淺談可用于碼頭評估的安全評價方法

唐巾評，扈世龍，張建球，劉姝麟

(廣西交通科學研究院，廣西　南寧　530007)

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淺談可用于碼頭評估的安全評價方法

唐巾評，扈世龍，張建球，劉姝麟

(廣西交通科學研究院，廣西南寧530007)

碼頭評估是近年來一個重要的研究課題。文章結合安全系統工程相關評價方法，分析了安全檢查表法、預先危險性分析法、模糊評價法、灰色理論4種方法應用于碼頭評估的可行性，并探討了每一種方法在不同類型的碼頭評估中的適用性。

碼頭評估；安全檢查表；預先危險性分析；模糊評價；灰色理論

0　引言

隨著經濟全球化發展，水運在物流業中發揮著不可替代的作用，為經濟發展作出了重要貢獻。但由于長期在臨水環境下工作，碼頭也面臨著老化、破損等問題。碼頭一般使用10年左右，便發生不同程度的破壞。而且，在運營過程中，為了提高效益，舊碼頭也常進行改造、擴建，或變更使用功能，碼頭便面臨著發生變化后的安全問題。因此，定期對老、舊碼頭進行現狀評估，在特定時期對發生變化的碼頭進行安全性評估，了解碼頭工作狀況，預測碼頭今后的發展趨勢，是十分必要的。近年來，各國專家、學者們嘗試采用不同的方法、數學模型對碼頭進行評估，目的是為了能更準確地判斷碼頭自身狀況，把握碼頭未來變化趨勢，確保碼頭安全運營。在某種意義上，碼頭評估的目的與安全系統工程[1]的宗旨是一致的，都是為了控制風險，確保系統安全。安全系統工程相關評價、決策方法廣泛應用于交通運輸、建筑科學、醫藥衛生、化學工業、航空航天等行業。經分析發現，安全系統工程中的一些方法亦可適用于橋梁、碼頭等水工結構的評估，如史青芬[2]通過分析高樁碼頭常見病害，采用模糊理論綜合評價法對碼頭安全性進行評估；孫莉[3]針對服役多年面臨修復的高樁碼頭，采用模糊數學理論對高樁碼頭相關構件的可靠性進行評估；李清富、成子橋[4]等人分析了混凝土結構剩余壽命預測的四種模型，其中一種為灰色預測模型；秦吉麗，王毅娟[5]分析了灰色預測模型在預測混凝土剩余壽命時所需條件要求及優缺點；江偉、趙利平[6]基于灰色理論，對在役碼頭混凝土構件剩余壽命預測分析；王技、鐘海輝[7]等人利用橋梁結構的損傷系數序列，建立橋梁灰色理論預測模型，預測橋梁剩余壽命。本文在前人研究的基礎上，結合安全系統工程相關理論、方法，對碼頭評估方法進行探討、分析。

1可用于碼頭評估的相關方法的分析與探討

安全系統工程[1]的評價方法有多種，每一種方法都有其針對性，針對一定的使用對象、使用時期、使用范圍等。根據碼頭評估的特點，本文將對系統安全工程中的安全檢查表法、預先危險性分析法、模糊評價、灰色理論4種方法應用于碼頭評估中進行分析、探討。

1.1安全檢查表法(SCL)

在碼頭評估中，一般通過調研或檢測，獲取碼頭整體現狀信息，為深層次的碼頭評估奠定基礎。安全檢查表，是根據有關安全法規、規范和標準，經事先對評價對象進行詳細分析，繼而列出檢查單元、項目、要求和檢查結果等內容的表格，它既能滿足全面獲取碼頭信息的需要，又可對碼頭進行初步的評定。碼頭評估的安全檢查表基本格式可設置為：檢查項目，評定標準(規范要求)，檢查結果，必要信息備注等。

碼頭評估中，可將安全檢查項目分為4個部分，即總平面布置、水工及其附屬結構、裝卸工藝及堆場、碼頭接岸結構及護岸。碼頭總平面布置這一檢查項包括碼頭岸線長度檢查，碼頭停泊水域、回旋水域尺度和水深檢查等；水工及其附屬結構這一檢查項含混凝土結構強度檢查，裂縫開展寬度檢查，系船柱、橡膠護舷等附屬設施配備的檢查等；裝卸工藝及堆場這一檢查項含裝卸工藝符合性、堆場貨物堆存是否符合設計要求的檢查等；碼頭接岸結構及護岸這一檢查項包含接岸結構位移沉降的檢查，護岸沖刷情況的檢查等。評定標準主要是指現行法律法規、規范等相關要求條文要求。檢查結果有“滿足”“部分滿足”“不滿足”三種。

