一种深基坑施工方案安全评审知识库以及自动安全评审方法

摘要

本发明公开了一种深基坑施工方案安全评审知识库及自动安全评审方法，所述知识库包括有项目工法信息子库、安全风险事件子库、致险因素子库、基本事件评审规则子库、耦合关系子库和风险等级评价规则子库。该知识库对深基坑工程施工方案安全评审所需的所有相关知识进行科学有序地存储和管理，使安全评审工作消除目前人工评审带来的不确定性，在短时间内获得质量稳定、具备时空信息的评审结果以支持现场安全管理。本发明能够用于管理深基坑施工方案安全评审知识，实现自动安全评审，以克服目前在施工准备期进行施工方案安全评审存在的实际困难，提高深基坑施工方案安全评审工作的质量和效率，对将来施工期的安全管理提供更好的决策支持。

说明书

技术领域

本发明属于工程风险识别领域，特别涉及一种深基坑施工方案安全评审知识库及其安全评审方法。

背景技术

深基坑工程具有很高的安全风险，安全事故时有发生。我国针对深基坑工程制定了严格细致的管理制度，依据《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》(建质[2009]87号)中的规定，深基坑工程在施工前，其施工方案必须经过专家委员会的安全评审，评审不能通过则无法开始施工。深基坑施工方案安全评审是深基坑施工安全管理的一个重要环节，也是整个深基坑工程施工安全管理的起点。

目前我国深基坑施工方案安全评审工作主要由施工单位上报施工方案，由当地建设行政主管部门组建专家组进行评审。在实际工作中，存在以下困难。

(1)人工评审不能保证完全准确且工作效率较低

深基坑工程施工方案安全评审工作，从理论上理解就是基于深基坑工程施工方案信息进行安全风险评价，安全评审是对实际工作的称谓，在理论含义上与安全风险评价是一致的。深基坑工程施工方案是评审工作的依据，包含多项技术文件，以明挖深基坑工程为例，评审依据包括：深基坑工程的各项深基坑专业施工方案(开挖方案、降水方案、监测方案等)、地勘报告、基坑设计图纸、气象资料等一切必要的技术文件。

目前安全评审工作都是由专家组人工完成。专家组首先要读取施工方案中的关键技术信息，用自身多年从事深基坑工程施工工作的经验对施工期的安全风险进行分析并评价风险水平，提出相应的预防和控制措施，对于不符合安全要求的施工方案将要求其整改后再次接受评审，没有通过评审的方案不能实施。

对安全风险的分析是评审工作的主要内容，需要大量深基坑工程施工方案安全评审知识。安全评审知识在理论上可以表达为一系列规则，形式如“如果有……前提，则出现……结果”。安全风险受到致险因素的影响，安全风险事件是由若干致险因素引发的，这两组关系也可表达为“如果有……致险因素状况，则存在……安全风险”和“如果有……致险因素状况，则可能出现……安全风险事件”。

假设一个安全风险与m个致险因素相关联，第i个致险因素有n_i个可能的取值，这样一个安全风险就对应个致险因素取值组合，每一种致险因素取值组合代表一种可能的工况，也即是一条评审规则。假设该安全风险的致险因素和取值是科学合理的，则个致险因素取值组合就包含了该安全风险的所有评审规则。

以安全风险“基坑底涌水涌砂”为例，假设该安全风险至少与6个致险因素相关，分别为：地下水情况、基坑底土质、围护结构入土比、基坑内外水头差、基坑底加固状况和围护结构入岩状况。各致险因素至少包含2个可能取值(如围护结构入岩状况)，有的则达到5个以上(如基坑底土质)。这样该安全风险的致险因素取值的组合将轻易地超过1000条，即该安全风险的评审知识将由上千条评审规则表达。深基坑工程施工有明挖、盖挖和暗挖三大工法，各工法下的施工安全风险数量众多。因此，深基坑工程施工方案安全评审知识是巨量的。

深基坑工程施工方案安全评审知识是巨量的，至今还没有哪一篇文献或专利全面总结了深基坑工程施工安全风险种类以及相应的致险因素。更重要的是，深基坑工程施工安全风险评审知识还没有统一规范的表达，使得对安全风险的评价存在多种不同的角度和方法，也影响了目前评审工作的质量稳定。参与评审的专家由于难以完全掌握这样数量级的信息，使得评审结果并不完全准确，此外风险分析过程中如此大的信息处理量也使得评审工作耗费大量时间，效率较低。

总结起来，人工评审存在准确性较差和工作效率较低的困难。

(2)缺乏有效的机制使深基坑工程施工方案安全评审知识共享和更新

相关知识都散布在海量的各类文献、技术资料和专家头脑中，而由于人工难以完全掌握巨量的安全评审知识，且参与评审的专家在深基坑工程施工安全方面有各自的擅长领域，很难有专家能够掌握全部知识。这些知识是长期工程实践的积累，目前并没有成熟的机制能将这些知识进行规范地整理，这就使得深基坑工程施工方案安全评审知识难以共享，对深基坑工程施工安全管理造成了不利影响。

此外，深基坑工程施工技术在不断更新进步中，新的安全风险以及新的致险因素也会随之出现，使得安全评审知识也处于持续更新中，这也从另一方面增大了安全评审知识共享的难度。

(3)人工评审结果提供的信息不够完备、形式单一且难以全员理解掌握。

目前评审意见往往是以文字形式列出专家认为风险程度较高的事件，提出预防控制建议。这样容易忽略其他风险程度较低的事件；其次，这些事件被单独列出，没有体现事件的演化路径及事件之间的关联。而事实上，各风险事件之间存在复杂的耦合效应，相互之间有着明显的因果关系；再次，评审意见很少明确指出所有风险事件大致发生的时间和部位，即缺乏时空信息。这样的评审结果，事实上造成了只能使少数具备足够技术能力的管理人员理解，而大多数缺乏全面而深厚工程技术知识的底层管理人员和一线操作人员难以领悟。因此，这样的评审意见大多停留在施工管理高层，而与安全风险关系最密切的底层管理人员和一线施工人员往往没有得到有效指导。

