對在役橋梁風(fēng)險損失的量化研究

呂娜娜 LV Na-na；郝偉 HAO Wei

（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730070）

（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

對在役橋梁風(fēng)險損失的量化研究

呂娜娜 LV Na-na；郝偉 HAO Wei

（蘭州交通大學(xué)土木工程學(xué)院，蘭州 730070）

（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

現(xiàn)階段的橋梁風(fēng)險評估大多集中于設(shè)計和施工階段，但對運營階段的在役橋梁評估的不夠，所以為了評估在役橋梁的風(fēng)險損失模型，總結(jié)出了導(dǎo)致在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件的風(fēng)險因素，定性的概括了橋梁事故按維修程度的損傷分類。根據(jù)資產(chǎn)評估法給出了橋梁結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、財產(chǎn)的損失模型，并提出了橋梁重建模型涉及剩余價值及重建成本兩項費用。將支付意愿法的不同行業(yè)人員的生命價值模型引入了工程風(fēng)險評估領(lǐng)域。在役橋梁風(fēng)險損失模型的建立為在役橋梁風(fēng)險的評估工作提供了幫助，并為今后的在役橋梁風(fēng)險損失模型的深入研究給予了參考。

在役橋梁；風(fēng)險事件；損失模型

0 引言

隨著交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展及各種高架橋、跨海大橋等大型復(fù)雜橋梁的施工及投入使用，橋梁在交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中扮演了重要的角色。與此同時，由于交通量的增加以及社會及自然環(huán)境的復(fù)雜化、不穩(wěn)定化等因素，使橋梁的風(fēng)險研究面臨著新的、更巨大的挑戰(zhàn)。而往往是在橋梁的結(jié)構(gòu)特點，通行量大且人們毫無安全防范意識等種種的不利條件下，橋梁在運營期間一旦發(fā)生風(fēng)險事件，各個風(fēng)險主體的損失將是巨大的。如美國《時代周刊》在2007年評選出的世界十大塌橋事故都是發(fā)生在橋梁的運營期。因此識別出橋梁在運營期間的風(fēng)險因素，對風(fēng)險損失進行有效的評估量測，一方面為事前應(yīng)對決策提供參考；另一方面在風(fēng)險事件發(fā)生后能快速確定風(fēng)險損失進而采取下一項應(yīng)對措施。可見對在役橋梁風(fēng)險問題的識別并對其損失模型進行研究是非常必要的。

1 在役橋梁面臨的風(fēng)險因素及風(fēng)險事件發(fā)生后的損傷程度

1.1 造成在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件的因素 各種潛在的不確定性都有引發(fā)橋梁事故的可能，從事故學(xué)的角度，任何事故的發(fā)生都是一個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是多因素共同作用的結(jié)果，但總會有一個首要因素，在對在役橋梁的風(fēng)險事件進行分析歸納時，均根據(jù)其首要因素。

造成橋梁風(fēng)險事件的因素有很多，根據(jù)相關(guān)文獻[2-3]歸納有設(shè)計原因、施工原因、材料原因、維護原因、外部原因及其他原因。設(shè)計及施工階段的因素可以通過規(guī)范設(shè)計和施工過程來避免；而材料原因是受氣候和環(huán)境的影響，導(dǎo)致材料性能發(fā)生變化，造成橋梁失效事故，但是這一風(fēng)險因素可以在設(shè)計階段合理規(guī)避；維護原因是管理單位對橋梁的檢測、維護及加固不到位造成的橋梁風(fēng)險事故；外部原因則是指不可抗力如地震、洪災(zāi)等引起的橋梁事故；其他原因是以上原因之外的更具偶然性的因素，如人為蓄意破壞。

除去設(shè)計施工不當(dāng)和材料的因素，對各種造成橋梁在運營期發(fā)生風(fēng)險事件的因素重新歸納總結(jié)后，可分為自然風(fēng)險因素和人為風(fēng)險因素。自然因素主要有洪水、地震、泥石流、腐蝕事故等，人為因素有養(yǎng)護、管理、過載、技術(shù)等。詳細分類如表1所示。

