基于组合赋权-灰云模型的高速公路隧道施工安全韧性评估方法

陈晓薇; 张希; 王增录; 贺俊豪; 李泽炜

doi:10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.03.017

基于组合赋权-灰云模型的高速公路隧道施工安全韧性评估方法

doi: 10.3963/j.jssn.1674-4861.2024.03.017

1.
东南大学交通学院南京 210096
2.
宁波市高等级公路建设管理中心浙江宁波 315000
3.
宁波大学海运学院浙江宁波 315832

基金项目:

国家自然科学基金项目 52002282

宁波市自然科学基金项目 2023J028

详细信息

作者简介:
陈晓薇（2000—），硕士研究生. 研究方向：交通安全. E-mail：220223212@seu.edu.cn

通讯作者:
张希（1972—），本科，高级工程师. 研究方向：安全工程等. E-mail：956254621@qq.com

中图分类号: U455.1
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出版历程
- 收稿日期: 2023-03-29
- 网络出版日期: 2024-10-21

A Method for Safety Resilience Evaluation of Construction of Freeway Tunnels Based on Combination Weighting and Grey Cloud Model

1.
School of Transportation, Southeast University, Nanjing 210096, China
2.
Ningbo High Level Highway Construction Management Center, Ningbo 315000, Zhejiang, China
3.
Faculty of Maritime and Transportation, Ningbo University, Ningbo 315832, Zhejiang, China

摘要

摘要: 为了最大程度避免从安全风险到安全隐患、再到安全事故的发展，在事故发生之前做好事前预防控制，研究了以安全隐患为节点的高速公路隧道施工安全韧性评价方法。考虑隧道施工系统自身拥有抵抗、承受、适应风险的能力，提出了安全韧性角度下风险管控、隐患承受和隐患识别评估指标，构建了人员、设备和管理这3个维度的高速公路隧道施工安全韧性评价指标体系，建立了基于组合赋权-灰云模型的高速公路隧道施工安全韧性评估方法。以宁波市某高速公路中某隧道为研究对象，运用该方法对其施工安全韧性等级进行评估。结果表明：该隧道施工过程的安全韧性为较高等级韧性，安全状态良好。然而，隐患识别能力的安全韧性等级为中等级韧性，说明该隧道在施工过程中智能检测各种危险状态的能力欠缺，不能做到快速识别隐患的发生与演变。对比了组合赋权-灰云模型评估结果与传统作业条件的危险性评价法安全风险评估结果，表明灰云模型对安全韧性评估的可靠性。使用基于组合赋权-灰云模型的高速公路隧道施工安全韧性评价方法，不仅可以得到安全韧性等级的综合评估结果，还根据各要素的灰度聚类系数进行影响程度排序，从而追溯到安全韧性薄弱处，精确找出影响高速公路隧道施工安全状态的限制因素。
- 交通工程 /
- 高速公路 /
- 隧道施工 /
- 安全韧性 /
- 灰云模型 /
- 组合赋权
Abstract: To avoid the development from safety risk to accident, and to take preventive control before an accident occurs, a safety resilience evaluation method for the construction of freeway tunnel is proposed. Considering that the tunnel construction system itself has the ability to resist, withstand, and adapt to risks, indicators for risk control, hazard tolerance and identification of hidden dangers is put forward under the perspective of safety resilience, and a safety resilience evaluation index system for highway tunnel construction in the three dimensions of personnel, equipment, and management is developed. A gray cloud model with combination weighting is developed to evaluate the safety resilience level of the construction of freeway tunnels, which is applied to a tunnel in a freeway of Ningbo. The results show that the level of safety resilience of the tunnel construction is rated as high and has a good safety state; however, the level of safety resilience of the ability of identifying hidden dangers is low, indicating that the tunnel lacks the ability to intelligently detect various dangerous states during the construction process, and fails to quickly identify the occurrence and evolution of hidden dangers. The safety risk assessment using the Hazard assessment method confirms the results of the combination weighting and grey cloud model, validating the model's effectiveness and reliability. The safety resilience evaluation method proposed in this paper for the construction of freeway tunnels can not only obtain the comprehensive evaluation result of the safety resilience level, but also can sort the influence degree of factors according to the gray clustering coefficient of each factor and then trace back the weak point of safety resilience. Hence, it is easy to find out accurately the constrained factors affecting the construction safety state of freeway tunnels.
- Traffic Engineering /
- freeway /
- tunnel construction /
- safety resilience /
- grey cloud model /
- combination weighting

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图 1 高速公路隧道施工安全韧性指标体系

Figure 1. The safety resilience evaluation index system for highway tunnel construction

