我国贯 穿南北，东西的公路干线网，需要修建大量的公路隧道，特别是长大公路隧道。 公路隧道是一项投资巨大、建设工期较长、技术复杂的大型工程项目。由于其内 在的不确定性使得它与公路路线及其它结构物相比，其隐蔽性、施工复杂性、地 层条件和周围环境的不确定性更为突出，加大了施工技术的难度和建设的风险。 为了确保隧道工程建设目标( 投资、进度、质量) 的实现，项目实施过程中迫切 需要进行风险管理，提高隧道工程项目施工的安全性，增强其风险防御的能力。 1 2 本文研究背景 1 2 1 国内外隧道风险管理的历史、现状及发展动态川嘲 国外研究进展 风险管理的研究最早可追溯到公元前9 1 6 年的共同海损制度，而近代的风险 管理问题最先起源于第一次世界大战后的德国，1 9 3 1 年美国管理协会首先倡导风 险管理，并在以后的若干年里，以学术会议及研究班等多种形式集中探讨和研究。 自上个世纪7 0 年代以后，风险分析的应用研究取得了一定的成果。然而主要以理 念的建立和定性的研究为主，定量的研究主要侧重于结构岩土体介质材料的可靠 度计算方面。最近十年来，风险管理才真正应用到隧道工程领域。目前，美国、 第一章绪论 2 一 加拿大以及香港等国家和地区已经有基于风险理论的岩土工程管理的工作程序。 较早从事隧道工程风险分析的代表人物是美国m i t 的e i n s t e i n h h 教授，指出了隧 道工程风险分析的特点和应遵循的理念，他曾撰写多篇有价值的文献，如 g e o l o g i c a lm o d e l f o ，t u n n e lc o s tm o d e l 、r i s ka n dr i s k a n a l y s i si nr o c ke n g i n e e r i n g 、 d e c i s i o na i d si nt u n n e l i n g 等。剑桥大学的s a l a z a r g f 在e i n s t e i n h h 教授研究的 基础上将不确定性的影响和工程造价联系起来。j r e i l l y 提出了隧道工程的建设过 程就是全面的风险管理和风险分担的过程。g n a r a y a n a n 指出了风险分析在降低软 土隧道造价中的作用。瑞士联邦技术研究院的f a b e r m h 教授长期以来重视土木工 程的安全和风险研究，他系统的阐述了风险分析常用的方法和在土木工程中的应 用。 此外，风险分析在隧道工程方面得以迅速的应用。a j m s n e l 和 d r s v a n h a s s e i t 在考虑投资、工期和工程质量的前提下研究了阿姆斯特丹南北地 铁线路设计和施工中的风险管理问题，提出了“i p b 风险管理模式( i n v e n t o r yo f c r i t i c a la s p e c t s ；p r e v e n t i v em e a s u r e s ；b a c k u pm e a s u r e s ) 。r s t u z k 等将风险分析技术 应用于斯德哥尔摩环形公路隧道，得到了一些规律性的结论。b n i l s e n 等对复杂地 层条件下的海底隧道的风险进行相对深入地研究。国际隧协( i t a ) 委员h e i n z 对穿 越海峡的隧道、穿越阿尔卑斯山的隧道如何进行风险评估进行了探讨。另外，日 本的佐藤久等在隧道工程的事故统计方面作了大量细致的工作。国际隧道协会协 在2 0 0 4 年由w o r kg r o u pii 的s o r e nd e g ne s k e s e n 和p e rt e n g b o r g 等撰写了 g u i d e l i n e s f o rt u n n e l i n g r i s k m a n a g e m e n t ，为隧道工程的风险管理提供了一整套参 照标准和方法。