林錦騰

（廣東省南粵交通河惠莞高速公路管理中心，廣東 廣州 510000）

0 引 言

伴隨著中國交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展，斜拉橋以其跨越能力強(qiáng)、美學(xué)性質(zhì)高、經(jīng)濟(jì)性好得到廣泛設(shè)計(jì)和建設(shè)。然而斜拉橋施工過程復(fù)雜，在施工過程中存在諸多風(fēng)險(xiǎn)干擾因素[1]，這些施工風(fēng)險(xiǎn)因素大多難以預(yù)測(cè)，任意環(huán)節(jié)出現(xiàn)失誤，都可能將導(dǎo)致工程事故的發(fā)生[2]，造成嚴(yán)重的損失與后果。因此，有必要開展斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

斜拉橋的施工風(fēng)險(xiǎn)因素與橋梁的結(jié)構(gòu)安全有著錯(cuò)綜復(fù)雜的的關(guān)系，相互之間不能用很明確的函數(shù)關(guān)系定性表達(dá)[2]，采用有效的評(píng)估方法對(duì)斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估尤其重要。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)于橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估進(jìn)行了系統(tǒng)分析，施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法逐步完善。常用的方法有專家評(píng)分法、蒙特卡洛法、敏感性分析法、層次分析法和模糊綜合評(píng)判法等[2]。但這些單一的評(píng)估方法由于自身獨(dú)有的特點(diǎn)存在缺陷，如層次分析法在確定權(quán)重指標(biāo)時(shí)存在主觀性，甚至不能通過一致性檢驗(yàn)[3，4]。模糊綜合評(píng)判經(jīng)常取大或取小算子而丟失數(shù)據(jù)信息[5，6]，導(dǎo)致評(píng)估結(jié)果與實(shí)際差異較大。

因此，為使斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果更接近實(shí)際施工風(fēng)險(xiǎn)狀況，本文在建立斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系的基礎(chǔ)上，提出一種基于層次分析與模糊數(shù)學(xué)理論相結(jié)合的斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，并將此方法應(yīng)用于廣東省在建楓樹壩大橋的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中，并針對(duì)評(píng)估結(jié)果提出施工風(fēng)險(xiǎn)防控措施。

1 斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)分析

1.1 利用層次分析法（AHP）確定風(fēng)險(xiǎn)因重

1.1.1 確定結(jié)構(gòu)評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)因素集

確定風(fēng)險(xiǎn)因素集前的首要工作是風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是以施工階段的具體目標(biāo)為研究對(duì)象，研究和發(fā)現(xiàn)其施工期潛在的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)、明確分析要點(diǎn)、確定各風(fēng)險(xiǎn)因素間的相互聯(lián)系及隸屬關(guān)系、建立層次分析結(jié)構(gòu)模型的過程。層次分析結(jié)構(gòu)模型是研究對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)問題的層次條理化，同一層各元素從屬于上一層各元素的同時(shí)又受到下一層諸元素的影響，例如將斜拉橋的施工過程視作一個(gè)獨(dú)立的項(xiàng)目，主梁、索塔和拉索本身均存在施工風(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合自然環(huán)境、設(shè)計(jì)方案、施工方式對(duì)其施工期風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行普查并咨詢現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員和專家意見后，確定以斜拉橋整體抗風(fēng)險(xiǎn)能力為最終分析目標(biāo)，確定整個(gè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。將U=（U1，U2，U3，U4，U5）=（基礎(chǔ)施工、主梁施工、人員隊(duì)伍、索塔施工、拉索施工）作為風(fēng)險(xiǎn)因素集，同樣在風(fēng)險(xiǎn)因素集Ui（1≤i≤5）中又包括各種主要的風(fēng)險(xiǎn)因素。

1.1.2 確定施工風(fēng)險(xiǎn)因素集權(quán)重

根據(jù)研究目標(biāo)的抗風(fēng)險(xiǎn)能力評(píng)估體系，以施工風(fēng)險(xiǎn)因素集確定相對(duì)應(yīng)的權(quán)重，具體可按照以下三個(gè)步驟進(jìn)行：

