橋梁施工組織設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)策略研究

謝　峰

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司　貴陽(yáng)　550081)

橋梁施工組織設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)策略研究

謝峰

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司貴陽(yáng)550081)

摘要提出基于風(fēng)險(xiǎn)的橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)流程，并按此流程，研究和論述風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策等相關(guān)的理論和應(yīng)用方法。力求能更科學(xué)地反映橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)，并且采取一定的對(duì)策進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理，達(dá)到對(duì)施工過程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理的目的。

關(guān)鍵詞橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)策略

風(fēng)險(xiǎn)的概念在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但引入橋梁工程的時(shí)間比較短，其主要指橋梁從前期設(shè)計(jì)、施工到后期使用過程中，可能出現(xiàn)的各種事故及其出現(xiàn)這種情況的概率的總和。

1基于風(fēng)險(xiǎn)的橋梁施工設(shè)計(jì)目的

面向橋梁施工的風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)，其目的就是在施工組織設(shè)計(jì)的同時(shí)，基于風(fēng)險(xiǎn)的思想，采用風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法對(duì)施工中的方法、工藝、施工機(jī)具、施工管理進(jìn)行分析，保證施工順利進(jìn)行、減少經(jīng)濟(jì)損失、實(shí)現(xiàn)優(yōu)化決策管理。為了實(shí)現(xiàn)這一目的，必須對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)十分清楚，并且分析其發(fā)生的原因以及發(fā)生的概率。通過風(fēng)險(xiǎn)分析，采用風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)緩解等方法，使風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)控制在施工方可接受的范圍以內(nèi)。

2基于風(fēng)險(xiǎn)的橋梁施工設(shè)計(jì)流程研究

傳統(tǒng)意義上的橋梁設(shè)計(jì)，主要是由設(shè)計(jì)方來承擔(dān)，從業(yè)主提供的地質(zhì)、地形、水文等方面的情況出發(fā)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過參照結(jié)構(gòu)的靜力設(shè)計(jì)流程圖，確定基于風(fēng)險(xiǎn)的施工設(shè)計(jì)流程見圖1。在整個(gè)流程中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是一個(gè)對(duì)所評(píng)估的橋梁施工過程出現(xiàn)的事故認(rèn)識(shí)總結(jié)的過程。但是事故各種各樣，不能一一列舉，為了方便研究，對(duì)具有某類特征的一系列事故進(jìn)行共性提取，成為一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，把這些事態(tài)作為后續(xù)分析研究的對(duì)象。

圖1基于風(fēng)險(xiǎn)的施工設(shè)計(jì)流程

風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)是在風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的基礎(chǔ)上，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)發(fā)生后的損失進(jìn)行估計(jì)。風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì)就是對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)出現(xiàn)不確定性的估計(jì)，本質(zhì)就是計(jì)算結(jié)構(gòu)的失效概率。常用的方法有專家調(diào)查法、響應(yīng)面法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。風(fēng)險(xiǎn)損失估計(jì)就是估算風(fēng)險(xiǎn)事件給業(yè)主帶來的損失。一般包括直接損失(包括維修費(fèi)用、人員傷亡等)和間接損失(包括交通延誤、名譽(yù)損失等)。常用的方法主要是定性估計(jì)法和定量估計(jì)法2種。

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估是在對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)過后，考慮風(fēng)險(xiǎn)承擔(dān)者的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度和承受能力，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)程度形成具體的評(píng)價(jià)結(jié)果，以便決策者做出合理的決策。

通過這一流程，對(duì)施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別、評(píng)估，最后拿出各種方案進(jìn)行比較，以期得到整個(gè)橋梁施工過程中風(fēng)險(xiǎn)優(yōu)化的方案。

2.1　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)研究

橋梁的施工過程本身就是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，影響結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險(xiǎn)因素眾多，這些風(fēng)險(xiǎn)因素主要分為以下幾類。

(1) 施工方法及施工機(jī)具因素。現(xiàn)代橋梁隨著跨度越來越大，施工機(jī)具的成敗成為橋梁建設(shè)的關(guān)鍵因素。

(2) 質(zhì)量因素。由于施工因素而導(dǎo)致的橋梁在施工階段的質(zhì)量缺陷都可以歸結(jié)為施工階段的質(zhì)量事故[1]。施工的不確定性為結(jié)構(gòu)帶來各種不同的風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)也滲入到橋梁結(jié)構(gòu)的各個(gè)部分：混凝土結(jié)構(gòu)工程、基礎(chǔ)工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、索工程。

(3) 橋梁施工期間的市場(chǎng)因素。市場(chǎng)的價(jià)格不是固定不變的，隨著價(jià)格的波動(dòng)，會(huì)對(duì)整個(gè)工程的投入產(chǎn)生影響。主要有工人工資的變動(dòng)、施工機(jī)具價(jià)格的變動(dòng)、原材料價(jià)格的變動(dòng)。

