大型橋梁施工階段安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估研究

鹿健，蔣泉，王海燕，顧雪寧

（1.南通大學(xué)杏林學(xué)院，江蘇 南通 226019；2.南通大學(xué)交通與土木工程學(xué)院，江蘇 南通 226019）

1 引言

大型橋梁工程涉及面廣、施工環(huán)境復(fù)雜、施工周期長(zhǎng)、施工工藝要求高，使得整個(gè)施工階段面臨著風(fēng)險(xiǎn)。為了確保大型橋梁施工順利進(jìn)行，橋梁工程施工風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別以及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估便得到了廣泛的運(yùn)用。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估就是利用所收集的各種信息和資料，查明橋梁施工階段所存在的風(fēng)險(xiǎn)并進(jìn)行詳細(xì)分析與研究，評(píng)估出每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)的重要程度，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)大小進(jìn)行排序，然后對(duì)項(xiàng)目的總體風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并制定風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)對(duì)措施。對(duì)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)做出準(zhǔn)確有效的評(píng)估，從而提前做出行動(dòng)來(lái)防范風(fēng)險(xiǎn)的發(fā)生，減少不必要的損失，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法

2.1 德?tīng)柗品ǎㄖ饔^評(píng)分法）

德?tīng)柗品ㄊ峭ㄟ^(guò)專家打分的方法對(duì)橋梁施工階段的每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，比較重要程度，并賦予他們相應(yīng)的權(quán)重值并累加，再把它們和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較分析，最后得出關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的結(jié)論。

德?tīng)柗品ㄍㄟ^(guò)專家充足的知識(shí)儲(chǔ)備和專業(yè)性，來(lái)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分析和評(píng)估，對(duì)其進(jìn)行打分，是一種簡(jiǎn)單容易操作的評(píng)估方法，具有很大的主觀性，準(zhǔn)確度完全取決于專家打分的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)。但是德?tīng)柗品梢詫⒃S多種因素都納入考慮范圍，可以進(jìn)行更多的分析，所以德?tīng)柗品ㄔ谠S多領(lǐng)域的問(wèn)題評(píng)估中都有廣泛應(yīng)用，但在橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中有效成功的應(yīng)用不多。

2.2 層次分析法

層次分析法（AHP）以系統(tǒng)工程理論為基礎(chǔ)，廣泛運(yùn)用于解決具有多個(gè)層次和多個(gè)準(zhǔn)則的實(shí)際決策問(wèn)題。其中心思想是：首先把一個(gè)復(fù)雜的多層次的系統(tǒng)分解成為一個(gè)個(gè)小的組成因素，按照一定的邏輯特征把它們進(jìn)行分組，構(gòu)成一個(gè)多層次評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)體系；然后對(duì)兩兩因素的重要程度進(jìn)行分析比較，采用某一標(biāo)度法進(jìn)行打分，構(gòu)造判斷矩陣，最后對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。層次分析法在橋梁建設(shè)項(xiàng)目里有著廣泛的應(yīng)用，能夠較準(zhǔn)確的對(duì)橋梁工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效評(píng)估，在我國(guó)有著較多的成功案例。

2.3 模糊風(fēng)險(xiǎn)綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法就是依據(jù)所給定的條件，考慮所有影響因素，運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)的方式對(duì)一個(gè)事物由下向上進(jìn)行多層次的綜合評(píng)價(jià)，最終得到目標(biāo)層的評(píng)價(jià)結(jié)果。針對(duì)準(zhǔn)則層和目標(biāo)層進(jìn)行二級(jí)綜合評(píng)價(jià)，其步驟如下。

①建立評(píng)價(jià)指標(biāo)集：M={M1，M2…Mi}，其中，Mi={Mi1，Mi2，…，Mik}。確定指標(biāo)權(quán)重集：各指標(biāo)對(duì) Mi的影響大小，即權(quán)重分配為 Bi={Wi1，Wi2，…，Wik}；同樣，Mi對(duì) M 的權(quán)重分配集為 D={W1，W2，…，Wi}。

②選擇評(píng)價(jià)集：根據(jù)橋梁工程的風(fēng)險(xiǎn)程度，建立合適的評(píng)價(jià)等級(jí)組成評(píng)價(jià)集。一般取5級(jí)，即V={V1，V2，V3，V4，V5}={低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)，高風(fēng)險(xiǎn)}。