安全檢查表法原理簡單，操作簡便，檢查內容覆蓋面廣，可廣泛應用于各個階段的碼頭評估。但該方法主要是對照相關規范標準對碼頭各個部位進行檢查、評價，評估深度較淺。欲對碼頭進行深層次的評估，還需結合其他評估方法。

1.2預先危險性分析法(PHA)

碼頭在運營過程中，潛伏著諸多危險因素，如同時靠泊的船舶數量超過泊位容納能力，安全距離不足或可引起船舶撞擊損壞；船舶超載靠泊，可能造成碼頭因過大的撞擊力而損壞；碼頭基底沖刷嚴重呈淘空趨勢，或可引起碼頭傾斜甚至傾覆。及早發現碼頭潛在的危險因素，對碼頭進行預先危險性分析，確定危險性等級，提出預防措施，防止事故發生，避免損失。針對碼頭系統，可將預先危險性分析基本格式設置為：危險有害因素項目、可能造成的后果、發生的可能性大小及嚴重危險性等級、預防或解決的方法、措施等。

預先危險性分析法操作簡單，針對性強，可用于分析碼頭病害未來發展趨勢。但其包含的內容較為單一，僅可作為碼頭評估其中一方面，欲對碼頭進行整體、全面評估時亦需結合其他評估方法。

1.3模糊評價

碼頭在臨水環境下，經過長期使用，由于混凝土炭化、鋼筋銹蝕等原因，致使水工結構構件老化，結構功能逐日衰減。而影響碼頭的因素復雜，具有一定的隨機性和模糊性，且各因素之間又相互影響，因而碼頭結構功能失效與各影響因素之間難以采用精確的數學方法進行描述。因此，可考慮采用模糊數學的方法對碼頭進行評價。碼頭的模糊評價建立步驟如下：

(1)建立因素集

碼頭在運營的過程中，受多因素影響。各因素所組成的集合用U表示，即：

ui(i=1，2，3…，m)代表碼頭的各影響因素，它們通常具有不同程度的模糊性。進行碼頭可靠性評價時，可將其影響因素分為安全性、適用性、耐久性。影響安全性的因素又可分為構件承載力、結構變形、碼頭沉降、整體穩定性等；影響碼頭耐久性的因素包括混凝土強度、結構老化等。

(2)建立權重集

在評價碼頭某一方面性能時，不同因素的影響程度也不一樣。為了反應各因素的重要程度，可通過對其賦予一權數。由各權數組成的集合：

各權重ai需滿足非負性及歸一性：

建立碼頭模糊評價模型時，可通過專家調查法、層次分析法、德爾菲法確定各因素的權重集。

(3)建立評判集

對碼頭進行評價時，需要給定評價指標。各評價指標所組成的集合即為碼頭評價的評判集。

可參考《港口水工建筑物檢測與評估技術規范》等相關規范、標準，確定綜合評價指標。

(4)單因素模糊評判

單獨從影響碼頭的一個因素進行評判，確定評判對象對評判集元素的隸屬度，即為單因素模糊評判。

聯合所有單因素評判可得到評判矩陣R。

(5)模糊綜合決策

如果確定矩陣R，以及考慮碼頭各影響因素的重要程度，即權重集A，則模糊綜合決策模型為：

急性冠脈綜合征是臨床上較為常見的一種疾病,主要是指冠狀動脈內斑塊出現破裂,繼而促使血小板呈趨化、聚集現象,且形成不完全及完全性血栓,若不實施有效方法進行治療,能夠危及患者的生命安全[1];我院為了探究替格瑞洛在急性冠脈綜合征治療中的應用價值,研究對象為120例急性冠脈綜合征患者,見正文描述:

B=A·R

由此便可得到模糊評價結果。

模糊評價可對碼頭進行全面、深層次地評價。模糊評價可用于評價碼頭的可靠性，也可單獨評價碼頭其中一方面的性能，如安全性、耐久性、適用性等。模糊評價法需以詳細的碼頭現狀檢測數據為基礎，并且需要盡可能準確地確定各因素權重值以及評價指標。

1.4灰色理論

1.4.1灰色建模基本理論

灰色預測，是根據過去和現在已知的或不確定的信息，建立一個從過去引申到未來的灰色模型，從而預測系統未來發展的趨勢。影響碼頭使用壽命的因素很多，如環境影響、混凝土材料本身、設計原因、施工水平等，而這些因素內部以及因素相互之間的關系也錯綜復雜。由于條件限制，某些因素對于碼頭壽命影響的有關信息目前尚不可知，因此碼頭結構壽命分析系統常具有灰色性特征。

1.4.2灰色理論模型

該模型計作GM(n，h)，n為微分方程的階數，h為變量的個數。

1.4.3灰色預測與安全系統

灰色預測指的是用灰色模型GM(1，1)進行的預測。其動態模型為：

響應函數為：

灰色預測的核心是建立灰色模型。在碼頭評估中，首先可根據相關規范標準評估碼頭的整體損傷度，再以碼頭總體損傷度為原始序列，采用一次累加生成新序列，在此基礎上建立技術狀態的灰色預測模型，再應用灰色模型去外推碼頭結構剩余壽命。