国内外在深基坑工程施工安全风险识别与评估的理论与方法方面做了大量研究，经过对相关文献的分析，这些研究存在以下特点：

(1)研究对象方面，对行为风险研究较多(有大量涉及职业健康安全评审的研究)；其次为施工现场安全风险的总体评价；对技术风险的研究多表现为利用某种方法评价风险大小，少有涉及评价规则的研究。

(2)研究目标方面，大多数都是以施工安全风险评价为手段，为安全管理提供决策支持信息。有些研究整合了工程项目管理其他方面的管理目标，如将安全与成本管理结合起来，在考虑成本投入限制的条件下研究最优的安全管理方案。

(3)研究思路方面，大多数都是在完成安全风险识别的基础上建立一套指标体系，利用某种理论方法(大多是定量方法)完成风险评价，其评价结果表现为风险的等级(针对单个风险)或排序(针对多个风险)。

(4)研究方法方面，分为定性与定量两个大类。定性分析方法多用于原始数据的采集，如问卷调差，专家调研等，主要用于安全风险的评价指标体系构建；定量分析方法多表现为模糊集(Rough Set)、层次分析法(Analytic Hierarchy Process)、各类综合评价理论方法、人工神经网络(Artificial Neural Networks)、事件树(Event Tree Analysis)、故障树(Fault Tree Analysis)、支持向量机(Support Vector Machine)等以及这些方法的组合运用。

根据以上国内外研究特点，目前的相关研究存在以下薄弱环节。

(1)少有涉及安全技术风险的评价规则的研究。

(2)较少关注如何有效管理相关安全风险评价知识，使相关知识难以共享。

(3)风险的识别与评价缺乏系统的视角，即对风险进行单独评价，较少考虑风险之间的相互影响。

(4)评价方法在理论上多属于综合评价，难以评价具有回路特征的多个风险。

(5)对评价方法研究较多，但对如何管理相关知识研究较少。国内的施工安全知识库研究非常薄弱，目前还没有专门针对地铁深基坑工程施工安全技术风险的知识库，也没有能够支持地铁深基坑工程施工方案安全评审的知识库。

以往也有针对深基坑工程施工准备期安全风险识别与评价的发明专利，较为典型的是《一种地铁施工安全风险识别推理系统及其识别推理方法》(ZL 2012 1 0021691.4)。这项专利技术公开了一种在地铁施工准备期进行安全风险自动识别与评价的方法，该方法的核心是建立了一种综合评价模型评价风险大小，模型的各项计算参数(如致险因素信度)需要进行事先设定，其所述的评价规则实际上是一种综合评价模型。

该专利技术存在以下薄弱环节：

(1)安全风险的致险因素取值组合数量巨大，各致险因素对风险事件的作用方式不尽相同。同一个安全风险事件存在若干决策变量，有的决策变量仅与一个致险因素相关，有的决策变量与全部致险因素相关。各安全风险事件具体情况不同，这些关联相当复杂，仅靠对致险因素取值赋予一个固定信度，再用集结函数计算评价值，难以反映风险事件与致险因素之间错综复杂的关系，不太符合工程技术原理。

(2)对安全风险事件进行单独评价，没有考虑风险事件之间的耦合效应。根据工程技术原理，安全风险事件之间存在明确的耦合效应，其影响是双向的，即存在回路。如围护结构变形会增加周边地表沉降的程度，而周边地表沉降程度的增加也加大了围护结构承受的侧压力，进一步加剧围护结构变形。这样的工程技术关系在深基坑工程施工中还有很多，但该专利技术没有考虑安全风险事件之间的耦合效应，不太符合工程技术原理。而目前在深基坑工程施工安全风险评价方面的研究也较少涉及这样的关联。

(3)综合评价模型无法处理具有回路特征的风险系统。如果考虑风险事件之间的关联，建立起具有回路特征的风险系统，以人工神经网络、事件数和故障树等为代表的常用的分析方法在这种情况下难以发挥作用。

综上所述，深基坑工程施工安全风险识别和评估已有较多研究成果和应用案例，而对巨量的深基坑施工方案安全评审知识进行科学管理的研究与具体技术方案至今尚未见报道。

本发明充分分析了目前深基坑工程施工方案安全评审存在的实际困难，研究了国内外相关文献及以往发明专利存在的薄弱环节，紧扣深基坑工程技术原理，提出一种深基坑工程施工方案安全评审知识库对相关知识进行科学管理，利用信息技术存储巨量的安全评审知识，将其进行结构化处理，并能随着施工技术的进步不断充实与调整，能使施工方案安全评审工作以全部评审知识为基础，消除质量风险；能减少对专家的依赖；评审过程没有不确定因素的影响，能发挥计算机在信息处理规模和速度上的优势，提高评审效率；

基于该知识库可以实现深基坑工程施工方案安全评审的自动化。深入研究安全风险事件之间的耦合效应及回路特征，建立基于系统动力学原理的评价模型描述整个施工期的安全风险演化过程，可依靠计算机输出更加完备的评审信息，包括能反映风险之间耦合效应的演化路径及时空信息，使安全评审的工作成果落到实处。

发明内容

本发明提供了一种深基坑施工方案安全评审知识库以及自动安全评审方法，解决了背景技术中的不足，用于管理深基坑工程施工方案安全评审知识并实现评审工作自动化。

实现本发明上述目的所采用的技术方案为：

一种深基坑施工方案安全评审知识库，所述知识库包括有项目工法信息子库、安全风险事件子库、致险因素子库、基本事件评审规则子库、耦合关系子库和风险等级评价规则子库；

所述项目工法信息子库用于将施工方案的工法信息结构化；

所述安全风险事件子库用于存储安全风险事件的名称及编码、风险事件的性质、风险事件的损失等级、预控措施；所述安全风险事件子库依据风险事件自身的特点及其在整个项目安全风险体系中发挥的作用不同，将各安全风险事件定义为基本事件、征兆事件和损失事件三个事件性质，每个风险事件具备一到两个事件性质；