2 0 0 4 年国际隧道协会年会专门设置了安全、费用与风险的专题， j r e i l l ya n dj b r o w n 提交了题为m a n a g e m e n ta n dc o n t r o lo fc o s ta n dr i s kf o ， t u n n e l i n ga n di n f r a s t r u c t u r ep r o j e c t s 的论文。2 0 0 4 年英国隧道协会和英国保险协会 组织编写完成了隧道工程风险管理的联合规范。此外，在隧道建设中，采用风险 管理的方法针对隧道对周围环境如道路房屋的影响评估进行了研究。其中的代表 人物是英国剑桥大学的b u r l a n d j b ，他从工程项目角度出发，在风险评估的项目 实施中寻求规律，其主要贡献在于对隧道工程对环境影响的评估上，给出了对环 境影响的评估方法和程序，并将该研究成果应用于伦敦j u h i l e e 线路延伸工程中， 在线路规划阶段就计算出了沿线建筑物可能造成的损伤情况，并给出了相应的加 固措施。 可以看得出，风险管理在隧道工程中的应用研究在西方发达国家已经相当普 遍，并己经成为隧道工程领域必须实施的一项重要内容。 国内研究进展 我国在隧道工程风险管理研究方面，由于工程的研究和实践时间相对比较短， 第一章绪论 风险管理的应用研究还比较少，而且也是一些仅从管理方面进行的初步研究。 上世纪9 0 年代初，同济大学的丁士昭教授对我国广州地铁首期工程、上海地 铁一号线工程等地铁建设中的风险和保险模式进行了研究。近年来，上海隧道设 计研究院的范益群博士以可靠度理论为基础，提出了地下结构的抗风险设计概念， 计算出基坑、隧道等地下结构风险发生的概率以及定性评价风险造成的损失，并 提出改进的层次分析方法。香港的l m c f e a ts m i t h 提出了亚洲复杂地质条件下隧 道工程的风险评估模式，根据发生频率的高低将风险分为五级，根据风险发生影 响后果也将风险分为五级。台湾的游步上、沈劲利应用多属性效用理论，从施工 单位的角度，对隧道工程风险管理的决策程序作了完整的探讨。毛儒列出了沉管 隧道和圆形隧道的主要风险事故，并用风险矩阵法进行了风险分析。 黄宏伟等开展了在地铁建设和运营阶段的风险管理研究，给出了地铁不同阶 段中的风险因素、分析和控制的整体思路。杨林德等用可靠度理论对隧道管片构 件耐久性失效风险进行了研究。陶履彬等从技术的可行性和工程的可造性方面进 行风险分析，对长江口越江工程桥隧方案进行比选风险评估。苏燕研究地层作用 下隧道及其周围土层的动力可靠性，针对上海某越江隧道风险评估提出了隧道抗 震风险评估的基本思路，并提出相应的防震控制措施。陈龙提出了风险值与风险 指标两个评价指标，并给出了计算方法和评价标准。他通过专家调查法得到软土 地区盾构隧道施工期主要风险事故的发生概率及损失，给出了耐久性损失、工期 损失、直接费用损失、环境影响损失等四大损失风险的概率分布曲线。黄宏伟等 对地层变异引起隧道推进过程中的风险评估、施工工期提前和延迟引起的风险、 以及风险管理软件的开发等进行研究，取得了初步成果。在基坑工程风险分析方 面，李惠强等用事故树对深基坑支护结构方案进行了风险分析。姚翠生进行了流 砂地区深基坑工程的施工风险分析。以同济大学为主进行的沪崇通道的风险评估 项目则是在隧道风险管理领域的里程碑。沪崇通道的风险评估研究涉及到了工程 建设的各个方面，包括前期选线、施工风险管理、环境保护、运营事故控制以及 财务分析等等，可以说是国内风险分析技术应用在隧道工程上的第一个大型项目。 