灰色預測模型可較科學地預測出碼頭未來發展趨勢，推測碼頭剩余使用壽命。但碼頭需具備一段時間的觀測數據，才能用此方法進行預測，即需要對碼頭進行定期監測。

2　評估方法的選擇

根據碼頭評估目的的不同，可將碼頭評估分為舊碼頭現狀評估、使用功能變化后碼頭安全性評估、碼頭改擴建安全性評估、碼頭遭受重大災害或事故后的安全性評估4類。根據碼頭評估類型，選用一種或多種方法，對其進行評估。碼頭現狀評估，一般采用安全檢查表、預先危險性分析法、模糊評價法、灰色理論4種評價方法相結合，對現狀進行評估，以及對碼頭未來發展趨勢進行預測；使用功能變化后碼頭安全性評估和碼頭改擴建安全性評估，一般采用安全檢查表、預先危險性分析法兩種方法相結合，對變化后的碼頭安全性進行評估，以及對新增的危險因素發展趨勢進行預測；碼頭遭受重大災害或事故后的評估，一般采用安全檢查表、預先危險性分析法、模糊評價法3種評估方法相結合，對碼頭遭受災害或事故后結構的安全性進行評價。各種類型的碼頭評估所選擇的具體評估方法、目的見表1。

表1　評估方法的選擇與目的匯總表

3　結語

(1)本文討論了安全系統工程常用且可應用于碼頭評估的4種評價方法：安全檢查表法、預先危險性分析、模糊評價、灰色理論。

(2)每一種評價方法都有其優點、適用范圍和針對性。安全檢查表法適用性廣，可應用于各種類型碼頭評估，該方法包含內容雖豐富但深度較淺，要深入地對碼頭進行評估，還需結合其他評估方法；預先危險性分析法通過分析碼頭潛在的危險因素，提前采取相關防治措施，可降低事故發生概率，但其針對性較強，只能針對碼頭評估中的一方面內容進行；模糊評價法中建立的數學模型可科學地分析碼頭的可靠性，多用于分析舊碼頭現狀或發生事故后的碼頭狀況；基于灰色理論建立的灰色預測模型可預測碼頭未來發展趨勢及剩余使用壽命，但需依托一定的初始數據，即碼頭需進行定期監測獲取相關數據。

(3)根據碼頭實際情況和特殊性，將更多的、合適的評價方法引入碼頭評估中，使碼頭評估更加全面、科學、合理、可信，是值得我們繼續研究的課題。

[1]張景林，崔國璋主編.安全系統工程[M].北京：煤炭工業出版社，2002.

[2]史青芬.高樁碼頭結構安全性評估[D].重慶：重慶交通大學，2010.

[3]孫莉.在役高樁碼頭可靠度分析與剩余使用壽命預測[D].天津：天津大學，2011.

[4]李清富，成子橋，劉建民.混凝土結構剩余壽命的預測[J].鄭州大學學報(工業版)，2003，24(1)：11-15.

[5]秦吉麗，王毅娟.在役混凝土橋梁剩余壽命預測方法研究[J].北京建筑工程學院學報，2012，28(3)：14-18.

[6]江偉，趙利平.基于灰色理論的在役碼頭混凝土構件剩余壽命預測分析[J].水道港口，2008，29(4)：136-139.

[7]王技，鐘海輝.灰色理論在橋梁剩余壽命預測中的應用研究[J].現代交通技術，2006(3)：36-38.

The Methods Of Safety Evaluation Applied On The Wharf Evaluation

TANG Jin-ping，HU Shi-long，ZHANG Jian-qiu，LIU Shu-lin

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Wharf evalvation is a significant research project in the late years.Combined with the methods of safety system engineering，this thesis analyzes the feasibility of the four methods’application on the wharf evalvation，including safety check list，advance risk analysis，fuzzy evalvation and grey theory，and investigates the applicability of using each method in different wharf evaluations.

Wharf evaluation；Safety check list；Advance risk analysis；Fuzzy evalvation；Grey theory

2016-02-10

U656.1

A

10.13282/j.cnki.wccst.2016.06.022

1673-4874(2016)06-0084-04

唐巾評(1988—)，碩士，助理工程師，研究方向：水運工程結構檢測、安全生產評估；

扈世龍(1989—)，碩士，助理工程師，研究方向：水運工程結構檢測、評估與加固；

張建球(1987—)，碩士，工程師，研究方向：水運工程結構檢測、評估與加固設計；

劉姝麟(1988—)，碩士，助理工程師，研究方向：水運工程結構檢測、評估與加固設計。