高速公路立交桥施工安全风险识别与评估研究

岳建东

(河北省高速公路邢衡筹建处，河北衡水 053000)

0 引言

大型基础工程在发挥巨大社会经济效益的同时，面临的风险问题越来越受到政府和公众的广泛关注。由于其规模大、施工复杂的特点，常常需要面对很多难以预测的风险。像高速公路立交桥这样的大型施工工程不可避免的会经常发生事故，因此对于其施工过程中的风险识别与评估就显得尤为重要。2001年3月21日～23日，期间多个学术协会在马耳他举办的大型学术研讨会主演针对安全与风险的议题进行探讨，其中的论文有力推动了风险评估在工程领域中的应用[1]。2006年，同济大学阮欣的博士论文桥梁工程风险评估体系及关键问题研究[2]，其中对桥梁风险评估研究的基本体系，以及针对桥梁的风险事件的统计、风险概率损失评价和决策方法等问题进行了更加深入的研究。2003年中国工程院咨询项目同意《大型建筑工程风险评价与保险研究》立项研究，该项目是由范立础院士提出的关注于大型工程项目的风险评价方法及其保险策略研究。2005年，长安大学的张柳煜对项目施工阶段的主要风险的识别和评估以及控制理论研究进行了理论上的探索。长安大学刘英富通过分析施工过程中常见风险事故，总结并建立了桥梁施工风险识别体系，同时也引入模糊控制法对风险进行评估管理[3]。到现阶段为止对大型施工的风险识别和评估的研究，主要都是基础性、理论性和宏观性的研究分析，而很少关注于类似立交桥施工这类具体的施工方案中出现的风险。

1 高速公路立交桥施工安全风险识别步骤

施工风险识别是施工风险评估的基础，风险识别是否全面和准确，直接影响着风险评估结果的可靠性。在风险识别过程中任何一种风险在都必须重视，特别是重大风险，这些风险一旦忽视，将会导致非常严重的后果，甚至整个项目失败。高速公路立交桥施工风险识别分为7个步骤，如下所述：

（1）确定系统；

（2）数据的收集与研究

a.施工环境方面的数据资料；b.工程施工文件；c.类似工程的有关数据和资料；d.与之交叉路段的运营情况；

（3）系统功能分解分析；

（4）具体分析不确定性

a.工程施工环境的不确定性；b.不同施工段的不确定性；c.不同施工阶段的不确定性；

（5）选择分析方法；

（6）风险因素识别；

（7）确定风险事件建立风险清单。

2 高速公路立交桥施工风险评估流程及模型

高速公路立交桥施工风险评估的主要流程见图1。

图1 高速公路立交桥施工风险评估流程图

在确定层次结构模型时，首先是要确定影响因素及其相互关系，将风险因素按不同层次组合。高速公路立交桥施工期整体风险是有多方面因素构成的，风险评估就是对安全、环境质量、投资等目标风险进行评价和估计。要把握整体目标风险，就要分析实际发风险事件的风险来源和风险损失，对风险事件进行分级。进行层次结构的建立，即将安全、环境质量、投资作为目标风险，以此建立层次结构。高速公路立交桥施工风险之间的隶属关系比较容易判断，其层次关系也比较容易判断清楚。在层次结构建立时，目标风险作为总得决策层，风险发生的结果即风险事件作为第二层次来建立模型，将不同的风险事件放在同一层次内构第二层，也称做准侧层；施工阶段的风险因素和风险损失决定了风险事件的严重等级，所以将风险因素和风险损失第三层次，称为指标层；尽管不同时期的桥型不同，结构不同，风险指标也不同，但是建立的层次模型形式相同[4]。图2为层次结构简图。

图2 评估层次结构简图

3 权重确定方法

（1）判断矩阵的构造[5]

层次结构建立后，各层元素之间的隶属关系就已经确定了好了，然后就是根据同一层中各因素对上一层的重要性标准来确定各自的权重，权重值直接用定量数值表示，因此需要合适方法来确定各元素的重要性指标，AHP法采用的是填写两两比较判断矩阵的方法。

（2）权重的计算方法[6]