所述致险因素子库用于存储与基本事件关联的致险因素，并定义致险因素的所有取值，定义致险因素与基本事件的关联，该关联事实上即为基本事件的评审规则形式；

所述基本事件评审规则子库用于存储各基本事件评审规则；

所述耦合关系子库用于存储进行耦合计算所需的基本参数，为进行多风险评价计算提供必要的计算条件；

所述风险等级评价规则子库中依据损失事件发生可能性等级和损失等级的不同组合，标注相应的风险等级类标号，建立风险等级评价规则，以实现对损失事件的最终风险等级评价。

所述基本事件、征兆事件和损失事件具体为：

(1)基本事件：在深基坑工程施工过程中，基本事件发生的诱因直接来自于施工进度，随着施工进度的延伸，使得相关的致险因素的属性值不断发生变化，并直接导致基本事件发生风险的可能性大小发生改变；基本事件分为两类，分别为有征兆事件性质的基本事件和有损失事件性质的基本事件；

(2)征兆事件：在深基坑工程施工过程中，征兆事件发生的可能性非常大甚至必然发生，但其发生并不马上带来损失，征兆事件如果受到有效的控制则不会带来实际损失，而如果控制不当则可能会引起后续事件并带来损失；

(3)损失事件：指直接带来人员和财产损失的事件，在施工中必须避免发生的事件，损失事件直接或间接由征兆事件或基本事件引起，其事件发生可能性是与这些事件进行风险耦合的结果；损失事件也可以自己本身就是基本事件，其事件发生可能性仅受与自身关联的致险因素影响，此类损失事件由于具有基本事件性质，其产生的风险流将影响其他事件。

所述的基本事件评审规则子库中通过收集整理以往施工项目的原始施工信息，以实际项目中各安全风险事件的致险因素取值为前提条件，以施工记录中相应的安全管理措施为依据，以产生式表示法为形式，建立各基本事件在所有可能的致险因素取值组合下的风险发生可能性等级；

所述原始施工信息包括设计图纸、地勘资料、施工方案、施工日记、监理日记、会议纪要。

所述的基本事件评审规则子库中各基本事件评审规则采用产生式表示法，基本事件评审规则由前提条件和决策变量组成，其中前提条件为基本事件的致险因素取值组合，决策变量为基本事件的发生可能性等级或发生程度等级，任何一个具体基本事件的全部评审规则数量为该基本事件所有前提条件取值数之积。

基本事件的风险积累率的确定方法为：

(1)对于具有征兆事件性质的基本事件：

首先，在以往深基坑工程项目中选取多个已完成的具有相同基坑设计形式如围护结构和支撑体系的项目，观察其在施工各阶段的相关监测数据，得到其在各阶段的事件发生程度评价等级；然后按照施工日记记录的各阶段的施工时间，反向推算平均积累率，从而得到各评价等级的积累率；最后综合多个项目的数据进行均值处理得到积累率的估计值；

(2)具有损失事件性质的基本事件：

首先，选取多个已完成的具有相同基坑设计形式如围护结构和支撑体系的深基坑工程项目，以各项目开工前的专家评审结果为依据，确定项目各施工阶段的风险发生可能性评价值，然后将各阶段的评价等级以其对应的评价值区间的最大值进行标注，以各阶段的施工持续时间为时间轴，反向推算平均积累率，综合多个项目的推算结果得到各风险发生可能性等级的积累率估计值。

耦合事件组的耦合系数的确定方法为：

以基坑底隆起、围护结构变形和周边地表沉降三个事件为例，三个事件之间存在耦合效应，基坑底隆起程度和周边地表沉降程度都会影响围护结构变形程度，设A和C分别为周边地表沉降和基坑底隆起的累计监测值，B为围护结构变形速率监测值，将3个数列置于同一时间轴上，则：

$>Cov(A,B)=E\left(\right(A-\bar{A}\left)\right(B-\bar{B}\left)\right)=\left[{\Sigma }_{i=1}^n(a_i-\bar{A})(b_i-\bar{B})\right]/n$>

$>Cov(C,B)=E\left(\right(C-\bar{C}\left)\right(B-\bar{B}\left)\right)=\left[{\Sigma }_{i=1}^n(c_i-\bar{A})(b_i-\bar{B})\right]/n$>

则围护结构变形与周边地表沉降的耦合系数为：

ρ_AB＝Cov(A，B)/[Cov(A，B)+Cov(C，B)]

围护结构变形与基坑底隆起的耦合系数为：

ρ_CB＝Cov(C，B)/[Cov(A，B)+Cov(C，B)]。

本发明还提供了一种基于上述安全知识库的深基坑施工方案自动安全评审方法，包括以下步骤：

(1)将施工方案的主要工法信息在项目工法信息子库的框架下进行结构化处理；

(2)基于结构化的项目工法信息，检索安全风险事件子库，提取出所有与项目工法信息相关联的安全风险事件生成风险识别清单，由于安全风险事件子库定义了每个安全风险事件的原因事件和结果事件，因此该清单中还包含各安全风险事件的原因事件和结果事件信息；

(3)基于风险识别清单中的基本事件，检索致险因素子库，为风险识别清单中的每个基本事件匹配相应的致险因素；

(4)将安全风险事件与其结果事件组成一个耦合事件组，风险识别清单包含了各安全风险事件及其结果事件信息，即包含了多个耦合事件组；然后基于风险识别清单中的各耦合事件组，检索耦合关系子库，为各耦合事件组匹配相应的耦合因素；