③建立一個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣：專家判斷任意一個(gè)指標(biāo)Mi的水平，然后計(jì)算屬于每個(gè)級(jí)別的每個(gè)指標(biāo)的頻率。每一頻率與專家總數(shù)之比作為每一指標(biāo)的隸屬程度，從而建立一個(gè)評(píng)價(jià)矩陣R。

④各子目標(biāo)Mi的綜合評(píng)價(jià)向量Ci：Ci=BiR，形成各子目標(biāo)評(píng)價(jià)矩陣 C={C1，C2，…，Ci}。

⑤各總目標(biāo)評(píng)價(jià)向量M∶M=DR。根據(jù)最大隸屬度原則，確定橋梁工程的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

⑥利用上述多級(jí)模糊綜合評(píng)判的數(shù)學(xué)模型，且采取模糊算子M（·，+），就可以對(duì)橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。指標(biāo)集M={16個(gè)因素}，按其屬性分為：M={M1，M2，M3，M4，M5}={項(xiàng)目自然風(fēng)險(xiǎn)因素，項(xiàng)目施工風(fēng)險(xiǎn)因素，項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)風(fēng)險(xiǎn)因素，項(xiàng)目環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)因素，其他風(fēng)險(xiǎn)因素}。

風(fēng)險(xiǎn)選擇評(píng)價(jià)集 V={V1，V2，V3，V4，V5}={低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，高風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)}。

根據(jù)上述步驟，運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法可以得出橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)狀況。

2.4 等風(fēng)險(xiǎn)圖法

2.4.1 等風(fēng)險(xiǎn)圖原理

等風(fēng)險(xiǎn)圖法[1]采用定量分析的方法，運(yùn)用等風(fēng)險(xiǎn)圖，將橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)狀況分為高，中，低三種情況。發(fā)生概率低于0.3的屬于低風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)橋梁施工僅有很低的影響；而中等風(fēng)險(xiǎn)對(duì)橋梁施工的順利進(jìn)行會(huì)有很大的影響，很有可能會(huì)發(fā)生，概率一般在0.3到0.7之間；發(fā)生概率高于0.7的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)橋梁施工會(huì)有非常大的影響，極有可能導(dǎo)致施工延誤甚至無(wú)法完成。

等風(fēng)險(xiǎn)圖法是應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)水平，設(shè)項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)系數(shù)為R，則

其中，Pf1+Pf2+…+Pfn分別表示項(xiàng)目各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率，n表示風(fēng)險(xiǎn)個(gè)數(shù)；Cf1+Cf2+…+Cfn分別表示項(xiàng)目各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)后果的非效用值，n表示風(fēng)險(xiǎn)后果的個(gè)數(shù)。

2.4.2 等風(fēng)險(xiǎn)圖畫法

將坐標(biāo)系的橫坐標(biāo)作為風(fēng)險(xiǎn)后果的非效用值Cf，而縱坐標(biāo)為風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率Pf，從而建立平面直角坐標(biāo)系[2]。當(dāng)Pf取0～1之間的任意多個(gè)值的時(shí)候，就會(huì)相應(yīng)地得出任意多個(gè)Cf值，最終可以得到任意多個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，最后把這些坐標(biāo)點(diǎn)連接起來(lái)，就會(huì)得到一條曲線。R 值再分別 0.20，0.30，0.40，0.50，0.60，0.70，0.80，0.90，0.95，0.98 這 10 個(gè)值時(shí)，根據(jù)前面敘述方法，即可得到10條曲線，從而就可以得到等風(fēng)險(xiǎn)圖，如上圖。

等風(fēng)險(xiǎn)圖

2.5 蒙特卡羅法

2.5.1 基本流程

采用蒙特卡羅法對(duì)橋梁施工階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，首先要根據(jù)橋梁實(shí)際情況確定各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)損失[3]，然后代入構(gòu)造出來(lái)的功能函數(shù)，得到風(fēng)險(xiǎn)后果值，最后參照表3.5判斷其風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

