李 揚

(上海市政工程設(shè)計研究總院(集團)有限公司，上海 200092)

0 引 言

某大跨徑斜拉橋因橋下通航等級提升，致使橋下凈空無法滿足通航要求，同時該橋建造年代較為久遠(yuǎn)，結(jié)構(gòu)存在較多難以消除的疾患，故擬對其進(jìn)行拆除重建。目前，國內(nèi)外已經(jīng)成功實施過一些斜拉橋的拆除[1-3]，但都是采用整體爆破手段。然而，對于橋位環(huán)境不適于爆破的斜拉橋則需要采用逆序法逐段拆除，目前尚無成功實施的案例。

相比爆破法拆除，斜拉橋逆序拆除技術(shù)更為復(fù)雜，其風(fēng)險發(fā)生頻率和損失程度也相應(yīng)增加。為使項目決策更科學(xué)合理，保障項目順利實施，對該橋拆除過程實施風(fēng)險評估就顯得尤為必要。事實上，在斜拉橋建設(shè)領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開展了大量風(fēng)險評估研究，并取得了豐碩成果[4-6]。然而，在對大跨徑斜拉橋逆序拆除方面，由于缺乏工程案例，其風(fēng)險研究也暫未見報道。

筆者首先簡要介紹項目概況和拆除方案，其次提出一套適用于大跨度斜拉橋逆序拆除項目風(fēng)險評估方法，然后利用該方法進(jìn)行風(fēng)險識別、分析和評價，并提出相應(yīng)風(fēng)險應(yīng)對措施。

1 項目概況及風(fēng)險定義

1.1 項目概況

某雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑布置為(85+200+85)m，采用塔梁固結(jié)、塔墩分離的結(jié)構(gòu)體系。主跨跨中設(shè)置30 m簡支掛孔，邊跨三分點處設(shè)置兩個輔助墩，其總體布置如圖1。橋面布置為2.5 m(人行道)+7 m(車行道)+2.5 m(人行道)，總寬12 m。橋下河道通航凈寬為192 m，因航道等級提升，根據(jù)新的通航論證結(jié)果，通航凈空要求由原來的3.1 m提高為7 m，因此需要對大橋進(jìn)行拆除改造。

圖1 某大跨度斜拉橋總體布置(單位：m)Fig. 1 Elevation of a long-span cable stayed bridge

1.2 拆除施工方案

橋梁拆除總體順序遵循“先上部后下部，拆橋為建橋施工的逆順序”原則，具體拆除方案為：

① 拆除橋面系附屬設(shè)施；② 拆除位于跨中的掛孔段主梁，可采用浮吊吊裝；③ 河跨標(biāo)準(zhǔn)段拆除，橋面懸臂掛籃切割后利用汽車吊轉(zhuǎn)運；④ 岸跨采用滿堂腳手支架支撐，斜拉索與河跨斜拉索同步對稱放索；待河跨拆除之后，進(jìn)行岸跨切割拆除；⑤ 在橋梁兩岸各設(shè)置一塊構(gòu)件破碎場地，將切割分塊的構(gòu)件在場地內(nèi)破碎、清運。

1.3 風(fēng)險定義及風(fēng)險評估工作內(nèi)容

考察既有的風(fēng)險研究成果，國內(nèi)外學(xué)者對于風(fēng)險定義雖有不同之處，但總體上都是圍繞事故概率和后果等問題展開[7-9]。筆者采納文獻(xiàn)[9]的定義：風(fēng)險是“在給定條件下，評估對象發(fā)生損失概率及其嚴(yán)重程度的組合”。

風(fēng)險評估工作內(nèi)容十分豐富，且對于不同領(lǐng)域，風(fēng)險評估工作側(cè)重點也有所不同。對于大跨度斜拉橋逆序拆除項目而言，風(fēng)險評估核心工作內(nèi)容主要有：風(fēng)險識別、風(fēng)險分析、風(fēng)險評價和風(fēng)險應(yīng)對。

