王壽武 楊雨昕 楊 溢 徐成林 張?zhí)礻?何 穎

（1.昆明理工大學公共安全與應急管理學院，云南 昆明 650032； 2.昆明理工大學城市學院，云南 昆明 650032）

0 引言

目前，我國交通事業(yè)蓬勃發(fā)展，橋梁隧道工程取得了質(zhì)的飛躍。在各類橋梁施工技術中，斜拉橋施工技術的不斷完善，使得斜拉橋的總體施工質(zhì)量不斷提升，但斜拉橋在施工中仍存在很多的風險因素，使橋梁工程在施工安全方面面臨極大的挑戰(zhàn)[1]。因此，為將斜拉橋的施工風險控制在合理范圍內(nèi)，必須對斜拉橋施工風險進行安全評估。

目前國內(nèi)對于施工安全問題及相關的評價措施等已有大量研究，在控制橋梁的施工風險方面，國內(nèi)外前輩采用專家調(diào)查法、事故統(tǒng)計法、故障樹理論以及WBS-RBS及層次分析法等進行風險識別和評估[2]。徐佳昕[3]對施工安全的評價采用了層次分析法，對風險事故的原因進行分層，分析潛在的風險因素。陳國華[4]采用WBS-RBS與層次分析法結(jié)合的評估模型，該作業(yè)單元的風險等級由該評價模型確定。而本文引入DSR模型建立評價指標體系，通過對環(huán)境驅(qū)動力、指標狀態(tài)的監(jiān)測、響應措施建立一個較為全面的指標體系；再結(jié)合綜合權(quán)重的模式與云模型相結(jié)合，解決評價中的模糊性與隨機性，并以勐古怒江特大橋為實例進行評估。

1 斜拉橋施工風險評價指標體系構(gòu)建

本文通過數(shù)據(jù)統(tǒng)計法、文獻分析法以及查詢相關規(guī)范等方法，對斜拉橋因施工導致的事故進行分析，并根據(jù)DSR模型按照環(huán)境驅(qū)動力、指標狀態(tài)以及響應措施三方面建立評價指標體系；根據(jù)層次分析法對指標進行分層，構(gòu)建出斜拉橋施工風險評價指標體系。并邀請相關領域的專家進行指標打分賦值，運用層次分析法-熵權(quán)法（AHP-EW法）和云模型理論對各個指標進行評價。并對其結(jié)果進行驗證分析，驗證該體系的客觀性與科學性。

1.1 評價體系指標確定

1996年，經(jīng)濟發(fā)展合作組織首次提出DSR模型概念。由環(huán)境驅(qū)動力D (Driving Force)，指標狀態(tài)S(State)以及響應措施(Response)組成DSR模型[5]。其中環(huán)境驅(qū)動力代表著斜拉橋外部環(huán)境因素對橋梁造成風險因素的總和，此部分風險因素對指標的監(jiān)測狀態(tài)和后續(xù)的響應措施都有著一定程度的影響。指標狀態(tài)表示特定時段橋梁所處的狀態(tài)和變化情況，它是橋梁是否安全的主要評判準則，并為響應措施提供相關信息。響應措施是指采取某些措施以避免或減少因施工過程中產(chǎn)生的驅(qū)動力所導致的不利情況發(fā)生。圖1是在DSR模型的基礎上建立的橋梁安全評價指標體系，最終確定了20個細化指標。

1.2 評價體系權(quán)重確定

當前常用于主觀權(quán)重的確定方法有優(yōu)序圖法、G1法、層次分析法等；客觀權(quán)重的確定方法有相關系數(shù)賦權(quán)法、熵權(quán)法、主成分分析法等；本文將使用層次分析法與熵權(quán)法相結(jié)合以便得到最優(yōu)權(quán)重組合。

1.2.1 層次分析法確定主觀權(quán)重

將定性、定量分析相結(jié)合的決策分析方法稱為層次分析法。即將評價指標體系主要分為三層，建立出層次結(jié)構(gòu)，再將各指標的重要度進行兩兩比較，計算其重要程度，最后得出結(jié)果。具體步驟如下：

（1）采用1～9標度法，確立判斷矩陣 。

（2）矩陣的一致性檢驗及權(quán)重的確定。

若Ic＝0時，則該矩陣具有完全一致性；若Ic≠0，則需對R（I隨機一致性比率）進行驗算。若Ic/RI＜0.1，則認為該矩陣具有一致性。最后將所得的初始權(quán)重系數(shù)記為各個指標的權(quán)重系數(shù)，即指標層次權(quán)重Aj*。

1.2.2 熵權(quán)法確定客觀權(quán)重

熵權(quán)法是一種客觀賦權(quán)法。具體步驟如下：

（1）建立評價指標矩陣X'。設有n個2級指標，m個1級指標，矩陣（i=1,2,3……m；j=1,2,3……n）如下：

（2）矩陣標準化。評價指標的單位不盡相同，故需要做歸一化，標準化處理，歸一公式如下：

（3）計算第j個1級指標占比第i個1級指標比重pij。

（4）計算指標所對應的熵值Ej與信息熵冗余度dj。

1.2.3 綜合權(quán)重計算

將專家打分，運用層次分析法進行指標賦權(quán)，對斜拉橋施工安全風險進行大概的權(quán)重分配，最后得到主觀權(quán)重。但層次分析法受到人為因素干擾嚴重，故引入熵權(quán)法。熵權(quán)法是以斜拉橋評價指標的實際數(shù)據(jù)為依據(jù)展開計算，從而得到客觀權(quán)重。將主客觀權(quán)重相結(jié)合，減少主客觀評價不均勻的影響。計算如下式：

