高速公路立交橋施工安全風險識別與評估研究

岳建東

(河北省高速公路邢衡籌建處，河北衡水 053000)

0 引言

大型基礎工程在發揮巨大社會經濟效益的同時，面臨的風險問題越來越受到政府和公眾的廣泛關注。由于其規模大、施工復雜的特點，常常需要面對很多難以預測的風險。像高速公路立交橋這樣的大型施工工程不可避免的會經常發生事故，因此對于其施工過程中的風險識別與評估就顯得尤為重要。2001年3月21日～23日，期間多個學術協會在馬耳他舉辦的大型學術研討會主演針對安全與風險的議題進行探討，其中的論文有力推動了風險評估在工程領域中的應用[1]。2006年，同濟大學阮欣的博士論文橋梁工程風險評估體系及關鍵問題研究[2]，其中對橋梁風險評估研究的基本體系，以及針對橋梁的風險事件的統計、風險概率損失評價和決策方法等問題進行了更加深入的研究。2003年中國工程院咨詢項目同意《大型建筑工程風險評價與保險研究》立項研究，該項目是由范立礎院士提出的關注于大型工程項目的風險評價方法及其保險策略研究。2005年，長安大學的張柳煜對項目施工階段的主要風險的識別和評估以及控制理論研究進行了理論上的探索。長安大學劉英富通過分析施工過程中常見風險事故，總結并建立了橋梁施工風險識別體系，同時也引入模糊控制法對風險進行評估管理[3]。到現階段為止對大型施工的風險識別和評估的研究，主要都是基礎性、理論性和宏觀性的研究分析，而很少關注于類似立交橋施工這類具體的施工方案中出現的風險。

1 高速公路立交橋施工安全風險識別步驟

施工風險識別是施工風險評估的基礎，風險識別是否全面和準確，直接影響著風險評估結果的可靠性。在風險識別過程中任何一種風險在都必須重視，特別是重大風險，這些風險一旦忽視，將會導致非常嚴重的后果，甚至整個項目失敗。高速公路立交橋施工風險識別分為7個步驟，如下所述：

（1）確定系統；

（2）數據的收集與研究

a.施工環境方面的數據資料；b.工程施工文件；c.類似工程的有關數據和資料；d.與之交叉路段的運營情況；

（3）系統功能分解分析；

（4）具體分析不確定性

a.工程施工環境的不確定性；b.不同施工段的不確定性；c.不同施工階段的不確定性；

（5）選擇分析方法；

（6）風險因素識別；

（7）確定風險事件建立風險清單。

2 高速公路立交橋施工風險評估流程及模型

高速公路立交橋施工風險評估的主要流程見圖1。

圖1 高速公路立交橋施工風險評估流程圖

在確定層次結構模型時，首先是要確定影響因素及其相互關系，將風險因素按不同層次組合。高速公路立交橋施工期整體風險是有多方面因素構成的，風險評估就是對安全、環境質量、投資等目標風險進行評價和估計。要把握整體目標風險，就要分析實際發風險事件的風險來源和風險損失，對風險事件進行分級。進行層次結構的建立，即將安全、環境質量、投資作為目標風險，以此建立層次結構。高速公路立交橋施工風險之間的隸屬關系比較容易判斷，其層次關系也比較容易判斷清楚。在層次結構建立時，目標風險作為總得決策層，風險發生的結果即風險事件作為第二層次來建立模型，將不同的風險事件放在同一層次內構第二層，也稱做準側層；施工階段的風險因素和風險損失決定了風險事件的嚴重等級，所以將風險因素和風險損失第三層次，稱為指標層；盡管不同時期的橋型不同，結構不同，風險指標也不同，但是建立的層次模型形式相同[4]。圖2為層次結構簡圖。

圖2 評估層次結構簡圖

3 權重確定方法

（1）判斷矩陣的構造[5]

層次結構建立后，各層元素之間的隸屬關系就已經確定了好了，然后就是根據同一層中各因素對上一層的重要性標準來確定各自的權重，權重值直接用定量數值表示，因此需要合適方法來確定各元素的重要性指標，AHP法采用的是填寫兩兩比較判斷矩陣的方法。

（2）權重的計算方法[6]

填寫完成比較矩陣后，根據比較矩陣計算各元素的權重值，通過計算比較矩陣的最大特征根對應的特征向量即為權重值。本文采用和法計算法計算權重，對于一個判斷矩陣B，它的每一列歸一化后就是相應的權重向量。當判斷矩陣不一致時，每一列歸一化后近似于權重向量。和法就是采用這n個列向量的算術平均作為權重向量[7]。因此有：

