基于五元聯系數的公路橋梁施工安全風險評價

陳小麗

摘要：為了實現對公路橋梁施工安全風險的動態管控，能準確分析未來風險的發展趨勢。首先利用集對分析的多元聯系數綜合評價模型，建立公路橋梁施工系統的風險綜合評價體系，然后通過層次分析法可以計算出各個影響因素的權重，最后利用模型計算出集對分析的結果，并且結合各階偏聯系數分析出系統風險的動態發展趨勢。通過實例進行驗證，結果表明，該系統風險綜合評價方法能夠比較合理預測風險趨勢，在實際應用中具有良好的可操作性和有效性，使評價的結果更加科學合理。

Abstract： In order to realize the dynamic control of highway bridge construction safety risk， first of all， the multi-connection number comprehensive evaluation model of set pair analysis is used to establish a comprehensive risk evaluation system for highway bridge construction system， and then the analytic hierarchy process （ahp） is used to calculate the weights of various influencing factors， finally the model is used to calculate the results of the set pair analysis， and the dynamic development trend of system risk is analyzed by combining the number of partial linkages. The simulation results show that the method can predict the risk trend reasonably and has good operability and effectiveness in practical application， which makes the evaluation result more effective and reasonable.

關鍵詞：集對分析;五元聯系數;風險預測;公路橋梁施工

Key words： set pair analysis;five-element contact number;risk forecasting;highway bridge construction

中圖分類號：U445.1? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1006-4311（2019）35-0074-04

0? 引言

隨著國民經濟的快速發展，中國基礎設施建設的重要性越來越突出。作為建立綜合交通、綠色交通、智能交通、安全交通系統的橋梁工程，近些年來呈現出迅速發展的趨勢。然而，公路橋梁整個的建設過程中，由于建設周期長、投資規模大、項目參與各方多、自然條件影響大等特點，存在著許多安全隱患。同時，由于一些施工主體不恰當的施工方式，使得一些施工事故經常發生。因此，提出一套科學并且完善的橋梁施工風險評價理論，對橋梁施工過程進行安全控制尤為重要。

目前，已有相關學者對橋梁施工安全風險進行了研究并取得了一定的成果。陸新鑫等人在分析事故的基礎上提出改進肯特指數評估方法，Chen等人提出了基于故障樹的貝葉斯網絡對橋梁施工風險進行了評價，丁閃閃等人首先對橋梁整個施工階段的主要風險因素進行了識別，然后構建了多級評價指標體系，最后建立了基于蒙特卡羅法的橋梁施工風險評價模型等。在現實生活中這些評價方法具有很大的應用空間。但傳統的公路橋梁施工安全風險評價方法存在一定的局限性，如對橋梁施工的風險只能進行靜態分析，無法實現對公路橋梁施工系統安全風險發展趨勢的預測，而且操作困難，結果不精確。因此將集對分析的五元聯系數引入公路橋梁施工安全風險評價中，建立同異反綜合評價模型對公路橋梁施工安全風險進行分析，并對風險的態勢做出預測，從而為公路橋梁施工安全評估問題提出新的研究思路和研究方法，實現對公路橋梁施工安全風險進行靜態和動態分析。

1? 基于五元聯系數的風險綜合評價模型

1989年，趙克勤提出了集對分析方法，這是一種處理不確定性問題的系統分析方法。集對分析方法是利用各種因素之間的相互作用，分析事物某種特性的同一性、對立性和差異性，然后建立同異反聯系度。設兩個集合X和Y，組成集對H=（X，Y），共有N個特性，其中S個特性為集合X和Y所共有，有P個特性為集合X和Y相對立，剩余的F=N-P-S個特性上，既不相互獨立，又不共同具有，則稱比值S/N、P/N、F/N分別為集合X和Y的“同一度”、“對立度”、“差異度”。

