高速公路改擴建工程施工安全管理評價方法

李 娟，吳忠廣，戴曉棟，孫曉軍，陳 魁

（1.交通運輸部科學研究院，北京 100029；2.浙江省交通工程管理中心，浙江 杭州 310005；3.浙江省交通投資集團有限公司杭金衢分公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

隨著我國社會經濟的快速發展，現有的高速公路已不能滿足日益增長的交通運輸需要，因此出現越來越多的高速公路改擴建工程。在高速公路改擴建工程施工作業的同時，需要保持一定的交通通行能力，因此改擴建施工面臨施工環境復雜、施工技術難度大、交通組織協調復雜的難題，尤其在改擴建施工現場，安全事故呈現易發、頻發、多發的態勢，成為現階段公路施工安全管理瓶頸之一。因此，有必要針對我國高速公路改擴建工程施工現狀，制定有針對性的安全管理措施。

關于高速公路施工安全及安全管理評價的問題，國內外很多學者進行了相關研究。Wong[1]對公路工程施工安全防護系統進行分析，建立了以風險指數為考核指標的安全管理評價方法。Zhang 等[2]提出了基于交通流理論、交通量、限速第3 個評價指標的安全風險評價模型，評估高速公路作業區的行車風險。Michael 等[3]通過改進職業安全與健康法案（Occupational Safety and Health Act,OSHA）中的施工安全標準，以減少施工現場人員傷亡。李國良等[4]基于集對分析（Set Pair Analysis,SPA）理論構建綜合評價模型，建立了包括施工現場布設、安全防護、施工作業等在內的評價指標體系，考慮了不確定因素對評價結果的影響。劉維民[5]采用敏感性分析方法對高速公路改擴建工程前期的安全性進行評價，為改擴建高速公路的優化設計提供指導，但未提出施工安全評價的有效方法。戴坤陽等[6]從多因素耦合的視角，建立了人、機、料、方法、環境等多因素的評價指標體系用于施工安全評價。除此之外，國內外還有很多關于高速公路改擴建施工安全管理及評價方面的研究[7-17]。

綜上所述，目前針對改擴建工程的安全管理評價主要側重于對前期設計方案的評價，部分關于施工安全的評價則主要局限于人、機、料等傳統因素，未能針對改擴建工程施工現場的特殊環境提出相應的評價方法。此外，行業內也尚未發布專門針對高速公路改擴建施工安全管理及安全評價方面的標準規范。因此，本文擬在傳統高速公路施工安全管理評價的基礎上，結合改擴建工程邊通車邊施工這一作業特點，在考慮交通運營影響的施工條件下選取影響施工安全的關鍵因素，建立評價指標體系，對改擴建工程施工安全管理狀態進行定量判定。

1 改擴建工程施工安全風險分析

考慮到高速公路改擴建工程施工作業與交通運營相互影響的特點，從施工作業對交通運營產生的安全風險、交通運營對施工作業產生的安全風險以及施工作業本身的安全風險等3 個方面對改擴建工程施工安全風險進行分析。

1.1 施工作業對交通運營產生的安全風險

高速公路改擴建施工作業對交通運營產生的安全風險主要體現在以下3 個方面。首先，是施工作業本身造成的影響，如路基臺階開挖、擋土墻施工引發既有高速公路路面坍塌，橋臺錐坡開挖引發既有公路臺后脫空，舊橋拆除防護不當引起橋下路面受損，等等。其次，路面改造、跨線橋重建等項目，由于施工的復雜性需頻繁地進行交通轉換，若交通組織方案不合理、臨時防護設施設置不到位，發生交通安全事故的概率將大大增加。最后，改擴建工程施工現場的作業人員、機械設備經常與高速通行的車輛處于同一水平面，作業人員橫穿高速公路以及違章操作機械設備等不當行為也會引起安全事故。

1.2 交通運營對施工作業產生的安全風險

交通運營對施工作業產生的安全風險主要體現在以下兩個方面。一方面，改擴建工程受到運營車輛影響，施工作業區分散、作業區面積狹小，機械與機械、機械與人員的安全距離難以保證，存在較大的安全隱患。其次，改擴建施工期間，高速通行的車輛易發生意外沖入施工區域的情況，從而造成施工人員傷亡、施工設備受損，尤其是作業人員密集處，如路基擋墻施工、軟基處理、涵洞施工及橋梁樁基下部結構施工等，一旦發生事故，損失慘重。

1.3 施工作業本身的安全風險

除以上風險外，高速公路改擴建工程線路長、車流量大，涉及橋梁重建、隧道拆除、高邊坡開挖等工序復雜、技術難度高的施工作業，且與地方道路交叉作業多，有時還處在巖溶地區、采空區等復雜的地質條件下，施工自身安全風險極大。若施工方式和安全防護措施不恰當，或管理方面存在缺陷，如安全隱患排查不及時、應急管理不到位等，均會導致重大安全事故發生。

2 評價體系建立

2.1 影響因素分析

基于前文對高速公路改擴建工程3 個方面施工安全風險的分析，參考《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90—2015）、《高速公路改擴建設計細則》（JTG/T L11—2014）、《公路項目安全性評價規范》（JTG B05—2015）等標準規范[18-20]，將影響高速公路改擴建施工安全的因素概括為項目組織管理、施工作業安全、施工交通組織以及施工安全管理等4個方面。