運(yùn)用蒙特卡羅法對(duì)橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的步驟如下。

①首先假設(shè)橋梁施工階段各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素之間是相互獨(dú)立的，不會(huì)互相影響，并且服從各自的概率分布。然后根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素和風(fēng)險(xiǎn)后果的關(guān)系，構(gòu)造出相應(yīng)的功能函數(shù)，之后再運(yùn)用這種數(shù)學(xué)模型進(jìn)行研究。

②對(duì)橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)足夠了解的基礎(chǔ)上，對(duì)各風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布進(jìn)行研究，包括風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生和風(fēng)險(xiǎn)損失概率。

③隨機(jī)數(shù)發(fā)生器隨機(jī)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)服從上述研究得出的概率分布[4]，接著再把這些數(shù)據(jù)代入功能函數(shù)，模擬得到關(guān)于風(fēng)險(xiǎn)后果值的多個(gè)隨機(jī)數(shù)。多次抽樣進(jìn)行模擬，最終將結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)整理，分析得到結(jié)論后劃分風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

④得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的劃分之后，就很容易的對(duì)橋梁工程施工階段的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行評(píng)估。

2.5.2 確定功能函數(shù)

風(fēng)險(xiǎn)的后果會(huì)受到風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和風(fēng)險(xiǎn)造成的損失的影響，所以運(yùn)用風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的概率和損失來(lái)確定風(fēng)險(xiǎn)后果值。一般情況下，每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率和風(fēng)險(xiǎn)損失都不會(huì)一樣。但是考慮到人的不安全因素和物的不安全因素同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，安全事故發(fā)生概率會(huì)明顯提高，所以應(yīng)構(gòu)建如下的功能函數(shù)：

上式中：為R風(fēng)險(xiǎn)后果值；Pi為物的不安全因素中第i項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率；Ci為物的不安全因素中第i項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)后帶來(lái)的損失；n為物的不安全因素項(xiàng)數(shù)；Pj為人的不安全因素中第j項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素發(fā)生概率；Cj為人的不安全因素中第j項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素引發(fā)風(fēng)險(xiǎn)后帶來(lái)的損失；m為人的不安全因素項(xiàng)數(shù)。

2.5.3 確定風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布

通過(guò)各種渠道對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行詳細(xì)了解，初步確定每一個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率分布和風(fēng)險(xiǎn)損失概率分布。調(diào)查并統(tǒng)計(jì)橋梁發(fā)生的安全事故，對(duì)其進(jìn)行一定的歸類，按照各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)引起的事故分類，根據(jù)某項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)所引起的安全事故的件數(shù)和所統(tǒng)計(jì)到的事故件數(shù)之比來(lái)確定某項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率分布，得到一個(gè)定值；風(fēng)險(xiǎn)損失概率分布是通過(guò)計(jì)算該風(fēng)險(xiǎn)引起的安全事故導(dǎo)致的直接經(jīng)濟(jì)損失度來(lái)確定。各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生概率值和風(fēng)險(xiǎn)損失概率分布及參數(shù)，見(jiàn)下表。

風(fēng)險(xiǎn)因素的概率分布

利用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器進(jìn)行隨機(jī)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行104次抽樣，然后將產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)序列代入功能函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，得到樣本風(fēng)險(xiǎn)后果值分布頻率直方圖和風(fēng)險(xiǎn)后果值累計(jì)頻率圖。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)后果值累計(jì)頻率圖，查表各級(jí)對(duì)應(yīng)的累計(jì)頻率范圍、風(fēng)險(xiǎn)后果值范圍，得到風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法的優(yōu)劣性分析

3.1 德?tīng)柗品ㄅc層次分析法

德?tīng)柗品ㄒ话阌糜诮鉀Q不是多層次的問(wèn)題，結(jié)合專家群體的意見(jiàn)，是一種有效解決多問(wèn)題的決策方法。而層次分析法用于解決一個(gè)多層次系統(tǒng)的問(wèn)題，從系統(tǒng)的觀點(diǎn)出發(fā)，建立多層次遞階評(píng)價(jià)模型，可以多層次系統(tǒng)地評(píng)估橋梁項(xiàng)目施工階段的風(fēng)險(xiǎn)，可以解決其他方法只能對(duì)單一風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估的缺點(diǎn)，更加有效精確對(duì)橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。