重大事故發(fā)生時通常會導(dǎo)致一系列后續(xù)事故的發(fā)生，比如遇到大風(fēng)或者地震事故時，可能會導(dǎo)致車輛、船只碰撞事故的發(fā)生，即事故的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。

1.2 風(fēng)險事件發(fā)生后橋梁的損傷程度 損傷程度能夠衡量事故的嚴(yán)重程度，在橋梁風(fēng)險事故分析中常用定性的損傷程度分類。根據(jù)文獻資料，Kumalasari（Kumalasari，2003）[4]將橋梁事故損傷程度分為部分損傷、部分倒塌、全部倒塌和損傷程度不明確。Fu C.C和Burhouse[5]把橋梁的損傷程度分為三個等級：一級，有擦痕；二級，有小裂縫但不影響橋梁繼續(xù)使用，不需要立即維修；三級，影響橋梁正常使用，需要立即維修。綜合以上兩種分類方式，將橋梁損傷程度按維修程度分為：①不需維修。無明顯損傷跡象，不需要維修處理。②需要維修。次要構(gòu)件有損傷，需要維修，但不影響正常使用。③立即維修。主要構(gòu)件損傷，需要立即維修，不能夠正常使用。④倒塌。結(jié)構(gòu)全部倒塌，需要重建。

表1 橋梁事故分類

2 在役橋梁風(fēng)險損失模型

因橋梁運營期的風(fēng)險事故有極大的不確定性，自然因素造成的風(fēng)險無法避免，而人為因素造成的風(fēng)險可以控制，也是必須要控制的。在風(fēng)險評估中，風(fēng)險的兩大重要因素是風(fēng)險損失及風(fēng)險概率，而風(fēng)險值表示為風(fēng)險事件發(fā)生概率和風(fēng)險事件發(fā)生損失的乘積的形式：

VR為風(fēng)險值；PR風(fēng)險事件概率；LR風(fēng)險損失。

因此對在役橋梁風(fēng)險事件發(fā)生的損失模型的建立是非常必要的。風(fēng)險損失分為經(jīng)濟損失和非經(jīng)濟損失兩類。經(jīng)濟損失有橋梁結(jié)構(gòu)損傷、橋梁附屬結(jié)構(gòu)損傷、橋上流動財產(chǎn)損傷、其它經(jīng)濟損失；非經(jīng)濟損失有生命損傷、環(huán)境影響和社會影響三種。

圖1風(fēng)險損失分類

經(jīng)濟損失可以直接估算，非經(jīng)濟損失難以直接估算，采用后果當(dāng)量化的方法轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟損失。

Lb橋梁結(jié)構(gòu)損失；Ls橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失；Lp橋上流動財產(chǎn)損失；Lo其它經(jīng)濟損失；Ll生命損傷；Le環(huán)境影響；Lw社會影響。

2.1 橋梁結(jié)構(gòu)損失模型 根據(jù)對橋梁損傷程度分類，有不同損傷程度的損失模型：

①橋梁基本無損傷時，橋梁不需維修。

②構(gòu)件損傷，橋梁需要維修

C1i為第個構(gòu)件的恢復(fù)費用。

參考資產(chǎn)評估中的成本評估方法

C構(gòu)件的重置成本，即修復(fù)或者重建構(gòu)件所需的費用（如涉及設(shè)計、監(jiān)理等費用，均含在此項）；β構(gòu)件的成新率，即新舊程度的比率，β=（n-n′）/n×100%，n 規(guī)定使用年限，n′已使用年限。

風(fēng)險事件發(fā)生后，橋梁各個構(gòu)件的損失程度不一，考慮到結(jié)構(gòu)的損失率。α為結(jié)構(gòu)的損失率α∈[0，1]，上（4）式變?yōu)?/p>

構(gòu)件損傷，橋梁需要維修時的損失模型為：

③橋梁需要重建：一座橋梁的建造耗資大，用時長，且與公眾的利益密切相關(guān)。因此橋梁重建時的風(fēng)險損失應(yīng)考慮兩部分，橋梁的剩余價值及重建橋梁的成本。