其計算步驟如下：

第一步：將判斷矩陣的元素按列歸一化；

第二步：將歸一化后的各行求和；

第三步：將相加后的向量除以向量的代數和即得權重向量（正規化）；

第四步：求特征根，和法可按式（2）計算：

式中：(Aw)i－向量Awi的第i個分量。

4 工程實例

邢衡高速公路是河北省“五縱六橫七條線”高速公路網主骨架的重要補充,該互通主線設計速度為120 km/h，路基寬28.5 m，平曲線最小半徑為4 600 m。互通匝道設計速度為40 km/h，平曲線最小半徑為250 m。單向單車道匝道行車道寬3.5 m，路基寬10.5 m。匝道最大縱坡為-2.923%，最小凸形豎曲線半徑為4 652.588 m，最小凹形豎曲線半徑為2 200 m，互通匝道總長406.553 m。

棗園樞紐互通立交橋部分施工過程中的重大風險主要存在于以下幾個方面：鉆孔灌注樁及DX擠擴樁施工、梁板的預制與吊裝、現澆橋梁施工、架橋機施工，其各具特點。詳細風險清單見表1。

通過對棗園樞紐互通施工階段風險等級的評價，該橋梁不存在“IV級、極高”等級的風險，坍塌、高空墜落、物體打擊、支架失穩、火災觸電的最高風險等級為“III級、高度”。

采用層次分析法計算重大風險相對于總體風險的權重，計算見表2～表4。

通過計算得最大特征值對應特征向量：

W={0.077 8 0.500 4 0.222 0.103 2 0.050 9 0.045 7}

再進行一致性檢驗：

（2）計算判斷矩陣一致性指標

單排序判斷矩陣分析結果如下：λmax=6.580 45，代入一致性指標公式得：CI=(λmax-n)/(n-1)=（6.580 45-6）/（6-1）=0.116 09；

表1 立交橋風險清單表

表2 層次模型建立

表3 判斷矩陣

表4 權重向量計算表

（3）隨機一致性比率計算

而一次性比例：CR=CI/RI=0.11609/1.26=0.0921<0.1，因此，矩陣滿足一致性判斷。

采用加權平均法，并結合各項重大風險等級，對總體風險進行計算，見表5。

表5 總體風險判斷矩陣

根據最大隸屬性原則，W=[0.077 38、0.497 43、0.220 65、0.102 63、0.050 56、0.051 35]中，最大值為0.497 43，高空墜物和物體打擊安全隱患較大，說明此立交橋施工過程中存在高風險。風險管理的動態性是由對地質因素了解的局限性和客觀因素的多變性所決定的，施工前需制定坍塌、高空墜落、物體打擊、支架失穩、火災或觸電、施工機械傷害的風險處置預案，同時做好應對突發風險的準備工作，根據施工過程中的實際情況對施工風險進行再評估；處理好風險事件造成的不利后果，用合理的成本來保證預定目標安全、可靠地實現。

5 結論

本文運用了層次分析法對棗園互通立交橋部分的施工階段的風險進行了劃分，分析不同施工各工序的風險特點，得到了主要的風險事件。將風險事件的風險因素劃分為兩個層次，層次中各風險因素的發生概率等級和損失等級通過對有經驗的專家調查來獲得，運用層次分析法和變權原理計算施工階段風險事件的權重，對其發生的可能性進行排序，突出了主要的風險事件，最后對整個施工階段風險進行整體評價，計算出整體風險指標，為管理者對風險管理與預防提供依據。

[1]HakanF,Fredrik N.Risk Concepts in Fire Safety Design[Z].Safet,Risk,Reliability Trends in engineering.Malta IABSE,2001.

[2]阮欣.橋梁工程風險評估體系及關鍵問題研究[D].上海:同濟大學,2006.

[3]劉英富.橋梁施工風險評估方法研究[D].陜西西安:長安大學,2005.

[4]張杰.大跨度橋梁施工期風險分析方法研究[D].上海:同濟大學,2007.

[5]湯紅霞.基于AHP的橋梁施工風險識別[J].公路交通科技(應用技術版),2011(4):194-197.

[6]許樹柏.適用決策方法——層次分析法原理[M].天津:天津大學出版社,1991.

[7]姚宣德.淺埋暗挖法城市隧道及地下工程施工風險分析與評估[D].北京:北京交通大學,2009.