2 風(fēng)險識別

2.1 魚骨圖法

常見風(fēng)險識別有檢查表法、故障樹法、德爾菲法等[7]。這些方法很大程度上依賴于既有經(jīng)驗，而本項目在國內(nèi)外尚無參考案例，且技術(shù)復(fù)雜、未知因素較多，利用上述方法進(jìn)行風(fēng)險識別易產(chǎn)生漏項。

魚骨圖法是一種幫助發(fā)現(xiàn)問題本質(zhì)原因的方法，將其用于風(fēng)險識別，可避免個人思維局限性，能較為全面地獲得風(fēng)險因素，且實施方便[10]。魚骨圖法用3個層次指標(biāo)體系來分析問題，總指標(biāo)即為“項目風(fēng)險”，包括工期延誤、質(zhì)量問題等在內(nèi)的一切沒有如約完成的工程情況均可稱為“項目風(fēng)險”；I級指標(biāo)通常是指“人、機、料、法、環(huán)”這5個方面；II級指標(biāo)則是造成該方面的具體原因，此時可采用頭腦風(fēng)暴等形式，盡可能多而全地找出所有可能原因，而不僅限于自己掌控或正在執(zhí)行的內(nèi)容。

2.2 風(fēng)險識別指標(biāo)體系

利用魚骨圖法對該項目的風(fēng)險源進(jìn)行分析，定性地建立風(fēng)險識別指標(biāo)體系，如表1。限于篇幅，筆者對各風(fēng)險因素具體含義不再贅述。

表1 風(fēng)險識別指標(biāo)體系Table 1 Risk identification index system

3 風(fēng)險分析

3.1 層次分析法

風(fēng)險分析方法有蒙特卡羅法、決策樹法、層次分析法(AHP法)等[7]，其中層次分析法用于多級指標(biāo)分析時具有較好精度。

3.1.1 建立判斷矩陣

以上一層某元素為準(zhǔn)則，對本層元素進(jìn)行兩兩比較判斷，按照表2的評分法則將比較結(jié)果數(shù)量化，形成判斷矩陣。以Ⅰ級指標(biāo)為例，若包含n個元素，則I級指標(biāo)的判斷矩陣A=(aij)n×n, (i,j=1, 2,…,n)，其中：aij表示從總指標(biāo)層考慮元素i對元素j的相對重要程度。

表2 重要性評分法則Table 2 Grade principle for importance

3.1.2 層次單排序

獲得某一層判斷矩陣后，可對該層各元素對上一層元素重要性進(jìn)行排序，稱為層次單排序。單排序問題可歸結(jié)為計算判斷矩陣的最大特征根及特征向量。特征根和特征向量的計算方法有很多種，例如和積法、方根法、冪法等，筆者不再贅述。若判斷矩陣A的最大特征根為λmax，對應(yīng)特征向量為W=(w1,w2, …,wn)，w1,w2, …,wn即為該層各元素對上一層元素的權(quán)重系數(shù)，其數(shù)值越大則重要性越大。

應(yīng)用層次分析法時，必須保證思維判斷一致性，因此需對判斷矩陣A進(jìn)行一致性檢驗，即一致性比率CR應(yīng)滿足式(1)要求：

(1)

式中：CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機一致性指標(biāo)，與判斷矩陣階數(shù)n有關(guān)，可由表3查得[11]。

表3 平均隨機一致性指標(biāo)RI取值Table 3 RI value of mean random consistency index

3.1.3 層次總排序

層次分析法的最終目的，是求出II級指標(biāo)層上各元素對于總指標(biāo)層的權(quán)重，稱為層次總排序。假定已經(jīng)按照層次單排序方法算出I級指標(biāo)層上各元素相對于總指標(biāo)層的權(quán)重向量為W(Ⅰ)；Ⅱ級指標(biāo)層上所有元素對Ⅰ級指標(biāo)層上對應(yīng)元素的排序權(quán)重向量為V(Ⅱ)，則II級指標(biāo)層上元素對總指標(biāo)層的合成排序向量W(Ⅱ)如式(2)：

W(Ⅱ)=W(Ⅰ)×V(Ⅱ)

(2)

