現澆橋梁施工安全風險評估的模糊層次分析法

俞素平

(福建船政交通職業學院道路工程系，福州 350007)

隨著我國交通基礎設施建設規模的持續增長，經濟社會發展方式轉變對工程安全提出了更新更高的要求，生產安全仍然面臨著巨大的壓力和嚴峻挑戰。公路和城市道路橋梁中采用現澆方法施工的占有較大比例，而現澆橋梁高處墜落、坍塌等安全事故時有發生。因此，針對其施工過程中的安全風險評估研究具有重要的理論意義和現實意義。

本文針對現澆橋梁工程特點，分析現澆橋梁施工發生安全事故的主要原因，提出了安全風險評估指標體系，綜合考慮專家的工作經驗、學術背景及對所評估項目了解程度等情況，運用層次分析法確定各級指標的權重。然后，將評價等級量化并構造對應的隸屬函數，進而構建了風險評估模型，并結合實例進行評估分析。

1 現澆橋梁施工安全風險二級綜合評估模型

1.1 評估指標的選取

現澆橋梁施工安全事故主要為高處墜落、坍塌、物體打擊、機械傷害和觸電事故，究其原因主要包括人的因素、物的因素、外部環境因素［1］。在總結現有研究成果的基礎上［2-6］，結合交通運輸部有關要求，以本質安全為出發點，從人員(工作班組)、機械設備、材料、施工現場環境、施工作業工藝技術和現場管理等六個方面對施工安全風險進行歸類、識別［7-8］，建立了包含6個二級指標和24個一級指標的現澆橋梁施工安全風險評估指標體系(表1)。

表1 現澆橋梁施工安全風險評估指標體系

1.2 建立層次結構模型

現澆橋梁施工安全風險評估指標體系是一個二級三層的指標體系(表1):最高層為目標層，表示現澆橋梁施工安全風險的大小;第二層為主準則層，表示現澆橋梁施工安全風險評估中的6個二級評價指標;第三層為次準則層，表示現澆橋梁施工安全風險評估中的24個一級評價指標;第一級評判為次準則層對主準則層的評判，第二級評判為主準則層對目標層的評判。

2 評估指標權重的確定

2.1 確定單個專家的評估指標權重

設某一子指標體系，其評估指標有m個，它構成的集合為 U=(μ1，μ2，…μm)，邀請 L 位專家用層次分析法確定各指標的權重，設第k位(k=1，2，…，L)專家給出的權重向量為:

2.2 計算綜合權重

由于專家工作經驗、學術背景及對所評估項目的了解程度不同，專家的權重也不盡相同。專家自身的權重主要考慮職稱、從事橋梁工程時間、對工程風險理論及方法的熟悉程度及對本橋梁施工方案了解程度而綜合確定，分指標分值按最高取10分，其它按五級制遞減取定(表2)。

表2 專家權重體系

表2中分指標相對權值為分指標對應分值除以分值之和30。

由于職稱、從事橋梁工程時間等幾個指標的重要程度相近，可以認為各指標權重是相同的，將各位專家實際情況對應的分指標相對權值相加，得到每位專家的累計權重，然后求和并歸一化處理，則可得專家自身的權重，記為αk。L位專家確定的評價指標權重綜合在一起得到各評價指標權重的矩陣為:

由各權重數wi(i=1，2，…，m)組成的因素權重集W是因素集U上的模糊子集，可用模糊向量表示為:

3 評價等級隸屬函數的構造

3.1 評定等級的量化

將風險發生的可能性和事故嚴重程度的評價等級為分四級，即評價集為V={A，B，C，D}。為了能夠進行統一處理，將評定等級進行量化處理［9］(表3)。

表3 評定等級量化標準

3.2 隸屬函數的構造

構造模糊隸屬函數的方法很多，主要有模糊統計法、主觀經驗法、指派法、二元對比排序法等四種［10］。本文采用指派法，選用梯形分布隸屬函數，根據表3的評定等級量化標準，構建評價集V={A，B，C，D}對應的隸屬函數:

4 實例應用

選取某高速公路A3合同段永福樞紐互通主線1號橋作為實證研究對象。該橋長114 m，上部采用現澆后張預應力連續箱梁結構，橋梁跨徑組合設計為30+32+32+20 m。梁體設計為單箱二室連續箱梁結構，箱梁高1.8 m，頂寬12 m，底寬7 m，懸臂長2.5 m。除2#墩前后各16 m范圍采用鋼管柱加工字鋼支架法跨越福廈高速，其余均用滿堂支架法現澆施工。