1.1 五元聯系數

五元聯系數是在集對分析■的基礎上對bi更加詳細的劃分而得到的一種新的聯系數：

當n=3時，式（1）變為5元聯系數：

式中a、b、c、d、e稱為聯系分量，并且具有層次性，比如a表示事物的性質優于b表示的事物性質，其余的依次類推，且a+b+c+d+e=1;i，j，k為差異度系數，l為對立度系數，？坌a、b、c、d、e∈[0，1];i∈[0，1]，j∈[0，1]為中性標記，不做j=0解，k∈[-1，0]，l=-1。

1.2 五元聯系數的偏聯系數

五元聯系數偏聯系數u=a+bi+cj+dk+el的各階偏聯系數為：

一階偏聯系數：

2? 基于五元聯系數的風險綜合評價的步驟

①確定待評價對象的風險指標，對指標因素進行排序，從而建立風險綜合評價指標體系。假設風險因素集R=（r1，r2，…，rn）。

②確定待評價對象風險綜合評價等級的集合，根據《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》中所示，安全系統等級可分為五個評價等級，分別是：重大風險、較高風險、中等風險、一般風險、低風險。

③利用層次分析法（AHP）可以確定各個風險指標的權重，對各個風險因素進行評價，從而構建公路橋梁施工安全風險的“同異反”評價模型。對于風險因素集運用層次分析法確定各個指標的權重，權重向量矩陣為W=（w1，w2，…，wn），每一評價指標發生的概率和嚴重程度可以利用公式（8）進行估計

式中Nij為評估指標i的風險等級為j時所占的專家人數，N為專家總人數。

根據指標和權重和五元聯系數可以得到風險的評估模型為：

（9）

這個公式中R是綜合聯系度，由集對理論可知：是同一測度分量，表示“低風險”;是差異測度偏同分量，表示“一般風險”;是差異測度居中分量，表示“中等風險”;是差異測度偏反分量，表示“較高風險”;是對立測度分量，表示“重大分險”，這當中a，e為確定項，b，c，d為不確定項。

④通過利用集對勢對橋梁施工的風險態勢分析，并利用五元聯系數的偏聯系數對風險的發展趨勢進行分析，再利用五元聯系數數值的大小，將系統的風險可以分為：“同勢（shi（r）<1）”、“均勢（shi（r）=1）”、“反勢（shi（r）>1）”，因為各系數的大小關系，所以必定存在一種態勢，由于篇幅有限，只選取與文中有關的態勢，完整的同一反態勢排序表見參考文獻[9]。

需要特別說明，當風險位于“同勢區”時，系統的理想風險與實際風險一致，這時系統的風險為“低風險”;當風險位于“均勢區”時，表明系統的風險與理想狀態的風險呈現“勢均力敵”的現象，這時系統的風險為“中等風險”;當風險位于“反勢區”時，此時系統風險與理想風險處于對立趨勢，此時系統的風險為“高風險”。

3? 公路橋梁施工安全風險綜合評價

3.1 建立評價指標體系

依據對公路橋梁現場安全影響因素分析和《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》所示，確定橋梁施工安全評價內容包括以下幾部分：施工技術評價、勘察設計評價、組織管理評價、環境條件評價、人工材料機械評價、交通評價六部分，結合鐵路施工的特點，構建公路橋梁綠色施工安全評價指標體系，如表1所示，這個評價指標體系可分為3層：目標層、準則層、方案層。

3.2 評價集的確定

根據《公路橋梁和隧道工程施工安全風險評估指南》所示，橋梁施工安全風險等級劃分為“極高風險”、“高度風險”、“中等風險”、“較低風險”、“低風險”，如表2所示。

3.3 構建風險的同異反評價模型

利用參考文獻[5]中提供的案例進行分析，運用層次分析法（AHP）確立指標權重，通過調查參考文獻[5]中提供的橋梁施工資料，根據專家的評判結果，構建各類風險因素的對比矩陣，如表3所示。

同樣依據專家提供的建議，構造準則層并判斷矩陣，再計算各個準則層的指標權重如下：

其次，要判斷每一個指標因素，構建判斷矩陣。通過對20位橋梁施工的專家發放掉查表，對本項目的風險因素做出安全評價。根據每位專家的指標的評價，按公式進行每一風險因素的風險權重，用公式（9）進行計算。

