基于安全設(shè)防等級(jí)劃分與模糊層次分析的橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)

劉健鋒，韋勇克，劉遠(yuǎn)鋒，羅富元

(1. 廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530029；2. 永建設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 貴港 537100)

0 引言

橋梁作為路段的重要構(gòu)造物，剖析以往橋梁運(yùn)營(yíng)安全事故、橋梁結(jié)構(gòu)特征及其破壞規(guī)律發(fā)現(xiàn)，橋梁路段具有事故易發(fā)性、危險(xiǎn)程度高、社會(huì)影響大、難以處置等特點(diǎn)。橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)管理的目的是實(shí)現(xiàn)橋梁路段的事故風(fēng)險(xiǎn)率最低、風(fēng)險(xiǎn)隱患最少、風(fēng)險(xiǎn)損失最小，從而確保路網(wǎng)的安全、可靠、高效、暢通。要實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，就需要對(duì)路網(wǎng)內(nèi)每一座橋梁的運(yùn)營(yíng)安全狀況有足夠深入的了解，及時(shí)對(duì)處于高危風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)的橋梁采取必要的技術(shù)整治、管控措施，消除風(fēng)險(xiǎn)隱患，保證橋梁的安全[1]。如何科學(xué)合理地量化橋梁運(yùn)營(yíng)的安全狀況，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行有效識(shí)別，提高橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)綜合管控能力迫在眉睫。總結(jié)目前橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)管理的研究，有如下特征：

橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)的劃分缺乏系統(tǒng)、深入的理論研究，以往對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)不加區(qū)分的評(píng)價(jià)方法，忽略了橋梁的運(yùn)營(yíng)安全需求因橋梁的重要度、橋跨規(guī)模、運(yùn)營(yíng)環(huán)境的不同，其風(fēng)險(xiǎn)控制閾值、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，難以得出科學(xué)、合理、準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)論，無(wú)法正確地指導(dǎo)橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理。

運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素考慮較為齊全：國(guó)內(nèi)外從多個(gè)角度對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行了研究，考慮的因素涉及到橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況[2]、橋梁道路設(shè)施[3-4]、交通因素[5-6]、橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境[7-8]、管理制度等，與安全相關(guān)的因素在過(guò)去研究中都得到一定程度的反映。

安全評(píng)價(jià)模型考慮的風(fēng)險(xiǎn)因素不夠全面[9-11]:目前橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)模型的聚焦點(diǎn)各有不同，部分評(píng)價(jià)模型采用某種或某幾種因素為自變量，針對(duì)其聚焦的少數(shù)風(fēng)險(xiǎn)要素與橋梁運(yùn)營(yíng)安全水平進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，得出經(jīng)驗(yàn)性的評(píng)價(jià)模型，不能全面準(zhǔn)確地反映橋梁運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)的產(chǎn)生是多因素耦合作用的結(jié)果。

目前針對(duì)橋梁的預(yù)防性運(yùn)營(yíng)安全管理決策的研究較少，以往的橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)方法常因評(píng)判機(jī)理模糊、成因難溯，無(wú)法針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素“對(duì)癥下藥”、采取高效直接的技術(shù)整治和風(fēng)險(xiǎn)管控措施。

在現(xiàn)行的公路安全性評(píng)價(jià)規(guī)范和橋梁安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指南方面，目前針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)管理風(fēng)險(xiǎn)的安全評(píng)價(jià)僅作出了部分規(guī)定，現(xiàn)行指南評(píng)估體系實(shí)際執(zhí)行時(shí)，多從勘察報(bào)告、設(shè)計(jì)文件等資料查找評(píng)估需要使用的信息，但這些信息往往較為局限，缺乏動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估思路，由此得到的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果不足以概括橋梁運(yùn)營(yíng)階段的安全狀況。

本研究從橋梁運(yùn)營(yíng)安全現(xiàn)狀和風(fēng)險(xiǎn)管理的內(nèi)涵出發(fā)，根據(jù)橋梁在區(qū)域路網(wǎng)中的重要度、事故風(fēng)險(xiǎn)對(duì)橋梁的危害程度，在參照橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境、運(yùn)營(yíng)時(shí)速、橋梁長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，提出了橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；結(jié)合事故致因理論、層次分析法，提出了融合橋梁路段風(fēng)險(xiǎn)特征的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用標(biāo)度擴(kuò)展法實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)間的權(quán)重分配，應(yīng)用基于專家評(píng)判的綜合評(píng)估[12-14]，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全狀況的定量評(píng)價(jià)；最后將成果應(yīng)用于某獨(dú)柱墩高架橋的運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并提出了橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全度改善指標(biāo)，該指標(biāo)對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素具有較高的識(shí)別精度和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別效率。

