橋梁施工組織設計風險策略研究

謝　峰

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

橋梁施工組織設計風險策略研究

謝峰

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要提出基于風險的橋梁施工風險設計流程，并按此流程，研究和論述風險識別、風險評估、風險對策等相關的理論和應用方法。力求能更科學地反映橋梁施工過程中可能出現的風險，并且采取一定的對策進行風險管理，達到對施工過程進行風險管理的目的。

關鍵詞橋梁施工風險設計策略

風險的概念在很多領域應用廣泛，但引入橋梁工程的時間比較短，其主要指橋梁從前期設計、施工到后期使用過程中，可能出現的各種事故及其出現這種情況的概率的總和。

1基于風險的橋梁施工設計目的

面向橋梁施工的風險設計，其目的就是在施工組織設計的同時，基于風險的思想，采用風險評估的方法對施工中的方法、工藝、施工機具、施工管理進行分析，保證施工順利進行、減少經濟損失、實現優化決策管理。為了實現這一目的，必須對施工過程中可能出現的風險事態十分清楚，并且分析其發生的原因以及發生的概率。通過風險分析，采用風險規避、風險轉移、風險緩解等方法，使風險事態控制在施工方可接受的范圍以內。

2基于風險的橋梁施工設計流程研究

傳統意義上的橋梁設計，主要是由設計方來承擔，從業主提供的地質、地形、水文等方面的情況出發，對橋梁結構進行設計。通過參照結構的靜力設計流程圖，確定基于風險的施工設計流程見圖1。在整個流程中，風險識別是一個對所評估的橋梁施工過程出現的事故認識總結的過程。但是事故各種各樣，不能一一列舉，為了方便研究，對具有某類特征的一系列事故進行共性提取，成為一個風險事態，把這些事態作為后續分析研究的對象。

圖1基于風險的施工設計流程

風險估計是在風險識別的基礎上，對風險事態發生的概率和風險事態發生后的損失進行估計。風險概率估計就是對風險事態出現不確定性的估計，本質就是計算結構的失效概率。常用的方法有專家調查法、響應面法、人工神經網絡法等。風險損失估計就是估算風險事件給業主帶來的損失。一般包括直接損失(包括維修費用、人員傷亡等)和間接損失(包括交通延誤、名譽損失等)。常用的方法主要是定性估計法和定量估計法2種。

風險評估是在對風險事態進行風險估計過后，考慮風險承擔者的風險態度和承受能力，對風險程度形成具體的評價結果，以便決策者做出合理的決策。

通過這一流程，對施工過程中可能出現的風險進行識別、評估，最后拿出各種方案進行比較，以期得到整個橋梁施工過程中風險優化的方案。

2.1　橋梁施工風險事態研究

橋梁的施工過程本身就是一個復雜的系統，影響結構安全的風險因素眾多，這些風險因素主要分為以下幾類。

(1) 施工方法及施工機具因素。現代橋梁隨著跨度越來越大，施工機具的成敗成為橋梁建設的關鍵因素。

(2) 質量因素。由于施工因素而導致的橋梁在施工階段的質量缺陷都可以歸結為施工階段的質量事故[1]。施工的不確定性為結構帶來各種不同的風險，風險事態也滲入到橋梁結構的各個部分：混凝土結構工程、基礎工程、鋼結構工程、索工程。

(3) 橋梁施工期間的市場因素。市場的價格不是固定不變的，隨著價格的波動，會對整個工程的投入產生影響。主要有工人工資的變動、施工機具價格的變動、原材料價格的變動。

(4) 橋梁建設的資金因素。包括：貸款期數的變動、貸款利率的變動、支付進度、籌集方式等。對于影響橋梁施工的諸多風險因素中，后兩類并不是傳統意義上的工程技術范疇，但是在橋梁施工過程中所起的作用是有目共睹的。

針對以上幾個方面，列舉影響橋梁施工過程中的因素，制作問卷調查表，采用專家調查法、事故樹、層次分析法等方法，向有經驗的專家進行問卷調查，進行系統分析，最終目標是得到一系列橋梁施工過程中的風險事態，這些風險事態不僅囊括整個施工過程中所發生的事故，而且是對它們很好的總結、歸納、升華。

2.2　橋梁施工風險概率估計研究

對于工程結構來說，風險概率可以用結構的失效概率來表示。首先需要確定施工階段的承載力極限狀態、結構的失效概率及其概率模式。

2.2.1承載力極限狀態

根據我國結構可靠度設計統一標準[2]，承載力極限狀態即為對應于結構或結構構件達到最大承載能力或不適于繼續承載的變形。在橋梁施工階段，結構發生如上情況時，即被認為結構失效。針對失效狀態，可以計算結構失效概率。

2.2.2結構失效概率

在計算風險概率的時候，首先確定風險事態出現的概率，而后采用針對結構在這一風險事態的極限狀態的方程來計算。

(1)

式中：S為結構或構件截面在荷載作用下的綜合效應；R為結構的抗力；將此概率在S的全域內積分，即得

(2)

