周 直，熊家豪，劉光鳳

(重慶交通大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，重慶 400074)

近年來(lái)，媒體關(guān)于橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事故的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮。橋梁施工一旦發(fā)生安全事故，將對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)、人身安全造成巨大的損失，導(dǎo)致非常負(fù)面的社會(huì)影響。而大跨徑斜拉橋由于長(zhǎng)跨徑和特殊工藝，其上部結(jié)構(gòu)的施工非常容易發(fā)生事故。因此，應(yīng)該評(píng)估大跨徑斜拉橋的施工風(fēng)險(xiǎn)，據(jù)此采取針對(duì)性的預(yù)控措施降低風(fēng)險(xiǎn)損失已迫在眉睫。

至今，各國(guó)學(xué)者對(duì)橋梁的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估做了大量的研究工作。例如，康俊濤等[1]提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論的橋梁施工安全評(píng)價(jià)方法。朱治寶等[2]運(yùn)用LEC法量化危險(xiǎn)源，在此基礎(chǔ)上建立基于WBS-RBS與模糊層次綜合法的橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。王丹等[3]建立基于ANP的深水橋梁基礎(chǔ)工程施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。劉沐宇等[4]建立基于證據(jù)理論的懸索橋主塔施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。劉朝陽(yáng)等[5]構(gòu)建基于事故樹模型和改進(jìn)THERP+HCR模型的橋梁工程安全預(yù)警機(jī)制。李彥等[6]建立基于決策樹分析技術(shù)的橋梁施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。陳海南等[7]運(yùn)用FISM方法構(gòu)建跨既有鐵路線橋梁轉(zhuǎn)體施工安全的關(guān)鍵影響因素多層遞階結(jié)構(gòu)，剖析事故致因機(jī)理，提出安全防護(hù)措施。張錦等[8]建立基于模糊綜合評(píng)價(jià)法的川藏鐵路重點(diǎn)橋梁和隧道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，在此基礎(chǔ)上，提出一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)模型。施洲等[9]采用WBS-RBS對(duì)沉井基礎(chǔ)施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，在此基礎(chǔ)上建立基于FAHP的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。同年，施洲等[10]提出一種基于DEMATEL和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的橋梁施工動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。綜上可知，雖然關(guān)于橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究已取得了一系列成果，但是針對(duì)斜拉橋上半部施工風(fēng)險(xiǎn)的研究還較少。此外，已有評(píng)估方法大多依賴于專家評(píng)語(yǔ)，而專家在給出風(fēng)險(xiǎn)評(píng)語(yǔ)時(shí)往往出現(xiàn)猶豫不決的情況，容易影響評(píng)估結(jié)果的可信度。

因此，本文首先構(gòu)建施工風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估指標(biāo)體系，然后考慮到猶豫模糊語(yǔ)言集在處理猶豫不決情況的突出優(yōu)勢(shì)，基于猶豫模糊型語(yǔ)言集合和層次分析法，建立評(píng)價(jià)和估計(jì)風(fēng)險(xiǎn)的模型，以期確定施工的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，保證結(jié)果的精確。

1 構(gòu)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

影響大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全的風(fēng)險(xiǎn)因素眾多。本文根據(jù)施工過(guò)程的特點(diǎn)，將風(fēng)險(xiǎn)因素的一級(jí)指標(biāo)按照施工階段劃分為橋面施工、支架施工、鋼箱梁施工和斜拉索施工四個(gè)方面。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合類似工程數(shù)據(jù)、相關(guān)文獻(xiàn)[11-12]、行業(yè)規(guī)范[13]、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，并咨詢有關(guān)專家，最終確定了16個(gè)影響斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全的風(fēng)險(xiǎn)因素作為二級(jí)指標(biāo)，建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 評(píng)估指標(biāo)體系

2 構(gòu)建施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

2.1 基于HFLTS-AHP的權(quán)重計(jì)算模型

在所構(gòu)建的大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系基礎(chǔ)上，運(yùn)用猶豫模糊型語(yǔ)言集合量化專家評(píng)估的風(fēng)險(xiǎn)信息；結(jié)合層次分析的方法，得出指標(biāo)各自的權(quán)重。該方法計(jì)算簡(jiǎn)單、易于操作,可以有效解決多準(zhǔn)則群決策過(guò)程中的主觀性和補(bǔ)償性問(wèn)題[14]。

設(shè)評(píng)估指標(biāo)集合為{C1,C2,…,Cn-1,Cn}，決策小組{D1,D2,…,Dk-1,Dk}，其中n為指標(biāo)的數(shù)目，k為專家數(shù)?？赏ㄟ^(guò)以下步驟求解指標(biāo)權(quán)重。