4.1 確定因素集

在表1所建立的風險評價指標體系基礎上，確定因素集。

第一級評判因素:U1=［U11，U12，U13，U14］［U2=［U21，U22，U23］［U3=［U31，U32，U33］［U4=［U41，U42，U43，U44］［U5=［U51，U52，U53，U54，U55］［U6=［U61，U62，U63，U64，U65］。

第二級評判因素:U=［U1，U2，U3，U4，U5，U6］

4.2 權重確定

4.2.1 專家權重的確定

邀請5位橋梁施工方面的專家對本橋梁施工安全進行風險評估，根據每位專家的實際情況及表2的分指標相對權值，確定對應的累計權重，然后求和并歸一化處理，得到每位專家實際權重 αk= ［0.2373 0.2125 0.2001 0.1876 0.1625］，見表 4。

表4 每位專家實際權重

4.2.2 指標權重的計算

首先，請專家分別應用層次分析法(AHP)確定各級指標權重，具體計算可用相關軟件(如 MATLAB或YAAHP0.60)計算。然后，考慮專家的權重αk，根據式(1)計算得到各級指標的最終權重。

4.3 現澆橋梁施工安全風險評估

4.3.1 風險發生可能性估計

(1)一級綜合評價。請評估小組，根據表3評定等級量化標準，結合項目現場實際情況打分。然后根據各指標的分值，按隸屬函數式(3)、式(4)、式(5)、式(6)計算可分別得出一級指標的模糊評判矩陣。如對人員(工作班組)U1下各一級指標的評價結果見表5。

得指標U1的模糊評判矩陣:

表5 指標U1的評價結果

用同樣方法得到指標 U2、U3、U4、U5、U6的模糊評判矩陣:

對風險發生的可能性進行一級模糊綜合評價，如U1的計算:

根據最大隸屬度原則，bmax=b3=0.8413，對應的評價等級為C級。其它指標的評價結果見表6。

表6 一級模糊綜合評價等級指標值及可能性等級

(2)二級綜合評價。

對風險發生的可能性進行二級綜合評價:

B=W°R={0 0.1114 0.7390 0.1496}，根據最大隸屬度原則，bmax=b3=0.7390，對應的評價等級為 C級，即該橋施工安全風險發生的可能性為C級。

4.3.2 事故嚴重程度估計

用同樣的方法，對風險發生的事故嚴重程度進行一級模糊綜合評價，結果見表7。

對風險發生的事故嚴重程度進行二級綜合評價:

表7 一級模糊綜合評價等級指標值及嚴重程度等級

根據最大隸屬度原則，bmax=b3=0.4744，對應的評價等級為C級，即該橋施工安全風險發生的事故嚴重程度為C級。

4.3.3 2號橋施工安全風險評估

本文采用風險矩陣法確定現澆橋梁施工安全風險等級。根據風險事故可能性和事故嚴重程度，將橋梁支架安全風險等級分為四級，建立的風險等級矩陣見表8。在該風險等級矩陣中，Ⅰ級(低度)風險表示可忽略，不需采取風險處理措施和監測;Ⅱ級(中度)風險表示可接受，一般不需采取風險處理措施，但需予以監測;Ⅲ級(高度)風險表示不期望，必須采取風險處理措施降低風險并加強監測;Ⅳ級(極高)風險表示不可接受，必須高度重視，采取切實可行的規避措施并加強監測，否則要不惜代價將風險至少降低到不期望的程度。

表8 風險等級矩陣

1號橋施工安全風險發生的可能性等級為“C”級，事故嚴重程度為“C”級，根據表8可知風險等級為中度Ⅱ級風險，屬于可接受風險，但在施工過程中需予以監測。

5 結論

(1)以本質安全為出發點，從人員(工作班組)、機械設備、材料(構件)、施工現場環境、施工作業工藝技術、現場管理等六個方面建立了現澆橋梁施工安全風險評估指標體系，包括6個二級指標和24個一級指標。

(2)結合多層次模糊評估理論，構建現澆橋梁施工安全風險評估模型，并對某高速公路現澆橋梁施工期安全風險管理工作進行了實證研究，分析結果為下階段采取有針對性的應對措施提供了可靠性依據，提高了企業安全風險管理水平。另外，該方法的提出也為公路工程安全風險評估分析提供了一條新的途徑。

(3)由于現澆橋梁施工安全風險評估是一項復雜的系統工程，考慮因素眾多，是多學科的集成與交叉，仍然存在值得進一步深入研究的問題。評估指標的選取有待進一步調整優化、評價方法如何盡可能減少專家的主觀性有待深入探討。

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