但是對于一個大型復雜的結構來說，影響的因素有很多，不可能得出一個顯式的函數形式，目前主要是采用數值模擬或者專家經驗的方法來得到。

2.3　橋梁施工風險損失估計研究

對于橋梁施工期間，可能會發生各種各樣的風險事態，也將會帶來各種各樣的損失后果。橋梁結構損壞、機械設備損壞、人員傷亡、橋下基礎設施損壞、工期拖延、環境破壞以及不良社會影響等等；同時，各種損失的性質、表現形式、估計方法不盡相同。本文中將風險損失歸結為人員損傷、貨幣損失和時間損失3種基本物理形態。

(1) 貨幣損失是由橋梁施工風險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濟損失。其中間接經濟損失是橋梁施工風險事故間接造成的、直接經濟損失以外的、可用貨幣計量的衍生損失，是一種深層次的經濟損失。比如橋梁結構風險事故導致的施工單位停工損失，供電受阻或中斷而造成的經濟損失等。

(2) 人員損傷是由橋梁施工風險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。人員損傷嚴格來說是不能簡單地直接用貨幣來計量的，它通常是無法彌補的損失，往往以傷亡人數表示。

(3) 時間損失是指由于橋梁風險事態的實現，造成的橋梁建造時間的增加。造成時間損失一般有兩方面：一方面是結構失效引起的時間損失；另一方面是風險事態引起的損失，比如暴雨造成無法施工等。

對于人員損傷的貨幣量化，與所在地區的經濟發展水平、人民生活水平、受害人的收入損失、醫療費用、喪葬費等費用有關。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療費用等進行計算。

對于時間損失的貨幣量轉換主要與橋梁施工期加長，造成建造橋梁的各個部門停工、停運、停產的損失以及橋梁延期通車的收益損失有關。這兩者相加就是時間損失的貨幣量。兩者主要根據當地的經濟發展水平進行估計。

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險損失。

2.4　橋梁施工風險評價研究

進行風險評價首先需要建立系統風險綜合評價模型和系統的風險決策準則。

(1) 系統風險綜合評價模型。定性的模型是直接對風險情形給出風險態度(如專家調查法)，直接進行決策。定量風險綜合評價模型根據文獻[2]，采用其施工風險綜合評價模型，以某座橋梁為基本研究對象，設在整個施工工期內，系統的綜合風險可以表示為

(3)

式中：R為整個施工期內的系統綜合風險；Pij為第i類風險事故，第j種損傷程度發生的概率；Cij為第i類風險事故，第j種損傷程度造成的后果。

(2) 風險評價準則。橋梁施工過程中的風險評估和風險決策問題常常需要對各種風險改善措施的效益進行分析，以確定最優的方案。在經濟學領域中，普遍存在邊際效應。英國國家健康和安全委員會于1999年提出了ALARP風險決策準則。ALARP[3]原則可用圖2來表示。具體做法是通過確定合理的風險不可接受水平和風險可忽略水平，將整個風險域劃分為風險不可接受區域、風險可忽略區域和合理控制區域。落于風險拒絕區域的風險，表明其風險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，表明其風險水平遠低于社會可接受水平，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域，表明該風險處于完全可接受和不可接受區間，屬于可容忍的風險，應以合理的成本進行風險降低。

圖2ALARP 評價準則

2.5　橋梁施工風險對策研究

在總體風險評價結果的基礎之上，擬定風險對策。這是針對某一個風險事態，提出有針對性的風險對策以期把風險降低到可接受的范圍內。

目前風險對策一般有5種類型：風險回避、風險自留、風險規避、風險轉移、風險緩解。針對風險級別的不同，選擇不同風險對策的類型，可參照表1。而在橋梁施工階段一般的對策來源于以下幾個方面。

表1　風險對策選擇方式

(1) 工程技術方面。在橋梁施工階段，主要是通過修改設計，增加一些機具來降低或者消除潛在的隱患。例如，增加風纜，增加纜塔的剛度使得施工時機具更加穩定。

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

(3) 保險方面。通過財產保險或第三者保險的方法，將部分管理部門潛在賠償損失轉移到保險公司，降低管理部門的風險。

在擬定風險對策以后，對其進行評價并作出決策。這一過程是在遵照決策準則的基礎上進行的，由于滿意準則的決策方法能很快識別重點風險事態，這在評估項目中風險事態繁多或是項目評估的初步階段以及項目總體風險評估過程中具有明顯的優勢，所以一般都采用滿意準則的決策原則。滿意準則首先是要確定ALARP區間，然后估算出風險總體水平，參照ALARP區間的風險態度，對風險對策進行取舍，從而對風險事態形成基本的決策。

對于經過分析提出的對于風險事態的基本決策，需要進行風險水平復核。對這一決策是否可將風險控制在可接受的范圍進行評估。只有在風險的承擔者同意的前提下，才能把決策應用于設計方案之中。

總體上看來，在施工階段對不同的風險事態進行風險設計，可以采用一個對策，也可以幾個對策一起采用，以期能得到最優效果。

收稿日期：2015-05-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.012