頻率分析的地鐵論文范文

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1方法的適用性

該方法在風險識別階段克服了“WBS-RBS”、故障樹、魚骨圖等單一識別某一維度的局限性，將工作流程、風險因素、失效狀態和風險事故四者有機地結合為一個體系。以失效狀態來進行評價，其優點一是對接觸工程較多、經驗豐富的專家和現場施工人員而言，能更直觀地完成風險評價；二是通過失效狀態將事故和風險因素聯結在一起，在前后因果和遞進關系梳理更清楚的同時，還對發生的時點（施工階段或工序）有了清晰的概念。在數據處理方面，針對專家問卷打分的數據區分度不明顯的問題，運用頻率分析能更真實地還原專家意愿；另外針對層次分析確定權重時，由于事物的復雜性和判斷的片面性，容易出現一致性不滿足的情況，本文引入加權迭代法對判斷矩陣進行修正，保證了結果的可信度。

2風險識別

2.1利用WBS工序分解識別失效狀態根據明挖車站的施工特點，其工程施工可大致為圖2所示的6個階段。而每個施工階段下都會有相應的施工工序，以主體結構施工為例，主要可分為腳手架和模板搭設拆除、鋼筋綁扎、混凝土澆筑等工序。根據已有的施工經驗與方案資料，總結出表1所示的8項可能會出現的工序失效事件（因為該指標是未經過初級篩選的，先以Fa做編號標識，將完成初篩后的指標用F做編號標識）。

2.2風險因素和潛在事故類型風險因素意指失效狀態的形成原因，經過大量的經驗總結，地鐵工程施工的風險因素主要來自工程環境、技術水平和組織管理。（1）工程環境。分為自然環境與人為環境，自然環境包括地質、水文和氣候，不可控性較大，一旦發生涉及的對象往往很廣；人為環境包括散布在地鐵施工影響范圍內的地上建（構）筑物——例如房屋、地下管線、橋梁等。對工程本身而言，地下構筑物和管線的存在會限制施工空間；對建筑物的安全而言，地鐵施工在開挖或大規模降水中破壞了原有土體相對穩定和平衡的狀態，且相互影響相互制約。（2）技術風險。涉及到各個工種，如勘察、設計、施工等在實際操作中，在技術標準與規范、設計模型采用、安全系數的確定、工藝流程的制訂與執行等出現的偏差。（3）組織管理風險。來自管理主體，通常是各參與單位，包括上級主管部門、建設單位、勘察單位、設計單位、監測單位、監理單位、施工單位和驗收單位等，主要來自內部管理和外部執行兩部分[8]。基于以上分析，參考丁烈云[9]根據4M1E理論建立的安全評價體系，本文中風險因素可以劃分為4類：技術風險、環境風險、組織管理風險和監控預警風險。若將各風險再細化展開，以環境風險為例，逐級分解得到更細化指標如圖3所示。根據鄧小鵬等[8]對國內外95個地鐵工程事故的統計，常見的事故類型包括坍塌、水害、機械（起重）傷害、火災、物體打擊、爆炸、中毒、觸電、高處墜落和其他傷害共10種。

3專家調查

參照指標體系的維度劃分，調查同樣分為風險評級和事故原因分析兩部分。前者包括風險量級和權重（對上一級工程風險的影響程度，或稱重要性）的確定。后者則是對造成各失效狀態的原因及可能引致的后果進行概率打分。專家評分標準見表2。

4結果統計

4.1風險評級在風險評級部分采用模糊層次分析法求得結果。由于各專家經驗、概念和對評級理解不一致，尤其當多專家評分時，單純取平均值并不能很好地體現出指標間的評價差異。因此在運用層次分析法進行權重計算前首先需對數據進行頻率分析。（1）數據處理。仍以結構主體工程施工為例，參照表2中1~9標度專家對該階段下8個工序失效狀態的重要性打分。以大多數人意見為參考，將累計超過一定比例區間的評級值提取出來，重新歸一化得到新的被選頻率作為該評級的權重，將評級值加權平均后得到眾專家的有效評級，如表3所示。從Fa61選擇看，7和9的被選頻率較高，3、5、8則均為7.69%，假設選擇比例定在90%（即超過90%專家選擇落在某個區間，多個相同比例情況優先選取靠近頻率較高的值），選擇5、7、8、9作為計算依據。對這4個值的被選頻率重新歸一化，即評值7的頻率為46.15%/（7.69%+46.15%+7.69%+30.77%）=50%，同理可得5、8、9評值的比例為8.34%、8.34%和33.34%，將新的頻率作為評級權重則可計算得到Fa61的風險評價值為：5×8.34%+7×50%+8×8.34%+9×33.34%=7.58（2）權重確定。評價值離散化后構建模糊綜合判斷矩陣。并利用Matlab進行權重計算和一致性檢驗[13]，如表4所示。算出權重向量為：Wa={0.3255，0.1283，0.0756，0.0155，0.0410，0.0575，0.0311，0.3255}，一致性略微不滿足，可運用加權迭代法進行調整。初步假設原矩陣的權重為0.95，訂正公式的權重為1-0.95=0.05，則可以得到新的判斷矩陣，并重新做一致性檢驗；若仍不滿足可將原矩陣的權重繼續縮小，調整至一致性恰好滿足即可，如表5所示。此時的權重向量變為W={0.3255，0.1283，0.0756，0.0155，0.0410，0.0575，0.0312，0.3255}，保留4位小數情況下與原權重向量基本無差別，結果可行。定義小于0.06的指標為弱權重指標，可刪除。由此保留的4個指標為Fa61、Fa62、Fa63、Fa68。將這些指標的權重依比例重新歸一化后得到新的權重值，如表6所示。（3）隸屬度確定。依據隸屬度概念，若12位專家中有6位認為是中級，則中級風險的隸屬度為6/12=0.5。以此類推知F61~F64的風險隸屬度如表7所示，以隸屬度為權數，對評價估值區間的中值進行加權平均，計算出每一個失效狀態的風險評級。（4）風險等級確定。F6結構主體施工階段各工序的風險隸屬度矩陣與表6的權重矩陣相乘，可以得到該施工階段F6的風險隸屬度和風險等級，如表8所示。則該階段風險評價量值為4.9，處于中級。同樣方法求得上一層次6個施工階段的風險評級隸屬度和風險等級，如表9所示。依次向上一級計算，可得到該車站自身安全風險評價隸屬度與最終評級，如表10所示。經過篩選后的失效狀態指標均是在發生概率、損失程度和可能性三方面的風險表現比較突出，基本都在中級風險等級。由表10看出，止水帷幕施工F2和降水排水的階段F3風險水平屬于較高，說明與地下水相關的施工處理是最需要重視的。雖然其他階段均屬于中等風險，但從F1、F4的等級隸屬度可以看出超過80%都落在了二級風險，但F5、F6都有約37%的可能性落在三級風險區間。最終得到該車站工程施工安全風險屬于中等偏上，可以接受但仍需要強化控制措施。