(4) 橋梁建設(shè)的資金因素。包括：貸款期數(shù)的變動(dòng)、貸款利率的變動(dòng)、支付進(jìn)度、籌集方式等。對(duì)于影響橋梁施工的諸多風(fēng)險(xiǎn)因素中，后兩類并不是傳統(tǒng)意義上的工程技術(shù)范疇，但是在橋梁施工過程中所起的作用是有目共睹的。

針對(duì)以上幾個(gè)方面，列舉影響橋梁施工過程中的因素，制作問卷調(diào)查表，采用專家調(diào)查法、事故樹、層次分析法等方法，向有經(jīng)驗(yàn)的專家進(jìn)行問卷調(diào)查，進(jìn)行系統(tǒng)分析，最終目標(biāo)是得到一系列橋梁施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，這些風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)不僅囊括整個(gè)施工過程中所發(fā)生的事故，而且是對(duì)它們很好的總結(jié)、歸納、升華。

2.2　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì)研究

對(duì)于工程結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)險(xiǎn)概率可以用結(jié)構(gòu)的失效概率來表示。首先需要確定施工階段的承載力極限狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的失效概率及其概率模式。

2.2.1承載力極限狀態(tài)

根據(jù)我國(guó)結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計(jì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2]，承載力極限狀態(tài)即為對(duì)應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達(dá)到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。在橋梁施工階段，結(jié)構(gòu)發(fā)生如上情況時(shí)，即被認(rèn)為結(jié)構(gòu)失效。針對(duì)失效狀態(tài)，可以計(jì)算結(jié)構(gòu)失效概率。

2.2.2結(jié)構(gòu)失效概率

在計(jì)算風(fēng)險(xiǎn)概率的時(shí)候，首先確定風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)出現(xiàn)的概率，而后采用針對(duì)結(jié)構(gòu)在這一風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的極限狀態(tài)的方程來計(jì)算。

(1)

式中：S為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面在荷載作用下的綜合效應(yīng)；R為結(jié)構(gòu)的抗力；將此概率在S的全域內(nèi)積分，即得

(2)

但是對(duì)于一個(gè)大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來說，影響的因素有很多，不可能得出一個(gè)顯式的函數(shù)形式，目前主要是采用數(shù)值模擬或者專家經(jīng)驗(yàn)的方法來得到。

2.3　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)損失估計(jì)研究

對(duì)于橋梁施工期間，可能會(huì)發(fā)生各種各樣的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，也將會(huì)帶來各種各樣的損失后果。橋梁結(jié)構(gòu)損壞、機(jī)械設(shè)備損壞、人員傷亡、橋下基礎(chǔ)設(shè)施損壞、工期拖延、環(huán)境破壞以及不良社會(huì)影響等等；同時(shí)，各種損失的性質(zhì)、表現(xiàn)形式、估計(jì)方法不盡相同。本文中將風(fēng)險(xiǎn)損失歸結(jié)為人員損傷、貨幣損失和時(shí)間損失3種基本物理形態(tài)。

(1) 貨幣損失是由橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事故造成的各方面可用貨幣來衡量的損失，一般包括直接的或間接的經(jīng)濟(jì)損失。其中間接經(jīng)濟(jì)損失是橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事故間接造成的、直接經(jīng)濟(jì)損失以外的、可用貨幣計(jì)量的衍生損失，是一種深層次的經(jīng)濟(jì)損失。比如橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)事故導(dǎo)致的施工單位停工損失，供電受阻或中斷而造成的經(jīng)濟(jì)損失等。

(2) 人員損傷是由橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事故造成的施工的生命與健康的損失，包括人員死亡、傷殘損失等。人員損傷嚴(yán)格來說是不能簡(jiǎn)單地直接用貨幣來計(jì)量的，它通常是無法彌補(bǔ)的損失，往往以傷亡人數(shù)表示。

(3) 時(shí)間損失是指由于橋梁風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的實(shí)現(xiàn)，造成的橋梁建造時(shí)間的增加。造成時(shí)間損失一般有兩方面：一方面是結(jié)構(gòu)失效引起的時(shí)間損失；另一方面是風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)引起的損失，比如暴雨造成無法施工等。

對(duì)于人員損傷的貨幣量化，與所在地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、人民生活水平、受害人的收入損失、醫(yī)療費(fèi)用、喪葬費(fèi)等費(fèi)用有關(guān)。在得到橋梁施工階段的人員損失情況后，人員傷殘損失按照傷情的輕重及醫(yī)療費(fèi)用等進(jìn)行計(jì)算。

對(duì)于時(shí)間損失的貨幣量轉(zhuǎn)換主要與橋梁施工期加長(zhǎng)，造成建造橋梁的各個(gè)部門停工、停運(yùn)、停產(chǎn)的損失以及橋梁延期通車的收益損失有關(guān)。這兩者相加就是時(shí)間損失的貨幣量。兩者主要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟(jì)發(fā)展水平進(jìn)行估計(jì)。

在得到3方面的貨幣量化的損失之后，總和即為橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)損失。

2.4　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)首先需要建立系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型和系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則。