（1）構(gòu)造判斷矩陣。通過橋墩和主梁風(fēng)險(xiǎn)因素集中同層間的風(fēng)險(xiǎn)因素兩兩對(duì)比，確定其相對(duì)重要程度，來構(gòu)造判斷矩陣A，且滿足Ax=λmaxx的最大特征值λmax對(duì)應(yīng)的特征向量經(jīng)歸一化處理后為該風(fēng)險(xiǎn)因素集權(quán)重。以表1的標(biāo)度[7-10]確定相對(duì)重要程度的賦值。

表1 相對(duì)重要程度賦值表

（2）一致性檢驗(yàn)。為消除評(píng)價(jià)者主觀因素的限制，按照以下公式進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，即

式中：CI為一致性指標(biāo)；n為該層次風(fēng)險(xiǎn)因素集包含的對(duì)象個(gè)數(shù)；λmax為判斷矩陣的最大特征根；RI為平均一致性隨機(jī)系數(shù)[2]；CR為一致性比重。CR＜0.1時(shí)，一致性檢驗(yàn)通過，反之需修正判斷矩陣直至CR＜0.1。

（3）確定總權(quán)重及總排序。確定各層次元素相對(duì)總目標(biāo)橋墩施工和主梁施工的相對(duì)權(quán)重，得到各施工風(fēng)險(xiǎn)因素的優(yōu)先順序。

a.假設(shè)第k層具有nk個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，每一個(gè)元素對(duì)于總目標(biāo)進(jìn)行權(quán)向量的排序，排序結(jié)果為：

b.針對(duì)第k+1層具有的nk+1個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，其對(duì)上層次的單一因素進(jìn)行權(quán)向量排序，排序結(jié)果為：

c.得到該層次風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合重要程度為：

d.若設(shè)各層次評(píng)價(jià)的相對(duì)權(quán)重為：Wi，Wi j，Wnk；則該評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重為：

e.最終得到評(píng)價(jià)因素的總權(quán)重值為：

2 利用灰色關(guān)聯(lián)模糊理論進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)

2.1 確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)

本文將施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素集的相對(duì)權(quán)重大小劃分為I類、II類、III類、IV類、V類共5種等級(jí)，將5種等級(jí)分別數(shù)值化，以V=（9，7，5，3，1）代表，且以上 5 種等級(jí)中兩等級(jí)之間的等級(jí)數(shù)值化為8，6，4，2。5種評(píng)價(jià)等級(jí)風(fēng)險(xiǎn)概率大小和風(fēng)險(xiǎn)損失程度見表2[11，12]。

表2 不同評(píng)價(jià)等級(jí)含義

2.2 確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣

通過專家參照已經(jīng)確定的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素按照10分制的原則評(píng)分，若有h名專家參與評(píng)分，總計(jì)有n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素，則第k名專家對(duì)j項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的評(píng)分為，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)矩陣為：

2.3 確定灰類等級(jí)及白化權(quán)函數(shù)

依據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)等級(jí)將灰類相對(duì)應(yīng)的劃分為I類、II類、III類、IV 類、V 類共 5種等級(jí)，5種等級(jí)的白化權(quán)函數(shù)分別為：

2.4 確定灰色模糊矩陣

計(jì)算研究目標(biāo)在施工時(shí)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素在5類評(píng)價(jià)等級(jí)中的各類灰色評(píng)價(jià)系數(shù)、總灰色評(píng)價(jià)系數(shù)及灰色評(píng)價(jià)權(quán)，若將某一風(fēng)險(xiǎn)因素的灰色統(tǒng)計(jì)值記作nij，第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的各類灰色統(tǒng)計(jì)值按照以下公式計(jì)算：

第i個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)因素的灰色評(píng)價(jià)權(quán)向量為v=（vi1，vi2，vi3，vi4，vi5），則斜拉橋n個(gè)施工風(fēng)險(xiǎn)因素的灰色模糊評(píng)價(jià)權(quán)矩陣為：

2.5 施工期項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)

施工期項(xiàng)目綜合評(píng)價(jià)是對(duì)研究目標(biāo)的施工期做灰色模糊綜合評(píng)價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，評(píng)價(jià)公式如下：