可以看出，目前风险管理在我国隧道工程领域已得到实质性的应用，取得的 部分成果已经服务于工程项目的决策。中国土木工程学会隧道及地下工程分会风 险管理专业委员会也于2 0 0 4 年1 1 月得以成立，标志着我国隧道及地下工程的风 险管理在逐渐步入稳步发展的阶段。 以上国内外研究的进展情况表明，在隧道风险管理研究中，尤其是国内的研 究中，主要侧重于地铁工程风险管理的研究，虽然公路隧道与地铁在很大程度上 有十分相似之处，但公路隧道工程风险有其自身的特点，其发生规律和解决方法 也不完全与地铁工程相同。因此，有必要对公路隧道风险进行专门的研究，为公 第一章绪论 4 一 路隧道建设提供切实可行的风险管理方法与措施。 文中以后所提及的隧道，如未作特别说明的，均指“公路山岭隧道 。 1 2 2 隧道风险管理中存在的问题m 嘲嘲 目前，随着隧道工程项目规模和难度的增大、数量的增加、资金来源方式的 增多、事故发生影响面增大、社会重视程度的提高，建设方、设计方、监理方、 承包方、施工方和运营管理方等各部门已经把隧道施工风险管理放在了十分重要 的地位。然而，由于我国隧道发展的历史较短，经验不足，在建设中存在着一些 不容忽视的问题和安全隐患。在国内隧道工程建设过程中，由于对潜在技术风险 缺乏必要的分析和论证以及人们对客观规律认识不足，管理不到位，在部分隧道 工程施工过程中出现过工程事故，造成了重大的经济损失。许多部门或单位对于 风险管理在认识上存在许多的误区或实施中的不完善、不规范，主要体现在如下 几个方面： 风险管理的内容和流程不完善。早期从事风险管理的内容主要包括对风险 的定义、风险辨识和风险评估。1 9 9 1 年英国提出u km o d 风险管理模型，将风险 的管理分为初始辨识、分析和规划管理三个部分，初步建立了现代风险管理流程 的雏形。上个世纪末，c h a p m a n 提出了p r a m ( p r o j e c tr i s ka s s e s s m e n ta n d m a n a g e m e n t ) 模型，将工程风险的管理分为定义、重点整理、辨识、层次结构、关 系隶属、估计、评价、计划和管理九个部分，完善了风险的管理流程。后来，随 着各国研究的深入，尤其是荷兰和澳大利亚等工程技术人员通过不懈的研究基本 完善了当前的风险管理流程：即风险定义、风险辩识、风险估计、风险分析、风 险评估、风险处置和风险监控。美国工程风险管理研究专家r e i l l y 和c a r r 在此研 究的基础上又进行了新的总结和归纳，提出五阶段风险管理模式，即风险辨识、 风险估计、风险评价、风险决策、风险控制，该风险管理流程在2 0 0 2 年国际隧道 协会( i t a ) 起草颁布的隧道及地下工程风险管理指南中得到了应用。可以看出， 对一个工程项目，应实施全程的风险管理和完善的流程。 风险分析与可靠度概念混淆。在风险的多样定义中有“可能性 、“概率 、 “不确定性 、“发生频率”等，即表示事物的一种不确定性状态。因此，有人将 风险等同于隧道的可靠度或安全度，等同于概率分析，也有将这两个概念混为一 起使用，如风险可靠度、概率风险等。这些在己发表的众多论文中有所表现。这 一方面主要受c h a p m a n 在1 9 7 9 年提出的风险管理流程影响，直到今天，依然存在 采用可靠度、安全估计等方法进行风险研究的问题。风险的概念是包括两个重要 组成部分即风险事件发生的可能性以及事件潜在的风险损失。采用这种表述方式 能简要的描述和定义风险，在一定程度上为工程风险管理研究指出了风险的本质 内涵。