1 橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理解析

根據(jù)國(guó)內(nèi)外橋梁運(yùn)營(yíng)安全事故的剖析[15-16]以及橋梁運(yùn)營(yíng)事故致因理論研究，發(fā)現(xiàn)了“橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況、橋梁道路設(shè)施、交通因素、橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境、機(jī)電系統(tǒng)、管理制度”這六要素是橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行邏輯物化后的物理風(fēng)險(xiǎn)主體組成部分，通過(guò)對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)要素進(jìn)行合理量化評(píng)價(jià)[10, 17]，就可以清楚直觀地掌握在當(dāng)前運(yùn)營(yíng)管理和養(yǎng)護(hù)檢修條件下橋梁的運(yùn)營(yíng)安全狀況。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)路網(wǎng)上參評(píng)橋梁的運(yùn)營(yíng)安全狀況得分進(jìn)行排序，針對(duì)不同運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)的橋梁給予不同的風(fēng)險(xiǎn)觸發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)分達(dá)到風(fēng)險(xiǎn)控制閾值時(shí)，橋梁運(yùn)營(yíng)管理部門就應(yīng)及時(shí)采用相應(yīng)的技術(shù)整治、管控措施，提高橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理效能，通過(guò)管控橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)要素、提高結(jié)構(gòu)安全度、安全設(shè)施補(bǔ)給以及其他保障措施，實(shí)現(xiàn)橋梁運(yùn)營(yíng)事故發(fā)生率最低、風(fēng)險(xiǎn)隱患最少、事故損失最小，從而確保路網(wǎng)的安全可靠和高效暢通,其風(fēng)險(xiǎn)管控架構(gòu)如圖1所示。

圖1 橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)機(jī)理解析Fig.1 Analysis of bridge operation risk mechanism

2 橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分

2.1 安全設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的內(nèi)涵

橋梁在區(qū)域路網(wǎng)中承擔(dān)的作用越大，發(fā)生運(yùn)營(yíng)事故后帶來(lái)的損失越大，以往對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)不加區(qū)分的評(píng)價(jià)方法，忽略了橋梁的運(yùn)營(yíng)安全需求因橋梁的重要度、橋跨規(guī)模、運(yùn)營(yíng)環(huán)境的不同，其風(fēng)險(xiǎn)控制閾值、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)也有所不同，無(wú)法正確地指導(dǎo)橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理[12]。橋梁運(yùn)營(yíng)的風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)、風(fēng)險(xiǎn)嚴(yán)重程度與橋梁重要度、橋梁長(zhǎng)度和運(yùn)營(yíng)時(shí)速3項(xiàng)指標(biāo)密切相關(guān)，本研究根據(jù)橋梁在區(qū)域交通網(wǎng)中的重要性和事故災(zāi)害對(duì)橋梁的危害程度，在參照橋梁運(yùn)營(yíng)時(shí)速、橋梁長(zhǎng)度的基礎(chǔ)上，將橋梁按一定的安全標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分。

2.2 分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

(1) 對(duì)于橋梁重要度，根據(jù)橋梁在區(qū)域路網(wǎng)中的重要性，將橋梁重要度分成幾個(gè)級(jí)別，見(jiàn)表1。

(2) 對(duì)于橋梁長(zhǎng)度，根據(jù)目前我國(guó)現(xiàn)行規(guī)范的橋梁特征長(zhǎng)度，橋梁分類為4個(gè)等級(jí)，為了適應(yīng)我國(guó)超特大橋梁(如港珠澳大橋)的建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理需要，在現(xiàn)行橋梁分類的基礎(chǔ)上，綜合考慮橋梁建設(shè)復(fù)雜程度、運(yùn)營(yíng)管理風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，引入一個(gè)新的橋梁特征長(zhǎng)度(橋跨總長(zhǎng)L=10 000 m，單孔橋跨LK=500 m)，基于此，將橋梁分類劃分為以下5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表2。