(5)建立评价模型，基于施工方案信息为各致险因素和耦合因素赋值；

(6)检索评审规则子库，为各基本事件确定初始评价值；

(7)检索耦合关系子库，为各耦合事件组确定耦合系数值；

(8)完成全施工期的评价计算；

(9)输出评价结果。

步骤(5)中相应的评价模型构建原则为：

(1)基本事件是整个风险体系的风险来源，必须以评审规则评价其在各施工阶段的风险大小，致险因素以辅助变量的形式出现在模型中；

(2)非基本事件，其风险大小由耦合效应决定；

(3)以时间为轴，所有基本事件的各致险因素在整个施工期内的取值都是影子变量“Time”的函数；

(4)损失事件用水平变量标示其发生可能性评价值，征兆事件也用水平变量标示，但标示的是其发生程度评价值；

(5)耦合效应由耦合系数决定，耦合系数的大小由相关联的耦合因素决定。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)目前传统的风险识别与评价还是主要依靠技术人员个人的知识能力，但人脑处理信息的能力有限，对于巨量的深基坑工程施工方案安全评审知识，人脑难以完全掌握，因此评审质量难以完全保证；人工评审工作效率较低；目前还没有针对深基坑工程施工方案安全评审的知识库，相关知识没有得到科学的管理，知识的共享和更新很困难。本发明从以往深基坑工程施工中产生的实际数据为基础，提出了对原始数据进行加工整理的方法，建立深基坑工程施工方案安全评审知识库管理巨量的安全评审知识，以克服目前实际工作存在的困难，填补相关知识管理存在的不足。

(2)本发明将施工方案工法信息进行结构化整理，建立了工法信息的层次结构，针对该层次结构中的每一个具体节点关联相应的安全风险事件，使计算机可以依据施工方案中的工法信息进行快速风险识别，形成风险识别清单。节省了大量风险初筛工作时间。

(3)本发明在安全风险事件子库中用基本事件、征兆事件和损失事件的概念对所有安全风险进行了定义。这三个概念描述了安全风险事件在整个项目安全风险体系中的不同性质与作用，直接决定了流图评价模型中的计算方法，使评价计算更加符合工程实际，描述风险事件的产生发展过程。

(4)本发明不按照传统方法建立评价模型进行风险评价，而是直接以IF THEN形式建立规则评价风险。评价规则的前提条件取值组合能表达某个具体安全风险事件所有可能面临的实际工况，避免了综合评价模型晦涩的理论计算，评价规则简单明了，与现场实际工作紧密贴合。由于评审规则结构简单明了，使得相关规则能够方便地根据最新信息进行及时调整(修改、增加或删减)，保证了评审知识的高度共享和及时更新。本发明将所有基本事件评审规则存储在基本事件评审规则子库中，该子库理论上可以存储所有基本事件的评审规则，汇集了散布在专家个体及各类文献资料中的主要安全评审知识。

(5)本发明克服了以往研究和实践中对安全风险事件进行独立评价的弱点，充分考虑了安全风险事件之间的耦合效应，建立了流图模型描述整个项目各安全风险事件的关系及运动规律，在充分考虑耦合效应的基础上进行评价，更加符合安全风险事件产生发展的机理，使评价结果具备时空信息，提供了更全面细致的安全评审支持信息。

(6)发本发明基于对历史监测数据的分析整理，提出了依据历史监测数据测量安全风险事件之间耦合效应的方法，建立了耦合系数确定公式，直接支持了流图评价模型的评价结算。

(7)用户在知识库和评价系统的指导下，先后输入深基坑工程施工方案中的工法信息，致险因素取值信息，就可以以全部深基坑施工方案安全评审知识为基础，进行深基坑工程施工方案的安全评审，利用计算机在信息处理效率和质量上的优势，快速得到对深基坑工程施工方案的安全评审结果，该结果具备人工评审难以在短时间完成的更加全面细致的安全评审支持信息，有利于用户依据评审结果对施工阶段的安全管理进行更加有针对性的掌控，实现安全风险管理的自动化和科学化。

附图说明

图1为本发明所提供的深基坑施工方案安全评审知识库的逻辑结构图；

图2为本发明所提供的深基坑施工方案安全评审知识库的模块图；

图3为本发明所提供的深基坑施工方案安全评审知识库的结构图；

图4为本发明实施例中各安全风险事件之间的耦合关系图；

图5为本发明提供的深基坑施工方案安全评审方法的流程图；

图6为本发明提供的深基坑施工方案安全评审系统框架图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做详细具体的说明，但是本发明的保护范围并不局限于以下实施例。

本发明提供的深基坑施工方案安全评审知识库的逻辑结构图如图1所示，其模块图如图2所示，其结构图如图3所示。包括有项目工法信息子库、安全风险事件子库、致险因素子库、基本事件评审规则子库、耦合关系子库和风险等级评价规则子库。

项目工法信息子库，用于将施工方案的工法信息结构化。

安全风险事件子库，用于存储风险事件的名称及编码、风险事件的性质、风险事件的损失等级、预控措施。安全风险事件子库将安全评审所需的关键信息以风险事件为对象进行结构化存储，成为知识库的核心子库。

致险因素子库，用于存储与基本事件关联的致险因素，定义致险因素的所有可能取值，定义致险因素与基本事件的关联，该关联事实上即为基本事件的评审规则形式。致险因素子库将与基本事件关联的各致险因素进行结构化存储，成为知识库的基础子库。

基本事件评审规则子库，用于存储各基本事件评审规则。评审规则形式用文字可以表述为“如果存在……致险因素取值组合，则风险发生可能性等级为……”。任何基本事件在确定了其致险因素及其取值之后，即可在基本事件评审规则子库中查找符合相应致险因素取值组合的规则，为基本事件标示风险发生可能性等级，为从项目整体层面进行风险评价建立原始数据。

耦合关系子库，用于存储进行耦合计算所需的基本参数，为进行多风险评价计算提供必要的计算条件。一旦为耦合关系子库提供具有耦合关系的事件组，耦合关系子库就可以为该事件组建立相应的耦合因素；然后可以依据施工方案信息对耦合因素赋值；最后根据赋值后的耦合因素，在耦合关系子库中可以找到相应的耦合系数，即可完成多风险评价模型的耦合关系定义。

