大跨度斜拉橋整體頂升項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

李 揚(yáng)

（上海市政工程設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海200092）

0 引 言

因航道等級(jí)提升，致使某大跨度斜拉橋的橋下凈空不足，出于節(jié)約投資和保護(hù)環(huán)境的考慮，擬對(duì)其進(jìn)行頂升改造。目前，梁式橋的整體頂升項(xiàng)目已在國內(nèi)外有較多成功案例［1-3］，其工藝相對(duì)較為成熟。然而，對(duì)于大跨度斜拉橋的整體頂升，在業(yè)內(nèi)還很罕見。

相比梁式橋而言，斜拉橋的頂升技術(shù)難度更大，其潛在的風(fēng)險(xiǎn)水平也更高，因此有必要對(duì)其頂升過程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)控制。目前，國內(nèi)外學(xué)者在斜拉橋建造時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方面已經(jīng)取得了大量的研究成果［4-6］。但是，對(duì)大跨度斜拉橋頂升方面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究還未見報(bào)道。

本文依托某大跨度斜拉橋整體頂升項(xiàng)目，提出一套有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，并利用該方法對(duì)其進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、分析和評(píng)價(jià)，最后提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施。

1 項(xiàng)目概況及頂升方案

1.1 項(xiàng)目概況

本工程為雙塔三跨預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋，塔梁固結(jié)，塔墩之間設(shè)置支座?？鐝讲贾脼?5 m+200 m+85 m，主跨設(shè)掛孔，邊跨設(shè)置兩個(gè)輔助墩。橋面總寬12 m，布置雙向2 車道及人行道。該工程的總體布置如圖1所示。

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（Unit:m）

因航道等級(jí)提升，致使橋下凈空不足，需要由原來的3.1 m 提升為7 m，出于節(jié)約投資和保護(hù)環(huán)境的考慮，擬對(duì)其進(jìn)行頂升改造。

1.2 頂升施工方案

頂升的主要思路是在主橋所有的支座位置處布置千斤頂裝置，通過采用可靠的千斤頂同步控制技術(shù)，將所有的支點(diǎn)同步頂升，并將橋墩永久接高。過程中需采用各種措施，確保橋梁時(shí)刻處于穩(wěn)定狀態(tài)?？傮w頂升方案如下:

（1）安裝限位裝置，部分切割墩頂混凝土，并在墩頂安裝千斤頂頂升系統(tǒng)（包括液壓千斤頂、隨動(dòng)千斤頂和自動(dòng)控制系統(tǒng)）；

（2）頂升系統(tǒng)調(diào)試；

（3）正式頂升:液壓千斤頂頂升100 mm；隨動(dòng)千斤頂自動(dòng)跟進(jìn)，并在產(chǎn)生100 t頂升力后停止跟進(jìn)；液壓千斤頂收頂，在其下放置100 mm 厚鋼墊塊；液壓千斤頂頂緊至80%頂升力，把自螺紋裝置旋緊；隨動(dòng)千斤頂收缸，在其下安裝100 mm厚鋼墊塊；

（4）重復(fù)第（3）步，在結(jié)構(gòu)頂升至規(guī)定標(biāo)高后，安裝支座和墊塊；

（5）拆除全部的頂升設(shè)備，對(duì)主墩進(jìn)行接高處理。

2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1 風(fēng)險(xiǎn)定義

各文獻(xiàn)對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)一詞尚未有統(tǒng)一的定義，但主要都是依據(jù)事故發(fā)生的概率和后果等問題制定的［7-9］。本文根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)，采用了《公路橋梁和隧道工程施工安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南》［9］的定義，即風(fēng)險(xiǎn)是發(fā)生損失的概率及其嚴(yán)重程度的組合。

圖2 千斤頂系統(tǒng)布置圖（單位:mm）Fig.2 Arrangement of jack system（unit:mm）

2.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估工作內(nèi)容

根據(jù)大跨度斜拉橋整體頂升的項(xiàng)目特點(diǎn)，其風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的主要工作內(nèi)容包括［10］:①風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別，即通過一定的調(diào)查手段，建立起該項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系；②風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析，即采用科學(xué)的方法對(duì)這些風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重進(jìn)行分析和排序，找到影響最大的風(fēng)險(xiǎn)因素；③風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)，即通過分析各風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生的概率和損失，判斷該項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)；④風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施，即針對(duì)影響最大的幾類風(fēng)險(xiǎn)因素提出有效的應(yīng)對(duì)措施，從而盡可能地降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)。