2.1.1 構(gòu)建猶豫模糊語(yǔ)言判斷矩陣

設(shè)Hs為S的猶豫模糊型語(yǔ)言的評(píng)價(jià)術(shù)語(yǔ)的集合，其中S={S1,S2,…,S?}為專業(yè)語(yǔ)言的集合。在本文中定義重要性語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)集S={不重要,極低,低,中等,高,極高,絕對(duì)高}，對(duì)應(yīng)值如表2所示[15]。在該語(yǔ)言集S的基礎(chǔ)上，專家可以使用、“少于”“多于”“至少”“至多”和“之間”等表達(dá)式來(lái)給出判斷，如少于VH、至少L、至多H、M與H之間等。

表2 語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)集的賦值

EGH是將語(yǔ)言運(yùn)用語(yǔ)言GH生成的專家打分結(jié)果ll∈Sll轉(zhuǎn)化為猶豫模糊語(yǔ)言集Hs的函數(shù)，其轉(zhuǎn)換規(guī)則如下。

EGH(sj)={sj|sj∈S}

EGH(少于sj)={sr|sr∈S且sr

EGH(多于sj)={sr|sr∈S且sr>sj}

EGH(至少sj)={sr|sr∈S且sr≥sj}

EGH(至多sj)={sr|sr∈S且sr≤sj}

EGH(在sj和st之間)={sr|sr∈S且sj≤sr≤st}

(1)

2.1.2 獲取HFLTS對(duì)應(yīng)包絡(luò)

(2)

以算數(shù)平均值作為語(yǔ)言變量集成算子，通過(guò)式(3)確定悲觀和樂(lè)觀偏好關(guān)系。

(3)

式中：β∈[0,μ]表示S={si:i=0,1,2,…,μ}經(jīng)聚合后得到的結(jié)果值，可由Δ:[0,μ]→S×[-0.5,0.5)轉(zhuǎn)換為二元性質(zhì)的語(yǔ)言含義信息，如式(4)所示。式中，round表示為四舍五入后的取整算子。反之，令(si,α)為二次計(jì)算語(yǔ)言含義的信息，存在Δ-1函數(shù)得到對(duì)應(yīng)數(shù)值β∈[0,μ]，如式(5)所示。

(4)

Δ-1(si,α)=i+α=β

(5)

2.1.4 求解指標(biāo)權(quán)重

對(duì)于n個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)，建立集合矢量VR，有

(6)

2.2 基于HFWA的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型

設(shè)有一個(gè)非空集合X，則H={[x,hH(x)|x∈X]}為X上的猶豫和模糊型集合，其中hH(x)表示對(duì)于x∈X的隸屬度可能值集合且hH(x)?[0,1]。

2.2.1 統(tǒng)計(jì)猶豫模糊評(píng)估集

2.2.2 計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)分值S(hi)

選取猶豫模糊加權(quán)平均算子計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)分值S(hi)(i=1,2,…,m)。

(7)

(8)

通過(guò)HFWA算子，將各指標(biāo)的猶豫模糊評(píng)估集fij進(jìn)行集成，計(jì)算各指標(biāo)分值s(hi)，最終得到分值集合F=(f1,f2,…,fn)。

2.2.3 計(jì)算評(píng)估結(jié)果S

S=W×FT=(w1,w2,…,wn)(f1,f2,…,fn)T

(9)

本文采用“低度風(fēng)險(xiǎn)”“較低風(fēng)險(xiǎn)”“中度風(fēng)險(xiǎn)”“高度風(fēng)險(xiǎn)”“極高風(fēng)險(xiǎn)”5個(gè)等級(jí)對(duì)大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，如表3所示。通過(guò)計(jì)算得到的結(jié)果S可以找到與之相對(duì)應(yīng)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)，其數(shù)值越大，說(shuō)明大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)越高。因此可以根據(jù)S的評(píng)估值對(duì)施工中的關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素采取風(fēng)險(xiǎn)防范手段，避免發(fā)生事故。

表3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)

3 實(shí)例分析

本文以某大跨徑斜拉橋?yàn)槔?，邀?qǐng)4位長(zhǎng)期從事橋梁研究的專家。已知所邀專家在該領(lǐng)域的專業(yè)背景與工作年限相近，因此設(shè)專家權(quán)重相同。

3.1 HFLTS-AHP方法計(jì)算指標(biāo)權(quán)重

1)構(gòu)建猶豫模糊語(yǔ)言判斷矩陣

基于表2與式(1)所定義的規(guī)則，專家組利用所提供的語(yǔ)言術(shù)語(yǔ)集，對(duì)表1所示一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估，給出猶豫模糊語(yǔ)言判斷矩陣如表4所示。

表4 HFLTS對(duì)應(yīng)包絡(luò)

2)獲取HFLTS對(duì)應(yīng)包絡(luò)

運(yùn)用式(2)求得每個(gè)HFLTS的對(duì)應(yīng)包絡(luò)，如表5所示。

表5 HFLTS對(duì)應(yīng)包絡(luò)