表1 橋梁重要度劃分Tab.1 Division of bridge importance

表2 橋梁長(zhǎng)度分類Tab.2 Classification of bridge lengths

(3) 橋梁路段的運(yùn)營(yíng)速度(設(shè)計(jì)速度)與事故嚴(yán)重程度、事故發(fā)生概率密切相關(guān)，隨著車速越高、車輛動(dòng)能愈大，高速行駛會(huì)引發(fā)更嚴(yán)重的事故代價(jià)和致死率。本研究將離散的設(shè)計(jì)速度指標(biāo)換算成單車道基準(zhǔn)通行能力，以利于將橋梁重要度與設(shè)計(jì)速度(單車道基準(zhǔn)通行能力)融合分析；根據(jù)事故重傷率、致死率與車速的相關(guān)研究，當(dāng)車速達(dá)到95 km/h 后事故重傷率呈現(xiàn)快速增加，車速突破112 km/h 后事故的死亡率則是驚人的[18-19]，基于此，將橋梁運(yùn)營(yíng)速度(設(shè)計(jì)速度)劃分為5個(gè)等級(jí)，見(jiàn)表3。

表3 橋梁設(shè)計(jì)速度分級(jí)Tab.3 Division of bridge design speeds

為完善橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分理論、科學(xué)合理地指導(dǎo)橋梁運(yùn)營(yíng)管理，本研究結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)特征和破壞規(guī)律，以橋梁?jiǎn)慰卓鐝阶鳛轱L(fēng)險(xiǎn)函數(shù)的評(píng)價(jià)基本單元，將橋梁不同安全等級(jí)區(qū)域劃分的風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)[12]定義為：Ft=C×N×LK，式中：C為橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境修正系數(shù)，N為橋梁斷面設(shè)計(jì)基準(zhǔn)單車道交通量[pcu/(h·ln)]，LK為單孔跨徑。根據(jù)橋梁重要度、車速與事故嚴(yán)重程度、橋跨長(zhǎng)度與運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)水平的相關(guān)研究，基于橋梁專家調(diào)查的風(fēng)險(xiǎn)聚類分析，將橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分為Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ級(jí)。

Ⅰ級(jí)：Ft≥1 100 000 pcu·m/(h·ln)或多孔跨徑總長(zhǎng)超過(guò)10 000 m；

Ⅱ 級(jí)：1 100 000 pcu·m/(h·ln)>Ft≥322 500 pcu·m/(h·ln)或多孔跨徑總長(zhǎng)10 000≥L>1 000；

Ⅲ級(jí)：322 500 pcu·m/(h·ln)>Ft≥72 000 pcu·m/(h·ln)或多孔跨徑總長(zhǎng)1 000≥L≥100；

Ⅳ級(jí)：72 000 pcu·m/(h·ln)>Ft≥29 700 pcu·m/(h·ln)或多孔跨徑總長(zhǎng)100>L>30；

Ⅴ級(jí)：Ft<29 700 pcu·m/(h·ln)或多孔跨徑總長(zhǎng)30≥L≥8。

橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)應(yīng)在規(guī)劃階段明確，并作為橋梁設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)管理的重要依據(jù)。

3 橋梁運(yùn)營(yíng)安全狀況評(píng)價(jià)

3.1 不同安全設(shè)防等級(jí)橋梁的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

在剖析國(guó)內(nèi)外橋梁運(yùn)營(yíng)安全事故、橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的事故致因理論研究的基礎(chǔ)上，將誘發(fā)橋梁運(yùn)營(yíng)事故的高頻風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)作為安全評(píng)價(jià)模型的核心，提出了融合橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)特征的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系“橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況U1、橋梁道路設(shè)施U2、交通因素U3、橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境U4、機(jī)電系統(tǒng)U5、管理制度U6”，提高了橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理的風(fēng)險(xiǎn)針對(duì)性和可操作性。

(1)不同運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)的橋梁，其評(píng)價(jià)指標(biāo)的側(cè)重點(diǎn)不盡相同，應(yīng)該將誘發(fā)橋梁運(yùn)營(yíng)事故的高頻風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)作為安全評(píng)價(jià)模型的聚焦點(diǎn)。