可靠度研究与风险分析具有许多共同点，如都是以参数或目标的不确定性 第一章绪论 5 一 作为研究对象，都存在概率分析。但二者也有很大的不同，一是风险分析不仅仅 局限于概率分析，还包括损失分析等其他研究内容；二是风险分析可以进行过程 的连续分析，而可靠度研究由于其理论局限，只能对过程中的某一点进行研究， 对过程的分析是非连续的；三是可靠度理论应用时一般都是以安全分析为核心目 标，不以经济指标为研究重点，而风险分析恰恰可以弥补这一不足，可以实现技 术、经济与环境三者的均衡。因此，可靠度理论可以作为风险分析的一种方法， 但不能等同于风险分析理论。 风险决策认识存在误区。在隧道工程界，仍然存在着对风险决策分析认识 的误区，认为风险越小越好。因为风险越小，要付出的代价越高。因此如何将风 险限定在一个合理、可接受的水平，在经济投入、技术方案、工期、劳动强度和 综合效益方面达到最佳。这里涉及到的问题就是风险决策中的接受准则的研究， 以及最优化技术和博弈论思维的应用。风险管理研究的最终目的是对不同的风险 进行决策，通过风险决策分析确定科学、合理的风险技术控制方案，因而，在风 险决策分析中得到的风险评估结论尤其重要。根据风险影响分析理论，发生风险 事故后可能出现的损失主要有：人员伤亡、经济损失、工期损失和环境影响。不 同的风险损失需要采用不同的风险分析和决策模型，同时，不同的研究得到不同 的风险决策标准。根据文献资料统计，全世界已建立了大约有2 5 种风险决策标准， 其中比较有影响的风险决策分析方法有：i r 、h s e 、s r 、p l l 、f - n 曲线和卜 d 曲线等。因此在风险决策分析时，目前仍会盲目使用根本不适合此类风险的决 策方法，导致重大的不必要的损失。 风险应对方式单一。随着保险业的发展和管理行业的规范，在隧道工程建 设中实行了强制性保险。使得有些建设方、承包和施工方片面地认为购置了保险 就安全了。事实上购买保险只是一种转嫁风险的方式，并不是风险处理的惟一方 式。风险管理在风险评估后需要对风险进行处理，可以选择的方式主要包括风险 自留和风险转移，工程项目的风险事故完全采用保险公司进行风险转移并不一定 是最佳的选择，而是应该通过科学的决策，理性的做出处理对策。保险公司无法 从根本上起到抑制风险事故发生的作用。由于保险公司的作用属于事后补偿，无 论如何制定理赔条款，也只能最大限度的减少事故产生的直接经济损失，而无法 在事前对事故进行预防和处理。而且，由于提高了保险公司的理赔力度，又会使 施工单位预防事故发生的警惕性降低，客观上使工程的安全性降低。保险公司与 工程建设单位对风险评估的需求存在较大的差异。保险公司所进行的风险评估是 以降低工程的直接经济风险为主要目的，而工程建设单位还需要兼顾工程事故造 成的社会影响、工期延误、人员伤亡等其他风险。 风险管理体制不健全。一是隧道工程风险管理职能部门不是很完善；二是 第一章绪论 隧道工程风险管理中介机构发展缓慢， 是隧道工程风险担保制度不是很完善， 全意识比较淡薄。 缺少隧道工程风险管理中介咨询公司； 保险品种单一；四是隧道工程施工中， 6 1 2 3 隧道施工风险评价的意义和作用晦1 随着隧道施工技术的迅猛发展，隧道施工的规模化以及技术和组织管理的复 杂化突出了隧道施工管理的复杂性和艰巨性。隧道工程施工风险管理作为隧道项 目管理的重要一环是其管理的重要组成部分，但它不同于其他的管理功能。风险 管理是根据风险理论发展起来的一个系统化的过程。开展隧道施工风险管理工作 对于确保工程在既定目标内完工并成功地实现工程建设目标具有重要的作用和意 义。隧道施工风险管理的推广和应用，对于隧道工程的组织施工具有重要的现实 指导意义。而风险评价做为风险管理中的必要的一环，对风险管理的进行起着至 关重要的作用。