3.2 風(fēng)險權(quán)重排序

基于層次分析法，依據(jù)項目特點制作風(fēng)險矩陣調(diào)查表，邀請多位專家依據(jù)表2準(zhǔn)則對調(diào)查表中的風(fēng)險進(jìn)行兩兩判斷。根據(jù)專家判斷打分，構(gòu)造判斷矩陣(結(jié)果如表4、5)。

表4 Ⅰ級指標(biāo)判斷矩陣ATable 4 Judgment matrix A for index class Ⅰ

表5 Ⅱ級指標(biāo)判斷矩陣A1～A5Table 5 Judgment matrix A1～A5 for index class Ⅱ

通過求解上述判斷矩陣最大特征根及特征向量，驗證各判斷矩陣一致性比率均滿足式(1)要求；將所得各特征向量代入式(2)，可算出II級指標(biāo)層上所有元素對總指標(biāo)層的合成排序向量W(Ⅱ)，如式(3)：

W(Ⅱ)=(0.033,0.01,0.01,0.02,0.036,0.018,

0.156,0.191,0.004,0.014,0.03,0.006,0.125,0.033,0.077,0.011,0.019,0.157,0.059,0.011)

(3)

4 風(fēng)險評價

4.1 模糊綜合評價法

在計算出各風(fēng)險因素的權(quán)重之后，還需用量化手段描述風(fēng)險概率及其損失的嚴(yán)重程度，這一過程可利用模糊綜合評價法[12]實現(xiàn)。

4.1.1 建立評價集合

定義風(fēng)險評語集合U={極低，低，中，高，極高}用于對由風(fēng)險嚴(yán)重程度進(jìn)行描述，其對應(yīng)評分集合G={1, 2, 3, 4, 5}。

4.1.2 構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣

利用評價集合對II級指標(biāo)層所有元素進(jìn)行一一評價，然后各元素得到某種評價次數(shù)除以總調(diào)查人數(shù)，即可得到模糊關(guān)系矩陣R的各個元素數(shù)值。

4.1.3 模糊合成

將II級指標(biāo)層各元素對總指標(biāo)層的權(quán)重向量W(Ⅱ)和模糊關(guān)系矩陣R進(jìn)行模糊合成，可得到項目風(fēng)險的綜合隸屬度M，如式(4)：

M=W(Ⅱ)×R

(4)

4.1.4 綜合評分

項目風(fēng)險綜合評分結(jié)果u可由式(5)求得：

u=M·GT

(5)

將u值與評分集合G中各分值進(jìn)行比較，即可按照較為接近的一類進(jìn)行判定。

4.1.5 總體風(fēng)險等級評定

利用上述方法分別對項目風(fēng)險概率、風(fēng)險損失進(jìn)行評分，得到風(fēng)險概率及損失等級，然后根據(jù)表6確定項目總體風(fēng)險等級。對各類風(fēng)險等級定義列于表7[12]。

表6 風(fēng)險等級評價Table 6 Evaluation of risk level

表7 風(fēng)險等級定義Table 7 Definition of risk level

4.2 風(fēng)險概率等級評價

根據(jù)本項目特點制作風(fēng)險概率調(diào)查表，并邀請前述專家在相應(yīng)概率級別上打勾，將打勾次數(shù)除以專家人數(shù)后填入表8，即得風(fēng)險概率模糊關(guān)系矩陣。

表8 風(fēng)險概率模糊關(guān)系Table 8 Fuzzy relation of risk probability

利用式(4)、(5)可得到風(fēng)險概率綜合評分結(jié)果u=2.602，因此可認(rèn)為該項目總體風(fēng)險概率為中級。

4.3 風(fēng)險損失等級評價

制作風(fēng)險損失調(diào)查表，采用同樣方法可得到風(fēng)險損失模糊關(guān)系矩陣，如表9。

表9 cTable 9 Fuzzy relation of risk loss

(續(xù)表9)