风险等级评价规则子库，是按照《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》(GB50652-2011)中对风险等级的确定标准建立风险等级判断规则。依据损失事件发生可能性等级和损失等级的不同组合，标注相应的风险等级类标号，就可以建立风险等级评价规则，这些规则被统一存储在风险等级评价规则子库中，以实现对损失事件的最终风险等级评价。

所述致险因素子库，规范了致险因素的取值，使施工方案中的技术信息结构化，以便符合评价模型要求，进行评价计算；所述安全风险事件子库定义了安全风险事件的原因事件和结果事件，弥补以往安全风险评价存在的不足，使得评价模型考虑了安全风险事件之间的耦合效应，更加符合工程实际；所述安全风险事件子库依据安全风险事件自身的特点及其在整个项目安全风险体系中发挥的作用不同，为各安全风险事件定义了基本事件、征兆事件和损失事件三个事件性质，每个安全风险事件具备一到两个事件性质，不同的事件性质在评价模型中有不同的处理方法，其目的是使评价计算更加准确地描述安全风险事件自身的特点及其在整个项目安全风险体系中起到的作用，更加符合工程实际；所述的基本事件评审规则子库，通过收集整理以往施工项目的原始施工信息(包括设计图纸、地勘资料、施工方案、施工日记、监理日记、会议纪要等)，以实际项目中各安全风险事件的致险因素取值为前提条件，以施工记录中相应的安全管理措施为依据，以产生式表示法为形式，建立各基本事件在所有可能的致险因素取值组合下的风险发生可能性等级，组成基本事件评审规则子库，使待评价项目的基本事件能快速确定初始评价值。

所述基本事件、征兆事件和损失事件的概念为：

(1)基本事件。在深基坑工程施工过程中，有些风险事件的诱因是直接来自于施工进度。随着施工进度的延伸，使得与该事件相关的致险因素的属性值不断发生变化，这种变化直接导致了该事件的风险发生可能性大小发生改变。如：随着基坑开挖深度的不断增加，导致基坑底隆起程度不断加大。基坑底隆起程度加大带来的直接后果是，加大了围护结构变形和周边地表沉降的程度，在这里基坑底隆起是一个基本事件。基本事件具备两个典型特征，一是事件的风险大小直接受施工进度的影响；二是其产生的风险量是风险流的源头，是整个深基坑工程施工安全风险体系中风险流的来源，换句话说，非基本事件的风险都是直接或间接地由基本事件带来的。因此可将具备这种性质的事件称为基本事件。

(2)征兆事件。在深基坑工程施工过程中，有些事件发生的可能性非常大甚至必然发生，但其发生并不马上带来损失。这些事件如果受到有效的控制则不会带来实际损失，而如果控制不当则可能会引起后续事件并带来损失。这些事件是深基坑工程施工过程中需要长期面对和处理的，有经验的施工单位会根据各事件发生的程度大小决定是否采取措施进行控制。如基坑底隆起、围护结构变形、周边地表沉降等。随着施工进度的延伸，基坑开挖深度不断增加，围护结构的入土比、地下水等致险因素不断发生不利变化，基坑底隆起程度、围护结构变形程度和周边地表沉降程度都会加大。但这些事件并不直接带来损失，只要其程度在可控的范围内，可认为带来后续事件发生的可能性很小。如围护结构变形受到基坑底隆起的影响，基坑底隆起程度越大，其变形程度也会越大。基坑底隆起产生的风险流流向围护结构变形事件，在风险传递过程中发生耦合，引起围护结构变形程度发生变化。如果围护结构变形程度得不到很好的控制，任其发展，最终可能导致围护结构涌水涌砂或围护结构坍塌事件，并造成损失。因此，可以将深基坑工程施工过程中很可能甚至必然发生，本身不带来直接损失却能引起损失的事件称为征兆事件。

(3)损失事件。损失事件指的是直接带来人员和财产损失，在施工中必须避免发生的事件。如基坑底涌水涌砂、围护结构坍塌、围护结构涌水涌砂、周边管线或建(构)筑物损坏等。损失事件直接或间接由征兆事件或基本事件引起，其事件发生可能性是与这些事件进行风险耦合的结果。损失事件也可能自己本身就是基本事件，其事件发生可能性仅受与自身关联的致险因素影响，这样的损失事件由于具有基本事件性质，其产生的风险流将影响其他事件。

各事件之间的关系错综复杂，有些事件会同时具备两个性质。

所述基本事件评审规则子库中各规则采用产生式表示法，规则由前提条件和决策变量组成，其中前提条件为基本事件的致险因素取值组合，决策变量为基本事件的“发生可能性等级”(针对损失事件)或“发生程度等级”(针对征兆事件)。某个具体基本事件的全部评审规则数量为该基本事件所有前提条件(致险因素)取值数之积。如针对“基坑底涌水涌砂”基本事件，其评审规则可以集中表现在表1中，该事件有六个致险因素，各致险因素的可能取值数分别为4、3、3、3、2、2，则该基本事件有432条评审规则，这432条规则涵盖了该基本事件在现实当中所有可能发生的工况(全部致险因素取值组合)，表达了该基本事件的全部评审知识。

表1风险发生可能性等级标准

所述的基本事件评审规则子库中各规则的决策变量及其对应评价值区间的确定方法为：

基本事件分为两类，即有征兆事件性质的基本事件和有损失事件性质的基本事件。对于有损失事件性质的基本事件，其评审规则的形式为：“如果存在……致险因素取值组合，则风险发生可能性等级为……”，致险因素取值组合为条件变量，风险发生可能性等级为决策变量。

参照《地铁工程施工安全评审标准》(GB50715-2011)中对安全风险事件各预警等级管理措施的规定，对应到《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》(GB50652-2011)中的五个安全风险事件发生可能性等级，可以定义具有损失事件性质的基本事件发生可能性等级对应的管理措施特征，如表1所示。