此評(píng)價(jià)值X與2.1.1節(jié)中所確定的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)對(duì)應(yīng)統(tǒng)一，其中，x1代表I類風(fēng)險(xiǎn)值，x2代表II類風(fēng)險(xiǎn)值，x3代表III類風(fēng)險(xiǎn)值，x4代表IV類風(fēng)險(xiǎn)值，x5代表V類風(fēng)險(xiǎn)值。根據(jù)最大隸屬度原則，X中的最大值為評(píng)價(jià)對(duì)象風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3 工程實(shí)例應(yīng)用

楓樹壩大橋?yàn)殡p塔單索面預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，跨徑布置為160 m+320 m+160 m，采用塔梁固結(jié)體系。橋墩采用雙薄壁空心墩，塔身為C50混凝土。各塔均布置25對(duì)斜拉索，立面呈扇形布置。主梁為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，為單箱三室截面。主梁為C55混凝土，采用掛籃現(xiàn)澆施工的方式?？傮w布置見圖1。

圖1 楓樹垻大橋總體布置圖（單位：m）

楓樹壩大橋跨越山谷，施工難度高，為保證施工安全，采用前述提出的斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法對(duì)該橋施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

3.1 建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

楓樹壩大橋施工期風(fēng)險(xiǎn)分析時(shí)，按照斜拉橋最重要的結(jié)構(gòu)組成部分及施工人員的技術(shù)狀況，分為5種基本施工風(fēng)險(xiǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)因素集U=（U1，U2，U3，U4，U5）=（基礎(chǔ)施工、主梁施工、索塔施工、拉索施工、施工隊(duì)伍素質(zhì)）。再結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的施工經(jīng)驗(yàn)及工程專家的論證分析，對(duì)斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別和篩選，確定斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)。最終經(jīng)過研究與討論，構(gòu)建楓樹壩大橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，見表3。

表3 楓樹垻大橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系

3.2 斜拉橋施工期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

3.2.1 單層次風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重計(jì)算

依據(jù)表3確定的楓樹壩大橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，制作判斷矩陣調(diào)查表，邀請(qǐng)施工、科研、設(shè)計(jì)單位的專家，對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)因素的影響兩兩判斷，進(jìn)行打分，計(jì)算各層次風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。

以指標(biāo)層為例，根據(jù)專家評(píng)分，可得到指標(biāo)層重要性判斷矩陣如下：

根據(jù)公式A1x=λmaxx求解該判斷矩陣的最大特征值λmax，并得到λmax對(duì)應(yīng)的特征向量，將特征向量進(jìn)行歸一化處理，即為權(quán)重值W=（w（1），w（2），…，w（5）），經(jīng)過一致性檢驗(yàn)后結(jié)果如下：

CR=0.009＜0.1，一致性檢驗(yàn)通過，表明重要性判斷矩陣合理。

則指標(biāo)層風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重值：

準(zhǔn)則層施工風(fēng)險(xiǎn)重要性判斷矩陣的確定及權(quán)重計(jì)算采用與指標(biāo)層相同的理論與計(jì)算方法，最終得到準(zhǔn)則層各施工風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重如下：

3.2.2 總層次風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重計(jì)算

施工期間各關(guān)鍵組成部分的施工風(fēng)險(xiǎn)（包括主梁施工風(fēng)險(xiǎn)、基礎(chǔ)施工風(fēng)險(xiǎn)、索塔施工風(fēng)險(xiǎn)、拉索施工風(fēng)險(xiǎn)、人員風(fēng)險(xiǎn)）因素集相對(duì)于目標(biāo)層斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)的相對(duì)重要性權(quán)重值通過前述方法確定，總層次風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重結(jié)果見表4。

3.2.3 確定評(píng)價(jià)樣本矩陣和灰色權(quán)矩陣

依據(jù)表2的評(píng)價(jià)原則，工程技術(shù)人員及專家對(duì)楓樹垻大橋施工期間各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分，根據(jù)評(píng)分構(gòu)建評(píng)價(jià)樣本矩陣W，再計(jì)算出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型準(zhǔn)則層中各風(fēng)險(xiǎn)因素的五類白化權(quán)函數(shù)對(duì)應(yīng)的灰類統(tǒng)計(jì)數(shù)值，以U11為例，I類灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)值為f1（x）=4.33，II類灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)值為f2（x）=4.42，III類灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)值為f3（x）=2.2，IV類灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)值為f4（x）=0，V類灰色統(tǒng)計(jì)數(shù)值為f5（x）=0。U11總灰色統(tǒng) 計(jì) 數(shù) 值 為fU11=1（x）+f2（x）+f3（x）+f4（x）+f5（x）=10.95，則評(píng)估權(quán)重分別為n1=0.395，n2=0.404，n3=0.201，n4=0，n5=0。同理求解出其余風(fēng)險(xiǎn)因素評(píng)估權(quán)重組成灰色模糊評(píng)價(jià)權(quán)矩陣V。