隧道施工风险评价是对隧道施工风险因素影响进行综合分析，并 估算出各风险发生的概率及其可能导致的损失大小，从而找到该项目的关键风险， 确定项目的整体风险水平，为如何处置这些风险提供科学依据，以确保项目的顺 利进行。风险管理作用主要体现在以下几个方面： 隧道施工风险管理能够促进隧道施工决策的科学化、合理化，降低施工决 策的风险水平。隧道施工方法的选择对隧道项目的成败具有决定性的作用，风险 管理利用科学的、系统的方法，通过慎重的考虑在隧道施工的不同阶段选择最为 经济合理的施工方法，有利于建设单位和施工单位减少或消除各种经济风险、技 术风险、决策风险等，这对隧道施工的顺利开展有重要的意义。 隧道施工风险评价能为隧道工程施工提供安全的施工环境。风险管理为处 置隧道施工风险提供了各种措施，从而在施工过程中及时的降低或消除了风险发 身的可能性，使施工人员能够全身心地投入到工作中去，保证了施工工作的顺利 的进行。 隧道施工风险管理能够保项目管理目标的顺利实现。隧道工程项目管理的 目标包括成本、工期、质量和安全四个主要方面，这些目标的实现与否对于隧道 工程项目的成败至关重要。风险管理有利于帮助决策者更加准确地估计工程工期 和成本，进行科学的方案选择和工程管理。风险分析过程中提出的风险规避措施， 可以保证在施工中有目的地加以落实和监测，将会有效地减少工程事故的发生， 从而减少工程费用超支的可能。 隧道施工风险管理有利于进一步明确工程目标、任务和工程风险范围和风 险程度，增强业主和承包商的风险意识和合作精神。可以明确风险的响应措施， 如进行合理的风险保留、风险转移、风险保险及风险合同分担等，以减小施工中 出现问题时纠纷等的产生，可以使相关各方面临的风险损失减少到最低限度，并 第一章绪论 7 一 能在损失发生后及时合理地提供补偿，如参加保险，风险发生后得到赔付。从而 保障各方避免损失和减少支出，并获取稳定的、不断增长的盈利，保障目标的实 现。 隧道施工风险管理能促进项目经济效益的提高。风险管理是一种以最小成 本达到最大效益和安全保障的管理方法，它将有关处置风险管理的各种费用合理 地分摊到生产过程之中，减少了费用支出：同时，风险管理的各种监督措施也要 求各相关部门提高管理效率，减少风险损失，这也促进了项目经济效益的提高。 隧道施工风险管理的广泛应用不仅对参与工程的各方有重要意义，而且对 社会也具有积极的作用。隧道工程作为公路的重要组成部分，是国家重要的交通 基础设施，为人们出行提供方便。隧道施工过程中实施风险管理，对于保障隧道 的施工质量具有重要的作用。隧道质量有保证，运营过程中发生安全事故的可能 性降低，减少安全事故造成的损失。 隧道施工风险管理的实施有利于我国的隧道建设与国际接轨。随着我国加 入世贸组织，对外承揽隧道工程不断增多的同时许多国外施工企业也开始进入我 国市场，对隧道施工实施风险管理，符合国际隧道工程管理的原则，同时，也有 利于维护各方的经济利益，增强我国施工企业的国际竞争能力。 1 3 本文研究的思路、内容及意义 1 3 1 本文研究的思路 本文作为公路山岭隧道施工安全风险评价及其安全管理系统研究研究的 一部分，在参考地铁、海底隧道以及其他行业的风险评价研究的基础上，将风险 评价的基本理论应用于公路山岭隧道项目，实现对公路山岭隧道施工风险评价的 研究与探讨。首先，在全面辨识影响隧道施工的风险因素的基础上，识别出主要 风险因素；其次，估计主要风险因素对隧道施工产生的影响；最后，综合分析评 价确定隧道施工风险的风险级别，为后续开展对隧道施工风险全面控制与管理的 研究提供基础。 1 3 2 本文研究的内容 本文以公路工程中的隧道施工风险为研究对象，采用风险分析的理论和方法， 针对隧道工程施工复杂系统，构建模糊网络分析模型，对影响隧道施工不确定性 风险因素进行辨识、估计和评价，从而为实现对隧道施工风险的科学控制与管理 提供理论基础。