填写完成比较矩阵后，根据比较矩阵计算各元素的权重值，通过计算比较矩阵的最大特征根对应的特征向量即为权重值。本文采用和法计算法计算权重，对于一个判断矩阵B，它的每一列归一化后就是相应的权重向量。当判断矩阵不一致时，每一列归一化后近似于权重向量。和法就是采用这n个列向量的算术平均作为权重向量[7]。因此有：

其计算步骤如下：

第一步：将判断矩阵的元素按列归一化；

第二步：将归一化后的各行求和；

第三步：将相加后的向量除以向量的代数和即得权重向量（正规化）；

第四步：求特征根，和法可按式（2）计算：

式中：(Aw)i－向量Awi的第i个分量。

4 工程实例

邢衡高速公路是河北省“五纵六横七条线”高速公路网主骨架的重要补充,该互通主线设计速度为120 km/h，路基宽28.5 m，平曲线最小半径为4 600 m。互通匝道设计速度为40 km/h，平曲线最小半径为250 m。单向单车道匝道行车道宽3.5 m，路基宽10.5 m。匝道最大纵坡为-2.923%，最小凸形竖曲线半径为4 652.588 m，最小凹形竖曲线半径为2 200 m，互通匝道总长406.553 m。

枣园枢纽互通立交桥部分施工过程中的重大风险主要存在于以下几个方面：钻孔灌注桩及DX挤扩桩施工、梁板的预制与吊装、现浇桥梁施工、架桥机施工，其各具特点。详细风险清单见表1。

通过对枣园枢纽互通施工阶段风险等级的评价，该桥梁不存在“IV级、极高”等级的风险，坍塌、高空坠落、物体打击、支架失稳、火灾触电的最高风险等级为“III级、高度”。

采用层次分析法计算重大风险相对于总体风险的权重，计算见表2～表4。

通过计算得最大特征值对应特征向量：

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

再进行一致性检验：

（2）计算判断矩阵一致性指标

单排序判断矩阵分析结果如下：λmax=6.580 45，代入一致性指标公式得：CI=(λmax-n)/(n-1)=（6.580 45-6）/（6-1）=0.116 09；

表1 立交桥风险清单表

表2 层次模型建立

表3 判断矩阵

表4 权重向量计算表

（3）随机一致性比率计算

而一次性比例：CR=CI/RI=0.11609/1.26=0.0921<0.1，因此，矩阵满足一致性判断。

采用加权平均法，并结合各项重大风险等级，对总体风险进行计算，见表5。

表5 总体风险判断矩阵

根据最大隶属性原则，W=[0.077 38、0.497 43、0.220 65、0.102 63、0.050 56、0.051 35]中，最大值为0.497 43，高空坠物和物体打击安全隐患较大，说明此立交桥施工过程中存在高风险。风险管理的动态性是由对地质因素了解的局限性和客观因素的多变性所决定的，施工前需制定坍塌、高空坠落、物体打击、支架失稳、火灾或触电、施工机械伤害的风险处置预案，同时做好应对突发风险的准备工作，根据施工过程中的实际情况对施工风险进行再评估；处理好风险事件造成的不利后果，用合理的成本来保证预定目标安全、可靠地实现。

5 结论

本文运用了层次分析法对枣园互通立交桥部分的施工阶段的风险进行了划分，分析不同施工各工序的风险特点，得到了主要的风险事件。将风险事件的风险因素划分为两个层次，层次中各风险因素的发生概率等级和损失等级通过对有经验的专家调查来获得，运用层次分析法和变权原理计算施工阶段风险事件的权重，对其发生的可能性进行排序，突出了主要的风险事件，最后对整个施工阶段风险进行整体评价，计算出整体风险指标，为管理者对风险管理与预防提供依据。

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

[2]阮欣.桥梁工程风险评估体系及关键问题研究[D].上海:同济大学,2006.

[3]刘英富.桥梁施工风险评估方法研究[D].陕西西安:长安大学,2005.

[4]张杰.大跨度桥梁施工期风险分析方法研究[D].上海:同济大学,2007.

[5]汤红霞.基于AHP的桥梁施工风险识别[J].公路交通科技(应用技术版),2011(4):194-197.

[6]许树柏.适用决策方法——层次分析法原理[M].天津:天津大学出版社,1991.

[7]姚宣德.浅埋暗挖法城市隧道及地下工程施工风险分析与评估[D].北京:北京交通大学,2009.