3)確定悲觀和樂(lè)觀偏好關(guān)系

表6 悲觀集體偏好關(guān)系

表7 樂(lè)觀集體偏好關(guān)系

4)確定指標(biāo)權(quán)重

利用式(6)匯總表6和表7中各指標(biāo)的悲觀和樂(lè)觀集體偏好關(guān)系，得到相應(yīng)的語(yǔ)言區(qū)間向量?；诒?為語(yǔ)言變量賦值，計(jì)算各數(shù)值區(qū)間中值，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行歸一化，最終得到一級(jí)指標(biāo)權(quán)重如表8所示。

表8 指標(biāo)的重要性程度

同理，可計(jì)算二級(jí)指標(biāo)權(quán)重，結(jié)果為

W*={0.051,0.057,0.070,0.059,0.058,0.077,0.058,0.070，0.064,0.058,0.068,0.059,0.056，0.058,0.065,0.072}。

3.2 HFWA方法確定綜合評(píng)分

1)統(tǒng)計(jì)猶豫模糊評(píng)估集

專家組基于表3對(duì)大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)給出評(píng)分，即hH(x)={0,0.1,0.2,…,0.9,1.0}，分值越高表示該指標(biāo)的質(zhì)量越高，最終得到猶豫模糊集評(píng)分結(jié)果，如表9所示。

表9 安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)分

2)計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)分值

已知專家權(quán)重相等，因此運(yùn)用式(7)中的HFWA算子集成評(píng)分結(jié)果時(shí)默認(rèn)專家權(quán)重為

w={0.25,0.25,0.25,0.25}T

得分過(guò)程如下(以C11的得分s(h1)為例)。

{0.477,0.539,0.5,0.56,0.505,0.564,0.527,0.584}

基于式(8)計(jì)算得分S(h1)=0.532 061。

同理求得，二級(jí)指標(biāo)所有的數(shù)據(jù)得分，如表10所示。

3)計(jì)算評(píng)估結(jié)果

結(jié)合各指標(biāo)權(quán)重，將表10中各指標(biāo)的分值代入式(9)，計(jì)算得到大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)一級(jí)指標(biāo)評(píng)分結(jié)果分別為0.344、0.671、0.818和0.662，進(jìn)而求解目標(biāo)層最終評(píng)分為0.651。

3.3 風(fēng)險(xiǎn)控制措施

對(duì)應(yīng)表3中的評(píng)估等級(jí)可知，該橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果為高度風(fēng)險(xiǎn)，故各部門應(yīng)該對(duì)該橋上部結(jié)構(gòu)施工予以高度重視。

表10 指標(biāo)算子集成及得分

由表10可知，該橋上部結(jié)構(gòu)施工過(guò)程中，16個(gè)二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)發(fā)生的概率排前三的是：人員意外墜落、張拉不足或超張拉、橋面吊機(jī)傾覆墜落，這與橋梁建設(shè)中的頻發(fā)安全風(fēng)險(xiǎn)事件基本相符。為有效預(yù)控風(fēng)險(xiǎn)損失，現(xiàn)針對(duì)以上關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)控制措施提出幾點(diǎn)建議：

(1)針對(duì)人員意外墜落：①落實(shí)安全技術(shù)交底，將可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)和注意事項(xiàng)清楚地告知操作員；②確保施工人員身心狀況良好，避免疲勞作業(yè)。

(2)提高索導(dǎo)管定位精度，精確控制拉索的張拉力。加強(qiáng)對(duì)拉索、錨具、錨箱等產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測(cè)，提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量，減少保管損耗。

(3)針對(duì)橋面吊機(jī)傾覆墜落：①嚴(yán)格執(zhí)行吊機(jī)荷載試驗(yàn)；②制定半空中突發(fā)風(fēng)振的緊急預(yù)案措施；③加強(qiáng)操作人員的專業(yè)培養(yǎng)；④加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)對(duì)軌道梁固定狀態(tài)的監(jiān)測(cè)，防止因軌道梁不牢導(dǎo)致吊機(jī)傾覆。

4 結(jié) 語(yǔ)

大跨徑斜拉橋正向著更大跨徑的目標(biāo)不斷發(fā)展，而與之相對(duì)應(yīng)的施工安全風(fēng)險(xiǎn)管理理論也需隨之發(fā)展。本文基于橋面施工、支架施工、鋼箱梁施工和斜拉索施工4個(gè)方面構(gòu)建了大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，在此基礎(chǔ)上，考慮到?jīng)Q策者在處理復(fù)雜問(wèn)題時(shí)存在的猶豫性和不確定性，將基于猶豫模糊語(yǔ)言集的多準(zhǔn)則群決策方法用于大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，研究結(jié)果與實(shí)踐相符，具有可行性和實(shí)用性，且在一定程度上降低了專家主觀認(rèn)知對(duì)評(píng)估結(jié)果的影響，緩解了傳統(tǒng)模糊語(yǔ)言在決策過(guò)程中的精度損失，拓展了猶豫模糊語(yǔ)言集在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究領(lǐng)域中的適用范圍，為今后相關(guān)方面的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估提供了參考借鑒。