研究内容包括以下几个方面： 首先，在隧道施工的风险因素辨识基础上进行整理，归类，将影响隧道施工 的主要风险因素从众多的风险因素中识别出来，并对主要风险因素进行排序； 然后，用模糊网络结构模型确定影响隧道施工的各主要风险因素所属的风险 第一章绪论 8 一 等级，并进行综合评价，确定综合风险水平，制定风险接受基本原则； 最后，根据以上所确定出的各种隧道施工风险因素及所建立的评价模型，进 行程序设计和案例分析。程序设计中实现风险评价功能，并生成风险评价报表。 通过实地数据采集，使用程序进行隧道施工风险案例分析，验证了模型的可靠性 与实用性。 1 3 3 本文研究的意义 目前，我国将风险评价理论应用于公路山岭隧道施工管理的方法和理论尚未 成熟，基于此，本文对公路山岭隧道施工风险评价进行全面研究，完善隧道施工 风险管理体系，为从事隧道施工的单位和相关人员提供分析隧道施工风险的管理 方法及应用程序具有重要的理论意义和现实意义，主要体现在以下三个方面： 所采用的模糊网络分析方法是将模糊集理论引入传统层次分析法、网络分 析法中，以模糊数刻划事件发生的概率，不仅可以减小人们获得事件发生概率精 确值的难度，而且可以将人们的宝贵工程经验加以利用。 层次分析法、网络分析法在工程风险评价中的应用已有过相应研究，但利 用该方法对隧道施工风险进行综合评判却是一次新的探索，本文通过对评判因素 确定方法的详细研究完善了层次分析法、网络分析法，并进一步扩展为模糊网络 分析法，使模糊网络结构模型在隧道施工风险评价中的应用更具可行性和可靠性。 本文提出风险评价方法的应用不仅局限于隧道施工阶段。投标阶段，施工 单位可以利用该方法预测评估投标施工风险的大小，从而确定投标决策；中标后， 承包商可以运用该方法比较选择合适的施工方案；施工过程中，技术和管理人员 可以采用该方法对隧道施工的风险进行实时的、全面的监控与管理，根据施工的 进展动态的调整施工方案，以经济、安全的方式完成隧道施工。 1 3 4 本文研究的难点 如何建立健全的隧道工程施工风险评价指标体系； 如何合理的确定各风险因素的权重； 。 如何定性和定量的对隧道工程施工风险进行评价。 1 3 5 本文的创新点 通过对隧道工程施工风险影响因素分析，建立了隧道工程施工风险评价指 标体系； 综合网络分析法和模糊综合评价法，对模糊网络分析法进行了深入地研究， 提高了其实际应用价值； 结合模糊网络分析法，建立了隧道工程施工风险评价模型。 第一章绪论 9 1 4 论文框架 本文根据隧道施工风险管理研究内容的需要，共由六章内容组成，论文框架 如图1 1 所示。 第一章：绪论。主要介绍国内外隧道风险评价的研究现状及存在的主要问题， 点明本文的研究内容及意义。 第二章：隧道工程施工风险评价理论基础。研究隧道工程施工风险评价的理 论，为后续引入模糊网络分析法奠定基础。 第三章：公路山岭隧道施工风险评价的模糊网络理论。研究模糊网络分析法 理论在隧道施工中应用的基本方法。 第四章：公路山岭隧道施工风险评价模型。构建隧道工程项目风险评价指标 体系，并建立基于模糊网络分析法的隧道工程施工风险评价模型。 第五章：公路山岭隧道施工风险评价模型的应用研究。利用创建的评价模型 对某一实际项目风险进行应用研究，使理论研究和应用分析有机结合。 第六章：结束语。 隧道风险评价综述 i 隧道风险评价理论基础 i i 模糊风险综合评价 层次分析法网络分析法 l 模糊网络分析法 i 隧道风险评价模型 i 检验模型的可行性 i 结论与研究展望 图1 1 论文框架 c h a r t l 1t h et h e s i sf r a m e 第二章公路山岭隧道施工风险评价理论基础 竺 第二章公路山岭隧道施工风险评价理论基础 隧道工程项目是极其复杂的系统工程，其施工是充满风险的过程。