鋼桁梁及輔助設(shè)施施工對(duì)船舶通航安全的影響研究*

曾楊 盛進(jìn)路 范曉飚

(1.重慶交通大學(xué)航運(yùn)與船舶工程學(xué)院 重慶 400074； 2.重慶交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院 重慶 400074)

*基金項(xiàng)目：重慶市科委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1705150)。

0 引言

由于內(nèi)河橋梁施工工程一般跨越河流、深谷等地面障礙，且施工工期較長(zhǎng)，施工工藝繁瑣復(fù)雜，施工環(huán)境比較復(fù)雜、惡劣，因此存在著各種不確定的風(fēng)險(xiǎn)影響著過(guò)往船舶的通航安全，甚至造成人身傷亡事故[1]，這就需要我們?nèi)ゴ_定與排除這些風(fēng)險(xiǎn)來(lái)確保內(nèi)河橋梁施工階段的安全。但是近些年來(lái)，關(guān)于內(nèi)河橋梁的安全事故仍然不斷發(fā)生。為了最大限度地防止橋梁施工階段的事故發(fā)生，就必須做好每座橋尤其是鋼桁梁及輔助設(shè)施施工的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，明確其施工階段的各種潛在風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)管理手段落實(shí)風(fēng)險(xiǎn)防范的必要措施來(lái)保障施工安全。而證據(jù)理論則是依靠各種證據(jù)積累所產(chǎn)生的證據(jù)對(duì)船舶通航安全進(jìn)行聚焦的效果[2]，符合了鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程對(duì)船舶通航安全性的特點(diǎn)。因此，本文在鋼桁梁及輔助設(shè)施施工對(duì)船舶通航安全影響的研究中引入證據(jù)理論進(jìn)行安全性評(píng)估。

1 施工對(duì)通航安全的影響因素及安全性評(píng)估指標(biāo)

墜落事故和主跨鋼梁吊裝作業(yè)是鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程中常見(jiàn)的事故，這些事故的發(fā)生往往會(huì)導(dǎo)致過(guò)往船舶誤入施工作業(yè)區(qū)而影響施工作業(yè)安全和主航道通航安全，造成一定的損失。而鋼桁梁及輔助設(shè)施施工事故，是由于橋梁施工過(guò)程中，“人、機(jī)、環(huán)境”三要素關(guān)系不和諧，導(dǎo)致破壞性事件發(fā)生[3]。要避免和減少內(nèi)河橋梁事故，就需要管理、控制“人、機(jī)、環(huán)境”三要素，最大限度預(yù)防、限制內(nèi)河橋梁事故的發(fā)生概率，降低內(nèi)河橋梁事故發(fā)生造成的損害。每個(gè)要素與其他的要素之間有著密切的聯(lián)系，其中人—機(jī)關(guān)系區(qū)，表現(xiàn)為機(jī)(設(shè)備)對(duì)人的安全影響，人要適應(yīng)對(duì)設(shè)備的變化和對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制；人—環(huán)境區(qū)域體現(xiàn)的是環(huán)境變化對(duì)人的安全影響，人要適應(yīng)環(huán)境的變化和尊重環(huán)境，合理地改善和人周邊相關(guān)的環(huán)境；機(jī)—環(huán)境關(guān)系區(qū)體現(xiàn)的是環(huán)境變化對(duì)機(jī)(設(shè)備)的影響，設(shè)備運(yùn)行要適應(yīng)環(huán)境的變化；人、機(jī)、環(huán)境綜合關(guān)系區(qū)域，是內(nèi)河橋梁事故多發(fā)區(qū)域和重點(diǎn)進(jìn)行管理控制的區(qū)域[4-5]。