LCC橋梁的全壽命成本。用全壽命成本的方法來衡量橋梁的投資已經(jīng)被廣泛重視，在聯(lián)邦基礎(chǔ)設(shè)施投資指南(Principles of Federal Inderal Infrastructure Investment）中規(guī)定“基礎(chǔ)設(shè)施的投資應(yīng)用全壽命方法來衡量”全壽命成本的表達式

DC為設(shè)計費用，CC為建設(shè)費用，MC為維護費用，RC為風(fēng)險費用，UC為用戶費用，SV為殘值。

Vs為在役橋梁的剩余價值，根據(jù)固定資產(chǎn)的平均年限折舊法，以橋梁結(jié)構(gòu)的失效概率作為折舊率，得到基于可靠度的在役橋梁剩余價值模型[6]：

k為在役橋梁可靠度指標(biāo)，V為在役橋梁的初始價值，Cc為在役橋梁的拆除費用，p為結(jié)構(gòu)失效概率。

2.2 橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失模型 同樣按照成本評估法估算附屬結(jié)構(gòu)損失，公式為

C2i為第i項附屬設(shè)施的恢復(fù)費用，C′為附屬設(shè)施重置成本，可根據(jù)物價指數(shù)估算法得到，λ為物價變動指數(shù)，v為資產(chǎn)初始值，其他符號意義同前。

橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失模型為

橋上流動財產(chǎn)損失模型理論同公式（14），但在實際應(yīng)用中，由于通過橋上的車輛數(shù)量多，計算起來較繁瑣，可以先進行分類再計算

ji為橋上第i種受損的流動財產(chǎn)數(shù)量，其它符號意義同前。

2.3 其它經(jīng)濟損失 其它經(jīng)濟損失為因橋梁維修加固或者重建而間接造成的經(jīng)濟損失，如用戶成本[7]，具體包括橋梁施工使客貨運輸成本提高CY1、使附近相關(guān)公路交通擁擠造成的損失CY2、貨物延長在途時間的損失CY3、旅客延長在途時間的損失CY4、增加交通事故及貨損事故而造成的損失CY5、通行能力降低對相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成的損失CY6。

2.4 生命損傷損失模型 生命損傷損失包括人員死亡損失Cd及人員傷殘損失

人員死亡損失包括價值及創(chuàng)造價值，根據(jù)文獻[8]，因為個人是社會中的一份子，個人為自己創(chuàng)造的價值就是為整個社會創(chuàng)造的價值的一部分，所以人的生命價值等于個人在預(yù)期的剩余工作年限里為個人和社會創(chuàng)造的價值。而創(chuàng)造價值與其所在的行業(yè)有關(guān)，因此根據(jù)不同的行業(yè)，生命價值公式如下

得到在事故中人員死亡的損失模型為

Vj·a為j行業(yè)中a年齡人的生命價值；Yj為評估基準(zhǔn)年份j行業(yè)的個人產(chǎn)值；Ws為個人在年齡x時當(dāng)年的預(yù)期失業(yè)率；Pxa為個人從年齡a存活到年齡x的概率；g為預(yù)期個人產(chǎn)值增長率；r為貼現(xiàn)利率；b為預(yù)期退休年齡。

人員傷殘損失應(yīng)包括醫(yī)療、誤工、護理、交通、住宿、住院伙食補助、營養(yǎng)、殘疾賠償金等，這里只選擇主要損失，醫(yī)療、誤工和殘疾賠償金三項。

2.5 環(huán)境損失模型 由于修建橋梁所用的材料對環(huán)境沒有太大的危害性，且在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件之后對環(huán)境的污染與破壞也很小，一般情況下都是可修復(fù)的。對于在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件造成環(huán)境的損失應(yīng)根據(jù)所處具體環(huán)境估算[9]，表示為下式

Cz為直接環(huán)境損失，如對農(nóng)業(yè)、漁業(yè)的破壞等；Cj為間接環(huán)境損失，如對旅游業(yè)的影響；Cf為環(huán)境治理恢復(fù)的費用。

2.6 社會損失模型 社會損失是橋梁事故發(fā)生對政治、經(jīng)濟、文化所造成的影響，會對民眾心理、公共安全感以及政府公信力產(chǎn)生一定的負面影響，雖具有很大的主觀性，但與橋梁損失、人員傷亡、環(huán)境損失有關(guān)。公式如下