(2)對(duì)于Ⅴ級(jí)橋梁，其橋跨較小，車輛在橋上運(yùn)行時(shí)間很短暫，道路平縱指標(biāo)、管理制度、機(jī)電系統(tǒng)等對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全的敏感程度較小，此類橋梁的運(yùn)營(yíng)安全大多取決于橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況、交通因素、安全防護(hù)設(shè)施、橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境等。

(3)對(duì)于Ⅰ、Ⅱ級(jí)橋梁，其橋跨規(guī)模較大，道路平縱指標(biāo)、管理制度、機(jī)電系統(tǒng)等部分對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全的影響卻不可忽視。通過(guò)對(duì)專家的咨詢與事故致因理論分析，認(rèn)為不同安全設(shè)防等級(jí)橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)選取具體如表4所示。

3.2 橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的內(nèi)涵及評(píng)分要點(diǎn)3.2.1 橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況

在收集橋梁設(shè)計(jì)、歷史記錄、災(zāi)害信息以及檢測(cè)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，由橋梁結(jié)構(gòu)專家組在綜合考慮不同橋型結(jié)構(gòu)的抗連續(xù)倒塌、橋墩抗撞、抗傾覆及其結(jié)構(gòu)安全裕度條件[20]，根據(jù)現(xiàn)行的橋梁檢測(cè)養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范、指南，對(duì)參評(píng)橋梁進(jìn)行橋梁構(gòu)件、橋梁部件、橋梁?jiǎn)卧?、全?個(gè)層次[21]的安全技術(shù)狀況評(píng)分；擬定的評(píng)分限界有5個(gè)等級(jí)：一類橋[90,100)，二類橋[80,90)，三類橋[60,80)，四類橋[40,60)，五類橋[0,40)，具體見(jiàn)表5。

表4 不同安全設(shè)防等級(jí)的橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.4 Bridge operation risk evaluation indicators with different safety fortification levels

3.2.2橋梁道路設(shè)施

在收集參評(píng)橋梁的道路設(shè)計(jì)資料、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)檢測(cè)數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，由道路交通專家組根據(jù)現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)范、檢測(cè)養(yǎng)護(hù)分級(jí)指南，對(duì)參評(píng)橋梁進(jìn)行道路設(shè)施的安全技術(shù)狀況評(píng)分；擬定的評(píng)分界限有4個(gè)等級(jí)：一類[80,100)，二類[60,80)，三類[40,60)，四類[0,40)，結(jié)合橋梁運(yùn)營(yíng)安全事故致因理論，以下評(píng)價(jià)內(nèi)容應(yīng)給予重點(diǎn)關(guān)注。

(1) 平面線型

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①橋梁平面線形設(shè)計(jì)是否符合相應(yīng)規(guī)范、整體線形是否平順;②是否較好地滿足停車視距、會(huì)車視距;③橋梁路段的平曲線是否設(shè)有超高段、超高值是否大于2.0%。

(2) 縱斷面線型

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①橋梁縱坡是否符合相應(yīng)規(guī)范、平縱組合是否合理均衡;②橋梁縱坡坡度過(guò)大、是否滿足〔0.3%～3.0%〕;③根據(jù)降雨強(qiáng)度和縱坡、橫坡，判斷橋梁排水是否良好。

(3) 路面狀況

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①橋面鋪裝承載能力是否滿足車輛荷載通行要求;②橋面鋪裝是否具有足夠的抗滑力以滿足雨季通行安全;③橋面平整度是否滿足規(guī)范要求;④對(duì)橋面破損的控制和養(yǎng)護(hù)是否滿足規(guī)范要求。

(4) 安全標(biāo)志標(biāo)線等設(shè)施

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否針對(duì)橋梁通行路段制定了安全標(biāo)志標(biāo)線設(shè)施;②安全標(biāo)志標(biāo)線設(shè)施布局是否合理;③橋梁事故多發(fā)段、事故黑點(diǎn)、彎道陡坡等是否進(jìn)行加強(qiáng)引導(dǎo);④安全標(biāo)志標(biāo)線設(shè)施的完好率是否滿足安全要求。

