大型橋梁施工的安全風險評估

李仁杰

（重慶交通大學,重慶400000）

橋梁是跨越障礙的通道，是鐵路、公路和城市道路等龐大交通網(wǎng)絡的重要組成部分，它在國家的政治、經(jīng)濟等方面都起著重要作用[1]。一座大型橋梁的一生大致分為施工階段和運營階段，在這兩個階段中，其不斷面臨著各種不確定的風險干擾，影響著它的施工與運營。尤其在施工階段更為明顯，由于大型橋梁施工工期較長，施工工藝繁雜，周圍施工環(huán)境艱難，施工人員整體素質(zhì)良莠不齊等要素，有著許多不確定性，可能導致各種潛在危險事件的發(fā)生，同時這些危險事件的發(fā)生，輕則阻礙正常施工的順利進行，重則可能會導致施工工期的延長、重大的人員傷亡、巨大的經(jīng)濟損失等等難以預料的后果，這樣這就需要我們?nèi)ゴ_定與排除這些風險來確保大型橋梁施工階段的安全。但是近些年來，關于大型橋梁的安全事故仍屢屢發(fā)生，帶來了龐大的人員傷亡和經(jīng)濟損失。比如：2007 年8 月13 日，湖南省鳳凰縣正在建設的堤溪沱江大橋在拆除施工腳手架時發(fā)生重大垮塌事故，造成64 人死亡，22 人受傷，直接經(jīng)濟損失3974.7 萬元；2008 年10 月28 日，重慶市武隆縣的芙蓉江跨江大橋在施工現(xiàn)場發(fā)生載人吊斗墜落事故，造成11 人死亡，12 人受傷；2013 年10 月12 日，重慶市豐都縣長江二橋在建項目4 號橋墩，因浮吊懸臂脫落沖擊鋼圍堰，致使鋼圍堰受損，發(fā)生事故，造成11 人死亡，2人受傷；2015 年4 月2 日，天津市子牙河鐵路特大橋架橋機突然傾覆，造成2 人死亡，4 人受傷；2016 年4 月22 日，云南省龍江特大橋龍陵岸引橋第五跨箱梁混泥土涂裝(刷漆)項目，施工過程中吊籃整體垮塌從40 米高空墜落，造成3 人死亡。

這些逐年都有發(fā)生的大型橋梁施工安全事故揭露了我們沒有對橋梁施工階段的風險評估有著充足的注重及其相關內(nèi)容的研究不足。為了最大限度的防止橋梁施工階段的事故發(fā)生就必須做好每座橋尤其是大型橋梁的安全風險評估，明確其施工階段的各種潛在風險，通過管理手段落實風險防范的必要措施來保障施工安全。

1 大型橋梁施工階段常見的事故及原因

橋梁施工事故大致可以分為兩類：自然事故和人為事故。

1.1 坍塌事故

大型橋梁一般會采用深基坑，更容易發(fā)生坍塌事故，這就更需要合理放防范措施。其發(fā)生原因一般是橋臺基礎在開挖過程中沒有對邊坡危石和松土進行處理，且在開挖到一定深度時沒有及時的采取適當?shù)目颖谥ёo措施，或者結(jié)構檢測的穩(wěn)定性不足而發(fā)生坍塌[2]。

1.2 垮塌事故

大型橋梁因為其結(jié)構的原因，在施工過程中必然會搭建一些臨時設施。比如施工腳手架、滿堂支架等。在遇到大風天氣的情況下，臨時施工腳手架被大風掛到而發(fā)生垮塌事故。移動模架和滿堂支架發(fā)生垮塌事故的原因則可能是未按設計要求進行搭建或者作業(yè)人員操作不當而引發(fā)該事故。

1.3 高空作業(yè)拋物事故

一般來說，懸索橋和斜拉橋都是屬于大型橋梁的，這兩類橋型均要修建幾十米高的主塔，自然而然的就涉及到了高空作業(yè)。作業(yè)人員在作業(yè)平臺上向下方拋投物件易導致這類事故的發(fā)生，其主要原因是對作業(yè)人員的安全教育不足和現(xiàn)場監(jiān)管的失職[3]。