4.2各施工階段事故發生統計當某個失效狀態持續時間過長或程度不斷累積到一定界限值時，就會發生較為嚴重的風險事故，造成不可逆的傷害。本文對失效狀態與事故狀況的研究同樣基于專家調查，請專家們勾選出某失效狀態可能導致的事故類型，若超過60%的專家選擇某一類事故，則該事故作為該失效狀態優先被考慮的后果。當超過一種事故類型被選擇，如“F61腳手架搭設拆除”這一項中，有93%的專家均選擇了坍塌，62%的專家均選擇了物體打擊，這兩項均作為優先考慮項，而選擇比重為93%:62%=6:4，則重新歸一化后權重為坍塌60%，物體打擊40%。由于風險事故發生的可能性、損失程度、可控性和重要程度均可以由造成該事故的失效狀態來說明，風險事故可作為該失效狀態的結果做一一對應，即針對上一級風險而言，兩者有同樣的重要性權數，因此單項事故類型比重乘以失效狀態的權重W便得到某失效狀態對應的某類風險事故在整個施工階段的影響權重WR。按照不同事故類型進行匯總，則可對該施工階段事故類型和可能性有量化上的概念。按照上述方法，可得到主要事故類型在F6施工階段的權重，如表11所示。

4.3失效狀態的風險因素篩查除了關注失效狀態和損失，還應從源頭即風險因素上進行控制與預防。同樣地，將“引致失效的可能性”分為1~9級別，請專家對每個失效狀態關聯的風險因素打分，提取被選擇到（打分不為0）的因素進行被選頻率統計，將超過70%的專家認可的風險因素提取出來，計算該因素“可能性”打分的平均值后再與被選頻率相乘，得到最終的關聯程度Qp。（1）風險因素篩查。造成失效的各種風險因素，如表12所示。（2）風險因素——失效狀態——風險事故的關聯。在某施工階段中，以“失效狀態”為銜接點可衡量各個風險因素對某類風險事故的關聯度貢獻。以分析F6結構工程施工階段的坍塌事故為例，已知在該施工階段中可能會發生坍塌事故的工序失效狀態為F61、F62和F63，這些工序對該施工階段風險的影響程度分別為0.229、0.15、0.088，而造成這些失效狀態的主要風險因素及影響程度如表13所示。可得到在該施工階段的某一失效狀態，例如F61中，可能造成該失效的某一風險因素，例如是否遵守施工規程，與該失效狀態可能導致的某一風險事故，如坍塌的關聯程度R=Qp×WR=4.375×0.229=1。將相同因素的關聯度R進行歸類加和，得到在主體結構施工階段發生坍塌時主要風險因素及與風險事故的關聯及關聯度排序如圖4和表14所示。由此可以看出，在結構主體工程施工中，容易造成的坍塌事故的來源主要是是否遵守施工規程和人員的安全意識，其他值得考慮的風險因素依次是監理的專業水平、材料質量和施工方案的合理性，需要現場管理人員重點關注。

5結語

在本文提出的方法中，對地鐵車站施工進行風險評估時，借助FMEA中識別潛在失效模式的理念、參考現有的研究成果和成熟經驗，建立以“失效狀態”為銜接點的雙維度風險指標體系；在風險評級這一維度，運用WBS（工作分解）逐級建立風險指標，基于專家調查問卷結果、采用頻率分析和改進模糊層次分析法得到各層級各指標的風險等級；在失效因素這一維度里同樣是通過專家打分和頻率統計篩查出“失效狀態”的前因后果，并借助風險評級維度中的權重結果建立三者的關聯度。該方法既可清晰地看到各工序下需要關注的環節和風險源，也可以更直接深入地展現工程事故與基本形成因素之間的關系，另外在實際運用方面也解決了專家打分法中普遍存在的數據失真和一致性不滿足等問題。

作者：周紅劉洋單位：廈門大學建筑與土木工程學院中國對外貿易中心