表5 橋梁結(jié)構(gòu)損傷評(píng)分表Tab.5 Scores of bridge structural damages

(5) 安全防護(hù)設(shè)施

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①針對(duì)橋梁路段的安全防護(hù)設(shè)施整體布置方案是否合理;②針對(duì)橋梁臨崖、臨水、跨越高等級(jí)道路、人員密集區(qū)等很可能發(fā)生嚴(yán)重傷亡事故的路段，是否根據(jù)路段的設(shè)計(jì)速度、大型車比例，以及陡坡彎道路段，采用了符合防撞等級(jí)的護(hù)欄;③橋梁安全防護(hù)設(shè)施完好率。

(6) 信息發(fā)布系統(tǒng)

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否針對(duì)橋梁安全設(shè)防等級(jí)，依據(jù)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置信息發(fā)布系統(tǒng);②是否建立及時(shí)、可靠的信息發(fā)布機(jī)制;③信息發(fā)布裝置的布設(shè)位置、覆蓋率、完好率是否滿足保證橋梁運(yùn)營(yíng)安全的需要。

3.2.3交通因素

(1) 交通量

定義：指參與評(píng)價(jià)橋梁的年/月平均高峰小時(shí)單車道的交通量。

評(píng)價(jià)內(nèi)容：橋梁路段交通量狀況的評(píng)分是在綜合考慮道路等級(jí)、設(shè)計(jì)速度等基礎(chǔ)上，結(jié)合現(xiàn)行規(guī)范指南，根據(jù)參評(píng)橋梁的實(shí)際交通量調(diào)查結(jié)果，參照表6執(zhí)行。

表6 交通量評(píng)分表Tab.6 Scores of traffic volumes

(2) 交通組成

① 大型車的組成比例對(duì)車流的穩(wěn)定、有序、安全運(yùn)行有著較大的影響，不僅是大車型本身存在不安全因素(危險(xiǎn)物品運(yùn)輸?shù)?，實(shí)際上隨著車流中大型車比例的提高，車流的行車效率也會(huì)越低、行車風(fēng)險(xiǎn)會(huì)越高，結(jié)合現(xiàn)有的相關(guān)研究成果，其安全狀況評(píng)定可參照表7執(zhí)行。

表7 交通組成評(píng)分Tab.7 Scores of traffic composition

② 橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中針對(duì)危險(xiǎn)品運(yùn)輸車的影響分級(jí)，需根據(jù)橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能遭遇的危險(xiǎn)品本身性質(zhì)、運(yùn)輸量，結(jié)合橋梁的陸域、水域分析，由專家組成員作危險(xiǎn)品運(yùn)輸專題研究，以量化突發(fā)性事件對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)的影響程度分級(jí)。

③ 行人和非機(jī)動(dòng)車的暴露程度

評(píng)價(jià)內(nèi)容：行人和非機(jī)動(dòng)車的暴露程度對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全有著較大的干擾，其安全狀況評(píng)定可參照表8執(zhí)行。

表8 行人、非機(jī)動(dòng)車的影響評(píng)分Tab.8 Scores of influence of pedestrians and bicycles

3.2.4橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境

評(píng)價(jià)內(nèi)容：指橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程遭遇的突發(fā)性災(zāi)害天氣(強(qiáng)風(fēng)、暴雨、冰雪、霧霾等)或洪水、汽車、船舶撞擊等突發(fā)性事件的影響程度分級(jí)[10],具體見(jiàn)表9所示。

表9 橋梁運(yùn)營(yíng)災(zāi)害性天氣的影響評(píng)分Tab.9 Scores of influence of severe weather on bridge operation

針對(duì)洪水、車輛、船舶撞擊等突發(fā)性事件的影響，需根據(jù)橋梁運(yùn)營(yíng)過(guò)程中可能遭遇的最大洪水流量、通航船舶噸位、最大汽車撞擊力，結(jié)合橋型、橋跨布置、橋墩抗撞擊分析，由專家組成員作專題研究，以量化船舶撞擊、洪水等突然事件對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)的影響程度分級(jí)。

3.2.5機(jī)電系統(tǒng)

(1) 照明系統(tǒng)

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①橋梁路段的夜間照明效果是否滿足安全行車的要求；②照明設(shè)施的完好率是否滿足要求；③照明設(shè)備的維護(hù)頻率是否滿足要求。

(2) 日常監(jiān)控、測(cè)速系統(tǒng)

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否依據(jù)規(guī)范在橋梁路段設(shè)置相應(yīng)的監(jiān)控、測(cè)速設(shè)施；②監(jiān)控、測(cè)速設(shè)備的設(shè)置位置是否合理；③監(jiān)控、測(cè)速設(shè)備的完好率是否滿足要求；④對(duì)監(jiān)控及測(cè)速設(shè)備的維護(hù)頻率是否滿足要求。