按照表1的评价术语，即可针对过去施工中积累的各种实际发生的情况，以当时的管理措施为依据，确定在当时各致险因素取值组合下的风险事件发生可能性等级。

对于具有征兆事件性质的基本事件，其评审规则的形式为：“如果存在……致险因素取值组合，则事件发生程度为……”，致险因素取值组合为条件变量，事件发生程度为决策变量。发生程度的涵义可以理解为，征兆事件的发生程度所带来的风险压力，如围护结构变形达到报警值带来的风险压力比围护结构变形只有20％报警值带来的压力要大。由于征兆事件和损失事件都是用一个无量纲的评价值来标示事件发生程度和事件发生可能性大小，所以应制定统一的评价标准以保证评价准确性。

征兆事件和损失事件评价值的涵义由于事件自身性质的不同也有不同，所以应将两者的评价值统一标准，才能在一个模型中进行评价。

根据施工现场的安全预警管理原则，当征兆事件达到报警值时，现场将会启动应急预案并研究控制对策，这样的应对措施已经和表1中风险发生可能性等级为“频繁的”采取的应对措施一致，其实际涵义为，现场已经将这一时刻的征兆事件当做发生可能性为最高等级的损失事件来应对，因此将征兆事件评价值最高等级定义为“不安全”，其标准是“达到和超过监测报警值”，其评价值区间与损失事件发生可能性等级“频繁的”相对应。同样根据安全预警管理原则，当监测数据达到80％报警值时，将触发现场预警机制，现场将对发生预警的部位加强监测频率并重点进行关注，其管理措施与表1中风险发生可能性等级为“可能的”采取的应对措施一致。因此将征兆事件的这一程度定义为“基本安全”，其标准是达到80％但不超过100％预警值。当没有触发现场预警机制时，则可定义为“安全”。

根据《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》(GB50652-2011)中关于风险发生可能性等级的划分标准，各相邻等级的概率区间都相差一个数量级。因此，在评价风险事件的风险发生可能性等级时，可以用一个没有量纲的数量来标示风险事件的发生程度大小(针对征兆事件)或发生可能性大小(针对损失事件)。但要将相邻等级的数量保持相差一个数量级。基本定义如表2所示。

表2征兆事件发生程度和损失事件发生可能性定义表

所述基本事件的风险积累率的确定方法为：

(1)具有征兆事件性质的基本事件

征兆事件不能评价其发生可能性，只能评价其发生程度。

首先，在以往深基坑工程项目中选取多个已完成的具有相同基坑设计形式(围护结构和支撑体系)的项目。观察其在施工各阶段的相关监测数据，得到其在各阶段的事件发生程度评价等级，其事件发生程度确定方法依据表2；然后按照施工日记记录的各阶段的施工时间，反向推算平均积累率，从而得到各评价等级的积累率；最后综合多个项目的数据进行均值处理得到积累率的估计值。

(2)具有损失事件性质的基本事件

损失事件评价其发生可能性。

首先，可以选取多个已完成的以相同基坑设计形式(围护结构和支撑体系)的深基坑工程项目。以各项目开工前的专家评审结果为依据，确定项目各施工阶段的风险发生可能性评价值。然后将各阶段的评价等级以其对应的评价值区间(由表2定义)的最大值进行标注，以各阶段的施工持续时间为时间轴，反向推算平均积累率。综合多个项目的推算结果得到各风险发生可能性等级的积累率估计值。

本实施例所提供的深基坑施工方案安全评审方法的流程图如图5所示。本实施例所提供的深基坑施工方案安全评审系统框架图如图6所示。本实施例中以一个具体项目的评审过程为例对本发明做进一步的说明，该项目的深基坑工程施工方案主要信息如下：

(1)某项目有两层地下室，其深基坑工程为矩形，外包总长为158.6m，标准段外包总宽为20.9m，基础地下室总建筑面积约为14073m2。基坑地面高程在22～24米之间，基坑最大开挖深度19.1米。

(2)基坑所处位置地层性质自上而下为：杂填土、粉质粘土、粉细砂、中风化岩，基坑底所属地层为粉细砂；基坑范围地下水为上层滞水和承压水，其中上层滞水存在于杂填土层，由地表水补给，承压水存在于粉细砂层，其上层粉质粘土为其隔水顶板，承压水头在基坑自然地坪以下4米。

(3)该基坑采用明挖法施工；围护结构为地下连续墙，墙底所处地层为粉细砂层，最大入土比0.7；采用四道钢支撑；周边有大量地下管线，包括给水管、污水管、电力和通信等；基坑周边还有既有建筑物。

(4)根据施工方案，该基坑标准施工段施工进度计划如表3所示。

针对该项目的上述状况，本发明采用所采用的安全评审方法如下：

(1)建立待评价项目

首先在系统中建立一个新项目，建立项目名称、建设单位、勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位和项目概况等。

(2)建立工法信息

根据深基坑工程施工方案提供的信息，在评审系统中建立该深基坑工程主要工法信息。在评审系统中，工法信息的建立是以工法层次结构为基础，以选择题的形式向用户提供工法层次结构，用户只需进行简单勾选即可建立工法信息。

(3)快速识别风险

评审系统根据深基坑工程的工法信息，检索安全风险事件子库，自动筛选出深基坑工程所有安全技术风险。

(4)为基本事件匹配致险因素

评审系统根据已识别风险事件中的基本事件，检索致险因素子库，对所有基本事件匹配相应的致险因素。

(5)为耦合事件匹配耦合因素

评审系统根据识别出风险事件检索耦合关系子库，为各事件匹配相应的结果事件建立耦合事件组，并对所有耦合事件组匹配相应的耦合因素。

(6)生成风险识别清单

以上(3)、(4)和(5)的信息都整合进风险识别清单中。

(7)建立致险因素和耦合因素取值信息

进入vensim模块，根据深基坑工程施工计划，建立各致险因素和耦合因素在全施工期的取值函数，定义所有致险因素和耦合因素取值。以致险因素“基坑底土质”为例，该致险因素以表函数方式定义，其中第一列数据“input”为工作日，该施工段计划70个工作日完成，各施工阶段的定义见表3所示，第二列数据“output”为土质代码。