對(duì)人、機(jī)、環(huán)境進(jìn)行管理和控制可以構(gòu)成“人—機(jī)—環(huán)境—管理”系統(tǒng)，通過(guò)系統(tǒng)進(jìn)行科學(xué)控制和管理能夠有效地降低鋼桁梁及輔助設(shè)施施工事故的發(fā)生。基于“人—機(jī)—環(huán)境”這一套系統(tǒng)管理辦法，有效建立鋼桁梁及輔助設(shè)施施工安全性評(píng)估的指標(biāo)體系，構(gòu)建“人、機(jī)、環(huán)境”的基本要素關(guān)系圖。圖1中，鋼桁梁及輔助設(shè)施施工安全性評(píng)估指標(biāo)主要包括以下4個(gè)方面：①人員的安全性：包括工人心理、生理安全，工人安全責(zé)任心，工人業(yè)務(wù)技術(shù)能力；②設(shè)備的安全性：包括防護(hù)設(shè)施、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)情況、設(shè)備老化情況等；③管理的安全性：包括安全管理制度、必要的安全措施和應(yīng)急救援預(yù)案等；④環(huán)境的安全性：包括自然環(huán)境、周邊環(huán)境、安全文化環(huán)境等。

圖1 鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性評(píng)估體系框架

2 基于證據(jù)理論的船舶通航安全評(píng)估

2.1 證據(jù)理論算法

將互不相容事件中完備集合Θ識(shí)別框架表示為[6]：

Θ={θ1,θ2,…,θj,…,θn}

(1)

其中，θj是識(shí)別框架Θ的一個(gè)事件或者元素。

Θ的所有子集組成的集合稱為Θ的冪集，記作2Θ，如：

2Θ={φ,{θ1},{θ2},…,{θn},{θ1∪θ2},{θ1∪θ3},…,Θ}

(2)

其中，φ表示空集。

識(shí)別框架Θ包含問(wèn)題的所有可能答案；基本信任分配函數(shù)m表示各個(gè)答案的可能性，且滿足

(3)

式中，φ為空集，m(A)為事件A的基本信任分配函數(shù)。

其中：

(4)

式中，歸一化常數(shù)k為：

k=∑Ai∩Bj=φm1(Ai)m2(Bj)

(5)

以上式(4)和式(5)為對(duì)于多個(gè)證據(jù)的合成處理公式。

2.2 證據(jù)理論算法的改進(jìn)

本文基于證據(jù)間相似系數(shù)的證據(jù)合成方法，具體表達(dá)式為[7]:

(6)

其中，c12表示兩證據(jù)間的相似程度。

式(6)中，兩個(gè)證據(jù)E1對(duì)應(yīng)的基本信任分配函數(shù)為mi。E2對(duì)應(yīng)的基本信任分配函數(shù)為mj。若證據(jù)量為n，則得到一個(gè)相似矩陣

(7)

通過(guò)將相似矩陣的每行相加，可得各個(gè)證據(jù)Ei的支持度，即

(8)

上式中，Sup(mi)為證據(jù)Ei被其他證據(jù)所支持的程度。通過(guò)歸一化處理證據(jù)的支持度，得到證據(jù)的可信度為

(9)

Crd(mi)可以看作是影響鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性底層因素。

2.3 鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性評(píng)估流程

(1)確定識(shí)別框架和底層因素專家打分表；

(2)確定層次分析法的對(duì)比矩陣；

(3)通過(guò)層次分析法確定識(shí)別框架中客觀評(píng)價(jià)的底層因素對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重Ahp(mi)；

(4)通過(guò)證據(jù)合成理論對(duì)打分表進(jìn)行證據(jù)融合，確定主觀評(píng)價(jià)中各因素的權(quán)重Crd(mi)；

(5)通過(guò)證據(jù)合成理論合成規(guī)則將Ahp(mi)權(quán)重與確信度Crd(mi)進(jìn)行融合；

(6)對(duì)融合結(jié)果進(jìn)行總結(jié)。

3 鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性驗(yàn)證評(píng)估

3.1確定人—機(jī)—環(huán)境—管理體系{E1，E2，E3，E4}權(quán)重

通過(guò)圖1中的鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性評(píng)估體系框架設(shè)計(jì)影響鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程安全性底層因素專家打分表，調(diào)研多位有經(jīng)驗(yàn)的一線專家進(jìn)行打分并對(duì)打分表進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，最終得到表1數(shù)據(jù)。

依據(jù)表1中的專家打分統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和層次分析法進(jìn)行各因素權(quán)重Ahp(mi)確定，層次分析法結(jié)構(gòu)模型如圖2。