3.2.6管理制度

(1) 安全防范措施

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否針對(duì)參評(píng)橋梁的運(yùn)營(yíng)安全現(xiàn)狀進(jìn)行了全面診斷，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)要素、事故分布特征進(jìn)行分析評(píng)估；②是否針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)管理人員及駕駛員進(jìn)行了安全知識(shí)、法律教育等；③是否制定了針對(duì)橋梁路段的運(yùn)營(yíng)安全保障體系。

(2) 緊急預(yù)案

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否針對(duì)橋梁路段建立了系統(tǒng)可靠的救援體系；②是否針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)事故建立了有效的救援預(yù)案；③是否針對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)緊急事件設(shè)置了必要的救援醫(yī)療器材；④橋梁運(yùn)營(yíng)緊急事件的信息發(fā)布、事故反饋機(jī)制是否暢通可靠。

(3) 管理人員專業(yè)素養(yǎng)

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理制度是否健全完善；②橋梁運(yùn)營(yíng)管理人員的專業(yè)素養(yǎng)、安全知識(shí)是否考核通過(guò)；③是否對(duì)橋梁安全運(yùn)營(yíng)管理方法、事故預(yù)防和應(yīng)急管理及操作規(guī)程等方面進(jìn)行了系統(tǒng)性的培訓(xùn)。

(4) 車輛安全管理

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①是否針對(duì)橋梁路段建立了可靠運(yùn)行的機(jī)動(dòng)車安全管理體制，包括治超、限速、線路規(guī)劃等；②是否建立了面向大貨車、載重車、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車輛的橋梁通行管理辦法；③是否建立橋梁運(yùn)營(yíng)事故的機(jī)動(dòng)車審查制度。

(5) 安全管理專家思想庫(kù)

評(píng)價(jià)內(nèi)容：①對(duì)于特大型橋梁的運(yùn)營(yíng)安全管理顧問(wèn)是否涵蓋多學(xué)科、多風(fēng)險(xiǎn)領(lǐng)域的專家；②針對(duì)特大橋梁的事故整治是否根據(jù)專家組提出的方案進(jìn)行了全面隱患治理及驗(yàn)收；③是否每年進(jìn)行橋梁運(yùn)營(yíng)事故隱患全面排查，并形成技術(shù)報(bào)告；④對(duì)于特大型橋梁是否每年都開(kāi)展橋梁運(yùn)營(yíng)安全及事故預(yù)防教育。

3.3 模糊綜合評(píng)判方法介紹

本研究的橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)綜合指標(biāo)集為U，其中i、j表示各級(jí)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)集的指標(biāo)數(shù)，上、下級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)的關(guān)系如下：Ui={Ui1,Ui2,Ui3…Uij}，不同安全設(shè)防等級(jí)的橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)詳見(jiàn)表4。

以往AHP法在運(yùn)用過(guò)程中常會(huì)出現(xiàn)判斷矩陣的一致性檢驗(yàn)錯(cuò)誤，進(jìn)而導(dǎo)致決策失敗[12]。傳統(tǒng)判斷矩陣的構(gòu)造方法由于選定的標(biāo)度被固化，往往引起原先有差別的各個(gè)比選方案在比較過(guò)程中失去差別，本研究采用標(biāo)度擴(kuò)展法構(gòu)造判斷矩陣，比例標(biāo)度見(jiàn)表10，無(wú)需進(jìn)行一致性檢驗(yàn)，排序向量、權(quán)重向量易于獲取，提高了AHP方法的可操作性和決策效率。

表10 比例標(biāo)度Tab.10 Proportional scaling

對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)中的同一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)，根據(jù)評(píng)價(jià)指標(biāo)可能引起的事故嚴(yán)重程度，進(jìn)行不減方式的排序，假設(shè)順序?yàn)閁1≥U2≥U3…≥Un，分析風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)Ui與Ui+1的重要性比值，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)間重要程度的傳遞性測(cè)算出判斷矩陣中其他風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)的值，具體步驟如下：