3.4 利用集對勢與偏聯系數分析風險趨勢

將各個指標的五元聯系數進行集對分析，通過運用公式（1）～（7）對各個五元聯系數進行各階偏聯系數的計算，數據整理后如表4、表5所示。

用Matlab軟件將得到的數據進行計算，得到的計算結果見表4和表5，由表中的數據可知：

①綜合得到公路橋梁施工項目風險的五元同異反系數為：

，其聯系勢，為同勢區47級，風險較小，其中，施工技術為同勢48級，勘察設計為同勢47級，組織管理為同勢21級，環境條件為反勢17級，人工材料機械為同勢42級，交通風險為同勢34級。在施工技術中，各個風險指標均為同勢;勘察設計中，設計變更導致的問題為均勢，其余兩項為同勢;組織管理評價中，組織制度健全為均勢，其余兩項為同勢。環境條件中地質條件不良為反勢，其余為同勢;人工材料機械評價中，均為同勢;交通風險中各個指標均為同勢。

②綜合計算得到的四元偏聯系數，由于0.47<0.60，呈現反勢，這說明該公路橋梁施工項目風險處于一階上升的趨勢，其中組織管理為同勢，其余均為反勢。

③綜合計算得到的三元偏聯系數為，0.47<0.48，呈現反勢，這說明該公路橋梁施工項目風險存在二階上升趨勢，其中勘察設計、環境條件、交通風險為同勢，其余均為反勢。

④綜合計算得到的二元偏聯系數為，其不確定勢為，說明該公路橋梁項目施工中風險具有下降趨勢，施工技術為均勢，組織管理和人材機為同勢，其余為反勢。

⑤綜合后得到的一元偏聯系數0.511，這表明a（a+b）>0.5，即a>b，說明該公路橋梁施工項目中同勢大于反勢，即存在四階層次上的下降趨勢，可以明顯看出這其中施工技術為均勢，勘察設計和組織管理呈現出同勢，剩余呈現同勢。

綜上所述，各評價項目中，環境條件為反勢，其余都為同勢，處于同勢區的因素共有14個同勢，4個均勢，1個反勢。從風險的態勢看該公路橋梁項目施工中處于同勢的評價指標遠遠大于處于系統處于反勢和均勢的評價指標。因此，該公路橋梁施工項目中同勢因素處于主導地位，即該系統的總體風險處于同勢區，所以該系統的處于風險程度較低的狀態;從未來風險發展趨勢看，公路橋梁建設項目風險在一、二級潛在水平上呈現出上升趨勢，剩余階段則呈現出下降趨勢。與此同時，個體因素也出現了下降趨勢，第一階和第二階風險出現了上升態勢。當然，風險上升趨勢中也存在個別因素下降的情況。這些現象說明公路橋梁工程的風險具有動態對立發展趨勢，通過分析該公路橋梁的施工項目的風險管理中，要求管理者在整個項目的施工過程中抓住主要矛盾，集中處理反勢區的各個因素，降低公路橋梁施工風險，實現公路橋梁綠色科學施工。

4? 結論

①本文通過分析公路橋梁施工過程，確定公路橋梁施工影響安全的風險因素，從未建立公路橋梁施工安全風險評價指標體系。并利用集對分析的五元連接數對公路橋梁運營風險進行評價。在得到系統靜態運行風險狀況的同時，利用部分連接數可以進一步分析系統的風險發展趨勢，能夠對公路橋梁施工風險進行動靜態分析。從可行性研究階段就可以為管理者提供更好的風險預測，降低公路橋梁建設的安全風險。②利用五元關系數，綜合評價公路橋梁施工風險是可行和有效的。從而，在實際工作中，應建立可靠的評價指標體系，科學合理地確定指標權重，從而系統評價影響公路橋梁施工安全的風險狀況。

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