(8)建立评价模型

建立深基坑工程多风险评级模型进行评价计算。在进行风险评价计算时，评审系统外挂了vensim系统分析模块，依据风险识别清单中各风险事件的相互关系信息以及基本事件的致险因素信息建立多风险评价模型完成评价计算。

由于多施工段的评价模型过于复杂、数据量巨大，而多施工段的评价模型是由多个单施工段评价模型组合而成。为清晰简洁，以下以该深基坑工程一个标准施工段为例，剖析评审系统后台的计算过程及结果。

该深基坑工程是一个典型的明挖法深基坑工程，该工程有11个安全风险事件，根据系统中定义的项目初始信息，评审系统确定了11个安全风险事件、安全风险事件之间的耦合关系，以及基本事件的致险因素。11个安全风险事件之间的耦合关系如图4所示，11个安全风险事件组成了一个多风险评价模型。

(1)整个模型有11个事件，其中5个基本事件。由于基坑底隆起和基坑底涌水涌砂两个基本事件的评审规则复杂，为了清晰简洁，表达此部分计算过程的辅助变量被删去，改由影子变量Time直接以表函数的形式输入评价值。

(2)建立方程。，模型中方程数量很多，这里以围护结构涌水涌砂事件为例列出其方程如下：

①围护结构涌水涌砂风险RATE＝

IF THEN ELSE(Time<＝50,IF THEN ELSE(基坑范围地下水＝0,0,IF THEN ELSE(基坑范围地下水＝1,0.025,IF THEN ELSE(基坑范围地下水＝2:AND:围护结构类型＝0:AND:纵向止水帷幕＝0,0.05,IF THEN ELSE(基坑范围地下水＝2:AND:围护结构类型＝1:AND:纵向止水帷幕＝1,0.1,0.075)))),0)。

②围护结构涌水涌砂风险发生可能性评价值＝INTEG(围护结构涌水涌砂风险发生可能性评价值积累速度,0)

③围护结构涌水涌砂风险发生可能性评价值积累速度＝围护结构涌水涌砂风险发生可能性评价值*围护结构涌水涌砂风险RATE+风险耦合速度10+风险耦合速度11

(3)存在因果关系的事件之间由原因事件的水平变量指向结果事件的速率变量，表达原因事件对结果事件的风险耦合量，该耦合量受到不同耦合系数的影响，而耦合系数取决于相关耦合因素的状况。以下举两个典型例子进行说明。

①耦合系数1。耦合系数1影响围护结构变形风险量对基坑底隆起的耦合量，其取值受两个耦合因素的影响，即围护结构类型和围护结构入岩状况。其方程如下：

IF THEN ELSE(围护结构入岩状况＝0:AND:围护结构类型＝0,0.025,IF THENELSE(围护结构入岩状况＝1:AND:围护结构类型＝1,0.1,0.05))

式中，围护结构入岩状况＝0代表围护结构入岩，围护结构入岩状况＝1代表围护结构未入岩；围护结构类型＝0代表围护结构为地下连续墙，围护结构类型＝1代表围护结构为排桩。

该式表达的规则为：围护结构入岩且为地下连续墙的情况下，耦合系数为0.025；围护结构未入岩且为排桩的情况下；耦合系数为0.1，其他情况下为0.05。

风险耦合速度1表示围护结构变形对基坑底隆起的风险耦合量，它是影子变量Time、围护结构变形风险量和耦合系数1的函数，其方程为：

IF THEN ELSE(Time<＝40,围护结构变形风险量*耦合系数1,0)

该式表达的规则为：如果时间小于等于40天，风险耦合速度1等于围护结构变形风险量和耦合系数1的乘积；其他时间段，风险耦合速度1为0。其工程涵义为，按照施工进度安排，40个工作日后，基坑已经封底，基坑底隆起这一征兆事件的发生程度被视为停止，因此不再有风险量输入，基坑底隆起与围护结构变形的耦合度为0，两者相互独立。

②耦合系数6。耦合系数6同时影响几个风险耦合速度，在风险耦合速度11中，它影响水管渗漏风险量对围护结构涌水涌砂的耦合量。水管渗漏将引起基坑外突增持续地下水，对围护结构垂直防水能力有很大冲击。因此，耦合系数6与围护结构类型有关。其方程如下：

IF THEN ELSE(围护结构类型＝0,0.025,0.075)

式中，围护结构类型＝0代表围护结构为地下连续墙。该式表达的工程涵义为，如果围护结构为地下连续墙，则其风险耦合系数较小，如果为排桩，风险耦合系数较大。地下连续墙具有很强的系统刚度和防水性能，是常用的围护结构中挡水能力最强的一种。

(4)评价计算。

①在第一个阶段开始时点完成一次评价，按照评价结果以该等级评价值区间的最低值作为各自水平变量的初始值。如基坑底积水泡槽第一阶段开始时点的评价结果为不可能的，则设定基坑底积水泡槽的水平变量初始值为0；如果评价结果为偶尔的，则设定初始值为100。

②开始连续十天的评价计算，评价过程中各事件水平变量会进行积累表达各事件的积累效应。

③在第二阶段的开始时点完成第二次评价。对于上一阶段的第一类致险因素(提供风险能量的致险因素)对本阶段有持续影响的事件，则比较该评价值与上一阶段终值的大小，取大值作为本阶段初始值；对于上一阶段的第一类致险因素对本阶段没有持续影响的事件，则取本阶段评价等级所属评价值区间的最小值作为本阶段初始值。

如基坑底积水泡槽事件，地下水情况是第一类致险因素，一旦随着开挖深度增加而改变，上层地下水的性质对事件的影响就消失了；但还有些事件属于前者，如围护结构涌水涌砂事件，不论基坑开挖深度在何处，上层地下水都对该事件产生持续影响。

