池秀文， 雷春英， 于 樂， 何治良， 林 馳， 高培成

(1.武漢理工大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院， 湖北 武漢 430070； 2.首都航天機(jī)械公司， 北京 100076；3.武漢市城市建設(shè)投資開發(fā)集團(tuán)有限公司, 湖北 武漢 430070； 4.中鐵大橋局集團(tuán)有限公司， 湖北 武漢 430050)

橋梁是公路、鐵路的重要承載體，也是城市交通的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)[1]。21世紀(jì)以來，我國橋梁工程快速發(fā)展，施工中的不確定性因素也顯著增加，造成的影響很難分析并準(zhǔn)確把握，給橋梁施工過程帶來不少安全問題[2～4]。橋梁施工事故的發(fā)生受很多因素綜合影響，風(fēng)險因素對事故的影響程度不同，需要采取的防范級別和防范措施也不同[5]。因此，在橋梁施工安全管理工作中，控制對橋梁施工影響程度大的關(guān)鍵因素至關(guān)重要。

對橋梁施工安全風(fēng)險進(jìn)行評估時，評估工作的難點(diǎn)是如何科學(xué)、客觀地確定指標(biāo)權(quán)重[6]。層次分析法(AHP)是安全評價中確定影響因素權(quán)重的一個重要方法，在橋梁施工安全評估中使用頻繁，為橋梁施工安全管理和決策提供較有力的依據(jù)[7]。但層次分析法也有缺陷和不足，由于依賴人的經(jīng)驗，存在不確定性和模糊性，使其判斷過程較為粗糙，決策精度不高[8, 9]。本文以武漢二七長江大橋施工案例為基礎(chǔ)，對橋梁施工安全檢查表中的風(fēng)險因素頻數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計，將頻數(shù)比作為層次分析法中判斷矩陣的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，計算各因素相對權(quán)重，識別出對橋梁施工安全產(chǎn)生威脅的主要因素，為施工安全防范作基礎(chǔ)工作。

1 頻數(shù)權(quán)重層次分析的基本思想

傳統(tǒng)的層次分析方法確定因素權(quán)重的思想是將有關(guān)因素按照屬性逐級分解，將同層因素采用1～9標(biāo)度標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行兩兩比較，進(jìn)而得出判斷因素的重要度[10]。由于兩個因素之間的重要性標(biāo)度取值依據(jù)是模糊、主觀的，為了減弱傳統(tǒng)層次分析方法的主觀性和不確定性，提出了基于安全檢查表危險因素頻數(shù)的層次分析法。

頻數(shù)權(quán)重層次分析法將安全檢查表法與層次分析法相結(jié)合，用安全檢查表中的風(fēng)險因素頻數(shù)之比作為兩個因素的重要性比例，運(yùn)用到層次分析法中，計算出的權(quán)重表示橋梁施工安全影響因素的程度大小。該方法的實(shí)施過程為：構(gòu)建層次結(jié)構(gòu)→收集風(fēng)險因素頻數(shù)數(shù)據(jù)→將風(fēng)險因素頻數(shù)比應(yīng)用于層次分析法計算權(quán)重→計算各因素權(quán)重總排序，最后得出影響程度較大的因素，確定施工過程的安全防范程度，為下一步的施工安全評價做數(shù)據(jù)準(zhǔn)備。

2 工程概況

武漢二七長江大橋，正橋通航孔采用三塔斜拉橋方案，非通航孔采用90 m 跨徑等高鋼-砼結(jié)合梁(深水區(qū))和50 m基本跨徑等高預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)梁(岸灘區(qū))方案，引橋采用30 m 等高預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁高架橋方案，全長3585 m。在二七長江大橋與解放大道、和平大道相交處各設(shè)互通立交一座。同步配套建設(shè)標(biāo)志、標(biāo)線、排水、照明、防撞、監(jiān)控及交通安全等設(shè)施。

主梁支撐體系：邊塔處為豎向支撐，中塔處為固定鉸接體系。主塔為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，分別有下、中、上塔柱及下橫梁四部分組成。中、邊塔尺寸略有不同?；A(chǔ)采用鉆孔樁的形式，在大橋的不同位置，樁長為55～85 m不等。橋面為澆筑瀝青鋪裝。

