基于層次分析法的橋梁檢測風險識別

兀云飛 陳德權 沈 俊

(1.中建三局總承包公司路橋分公司，湖北武漢 430000;2.中國市政工程中南設計研究總院有限公司，湖北武漢 430010;3.浙江公路技師學院，浙江 杭州 310023)

0 引言

橋梁在現代城市建設，經濟發展過程中扮演了越來越重要的角色。橋梁長年累月的高負荷運載使得一些橋梁的功能開始衰退，各種病害開始顯現，基本的安全、舒適、經濟的交通需求得不到滿足。合理的、定期的檢測養護是保證橋梁正常運營的重要手段，橋梁檢測能夠及時發現橋梁的基本狀況和病害，可以推斷出橋梁的承載能力，為橋梁的運營提供依據［1］。檢測項目中建北橋等13座橋分別為建北橋、豐潭橋、城東橋、中北橋、清泰立交橋、潮王橋、西塘橋、輕紡橋、上閘首公路橋、老德勝橋、新塘路運河橋、袁富立交和康橋路運河橋，橋梁均為鋼筋混凝土結構，且位于城市主干道，交通量巨大，進行荷載試驗和常規檢測都面臨各式各樣的風險;另一方面，13座橋中的老德勝橋和西塘河橋需要進行荷載試驗檢測，老德勝橋建成于1970年，建設年代久遠，承載能力評估困難，在檢測中加載稍有失誤就可能造成不可估量的生命財產損失。因此，對該橋梁檢測項目進行風險分析很有必要。風險識別是風險分析的第一步工作［2］，風險識別的準確性和科學性為精確的風險評估提供了基礎。目前的風險識別大多是定性的評估方法如專家打分，此類識別方法受專家的個體性差異影響較大。本文結合工程實例和半定量的層次分析法進行風險識別，分析出各個風險源的權重，為橋梁檢測的風險評估與控制提供參考。

1 橋梁檢測風險層次模型

層次分析法起初是于20世紀70年代提出用于分析一些決策類的問題［3］。將其應用于風險分析有以下幾個主要步驟:首先建立風險源的層次結構模型，然后從下到上分別對各層風險源兩兩相互比較建立判斷矩陣，最后計算各風險源的權重并判斷一致性［4］。本項目檢測包括常規檢測和荷載試驗檢測，檢測過程中涉及到交通控制、試驗加載等不確定因素。根據風險源的可能情況將風險分為意外風險和人為失誤。意外風險包括交通失控，地震等自然災害以及橋梁承載力不足意外垮塌;人為失誤包括荷載識別錯誤，檢測模型計算錯誤以及粘貼應變片時的各種失誤等等。具體的風險結構層次如圖1所示。

2 各風險權重計算

權重計算的主要步驟如下:首先建立判斷矩陣:判斷矩陣的各個元素是同一層的兩個風險源相比較重要性的一個量化值，用aij表示。a的取值采用目前最為合理的9尺度取值［5］，見表1。假如aij值為5，表示i風險源重要性強于j風險源。顯然aij與aji互為倒數。對于a值為2，4，6，8時，表示意義為兩個風險源的重要性介于相鄰量值之間。

表1 9尺度表

然后計算判斷矩陣的最大特征值和特征向量，對特征向量進行歸一化處理，歸一化的特征向量值就是各個風險占上一層風險的權重值。

圖1 橋梁檢測風險結構層次圖

最后是一致性檢驗，一致性比率用CR表示，判斷矩陣一致性合乎要求需要其值小于0.1，計算式如下:

其中，RI為隨機一致性指標，其取值如表2所示;CI為一致性指標，可通過式(2)計算得到;n為相互比較的風險源數量，也就是判斷矩陣的階數。

表2 平均隨機一致性指標表

本檢查項目中，通過綜合專家評判情況橋梁風險判斷矩陣，意外事故矩陣以及人為失誤矩陣分別為:

運用MATLAB中“eig”命令進行矩陣求解，計算得到各個判斷矩陣的最大特征根和歸一化的特征向量分別為:

表3 橋梁檢測總風險排序

3 結語

層次分析法可以半定量的計算出橋梁檢測各個風險源的權重，相比于定性判斷，數據更具有說服力。通過層次分析法計算得到模型的計算對于橋梁檢測風險影響最為重大，合理精確的橋梁檢查模型是下一步的研究重點。

［1］劉沐宇，袁衛國.橋梁無損檢測技術的研究現狀與發展［J］.中外公路，2002，22(6):34-37.

［2］阮 欣，陳艾榮，石雪飛.橋梁工程風險評估［M］.北京:人民交通出版社，2008:39-153.

［3］許樹柏.實用決策方法:層次分析法原理［M］.天津:天津大學出版社，1988.

［4］鞏春領.大跨度斜拉橋施工風險分析與對策研究［D］.上海:同濟大學，2006.

［5］常 健，張志軍.基于層次分析法的橋梁安全綜合評價研究［J］.山西建筑，2014，40(2):154-156.