2.3 風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別方法

考慮本項(xiàng)目技術(shù)復(fù)雜、潛在風(fēng)險(xiǎn)較多，利用常用的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別方法（如檢查表法、德爾菲法等）容易漏項(xiàng)，而采用魚骨圖法則可以避免個(gè)人思維的局限性，較為全面地識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)因素［11］。

魚骨圖模型如圖3所示，一般由魚頭、主骨、大小魚刺組成。魚頭表示被分析的對(duì)象，即項(xiàng)目的“風(fēng)險(xiǎn)”，稱為總指標(biāo)；大魚刺表示產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)的幾個(gè)大的方面，一般可分為“人員、設(shè)備、材料、方法和環(huán)境”，稱為Ⅰ級(jí)指標(biāo)；小魚刺則表示其中的具體原因，稱為Ⅱ級(jí)指標(biāo)，可采用頭腦風(fēng)暴等形式獲得。

圖3 魚骨圖模型Fig.3 Fishbone Model

2.4 風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析方法

本文采用層次分析法（即AHP 法）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析，該方法具有較高的精度［7］，其分析過程如下:

1）建立判斷矩陣

在上一層某元素的管轄范圍內(nèi)，對(duì)本層中的各個(gè)元素進(jìn)行兩兩對(duì)比，按照表1 所示的方法進(jìn)行量化，組合形成判斷矩陣A=(aij)n×n'(i'j=1'2'...'n)，其中n表示本層包含的元素?cái)?shù)量，aij表示元素i對(duì)元素j的重要程度。

表1 重要性評(píng)分法則Table 1 Grade principle for importance

2）層次單排序

層次單排序是指對(duì)于上一層某元素而言，將本層各元素的重要性進(jìn)行排序。其實(shí)質(zhì)可以歸結(jié)為求解判斷矩陣A的最大特征根λmax及其對(duì)應(yīng)的特征向量W=(w1'w2'...'wn)。計(jì)算所得到的w1'w2'...'wn即為該層各元素對(duì)上一層元素的權(quán)重系數(shù)。

層次分析法要求判斷矩陣A必須通過一致性檢驗(yàn)，即應(yīng)滿足式（1）的要求:其中，CR為一致性比率；CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機(jī)一致性指標(biāo)，可通過表 2 查詢［12］；n為判斷矩陣的階數(shù)。

表2 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)RI取值表Table 2 Value of mean random consistency index

3）層次總排序

將最底層各元素對(duì)于總指標(biāo)層的權(quán)重進(jìn)行分析和排序，稱為層次總排序。假定令I(lǐng) 級(jí)指標(biāo)層各元素相對(duì)于總指標(biāo)層的權(quán)重向量為W(I)；II級(jí)指標(biāo)層上所有元素對(duì)I 級(jí)指標(biāo)層上對(duì)應(yīng)元素的權(quán)重向量為V(Ⅱ)，則II 級(jí)指標(biāo)層各元素對(duì)總指標(biāo)層的排序向量W(Ⅱ)為

2.5 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法

本文采用模糊綜合評(píng)價(jià)法［13］進(jìn)行項(xiàng)目總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的評(píng)價(jià)，其過程如下:

（1）建立評(píng)價(jià)集。將風(fēng)險(xiǎn)的嚴(yán)重程度進(jìn)行分值量化，定義評(píng)價(jià)集合U=｛極低，低，中，高，極高｝，令其相應(yīng)的評(píng)分集合為G=｛1，2，3，4，5｝。

（2）構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣。利用評(píng)價(jià)集合對(duì)所有II級(jí)指標(biāo)分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，以評(píng)價(jià)出現(xiàn)的概率值作為模糊關(guān)系矩陣R的各個(gè)元素?cái)?shù)值。

（3）模糊合成。按照式（3）求得項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的綜合隸屬度M:

（4）綜合評(píng)分。按照式（4）求得項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)的綜合評(píng)分值u:

u值與評(píng)分集合G中的哪個(gè)元素最接近，即可按照風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)集合U確定該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)屬于哪一級(jí)。