場區(qū)位于亞熱帶溫潤區(qū)，冬夏溫差較大。降雨多集中在4～7 月，約占全年降雨量的60%以上。風(fēng)向在六至八月以東南風(fēng)為主，間有東北風(fēng)及西南風(fēng)，最大風(fēng)力為7～8 級，其余各月多為北風(fēng)及東北風(fēng)，最大風(fēng)力可達(dá)9 級。

3 構(gòu)造AHP層次模型

按照指標(biāo)體系的建立原則，層次分析法的指標(biāo)體系一般由三層指標(biāo)構(gòu)成，第一層為目標(biāo)層A，第二層為準(zhǔn)則層Ai，第三層為指標(biāo)層Aij[11]。通過對二七橋施工項目現(xiàn)場數(shù)據(jù)資料及類似項目歷史資料的深入研究，對可能出現(xiàn)的風(fēng)險因素進(jìn)行類比、分析，將影響橋梁施工安全風(fēng)險因素劃分為兩個層次，準(zhǔn)則層包括施工活動、施工設(shè)備、運(yùn)輸、現(xiàn)場防護(hù)、人員、自然災(zāi)害及氣候六大因素，指標(biāo)層共包括37個評價指標(biāo)，層次結(jié)構(gòu)如圖1。

圖1 武漢二七長江大橋橋梁施工安全風(fēng)險因素指標(biāo)體系

4 施工安全影響因素頻數(shù)

以武漢二七長江大橋某段施工期安全檢查表為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計各項指標(biāo)在該段施工期出現(xiàn)的次數(shù)，稱為施工安全影響因素頻數(shù)。

通過對武漢二七長江大橋施工期進(jìn)行為期一年(2010.01～2010.12)的周安全檢查表進(jìn)行追蹤，對該期間內(nèi)的42期數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，得到對橋梁施工安全產(chǎn)生影響的六大類因素及其出現(xiàn)的頻數(shù)，準(zhǔn)則層的大類風(fēng)險因素頻數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表1，指標(biāo)層的因素頻數(shù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)見表2。

表1 準(zhǔn)則層風(fēng)險因素頻數(shù)統(tǒng)計

表2 指標(biāo)層風(fēng)險因素頻數(shù)統(tǒng)計

5 構(gòu)造判斷矩陣及其一致性檢驗

按照層次結(jié)構(gòu)模型,將每一層兩個元素頻數(shù)比代替1～9標(biāo)度法的比較值，作為各因素的相對重要度來構(gòu)造判斷比較矩陣。

矩陣分為兩個層次，矩陣A為一級判斷比較矩陣，即大類風(fēng)險因素判斷比較矩陣，Ai為各子項判斷比較矩陣。

構(gòu)造一級判斷比較矩陣時，頻數(shù)比的計算方式為：aij=Ai頻數(shù)/Aj頻數(shù),例如a12=A1頻數(shù)/A2頻數(shù)=368/302≈1.22。

同理可構(gòu)造各子項判斷矩陣(不一一列出),計算判斷比較矩陣A數(shù)值表為：

利用Matlab軟件計算出矩陣的特征值，并選出最大特征值λmax，并進(jìn)行一致性檢驗。

判斷矩陣一致性的檢驗公式為CR=CI/RI，CR為隨機(jī)一致性比率，當(dāng)CR<0.10時，認(rèn)為判斷矩陣的一致性是可以接受的。其中，CI為判斷矩陣一致性指標(biāo)：CI=(λmax-n)/(n-1)，其中n為矩陣的階數(shù)，當(dāng)n小于3時，矩陣永遠(yuǎn)具有完全一致性；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，1～15階正反矩陣計算1000次得到的平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，見表3。

表3 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)取值

根據(jù)Matlab軟件計算判斷矩陣的特征值，進(jìn)行一致性檢驗。大類風(fēng)險因素判斷矩陣A的最大特征值λmax=6.0030，CI=0.000592，查表3可知RI=1.26，求得隨機(jī)一致性比率為CR=0.000469<0.10，說明一級判斷矩陣具有滿意的一致性，Matlab軟件計算所得可以接受。同理，對各子項判斷矩陣Ai進(jìn)行一致性檢驗，經(jīng)計算，各判斷矩陣的一致性檢驗均已通過。