運(yùn)用層次分析法，對(duì)施工工作人員的安全性、設(shè)備的安全性、管理安全性、環(huán)境的安全性等指標(biāo)進(jìn)行研究，再分析各個(gè)分指標(biāo)對(duì)船舶通航總體安全性評(píng)價(jià)的影響，通過(guò)構(gòu)造比較矩陣如下：

(10)

圖2 層次分析法結(jié)構(gòu)模型

通過(guò)比較矩陣(10)，可知船舶工作人員的安全性、設(shè)備的安全性、管理的安全性、環(huán)境的安全性等指標(biāo)對(duì)船舶通航總體安全性的權(quán)重{E1,E2,E3,E4}={0.507 0,0.277 4,0.146 8,0.068 9}。依次確定底層矩陣如下，再運(yùn)用同樣的方法求取各層權(quán)重為：

1)E1層：E1={0.648 3,0.229 7,0.122 0}；

2)E2層：E2={0.206 3,0.097 8,0.695 9}；

3)E3層：E3={0.426 8,0.426 8,0.142 9}；

4)E4層：E4={0.249 3,0.157 1,0.593 6}。

確定各底層元素對(duì)目標(biāo)層的權(quán)重Ahp(mi)為：

E1={0.328 7，0.116 0,0.061 9}；

E2={0.057 2,0.027 1,0.193 0}；

E3={0.062 7,0.062 7,0.021 0};

E4={0.017 2,0.010 8,0.040 9}。

3.2 合成子系統(tǒng)的確信度

計(jì)算每個(gè)子系統(tǒng)間的相似性系數(shù)c12，并求出相似矩陣，以E層證據(jù)之間的證據(jù)為例求出子系統(tǒng)相似矩陣S。

(11)

通過(guò)計(jì)算得出各個(gè)證據(jù)的確信度Crd(mi)相關(guān)數(shù)據(jù)，其中工作人員的安全性、設(shè)備的安全性、管理的安全性和環(huán)境的安全性證據(jù)確信度Crd(mi)分別為{0.083 645 2,0.083 779 8,0.085 524 47,0.083 384 05,0.082 888 08,0.083 779 8,0.085 241 37,0.083 100 22,0.082 888 08,0.083 779 8,0.085 524 47,0.083 779 8}。

將文章上述通過(guò)層次分析法得到的Ahp(mi)權(quán)重與確信度Crd(mi)進(jìn)行融合，由證據(jù)理論的合成規(guī)則合成加權(quán)平均證據(jù)可知，當(dāng)有n組證據(jù)時(shí)，將加權(quán)平均證據(jù)合成n-1次，這里有12組證據(jù)，即合成11次，見(jiàn)表2。

表2 各因素綜合融合權(quán)重

從表2可以看出，各因素權(quán)重表示的是該因素在鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程中對(duì)船舶通航安全的影響程度。若權(quán)重越高表示對(duì)船舶通航安全影響程度越大，由上表可看出人員因素權(quán)重占比最高，設(shè)備因素次之；也就是表明這兩個(gè)綜合因素是最重要的，如果這兩個(gè)因素間出現(xiàn)紕漏是最容易導(dǎo)致船舶事故發(fā)生的。

4 結(jié)語(yǔ)

本文將證據(jù)理論方法引入到鋼桁梁及輔助設(shè)施施工對(duì)船舶通航安性評(píng)估領(lǐng)域中，利用證據(jù)理論規(guī)則有效地將Ahp(mi)權(quán)重與確信度Crd(mi)進(jìn)行融合，最終得出人的權(quán)重因素在鋼桁梁及輔助設(shè)施施工過(guò)程中對(duì)船舶通航安全影響程度最大。因此，施工方首先要增強(qiáng)施工人員風(fēng)險(xiǎn)防范意識(shí)，從技術(shù)、設(shè)備設(shè)施上減少施工人員的失誤；其次從防范措施上，對(duì)進(jìn)入施工作業(yè)區(qū)的船舶認(rèn)真進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，提前預(yù)警，保證船舶的通航安全。