（5）總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)定。在利用前文所述的方法分別計(jì)算得到風(fēng)險(xiǎn)概率和損失的等級(jí)后，可進(jìn)一步根據(jù)表3 確定項(xiàng)目總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的定義列于表 4［13］。

2.6 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)方法

為了降低項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)，需要進(jìn)一步提出相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策。常見的方法有風(fēng)險(xiǎn)自留、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)控制、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防等［7］。視具體風(fēng)險(xiǎn)情況，可以采用其中的一種或多種應(yīng)對(duì)方法。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)矩陣Table 3 Rating matrix of risk level

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)定義Table 4 Definition of risk level

3 案例分析

利用上述方法，對(duì)所述大跨度斜拉橋頂升項(xiàng)目進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)因素識(shí)別

利用魚骨圖法建立風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別指標(biāo)體系，如圖4所示。

圖4 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別指標(biāo)體系Fig.4 Risk identification index system

3.2 風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重分析

邀請(qǐng)專家根據(jù)表1 的準(zhǔn)則對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行兩兩判斷，形成判斷矩陣，如表5和表6所示。

按照式（1）驗(yàn)算各矩陣的一致性比率，均符合要求。利用式（2）計(jì)算得到層次總排序向量W(II)為

表5 I級(jí)指標(biāo)判斷矩陣ATable 5 Judgment matrix A for index class I

表6 II級(jí)指標(biāo)判斷矩陣A1～A5Table 6 Judgment matrix A1～A5 for index class II

3.3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

1）風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)評(píng)價(jià)

邀請(qǐng)專家填寫風(fēng)險(xiǎn)概率調(diào)查表，得到相應(yīng)模糊關(guān)系矩陣，如表7所示。

表7 風(fēng)險(xiǎn)概率模糊關(guān)系矩陣Table 7 Fuzzy relation matrix of risk probability

利用式（3）和式（4），可以得到風(fēng)險(xiǎn)概率的評(píng)價(jià)分值u=2.747，說明風(fēng)險(xiǎn)概率等級(jí)為中級(jí)。

2）風(fēng)險(xiǎn)損失等級(jí)評(píng)價(jià)

采用同樣方法可得到風(fēng)險(xiǎn)損失的模糊關(guān)系矩陣，如表8所示。

利用式（3）和式（4），可以得到風(fēng)險(xiǎn)損失的評(píng)分值u=2.884，說明風(fēng)險(xiǎn)損失的等級(jí)為中級(jí)。

3）總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)

查詢表3，可知本項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，即該項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)可控，可以實(shí)施，但應(yīng)采取一定的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。

表8 風(fēng)險(xiǎn)損失模糊關(guān)系矩陣Tab.8 Fuzzy relation matrix of risk loss

3.4 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施

式（5）已經(jīng)揭示出對(duì)本項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)影響最大的三個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素分別為人員技術(shù)水平風(fēng)險(xiǎn)K11、同步控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)K21、千斤頂失效風(fēng)險(xiǎn)K22，限于篇幅，本節(jié)僅針對(duì)這三大風(fēng)險(xiǎn)提出相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，如表9所示。

表9 風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對(duì)措施Table 9 Risk counter measure

4 結(jié) 論

本文針對(duì)大跨度斜拉橋頂升改造時(shí)存在的各類風(fēng)險(xiǎn)，提出了一套綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。該方法的核心內(nèi)容為:首先采用魚骨圖法對(duì)潛在的風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行識(shí)別；其次采用層次分析法對(duì)各類風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重進(jìn)行計(jì)算；然后再利用模糊綜合評(píng)價(jià)法判定總體風(fēng)險(xiǎn)的等級(jí)。

利用該方法，對(duì)依托工程進(jìn)行了分析，評(píng)估結(jié)果顯示，該項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中級(jí)，且風(fēng)險(xiǎn)最大的三個(gè)因素分別是人員技術(shù)水平風(fēng)險(xiǎn)、同步控制系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)和千斤頂失效風(fēng)險(xiǎn)。最后針對(duì)這些潛在風(fēng)險(xiǎn)提出了有效的預(yù)防措施。