如果將這兩種方法結(jié)合起來(lái)使用，不僅可以充分利用專家充分和專業(yè)的經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行定性分析，還可以對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)估，可以大大提高評(píng)估的準(zhǔn)確性。在德?tīng)柗品ǖ幕A(chǔ)上，應(yīng)用層次分析法進(jìn)行多層次評(píng)估體系建模，能夠?qū)烧叩膬?yōu)點(diǎn)結(jié)合，從而為項(xiàng)目決策過(guò)程中方案的選擇提供重要的依據(jù)，是一個(gè)十分有效的評(píng)估方案。

3.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)判法采用的是一種模糊數(shù)學(xué)的方法，是數(shù)學(xué)在實(shí)際應(yīng)用中的一種表現(xiàn)，在我國(guó)的橋梁項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中廣泛應(yīng)用，有著很多的成功的案例。這個(gè)方法的層次結(jié)構(gòu)是由下向上的多層次綜合評(píng)價(jià)體系，最終得到目標(biāo)層的評(píng)價(jià)結(jié)果，能夠系統(tǒng)有效地對(duì)施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估。即便風(fēng)險(xiǎn)因素很多，仍能很好地解決問(wèn)題，是一個(gè)比較全面的評(píng)價(jià)方法。它的主要手段就是將橋梁施工階段不確定性的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的模糊變量，從而得到定量結(jié)果，從而可以給橋梁施工管理人員提供有效的依據(jù)，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)的重要程度，有針對(duì)性的采取相應(yīng)的措施來(lái)防范和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

3.3 等風(fēng)險(xiǎn)圖法

等風(fēng)險(xiǎn)圖法也是我國(guó)比較常用的橋梁施工階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的方法，在實(shí)際應(yīng)用中取得了很好的效果。因?yàn)闃蛄汗こ探ㄔO(shè)的工期長(zhǎng)，在其中具有很多不確定性風(fēng)險(xiǎn)因素，所以運(yùn)用CPM這種肯定型網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)橋梁實(shí)際工程中諸多不確定性施工階段的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，是不準(zhǔn)確的，忽略了風(fēng)險(xiǎn)的不確定性和概率性。所以在進(jìn)行橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估時(shí)，應(yīng)該選用等風(fēng)險(xiǎn)圖法，它是不確定性的網(wǎng)絡(luò)分析，可以準(zhǔn)確有效的對(duì)橋梁施工階段進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

3.4 蒙特卡羅法

蒙特卡羅法是運(yùn)用數(shù)字隨機(jī)生成器進(jìn)行模擬的一種方法，它的一個(gè)獨(dú)特的特點(diǎn)就是隨著模擬次數(shù)的增加，最終得到的結(jié)果就會(huì)越來(lái)越準(zhǔn)確。雖然層次分析法能夠滿足考慮多因素多層次的需要，但沒(méi)有足夠的數(shù)據(jù)來(lái)給研究者借鑒，只能通過(guò)專家的主觀判斷來(lái)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)賦予權(quán)重，缺少客觀性，有時(shí)會(huì)影響到最終評(píng)判結(jié)果。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，蒙持卡羅模擬法在橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估中得到廣泛應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

文章總結(jié)了橋梁施工階段的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法并探討了各自的優(yōu)劣性。德?tīng)柗品ú荒芙鉀Q多層次的問(wèn)題，層次分析法能夠滿足多因素和多層次的分析需要，但是由于缺少數(shù)據(jù)庫(kù)，在賦予風(fēng)險(xiǎn)權(quán)重的時(shí)候只能主觀判斷，不能夠避免風(fēng)險(xiǎn)因素的不確定性和模糊性。將德?tīng)柗品ê蛯哟畏治龇ńY(jié)合起來(lái)使用，可以大大提高評(píng)估的準(zhǔn)確性。等風(fēng)險(xiǎn)圖法可以較準(zhǔn)確地評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，但實(shí)際操作較復(fù)雜。模糊綜合評(píng)判法和蒙特卡羅法將將橋梁工程風(fēng)險(xiǎn)實(shí)現(xiàn)定量劃分，更加系統(tǒng)，減少因主觀臆斷造成的不利影響，使評(píng)估結(jié)果更加準(zhǔn)確，符合實(shí)際。