(1)定義判斷矩陣b=(bij)n×n且bij=0(i，j=1，2，…，n)，特征向量β=(β1,β2,…，βn)T且βi=0(i，j=1，2，…，n)；

(2)根據(jù)專家組的評(píng)估意見(jiàn)，風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)U1、U2、U3…Un進(jìn)行兩兩對(duì)比后，進(jìn)行不減方式的排序，設(shè)為U1≥U2≥U3…≥Un；

(3)根據(jù)已經(jīng)排列的順序U1≥U2≥U3…≥Un，按照i=1，2，…，n-1，分別比較Ui與Ui+1的重要性比值，寫(xiě)出標(biāo)度值ti；

(4)構(gòu)造判斷矩陣b

①給i，j賦初值，令i=1，2，3，…，n；j=1，2，3，…，n；

②若i=j，則bij=1；

③若i≠j，則bij=ti×ti+1×ti+2…tj-1(i≠j)，且bij=1/bj；

(5)計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax及特征向量β；

(6)規(guī)范化特征向量，得出對(duì)應(yīng)的值為U1≥U2≥U3…≥Un的權(quán)值向量。

由上計(jì)算得到橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)集U={U1，U2，…，Un}對(duì)應(yīng)的權(quán)值向量為X=(X1，X2，…，Xn)，根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)資料、年度檢測(cè)報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查等，由專家組評(píng)分，得到運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)分向量S=(S1，S2，…，Sn)T，基于此，得出橋梁運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)值為:

(1)

橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全分級(jí)見(jiàn)表11。

表11 橋梁運(yùn)營(yíng)安全系統(tǒng)評(píng)分Tab.11 Scores of bridge operation safety system

4 實(shí)例分析

某城市快速路獨(dú)柱墩高架橋，建成運(yùn)營(yíng)期為2 a，設(shè)計(jì)時(shí)速60 km/h，橋梁的單車道設(shè)計(jì)交通量為1 800 pcu/(h·ln)，橋梁總長(zhǎng)20×30=600 m，地面層為城市主干路，交通繁忙，屬于高風(fēng)險(xiǎn)運(yùn)營(yíng)環(huán)境，橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境修正系數(shù)C取1.3，按照風(fēng)險(xiǎn)函數(shù)公式Ft=C×N×LK=1.3×30×1 800=70 200 pcu·m/(h·ln)，其多孔跨徑總長(zhǎng)1 000≥L≥100，橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防為Ⅲ級(jí)。

參照表4，其運(yùn)營(yíng)綜合指標(biāo)集與其下級(jí)指標(biāo)滿足：U={U1，U2，U3，U4，U5，U6}={橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況、橋梁道路設(shè)施、交通因素、橋梁運(yùn)營(yíng)環(huán)境、機(jī)電系統(tǒng)、管理制度}。根據(jù)調(diào)查結(jié)果，該高架橋的平縱設(shè)計(jì)指標(biāo)優(yōu)良，測(cè)速監(jiān)控、防撞設(shè)施、夜間照明誘導(dǎo)等較為完善，年月平均高峰小時(shí)斷面單車道交通量V/C≈0.7，高架橋的夜間載重貨車比例較高，超載現(xiàn)象較為普遍，高架橋沒(méi)有制定針對(duì)載重車的橋梁通行管理辦法和緊急預(yù)案，高架橋局部路段的橋墩無(wú)防撞保護(hù)，橋梁道路領(lǐng)域5位專家結(jié)合該橋梁的設(shè)計(jì)資料、年度檢測(cè)報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地勘查，對(duì)表4中各部分組成進(jìn)行打分,評(píng)分結(jié)果見(jiàn)表12和圖2。

然后，依據(jù)5位專家意見(jiàn)，進(jìn)行兩兩比較，得出一致性的因素排序結(jié)果，依照不減方式排序：U1>U3=U6≥U4≥U2=U5，根據(jù)表10的比例標(biāo)度，U1比U3強(qiáng)烈重要，則t1=1.6；U3比U6相同重要，則t2=1.0；……,依此類推，采用標(biāo)度拓展法構(gòu)造判別矩陣b：

b=

表12 橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重及專家打分情況Tab.12 Relative weights of different risk evaluation indicators of bridge operation system and expert evaluation scores

表13 標(biāo)度擴(kuò)展法權(quán)重分配表Tab.13 Weight assignment based on scale-extending method

圖2 橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值Fig.2 Scores of bridge operation risk evaluation indicators