④按此方法依此完成各阶段评价。

(5)模型计算结果分析

①基坑底积水泡槽和基坑底涌水涌砂在施工第一阶段有很小的风险发生可能性评价值，主要原因是有浅层滞水且土质不好(杂填土)；在第2、第3阶段由于无地下水且土质为粘性土，其风险发生可能性评价值为0；在第4阶段风险最高，因为在该阶段有承压水且基坑内外水头差很大，土质为砂性土对地下水很敏感；第5、第6、第7阶段由于基坑已经封底，风险发生可能性评价值恢复为0。

②钢支撑失稳风险一直伴随围护结构变形程度的变化呈现同向变化。从施工第一阶段开始其风险量就一直在上升，直到第七阶段，由于所有钢支撑都已拆除，则该风险发生可能性评价值为0。

③围护结构变形程度的评价值受到基坑底涌水涌砂、基坑底隆起、钢支撑失稳、周边地表沉降几个事件的风险耦合，在施工第一阶段从0开始慢慢积累直到施工第七阶段，由于为其提供风险流的几个原因事件评价值都为0，则该事件的评价值也稳定不动。

④围护结构涌水涌砂既是损失事件也是基本事件，本身受到地下水影响，同时围护结构变形程度的增加会降低围护结构的密闭性，减弱第二类致险因素(耦合因素)抑制风险的能力，而且周边水管渗漏风险评价值的增加也会加大第一类致险因素对围护结构涌水涌砂风险事件的影响。因此该风险发生可能性评价值由于围护结构变形程度和周边水管渗漏的持续影响在全施工阶段一直增加，直到施工结束。

⑤周边地表沉降程度是一个征兆事件，受到基坑底隆起、围护结构变形、围护结构涌水涌砂和降水引起地表沉降事件的影响。由于周边地表沉降程度全施工过程都受到原因事件的影响，因此其评价值在全程持续上升。

⑥周边水管渗漏直接受到周边地表沉降的影响，周边地表沉降是其第一类致险因素，而水管本身的材质、压力类型以及与基坑的距离是第二类致险因素(耦合因素)，决定了风险耦合量的大小。由于周边地表沉降程度的评价值在全过程持续增加，因此该风险事件的风险发生可能性评价值也全程持续增加。

⑦基坑底隆起程度是一个基本事件，也是一个征兆事件。其评价值随着基坑开挖深度的增加而增加，同时受到周边地表沉降和围护结构变形的影响。随着施工第四阶段末基坑底封底，该事件的评价值在其后的施工阶段中归0。

⑧降水引起周边地表沉降是一个基本事件，是引起周边地表沉降的一部分原因。由于降水引起的周边地表沉降直接与施工进度相关，因此该事件作为一个基本事件从周边地表沉降事件中分离出来。该事件的直接诱因是人工降低地下水位导致的土体间空隙增加，使土体颗粒在重力的作用下重新排列。所以该事件是一个基本事件，其地表沉降程度在施工第1、第2和第3阶段为0，因为这3个阶段没有人工降水。从施工第4阶段开始，人工降水开始并一直持续到施工结束，因此其风险发生可能性评价值从第4阶段开始持续增长，到第5阶段，其引起的土体沉降效应结束，最后两个施工阶段的评价值保持不变。

⑨周边建(构)筑物损坏和围护结构坍塌是整个风险系统的顶级损失事件，其造成的损失都是灾难性的。两个事件的唯一诱因分别为周边地表沉降和围护结构变形。这里直接用周边地表沉降和围护结构变形的评价值来代表两个事件的风险发生可能性评价值。但对于围护结构坍塌事件，随着深基坑工程主体结构的进展，其发生可能性大幅下降。因此，该变量的方程被设计成一个与时间有关的函数。具体如下：

IF THEN ELSE(Time<＝50,围护结构变形程度评价值,IF THEN ELSE(Time>60,0,10))

该式的工程涵义为在深基坑工程主体结构的负二层完工前，其风险受围护结构变形程度的影响，当负二层完工后，基坑围护结构入土比大大增加，且负二层的完工使围护结构在负二层以下部分可以被假设为刚度无限大，抵抗坍塌的能力大幅度上升，其风险发生可能性评价值直接判定为罕见的；当负一层完工，围护结构坍塌的风险可以判定为不可能的。

以上11个安全风险事件中，有6个损失事件，它们在施工各阶段的评价值变化。

⑩对于任意一个水平变量，在模型评价完成后，可以根据其全部风险流入来源，在任意时刻，考察各来源的风险量大小(考察流入该水平变量的各速率变量)，可以判断造成该时刻此水平变量取值的主要原因事件和次要原因事件。这一信息对于实际工作有重大意义，可以指导决策者，对于风险评价值很高的重点风险，在适当的时间采取有针对性的控制措施(控制主要原因事件的发展)，这样可以集中有限的资源于重点，提高安全管理效率和质量。由于模型中各速率变量很多，篇幅所限，各速率变量的过程数据没有列出，但可在vensim模块中随时调用。

⑾确定各损失事件的发生可能性等级，其在vensim模块中的方程为：

IF THEN ELSE(各风险发生可能性评价值<10,0,IF THEN ELSE(各风险发生可能性评价值>＝10:AND:各风险发生可能性评价值<100,10,IF THEN ELSE(各风险发生可能性评价值>＝100:AND:各风险发生可能性评价值<1000,20,IF THEN ELSE(各风险发生可能性评价值>＝1000:AND:各风险发生可能性评价值<10000,30,40))))，其中0,10,20,30,40分别代表不可能的、罕见的、偶尔的、可能的和频繁的5个等级。

(6)风险等级评价结果。要完成风险等级的评价需要完成风险发生可能性等级评价和风险损失等级评价。对于风险事件的损失等级评价主要从人员和经济损失的角度进行，《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》对损失等级的评价方法和标准做出了详细规定，经过组织专家对这6个损失事件进行多轮讨论和评价，分别确定这6个损失事件的损失等级。利用《城市轨道交通地下工程建设风险管理规范》中关于风险等级的确定标准完成各损失事件的风险等级评价。