在施工过 程中，不可避免地会受到不确定因素的影响，即存在风险性的问题。因此隧道施 工管理中最重要的任务就是对风险性问题的分析和管理。 2 1 隧道工程项目风险概念 为显示隧道工程项目风险研究的全貌，首先对风险及隧道工程项目风险的概 念进行研究。 2 1 1 风险的一般定义伊捌 风险的基本含义是损失的不确定性。根据不同的决策行为、不同的决策目标 以及不同的风险成因，风险可以分为具有特定内涵的各种类型。 对风险概念进行定义是风险管理研究和风险管理实践中的首要问题。目前存 在多种关于风险的定义，不同领域对风险有不同的工作定义，有的着眼于结果， 有的着眼于可能性。归纳起来，可分为以下几种类型： “概率 说。这种定义源于决策论，它认为事件的状态概率可测时则为风 险事件。在决策论中，把状态概率己知的决策问题称为风险决策。 “不确定性”说。这种定义认为当事件的结果存在不确定性时则该事件为 风险性事件。 “损失的不确定性”说。1 9 7 2 年，r o s e n b l o o m j s 指出，“风险就是损 失的不确定性 ；类似地，在1 9 8 4 年，c r a n e f g 称“风险就是未来损失的不确 定性 。 “结果差异 说。1 9 8 5 年，c a w i l l i a m s 在管理与保险中又将风险定 义为“风险是指在给定的情形下关于特定结果的差异”。 “不确定性和利害关系 说。这种观点认为，风险有两部分组成：利害关 系和不确定性，利害关系包括财务上的获益和损失，战略态势的提升和恶化，声 誉的提高和破坏，安全度的增加和下降等；不确定性则随时间和形势而变化。 “可能性”说。这种定义认为风险是发生损失或失败的可能性。 “可能性( 概率) 和后果( 影响) 说。这种定义在目前各种风险管理研究中 最为普遍，尤其是在项目管理和工程管理领域。这种观点认为，风险因素的影响 依赖于它发生的可能性和一旦发生所产生的后果。 按内容组成，以上七类风险概念定义又可归结为两大类：一类只考虑由于不 确定性的存在而导致未来结果与预期结果不一致的可能性或概率；另一类则考虑 第二章公路山岭隧道施工风险评价理论基础 旦 了两方面的内容，即未来结果与预期结果不一致的可能性( 或概率) 和事件一旦发 生所造成的后果( 或影响) 。从事件可能造成的影响( 或后果) 方面看，又可分为两 类：一类是将与预期结果不同的正面的和负面的后果都看成风险，另一类则只将 与预期结果有差异的负面结果看成是风险。 综上，对风险的定义之所以有多种类型，原因在于研究风险的出发点不同， 最初的保险业和现代项目管理对风险的研究，主要着眼于怎样减少潜在损失问题。 研究者不但要考虑风险发生的可能性( 概率) ，还要考虑风险潜在的不利后果。因 而对于风险的定义是从可能性( 概率) 和损失两方面来研究的。也就是上面总结的 风险的第一类定义。 而金融业对风险的研究，是着眼于投资的预期收益的稳定性问题。因而，从 1 9 5 2 年3 月美国经济学家m a r k o w i t z 的资产组合的选择一文用资产收益的标 准差来度量风险， w il li a ms h a r p e 在6 0 年代提出的资本资产定价模型中用b 值 表示股票收益率变动随市场组合收益率变动的敏感度来衡量该股票系统风险的大 小，b l a c k - - s c h o l e s 的期权定价模型中用股票连续收益率的方差度量风险，到b a w a 和p e r t e rf i s h b u r n 提出的低阶矩模型中用目标收益率和投资者的风险厌恶程度 组合来度量风险，其对风险的研究都侧重于度量资产波动的幅度，实质上反映的 是风险发生的概率。