1.3 云模型

1995年，學者李德毅將云模型基本理論首次公開。正態(tài)云模型的數(shù)字特征用E（x期望值）、E（n熵）、H（e超熵）表示。Ex代表云的分布中心，用來表示施工安全的分類等級；En代表取值范圍；He代表熵的熵值。云模型使得隨機性和模糊性的問題有了更妥善地解決。

1.3.1 確定標準云

參考專家意見，結(jié)合評語集提出4個風險量等級；以及根據(jù)斜拉橋施工安全規(guī)范，將有效論域定為U=[Xmin，Xmax]，確定出標準云數(shù)字特征，見表1所示。

表1 風險等級劃定及云模型數(shù)字特征

1.3.2 確定指標云

通過對專家調(diào)研獲取的指標打分值，采用逆向云發(fā)生器，求出各級指標評價云。如(9)～(11)計算：

1.3.3 確定綜合云

將綜合權(quán)重帶入指標評價云，得到綜合評價云。如(12)～(14)計算：

2 斜拉橋施工安全風險評價云模型應用

2.1 工程概況

云南省坐落在我國西南部，地貌多樣，且地質(zhì)條件較為復雜。勐古怒江特大橋全長1333m，橋面有效寬度25.5m。主橋是100m+240m+100m雙塔三跨半漂浮體系斜拉橋，斜拉索采用扇形布置，雙索面。

2.2 計算指標確定

基于圖1所示的斜拉橋施工安全評價指標體系，結(jié)合實地調(diào)研，邀請20位專家對20項指標進行打分。采用層次分析法算出主觀權(quán)重，以減少個體差異產(chǎn)生的誤差；再用熵權(quán)法算出客觀權(quán)重，最后得到綜合權(quán)重，具體見表2、表3所示。

表2 一級指標權(quán)重

表3 二級指標權(quán)重

2.3 云模型綜合評價

2.3.1 確定評價標準云

評價集是通過參考相關規(guī)范和標準，結(jié)合專家的意見，形成的斜拉橋施工安全評價結(jié)果。本文將風險量集分為四個等級：Ⅰ級[0，25]，Ⅱ級（25,50]，Ⅲ級（50,75]，Ⅳ級（75，100]，如圖2所示。

圖2 風險等級標準云圖

2.3.2 確定評價指標云

經(jīng)式（9）～（11）計算方法，算出各一級指標的特征參數(shù)，見表4所示。

表4 指標云數(shù)字特征參數(shù)

由表4可知，環(huán)境驅(qū)動力的期望較低，為63.19分，表明外部環(huán)境因素導致的施工風險處于較高的水平。同理，指標狀態(tài)的期望為71.71分，表明在指標監(jiān)測方面的施工風險也處于較高水平。最后措施響應的期望為83.41分，表明措施應對方面的施工風險處于較高水平。通過計算，并使用matlab軟件繪制出評價指標云圖，如圖3。

圖3 評價指標云圖

由圖3可知，環(huán)境驅(qū)動力D位于Ⅲ級指標以內(nèi)，由此可見環(huán)境驅(qū)動力的施工風險較高；同理可知，指標狀態(tài)介于Ⅲ級、Ⅳ級指標之間，但是更加偏向于Ⅲ級，故可知指標狀態(tài)與響應措施的施工風險較高；響應措施R也是介于Ⅲ級、Ⅳ級指標之間，但是更加偏向于Ⅳ級，故響應措施的施工風險高。

2.3.3 確定綜合評價云

將熵權(quán)法與層次分析法算出的綜合權(quán)重和各指標的云數(shù)字特征參數(shù)帶入式（12）～（14），繪制出綜合評價云圖，如圖4所示。

圖4 綜合評價云圖

2.3.4 結(jié)果分析

綜合評價認為，斜拉橋的施工風險位于Ⅲ級、Ⅳ級指標之間，但是更加偏向Ⅲ級，故位于高原山區(qū)峽谷地帶的斜拉橋施工風險是較高的。結(jié)合各級指標的專家打分情況以及評價指標云來看，3個一級指標都存在較高的風險，例如一級指標環(huán)境驅(qū)動力中的環(huán)境風速D3，環(huán)境溫度D4，吊裝系統(tǒng)纜索跨徑D6，指標狀態(tài)中的起重索拉力監(jiān)測S4，牽引索拉力監(jiān)測S5，響應措施中的控制偏心應力應對措施R3，環(huán)境溫度變化應對措施R5等指標還存在一定的問題，需要在安全方面進一步加強管理，施工單位應嚴格把關各項進程，減少錯誤的發(fā)生。

3 結(jié)束語

綜上所述，本課題結(jié)論如下：

（1）本文將DSR模型用于斜拉橋的施工安全評估中，分別從環(huán)境驅(qū)動力、指標監(jiān)測以及響應措施三個方面出發(fā)，逐步細化，構(gòu)建一個有3個一級指標，20個二級指標的斜拉橋施工風險評價指標體系?？蔀橐院笮崩瓨蚴┕わL險評估提供一定的參照。

（2）利用AHP-EW法對指標進行主客觀權(quán)重的確定，再通過組合賦權(quán)將權(quán)重的主觀性和不確定性降低。同時，利用云圖的優(yōu)勢，更加直觀地反映出指標的優(yōu)劣程度，增強了模型的準確性與客觀性。

（3）結(jié)合實例，對勐古怒江特大橋的施工實例對指標體系進行分析。表明其整體的安全狀態(tài)為“施工風險較高”，并為施工安全管理提供了建議。