6 風(fēng)險因素的重要程度分析

經(jīng)過一致性檢驗，說明由各級判斷矩陣計算所得的權(quán)重矩陣可接受，可進(jìn)一步計算一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的權(quán)重。大類風(fēng)險因素判斷矩陣A的Matlab計算結(jié)果見表4。由表中數(shù)據(jù)可知，在準(zhǔn)則層的六大因素中，A1因素所占的相對權(quán)重最高，A2因素其次，說明施工活動及施工設(shè)備所隱含的危險性相對較大。

表4 判斷矩陣A計算數(shù)值表

同理，可計算出二級指標(biāo)Aij權(quán)重，見表5，由一級指標(biāo)權(quán)重和二級指標(biāo)權(quán)重，可計算出指標(biāo)層權(quán)重總排序。

表5 二級指標(biāo)權(quán)重

通過基于安全檢查表的風(fēng)險因素的頻數(shù)層次分析法對二七長江大橋施工期的風(fēng)險因素進(jìn)行分析后，通過計算總排序權(quán)值發(fā)現(xiàn)，A14承臺、A42安全網(wǎng)及防護(hù)圍欄、A19大型設(shè)備交叉作業(yè)、A22吊機(jī)和A17混凝土工程權(quán)重值較高，說明這5個因素對橋梁施工安全的影響程度較大，在工程施工過程中應(yīng)該尤為注意。

7 結(jié) 論

(1)將安全檢查表的風(fēng)險因素頻數(shù)比作為各因素的相對重要度應(yīng)用到層次分析法中，將客觀數(shù)據(jù)融入層次分析法，將定性與定量相結(jié)合，減弱層次分析法的主觀經(jīng)驗性。

(2)通過對武漢二七長江大橋風(fēng)險因素頻數(shù)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分類，用基于安全檢查表的層次分析法進(jìn)行橋梁施工安全風(fēng)險因素權(quán)重分析，計算出各個指標(biāo)的權(quán)重總排序，得出各級風(fēng)險因素的重要性程度，為橋梁施工安全管理提供參考。

[1] 張婷婷. 靈江大橋風(fēng)險評估體系、方法及應(yīng)用研究 [D].杭州：浙江大學(xué)， 2010．

[2] 李書韜，程 進(jìn). 模糊層次分析方法在大跨度橋梁施工期風(fēng)險評估中的應(yīng)用[J].結(jié)構(gòu)工程師，2011，27(5)：159-162.

[3] 陳 軍，張德明，藺亞虎.基于模糊層次分析方法大型橋梁工程項目風(fēng)險評估[J].石家莊鐵道大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010，23(3)：29-33.

[4] 符 蓉，葉 昆，宗 昕，等.基于蒙特卡羅數(shù)值模擬的橋梁可靠度分析[J]. 土木工程與管理學(xué)報，2012，29(4)：75-78.

[5] 嵇正永.橋梁工程施工階段的風(fēng)險識別與評估研究 [D].北京：北京交通大學(xué)，2009．

[6] 范劍鋒，袁海慶，鐘 珞.不確定層次分析下的橋梁評估最優(yōu)指標(biāo)權(quán)重確定[J].公路交通科技，2007，24(9)：65-68.

[7] 包龍生，劉克同，于 玲，等.基于灰色層次分析法的橋梁施工方案多目標(biāo)風(fēng)險分析及評價[J].沈陽建筑大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2009，25(4)：663-669.

[8] 范劍鋒，袁海慶，劉文龍，等.基于不確定型層次分析法的橋梁模糊綜合評估[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2005，27(4)：54-57.

[9] 姚佩林，晁俊儒，劉 喆.層次分析法在橋梁施工安全評價中的應(yīng)用[J].公路交通科技，2012，(5)：144-146.

[10] 孫東生，朱 懿，周水興.基于指數(shù)標(biāo)度的層次分析法在橋梁評定中的應(yīng)用[J].重慶交通大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2010,29(6)：867-870.

[11] 張傳燕.橋梁施工安全管理及評價系統(tǒng)研究[D].重慶：重慶大學(xué)，2008．