ω為受社會環(huán)境影響產(chǎn)生的放大或縮小的系數(shù)[10]；v為受損傷程度影響造成的公共安全感及政府公信力下降系數(shù)。

3 總結(jié)

在風(fēng)險評估中，風(fēng)險損失評估工作涉及范圍廣，大大增加了評估工作量，因此在對風(fēng)險損失進行評估時，應(yīng)根據(jù)風(fēng)險事件的特點及評估的需要適當(dāng)選擇主要損失，忽略次要損失。風(fēng)險損失模型不僅可用于風(fēng)險事件發(fā)生后對風(fēng)險損失進行快速評估的工作中，還可以用于風(fēng)險事件的事前控制，在對風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上計算風(fēng)險損失，通過得到的風(fēng)險損失值是否在風(fēng)險承擔(dān)者可接受的范圍內(nèi)來決策某項決策的實施與否。同時隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，可以通過在計算機程序內(nèi)預(yù)設(shè)風(fēng)險發(fā)生所需的各項條件來模擬某項風(fēng)險事件的發(fā)生，再利用風(fēng)險損失模型計算模擬事件發(fā)生后的損失。由于風(fēng)險事件的多樣化，造成風(fēng)險損失的多樣化，而有一部分的風(fēng)險損失是難以量化并且難以評估的。風(fēng)險損失的評估是風(fēng)險評估工作中的重要部分，因此風(fēng)險損失模型的建立還需要更深入的研究與細化。

[1]張磊.橋梁風(fēng)險評估體系與公路舊橋風(fēng)險控制措施研究[J].管理論壇,2012,30:178-180.

[2]湯紅霞.面向結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險評估的橋梁事故分類研究[J].公路交通科技,2011,76:52-55.

[3]阮欣.橋梁工程風(fēng)險評估體系及關(guān)鍵問題研究[D].上海:同濟大學(xué),2006.

[4]Fu C.C.,Burhouse,J.R.,Study of Overheight Vehicle Collisions with Highway Bridge.Transportation Research Board,2003:12-16.

[5]Kumalasari Wardhana,Hadipriono F.C.,Analysis of recent bridge failures in the United States.Journal of Performance of Constructed Facilities.2003,17(3):151-158.

[6]陳莘.基于結(jié)構(gòu)可靠度的在役橋梁剩余價值分析研究[J].淮北職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報,2010,9(5):124-126.

[7]郝偉.橋梁加固設(shè)計方案的技術(shù)經(jīng)濟評價研究[J].工程管理學(xué)報,2009,23(2):168-171.

[8]李文鴻.人的生命價值評估的數(shù)學(xué)模型研究[J].漢江大學(xué)學(xué)報,2012,40(1):29-32.

[9]雷旭.在役混凝提橋梁基于風(fēng)險分析的承載能力評估研究[D].長沙:長沙理工,2011.

[10]董曉星.橋梁施工階段風(fēng)險損失量化研究[J].河南科學(xué),2010,29(5):580-582.

Research on Quantification for Loss Degree of Risk in Existing Bridges

The risk evaluation of bridge at present mostly concentrated in design and construction stage.But still lack assessment of existing bridges in the operation stage.In order to assess the loss models of bridge,this paper summarized the factors of risk events occur in existing bridges,generalized the damage classification qualitative based on the degree of servicing in bidge accident,gave the the loss model of bridge structure,accessory structure and property according to the asset appraisal method,proposed that bridge reconstruction model related to the surplus value and the cost of rebuilding two costs,and introduced the the value of life model of willingness to pay approach different industry personnel into project risk assessment.The establishment of the bridge risk cost model provides help for the bridge risk assessment,and gives reference for future in-depth study of the existing bridge risk cost model.

existing bridge；risk events；loss models

呂娜娜（1990-），女，內(nèi)蒙古化德人，碩士研究生；郝偉（1970-），女，陜西西安人，副教授，研究生導(dǎo)師，全國注冊造價工程師、監(jiān)理工程師。

U447

A

1006-4311（2014）11-0116-03