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表 1 指标评价标准汇总表

Table 1. Summary of the indicator evaluation grade standards

一级指标	二级指标	三级指标	评价指标分级标准
一级指标	二级指标	三级指标	> 0~3	> 3~5	> 5~7	> 7~10
风险管控能力FX	人员韧度	一线工作人员技术交底FX1	交底资料部分不真实	未逐级设置交底内容	未逐级交底	逐级交底，记录真实
	人员韧度	现场安全员配备比例FX2	不满足合同要求	不足每5 000万1名	基本符合每5 000万1名	符合每5 000万1名
	设备韧度	起重机械最大起重FX3/t	> 500	> 300~500	> 100~300	> 0~100
	设备韧度	起重机械最大起升高度FX4/m	> 50	> 25~50	> 5~25	> 0~5
	管理韧度	安全预算实际投入百分比FX5/%	> 0~1	> 1~1.5	> 1.5~2	> 2~3
	管理韧度	施工机械安全控制制度FX6/m	未明确要求设备停放位置，未进行专人检修保养	要求设备停放位置，每季度进行专人检修保养	严格要求设备停放位置，每月进行专人检修保养	严格要求设备停放位置，每周进行专人检修保养
隐患识别能力YH	人员韧度	安全员日常巡查频次YH1	1周1次	5天1次	3天1次	每天1次
	人员韧度	岗前培训YH2	无岗位培训内容、未覆盖全员、或未经考核上岗	岗位培训内容不够全面、未覆盖全员	岗位培训内容不够全面、覆盖全员	岗位培训内容全面、覆盖全员
	设备韧度	摄像头覆盖面积百分比YH3/%	> 0~20	> 20~40	> 40~60	> 60~100
	设备韧度	传感器布设百分比YH4/%	> 0~40	> 40~80	> 80~90	> 90~100
	管理韧度	自动化作业水平YH5	全人工	部分自动	半自动	全自动
	管理韧度	安全监测系统YH6	无检测	人工检测	半自动检测	自动监测系统
隐患承受能力CS	人员韧度	特种作业人员持证CS1	持无效证书	持证不全	部分证书过期	全部都有职业证明
	人员韧度	应急演练CS2	1年内未进行应急培训及演练	1年内进行了应急培训	1年内进行了应急演练	1年内进行了应急培训及演练
	设备韧度	智能设备配备台数百分比CS3/%	>0~25	>25~50	>50~75	>75~100
	设备韧度	安全防护用品CS4	配备不齐全	配备齐全，但未使用培训	种类欠合理，使用培训	配备齐全、种类合理，使用培训
	管理韧度	制度考核CS5	未进行制度执行情况考核	未进行制度培训	未在安全检查中进行制度执行情况督促检查	进行了制度培训，并在安全生产责任制考核或安全检查中对安全管理制度进行了督促检查
	管理韧度	施工现场管理CS6	现场管理作业非常混合	缺少明确施工标识	有非专职安全管理人员	现场管理作业规范，有专职安全管理人员

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表 2 安全韧性分级防控措施

Table 2. Hierarchical control measures for safety resilience

安全韧性等级	分级防控措施
高等级韧性	开展工作人员安全的检查与监管、设备日常的维护与维修、安全教育的组织与安全报警设施的完善
较高等级韧性	溯源到关键变量，加强对其动态巡查与安全监测，消解该风险或者避免其进一步演化为安全隐患
中等级韧性	统领安全监督部门排查危大工程各工点处的安全隐患，统领工程技术部做好零部件的检修维护
低等级韧性	确保应急物资充足、应急设备性能良好，做好应急预案与应急值班启动的准备

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表 3 各级指标的四灰度系数及安全韧性等级

Table 3. The four gray coefficients and safety toughness levels of the indicators at all levels

评价指标	灰度聚类系数				安全韧性等级	评价指标	灰度聚类系数				安全韧性等级
评价指标	第一灰类	第二灰类	第三灰类	第四灰类	安全韧性等级	评价指标	第一灰类	第二灰类	第三灰类	第四灰类	安全韧性等级
FX1	0.991	0.008	0.000	0.001	高等	YH6	0.099	0.827	0.010	0.064	较高等
FX2	0.273	0.519	0.208	0.000	较高等	CS1	0.002	0.825	0.172	0.001	较高等
FX3	0.013	0.072	0.802	0.113	中等	CS2	0.001	0.085	0.910	0.004	中等
FX4	0.791	0.108	0.029	0.072	高等	CS3	0.125	0.852	0.022	0.001	较高等
FX5	0.902	0.067	0.031	0.000	高等	CS4	0.000	0.005	0.923	0.072	中等
FX6	0.026	0.074	0.580	0.320	较高等	CS5	0.000	0.085	0.910	0.005	中等
YH1	0.091	0.054	0.754	0.101	中等	CS6	0.001	0.680	0.318	0.001	较高等
YH2	0.950	0.049	0.001	0.000	高等	FX	0.602	0.037	0.361	0.000	高等
YH3	0.160	0.001	0.079	0.760	低等	CS	0.219	0.543	0.238	0.000	较高等
YH4	0.000	0.001	0.242	0.757	低等	YH	0.000	0.310	0.668	0.022	中等
YH5	0.076	0.000	0.165	0.759	低等	总指标	0.019	0.405	0.567	0.009	较高等

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表 4 LEC法评估结果分级

Table 4. Evaluation result grading of LEC

D值	安全风险等级
> 0~70	低度安全风险
> 70~160	中度安全风险
> 160~320	较高度安全风险
> 320	高度安全风险

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表 5 分值与事件的描述

Table 5. Description of score and event

事故发生的可能性（分数值）	人员暴露时间（分数值）	事故后果严重程度（分数值）
完全可以预料（10）	连续暴露（10）	10人以上死亡（100）
相当可能（6）	每天工作时间内暴露（6）	3~9人死亡（40）
可能，但不经常（3）	每周1次或偶然暴露（3）	1~2人死亡（15）
可能性小，完全意外（1）	每月1次暴露（2）	严重（7）
很不可能，可以设想（0.5）	每年几次暴露（1）	重大，伤残（3）
极不可能（0.1）	非常罕见暴露（0.5）	轻伤，引人注意（1）

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表 6 隧道施工分部分项安全风险评估结果

Table 6. Results of tunnel construction safety risk assessment

分项		安全风险评估
分项		L	E	C	D
洞口开挖工程	坍塌	1	6	15	90
洞口开挖工程	洞口失稳	6	6	7	252
钻孔爆破工程	高处坠落	3	3	15	135
钻孔爆破工程	物体打击	6	3	3	54
洞内运输工程	车辆伤害	3	6	7	126
初期支护工程	高处坠落	6	3	15	270
初期支护工程	触电	3	1	7	21
总体					135

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