圖3 橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的合成權(quán)重Fig.3 Synthetic weighs of bridge operation risk evaluation indicators

圖4 橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各評(píng)價(jià)指標(biāo)的安全改善空間排序Fig.4 Sorting of safety improvement space of evaluation indicators for bridge operation system

橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)合成權(quán)重如圖3所示。從橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)各評(píng)價(jià)要素的安全改善空間排序可以發(fā)現(xiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況、交通組成(大型車比例)、車輛交通安全管理、交通量以及橋下防撞設(shè)施的完備率對(duì)該橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)的安全影響較大，如圖4所示。其指標(biāo)改善空間的比重達(dá)74.7%，橋型結(jié)構(gòu)先天性的不足影響了其橋梁結(jié)構(gòu)技術(shù)狀況得分，獨(dú)柱墩高架橋?qū)Τd車輛較為敏感，其結(jié)構(gòu)的抗傾覆等能力稍差，同時(shí)獨(dú)柱墩高架橋在局部路段橋墩防撞設(shè)施缺失的情況下，容易出現(xiàn)汽車撞擊橋墩后的結(jié)構(gòu)失穩(wěn)，針對(duì)上述風(fēng)險(xiǎn)要素的管控，可通過(guò)對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)改造加固(提高抗傾覆性能)、嚴(yán)查超載、加強(qiáng)執(zhí)法、制定針對(duì)載重車的橋梁通行管理辦法及緊急預(yù)案、保證高架橋橋墩防撞設(shè)施的完好率等措施提高該快速路獨(dú)柱墩高架橋的運(yùn)營(yíng)安全狀況。

5 結(jié)論

(1)本研究提出了以橋梁重要度、橋梁跨徑和設(shè)計(jì)速度(單車道基準(zhǔn)通行能力)3項(xiàng)指標(biāo)作為橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分的主要指標(biāo)，依此構(gòu)建了橋梁運(yùn)營(yíng)安全設(shè)防等級(jí)劃分的判別函數(shù)，給出了相應(yīng)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，更符合橋梁運(yùn)營(yíng)管理的實(shí)際內(nèi)涵和管理需求，對(duì)不同安全設(shè)防等級(jí)的橋梁設(shè)置不同的風(fēng)險(xiǎn)控制閾值，或?qū)β肪W(wǎng)中同一安全設(shè)防等級(jí)的橋梁安全狀況分值排序，將資金投入到最迫切提高安全度的橋梁，提高橋梁運(yùn)營(yíng)安全管理效能。

(2)從橋梁運(yùn)營(yíng)安全現(xiàn)狀出發(fā)，結(jié)合事故致因理論、層次分析法，提出了融合橋梁風(fēng)險(xiǎn)特征的運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用標(biāo)度擴(kuò)展法實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)間的權(quán)重分配，應(yīng)用基于專家評(píng)判的綜合評(píng)估，實(shí)現(xiàn)了對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全狀況的定量評(píng)價(jià)。

(3)初步構(gòu)建了橋梁運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)管理的整體架構(gòu)，橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的結(jié)果可以清楚直觀地了解到在當(dāng)前運(yùn)營(yíng)管理和養(yǎng)護(hù)檢修條件下橋梁的運(yùn)營(yíng)安全狀況，通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)影響權(quán)重較高、安全評(píng)分較低的指標(biāo)進(jìn)行深入分析并提出切實(shí)可行的安全對(duì)策，改善了以往橋梁運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法評(píng)判機(jī)理模糊、成因難溯的不利局面?？傮w而言，橋梁運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法理論清晰，算法簡(jiǎn)單，可移植性強(qiáng)，基于全要素的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)能較好鑒別運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)較高的橋梁，同時(shí)橋梁運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)安全改善空間指標(biāo)對(duì)橋梁風(fēng)險(xiǎn)要素具有較高的識(shí)別精度和風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別效率。

(4)在進(jìn)一步研究中，可從完善橋梁風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)的構(gòu)成體系、深化評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重分配方法、橋梁運(yùn)營(yíng)安全評(píng)價(jià)模型的驗(yàn)證、臨界風(fēng)險(xiǎn)控制閾值標(biāo)定等方面入手，對(duì)橋梁運(yùn)營(yíng)安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的整體架構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)充與優(yōu)化。