(1) 系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型。定性的模型是直接對(duì)風(fēng)險(xiǎn)情形給出風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度(如專家調(diào)查法)，直接進(jìn)行決策。定量風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型根據(jù)文獻(xiàn)[2]，采用其施工風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)模型，以某座橋梁為基本研究對(duì)象，設(shè)在整個(gè)施工工期內(nèi)，系統(tǒng)的綜合風(fēng)險(xiǎn)可以表示為

(3)

式中：R為整個(gè)施工期內(nèi)的系統(tǒng)綜合風(fēng)險(xiǎn)；Pij為第i類風(fēng)險(xiǎn)事故，第j種損傷程度發(fā)生的概率；Cij為第i類風(fēng)險(xiǎn)事故，第j種損傷程度造成的后果。

(2) 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)準(zhǔn)則。橋梁施工過程中的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)決策問題常常需要對(duì)各種風(fēng)險(xiǎn)改善措施的效益進(jìn)行分析，以確定最優(yōu)的方案。在經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域中，普遍存在邊際效應(yīng)。英國(guó)國(guó)家健康和安全委員會(huì)于1999年提出了ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則。ALARP[3]原則可用圖2來表示。具體做法是通過確定合理的風(fēng)險(xiǎn)不可接受水平和風(fēng)險(xiǎn)可忽略水平，將整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)域劃分為風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)域、風(fēng)險(xiǎn)可忽略區(qū)域和合理控制區(qū)域。落于風(fēng)險(xiǎn)拒絕區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)，表明其風(fēng)險(xiǎn)水平高于可接受水平，不可接受，必須降低。落于可接受水平的，表明其風(fēng)險(xiǎn)水平遠(yuǎn)低于社會(huì)可接受水平，完全可接受，不需要采用任何措施。而在兩者之間的稱為合理控制區(qū)域，表明該風(fēng)險(xiǎn)處于完全可接受和不可接受區(qū)間，屬于可容忍的風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)以合理的成本進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)降低。

圖2ALARP 評(píng)價(jià)準(zhǔn)則

2.5　橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策研究

在總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果的基礎(chǔ)之上，擬定風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策。這是針對(duì)某一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，提出有針對(duì)性的風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策以期把風(fēng)險(xiǎn)降低到可接受的范圍內(nèi)。

目前風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策一般有5種類型：風(fēng)險(xiǎn)回避、風(fēng)險(xiǎn)自留、風(fēng)險(xiǎn)規(guī)避、風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移、風(fēng)險(xiǎn)緩解。針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別的不同，選擇不同風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策的類型，可參照表1。而在橋梁施工階段一般的對(duì)策來源于以下幾個(gè)方面。

表1　風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策選擇方式

(1) 工程技術(shù)方面。在橋梁施工階段，主要是通過修改設(shè)計(jì)，增加一些機(jī)具來降低或者消除潛在的隱患。例如，增加風(fēng)纜，增加纜塔的剛度使得施工時(shí)機(jī)具更加穩(wěn)定。

(2) 管理方面。如何制定科學(xué)的管理措施，并且調(diào)度得當(dāng)，減少事故的發(fā)生，保護(hù)橋梁建設(shè)者的安全等都是需要管理者細(xì)心考慮的問題。例如，夜間施工時(shí)，設(shè)置足夠的照明并且人員不能過于疲勞等，利于安全施工。

(3) 保險(xiǎn)方面。通過財(cái)產(chǎn)保險(xiǎn)或第三者保險(xiǎn)的方法，將部分管理部門潛在賠償損失轉(zhuǎn)移到保險(xiǎn)公司，降低管理部門的風(fēng)險(xiǎn)。

在擬定風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策以后，對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià)并作出決策。這一過程是在遵照決策準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上進(jìn)行的，由于滿意準(zhǔn)則的決策方法能很快識(shí)別重點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，這在評(píng)估項(xiàng)目中風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)繁多或是項(xiàng)目評(píng)估的初步階段以及項(xiàng)目總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過程中具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以一般都采用滿意準(zhǔn)則的決策原則。滿意準(zhǔn)則首先是要確定ALARP區(qū)間，然后估算出風(fēng)險(xiǎn)總體水平，參照ALARP區(qū)間的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，對(duì)風(fēng)險(xiǎn)對(duì)策進(jìn)行取舍，從而對(duì)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)形成基本的決策。

對(duì)于經(jīng)過分析提出的對(duì)于風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的基本決策，需要進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)水平復(fù)核。對(duì)這一決策是否可將風(fēng)險(xiǎn)控制在可接受的范圍進(jìn)行評(píng)估。只有在風(fēng)險(xiǎn)的承擔(dān)者同意的前提下，才能把決策應(yīng)用于設(shè)計(jì)方案之中。

總體上看來，在施工階段對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)，可以采用一個(gè)對(duì)策，也可以幾個(gè)對(duì)策一起采用，以期能得到最優(yōu)效果。

收稿日期：2015-05-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.012