也就是总结的风险的第二类定义。 综上，风险定义大致分为两类：一类是只考虑概率；一类是既考虑概率又考 虑损失。对概念的界定是认识问题、分析问题和解决问题的第一步。本文主要研 究隧道工程项目中，哪些风险因素可能导致项目结果与预期目标有差距，以及这 些风险因素对这种不利结果影响程度的大小。研究目的在于，通过对隧道项目中 的风险后果大小度量，为有针对性的风险调控措施的制定提供依据。 2 1 2 隧道工程项目风险的概念陵俺1 隧道工程项目规模大、投资高、涉及面广、技术密集，对社会、国民、经济 等要素都有着重大影响。隧道工程项目风险是将一般风险概念运用于隧道工程项 目研究中的特例，是指隧道工程项目在设计、施工和竣工验收等各个阶段可能遭 遇的风险。 隧道工程项目风险的特征 任何事物都有其自身的特征和发展规律，充分认识隧道工程项目风险所具有 的特征，对于工程项目风险管理人员和涉及工程项目风险事物的任何人来说，都 具有非常重要的意义。隧道工程项目一般具有如下几个特征。 1 ) 隧道工程项目风险存在的客观性和普遍性 隧道工程项目风险是由客观存在的自然现象和社会现象所引起的，而自然现 象和社会现象都有其自身的发展规律，人们只能发现、认识和利用这种规律，而 第二章公路山岭隧道施工风险评价理论基础 旦 不能改变它，而且在项目的全寿命周期内，风险是无处不在、无时不有的。无论 是自然界的风暴、洪灾、地震，还是现实社会生活中的矛盾、冲突。甚至战争及 一些重大的意外事故，都是不以人的意志为转移的客观实在。因此，项目风险独 立于人的主观臆想。这些都说明为什么虽然人类一直希望认识和控制风险，但直 到现在也只能在有限的空间和时间内改变风险存在和发生的条件，降低其发生的 频率，减少损失程度，而不能也不可能完全消除风险。 2 ) 隧道工程项目风险的不确定性 任何工程项目的风险是客观存在的，隧道工程项目更是如此，这是基于全社 会角度来看的。然而，对于一个特定的项目的一个具体风险来说，其发生都是诸 多因素和其他因素共同作用的结果，是一种随机现象。风险活动或事件的发生及 其后果都具有不确定性，这是由风险事件的随机性决定的。风险是各种不确定因 素综合的产物。不确定性是风险最本质的特征。对大量风险事故资料的观察和统 计分析，可以发现风险明显的运动规律。这也是用概率统计以及其他风险分析方 法去计算风险发生的概率和损失程度的依据。 3 ) 隧道工程项目风险具有一定的规律性和可预测性 不确定性是风险的本质属性，但这种不确定性并不是对客观事物变化的全然 不知，并非表明人们对它束手无策。项目的环境变化、项目的实施由一定的规律 性，所以风险的发生和影响也有一定的规律性，它是可以进行预测的。我们可以 根据以往发生的类似事件的统计资料和经验，经过分析、研究，对风险发生的频 率及其造成的损失程度作出统计分析和主观判断或估计，从而对可能发生的风险 进行预测与衡量。 4 ) 隧道工程项目风险的可变性 在一定的条件下，任何事物总是发展变化的。风险活动或事件也不例外，当 引起风险的因素发生变化时，必然会导致风险的变化。在项目实施的整个过程中， 各种风险的质和量会发生变化，随着项目的进行，有些风险得到控制，有些风险 会发生并得到处理，同时在项目的每一阶段都可能产生新的风险。风险的可变性 集中表现在：a 风险性质的变化；b 风险后果的变化；c 出现了新的风险或风险因 素已经消除。 5 ) 隧道工程项目风险的潜在性 尽管隧道项目风险是客观存在的，但它的不确定性决定了它出现只是一种可 能，这种可能要变为现实还有一段距离，还有赖于其他相关条件，这一特性就是 风险的潜在性。这种风险的潜在性使人类可以利