利用式(4)、(5)可得到風(fēng)險損失綜合評分結(jié)果u=3.186，因此可認(rèn)為該項目總體風(fēng)險損失為中級。

4.4 總體風(fēng)險等級評價

查詢表6，可知本項目總體風(fēng)險等級為中級，即項目有條件實施，但應(yīng)采取一定措施降低風(fēng)險。

5 風(fēng)險應(yīng)對

5.1 風(fēng)險應(yīng)對方法

在風(fēng)險等級確定之后，需根據(jù)風(fēng)險等級提出更加具有針對性風(fēng)險應(yīng)對措施。常見風(fēng)險應(yīng)對方法有風(fēng)險自留、風(fēng)險轉(zhuǎn)移、風(fēng)險控制、風(fēng)險規(guī)避、風(fēng)險預(yù)防等[7]。對于同一個風(fēng)險因素，可采用其中的一種或多種應(yīng)對方法。

5.2 風(fēng)險應(yīng)對措施

式(3)已揭示出對本項目風(fēng)險影響最大的4個風(fēng)險因素為：拉索臨時工裝風(fēng)險K24、水體污染風(fēng)險K52、破碎切割設(shè)備風(fēng)險K23、設(shè)計計算風(fēng)險K41。這主要是由于：① 拉索臨時工裝是斜拉索切割過程中索力轉(zhuǎn)換裝置，其失效將直接導(dǎo)致對應(yīng)梁體節(jié)段坍塌；② 梁體切割時產(chǎn)生的碎塊、粉塵極易造成水體污染；③ 梁體、橋塔節(jié)段中布設(shè)有大量鋼筋和預(yù)應(yīng)力鋼束，對切割機性能要求極高；④ 老橋已經(jīng)運營了30余年，其混凝土老化、斜拉索錨頭銹蝕等情況嚴(yán)重，需在計算模型中充分考慮這些因素影響。

通過層次分析法得出風(fēng)險權(quán)重排序結(jié)果符合實際情況。限于篇幅，筆者僅針對這4大風(fēng)險提出相應(yīng)的應(yīng)對措施，如表10。

表10 風(fēng)險應(yīng)對措施Table 10 Corresponding risk countermeasures

(續(xù)表10)

風(fēng)險因素應(yīng)對措施水體污染風(fēng)險K52破碎切割設(shè)備風(fēng)險K23設(shè)計計算風(fēng)險K41①在擬切割構(gòu)件的周圍布置防拋網(wǎng),阻止碎塊掉入河中;②原位進(jìn)行大塊切割,運至岸邊場地再進(jìn)行破碎;③施工過程中進(jìn)行水質(zhì)實時監(jiān)測,如有異常立即停止,并研究解決。①切割和破碎設(shè)備通過招標(biāo)后由專業(yè)的設(shè)備廠家提供,出廠前對設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng),所有設(shè)備必須出具合格證書和保養(yǎng)憑證;②正式切割破碎前,先對整個切割和破碎過程進(jìn)行預(yù)演調(diào)試。①聘請第三方咨詢機構(gòu),對拆橋設(shè)計和計算文件進(jìn)行復(fù)核、審查;②設(shè)計單位應(yīng)充分考慮斜拉索錨頭老化造成的無法完全重現(xiàn)原施工狀態(tài)的問題,按照最不利工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)驗算,并預(yù)留一定的安全度。

6 結(jié) 論

筆者在總結(jié)風(fēng)險評估主要工作內(nèi)容基礎(chǔ)上，提出了一套適用于大跨度斜拉橋拆除項目的風(fēng)險評估方法。該方法核心內(nèi)容包括：① 利用魚骨圖法進(jìn)行風(fēng)險因素識別；② 利用層次分析法進(jìn)行風(fēng)險權(quán)重分析；③ 利用模糊綜合評價法進(jìn)行風(fēng)險等級評價。

利用所提出方法，對某大跨度斜拉橋拆除項目案例進(jìn)行風(fēng)險評估。構(gòu)建起5個I級指標(biāo)、20個II級指標(biāo)組成的風(fēng)險識別指標(biāo)體系；然后對各風(fēng)險因素的權(quán)重、概率、損失進(jìn)行分析與評價。結(jié)果顯示：該項目總體風(fēng)險等級為中級；最后針對影響最大的4個風(fēng)險因素提出了相應(yīng)的應(yīng)對措施。

筆者提出的風(fēng)險評估方法可對今后類似工程建設(shè)風(fēng)險評估提供參考，具有較好的社會經(jīng)濟效益。