1.4 吊籃施工事故

在地形復雜的地方修建橋梁一般都會用到吊籃施工。一般吊斗吊籃都是用來運輸施工材料和機具，但是有些施工單位卻違規(guī)操作將其用來運送施工人員更有甚者讓施工人員在里面進行作業(yè)。因為一般吊籃正式投入使用前只會做靜載試驗，沒有考慮載人的問題，這是極度不安全的行為。除此之外還有吊籃自身質(zhì)量問題引發(fā)的安全事故，這些都可以歸咎于施工管理的不足。

2 大型橋梁施工安全風險評估方法

近年來，在橋梁工程施工過程中，尤其大型橋梁的施工階段，各種危險事件屢屢發(fā)生，不但導致了龐大的經(jīng)濟損失和人員傷亡，而且產(chǎn)生了極其惡劣的社會影響。因此，找到一個合適并且有效的橋梁施工安全風險評估方法來防范潛在的安全風險顯得尤為重要。

目前，關于橋梁施工安全風險評估，眾多學者提出了許多不同的研究方法。如Chen 等擺脫了傳統(tǒng)思想的禁錮，發(fā)表了基于故障樹理論的貝葉斯網(wǎng)絡評估方法，建立橋梁施工風險評估模型；Cho,Taejun 通過AHP 找出了施工中腳手架系統(tǒng)的隨機變量，構建預應力混凝土箱梁的施工風險評估模型；Duygu 等學者提出了橋梁全壽命期風險的量化方法；湯紅霞使用AHP 來對大跨徑的斜拉橋識別了施工過程中的各種潛在的風險因素[4]；趙延龍運用貝葉斯網(wǎng)絡模型的強大功能并采用了風險控制理論，建立大型斜拉橋其上部結(jié)構的施工安全風險控制體系[5]；李書韜等運用模糊層次分析法對特大跨徑的懸索橋進行了定量和定性相結(jié)合的施工風險評估[6]；丁閃閃等提出了基于蒙特卡羅法的橋梁施工階段的風險估計[7]；陸新鑫等提出了基于肯特指數(shù)法的橋梁施工安全風險評估[8]。這些方法各有千秋，且在實際中均得到了一定程度上的應用。

2.1 層次分析法

層次分析法（AHP）是美國運籌學家T.L.Saaty 等人于20 世紀70 年代初提出來的一種分層加權決策分析方法，將與最終決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，并在此基礎上進行定性和定量的分析。

這個方法最大的特征是可以將錯綜復雜的事件在對其本質(zhì)、有關成分等相關聯(lián)系中進行深入分析從而轉(zhuǎn)化為簡單的層次結(jié)構，使事件變得條理清晰更容易處理，從而為無明顯特征、撲朔迷離的問題提供了簡單有效的決策方法。這個特點使得層次分析法適用于許多復雜問題的解決，尤其是對結(jié)果難以準確計量的場合。其基本思路就是將施工過程中已有的各種可能的風險因素進行層次化，然后比較每層中兩個因素之間的損失程度和發(fā)生概率，以確定每層中因子相對于上層或上層的相對重要性，并對它們進行排序以確定主要風險模式和因素。

層次分析法作為一個比較傳統(tǒng)的方法，適用于各種類型的橋梁安全風險評估，能夠有效的明確影響橋梁施工安全的主要因素和次要因素，從而制定和采取合適的應對措施，進而有效的避免災難的發(fā)生。

2.2 集對分析方法

集對分析（SPA）是處理系統(tǒng)確定性與不確定性相互作用的數(shù)學理論，由中國學者趙克勤提出于1989 年，其主要的數(shù)學工具是聯(lián)系數(shù)[9]。其主要思路是認識到任何一個體系均是由確定和不確定兩個部分組成，然后從相似性，差異性和對立性三個方面對不確定部分進行“客觀認識，系統(tǒng)描述，定量描述和分析”，并建立了相似度，差異度和對立度的聯(lián)系度。