表4 各層次風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重值

其中：v11=（0.395，0.336，0.228，0.220，0.074，0.159，0.245，0.197，0.251，0.166，0.167，0.191，0.202，0.234，0.300，0.271，0.216，0.179，0.166，0.189，0.201，0.247）;

v12=（0.404，0.356，0.269，0.283，0.095，0.205，0.371，0.386，0.355，0.375，0.364，0.368，0.350,0.339，0.351，0.369，0.391，0.381，0.387，0.365，0.392，0.387）；

v13=（0.201，0.249，0.312，0.288，0.132，0.286，0.331，0.369，0.342，0.412，0.420，0.390，0.395，0.367，0.295，0.310，0.345，0.393，0.399，0.398，0.362，0.320）；

v14=（0.000，0.059，0.191，0.210，0.147，0.350，0.053，0.047，0.052，0.047，0.050，0.052，0.053，0.059，0.055，0.049，0.048，0.047，0.048，0.047，0.045，0.046）；

v15=（0.000，0.000，0.000，0.000，0.552，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000，0.000）。

3.2.4 確定模糊綜合評(píng)判結(jié)果

在確定出評(píng)價(jià)樣本矩陣和灰色權(quán)矩陣后，計(jì)算評(píng)價(jià)程度值X，X=W·V=（0.225 8，0.356 6，0.270 5，0.054 4，0.000 0），最終根據(jù)最大隸屬度原則，其最大值為0.356 6，確定施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II類，即施工風(fēng)險(xiǎn)概率為一般，但風(fēng)險(xiǎn)損失較大。必須在施工期間采用可靠的施工監(jiān)控方案及風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，加強(qiáng)施工管理與教育。

3.3 斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)防控對(duì)策

針對(duì)表3的風(fēng)險(xiǎn)源，制定相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，益于降低斜拉橋施工期間風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，減小風(fēng)險(xiǎn)損失，保障施工人員安全。結(jié)合本工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，該斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)防控措施有以下幾點(diǎn)。

（1）施工時(shí)應(yīng)采取施工期的全壽命監(jiān)控，做到施工與監(jiān)控并行，將風(fēng)險(xiǎn)概率降到最低，保障斜拉橋在盡可能安全、高效的前提下施工。

（2）項(xiàng)目部應(yīng)設(shè)立專職施工質(zhì)量安全負(fù)責(zé)管理機(jī)構(gòu)、工地施工質(zhì)量安全管理員、小組施工質(zhì)量安全管理員，構(gòu)建系統(tǒng)的施工質(zhì)量安全管理機(jī)構(gòu)。

（3）針對(duì)施工中的各風(fēng)險(xiǎn)因素，需要業(yè)主、監(jiān)理、監(jiān)測(cè)方監(jiān)督施工單位保質(zhì)保量進(jìn)行施工，各方均需對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素認(rèn)真核查、提早預(yù)警、及時(shí)處理。

4 結(jié) 論

（1）針對(duì)斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，建立了斜拉橋施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。

（2）提出以層次分析法和模糊理論相結(jié)合的斜拉橋風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法對(duì)模糊評(píng)價(jià)指標(biāo)量化，大大提高評(píng)估結(jié)果的準(zhǔn)確性。并將此評(píng)估方法應(yīng)用于廣東省楓樹壩大橋，為實(shí)際的安全施工提供理論指導(dǎo)。

（3）通過施工期風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，確定楓樹壩大橋的施工風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為II類，即風(fēng)險(xiǎn)概率為一般，風(fēng)險(xiǎn)損失較大。評(píng)估結(jié)果為施工單位的施工風(fēng)險(xiǎn)排查提供理論依據(jù)，為施工質(zhì)量安全管理機(jī)構(gòu)的建立提供有益參考。