將集對分析應用在大型橋梁風險評估上，能從整體和局部分析評價指標之間的內(nèi)在聯(lián)系，方法較為簡單，因為其相對于傳統(tǒng)的層次分析法充分考慮了評價指標確定性區(qū)間相對權重和不確定性區(qū)間相對權重，得到的權重更加科學，從而評價結(jié)果更為可靠。

2.3 貝葉斯網(wǎng)絡方法

貝葉斯網(wǎng)絡又稱信念網(wǎng)絡，是Bayes 方法的擴展，是目前不確定知識表達和推理領域最有效的理論模型之一。貝葉斯網(wǎng)絡可以通過多種控制條件從不確定的信息中去做出一個合理的推理。

貝葉斯網(wǎng)絡用于大型橋梁風險評估大致步驟為：a. 分析橋梁施工中各個風險成分并對其進行分層，建立風險層次結(jié)構；b.確定網(wǎng)絡參數(shù)并鏈接節(jié)點以構建因果關系為基礎的完整貝葉斯網(wǎng)絡；c.由各個關聯(lián)性的指標，用K-means 聚類分析[10]得到其中關聯(lián)性最大的下級節(jié)點，與上級節(jié)點組成環(huán)節(jié)來組成事故鏈，最終形成一個事故鏈集。d.使用AHP 來對各事故鏈進行評分排序，從而找出其中導致風險事件發(fā)生的關鍵線路。其中事故鏈理論為：風險事件的發(fā)生是一系列連鎖事件前后相繼觸發(fā)引起的，相鄰環(huán)節(jié)的節(jié)點間有連鎖關聯(lián)[11]。

貝葉斯網(wǎng)絡評估方法其主要優(yōu)點在于它相對于別的方法來說簡單一些，并且能夠找到主要的事故鏈從而可以加以防范，還有它能在施工過程中不斷的更新參數(shù)來達到實時性的效果，相比別的評估方法顯得更為準確，對大型橋梁施工風險評估效果更為顯著。

3 結(jié)論

顯然，在大型橋梁施工過程中，各類大大小小的風險事故是極有可能發(fā)生的，我們能做的就是盡可能的提早發(fā)現(xiàn)風險的源頭，將各類風險事件盡可能的大事化小，小事化了。在這個過程中，適當?shù)臉蛄菏┕わL險評估方法就能夠起到至關重要的作用。縱觀本文中提到橋梁施工風險評估方法還是本文中未涉及到的評估方法，基本都會有一個層次結(jié)構在其中，因為風險事件的發(fā)生就像事故鏈中的節(jié)點一樣以因果關系層層遞進的，這樣更有助于我們?nèi)プR別風險源得到更為精確的風險指標。顯然，風險指標在橋梁施工風險評估中是一個至關重要的東西，在不同的地形條件，不同的氣候環(huán)境，修建不同結(jié)構的橋梁，甚者不同層次的施工人員都會導致風險指標的不同。完整的風險指標只能對應具體的大型橋梁施工條件與情況才能得出，越為詳細的風險指標可以讓風險評估的結(jié)果更為可靠，也可以使得施工避免更多不必要的風險。因為考慮更多的風險因素才會使得在施工過程注意到一些風險事故發(fā)生的源頭，盡早產(chǎn)生警惕，將其扼殺在搖籃之中或者做出相應的應對方案。

總的來說，盡管這些大型橋梁施工風險評估方法第一步都是確定風險指標，但是后面所用的想法或者工具即如何對這些風險指標進行處理以及相應概率的計算各有千秋。至于工程實際中運用哪種評估方法更為適宜，這個就需要具體情況具體分析了。

隨著科技的飛速進步發(fā)展和工程經(jīng)驗的逐步增長，我們或許能夠做出更為精確的風險指標評價體系和得到更為精確的概率計算。然而即使再精確的概率計算也不能抹除潛在風險事件的發(fā)生，盡管把發(fā)生概率降低到很低，但其一旦發(fā)生，其結(jié)果不是能被我們接受的。所以橋梁施工風險評估只能給我們一個指導，為了確保施工安全，在施工過程中我們還需要做好安全管理的工作不能有所松懈。