（1）項目組織管理

根據高速公路改擴建工程實踐，按規定辦理涉路工程建設許可證、開展交通安全影響評價等合理的施工組織管理措施是保證施工安全的前提條件和基本保障。此外，結合前文關于施工作業對交通運營產生的安全風險分析可知，作業人員的違規行為、對機械設備的不當操作都會引起安全事故。因此，項目組織管理安全評價影響因素主要包括施工組織管理、人員管理和機械設備管理。

（2）施工作業安全

根據《公路工程施工安全技術規范》（JTG F90—2015），高速公路工程施工安全包括路基路面工程、橋涵工程以及隧道工程的施工作業安全?？紤]到改擴建工程施工作業環境的特殊性，除以上分部分項工程施工作業安全要求外，還涉及上跨地方道路交叉口、中央分隔帶開口處等重要節點的施工作業。因此，施工作業安全評價影響因素應包括路基路面施工安全、橋涵工程施工安全、隧道工程施工安全以及重要節點安全防護。

（3）施工交通組織

根據改擴建工程施工安全風險分析以及現場調研發現，施工作業區的長度、間距以及限速值設置是否合理很大程度上影響施工作業與交通運營安全，臨時交通安全設施的設置位置和間距也會影響駕駛人員對施工路段的認知，從而影響行車安全。此外，及時、全面地發布施工信息有助于減少施工路段交通流量和交通運營安全事故隱患。因此，施工交通組織安全評價影響因素主要包括施工作業區設置、臨時交安設施設置和信息發布。

（4）施工安全管理

在施工安全管理方面，及時進行安全風險評估和隱患排查，以及做好特殊情況下的安全應急管理工作，都是施工安全管理的重點內容。因此，施工安全管理的安全評價影響因素主要包括風險隱患管理和應急管理。

2.2 指標體系構建

基于上述分析，利用層次分析法（Analytical Hierarchy Process,AHP）[21-22]構建高速公路改擴建施工安全管理評價指標體系，如圖1 所示。安全管理評價指標體系共分為3 個層次，分別為：（1）目標層，即高速公路改擴建工程施工安全管理評價；（2）準則層，包括項目組織管理、施工作業安全、施工交通組織、施工安全管理等4 個方面，明確了施工安全管理評價的主要內容；（3）因素層，即準則層中每個要素所包含的具體影響因素。

圖1 高速公路改擴建施工安全管理評價指標體系

2.3 安全等級劃分

為對高速公路改擴建施工安全管理水平進行綜合評價，需要對評價指標體系的每個要素及整體的評價標準作出明確定義。根據國內關于施工安全管理程度的劃分以及專家意見，利用李克特5 級量表（Five-Point Likert Scale）[21]系數區間取值，對安全管理水平進行5 位區間劃分處理。因此，高速公路改擴建施工安全管理評價指標體系整體及各要素的安全等級可劃分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級和Ⅴ級，其對應的安全管理評價得分和安全管理水平如表1 所示。

表1 安全管理水平等級定義

3 綜合評價方法

3.1 因素層指標評價標準

為確保評價方法的可操作性和可推廣性，本文通過確定因素層指標評價內容及其對應分值的方法來明確因素層指標評價標準。根據前期調研以及對既有標準規范的梳理發現，目前行業以及地方標準規范中針對改擴建工程施工安全管理及安全評價的條款內容較少。因此，本文主要根據前文對改擴建施工安全3 個方面的風險分析，結合對安徽省、浙江省在建高速公路改擴建工程施工安全專項方案的調研，同時參考交通運輸部發布的《公路水運工程平安工地建設考核評價指導性標準》以及相關施工安全評價標準規范，在傳統高速公路施工安全管理評價的基礎上，重點選取改擴建工程在邊通車邊施工環境下的安全管理及安全防護關鍵要素，由此確定因素層12個指標的評價內容及其對應分值，明確安全管理評價指標體系因素層評價標準，具體見表2。

邀請高速公路施工安全管理領域相關專家按照表2 的評價標準，對各項要素所包含的指標進行打分，取平均值后得到各指標Dij的分值，則因素層第i個指標的得分值Ci的計算公式為：

式（1）中：Ci為安全管理評價指標體系中因素層第i個指標的得分值，i=1,2,…,12；Dij為因素層第i個指標第j項評價內容的得分值，j=1,2,…,5。

3.2 評價指標的權重值

為更加準確地描述安全管理等級，應考慮體系中各指標對總體評價結果的影響程度，即各指標的權重。因此，利用AHP 對評價指標體系中的各指標權重進行計算。

表2 安全管理評價指標體系因素層評價標準

表2 （續）

（1）判斷矩陣構造

由圖1 可知，評價指標體系被分為3 個層次，分別為目標層、準則層和因素層。依次構建因素層指標對準則層指標，以及準則層指標對目標層指標的兩兩對比矩陣。比較結果可用判斷矩陣D表示，其計算公式為：

式（2）中：D為判斷矩陣；aij為第i個指標相對第j個指標的重要程度，取值范圍為1～9的整數及其倒數。

（2）權重向量計算

根據判斷矩陣D求得特征向量W及其最大特征值λmax。其中，特征向量W經過歸一化，可以得到準則層指標對于目標層指標以及因素層指標對于準則層指標的相對重要性的權重向量，計算公式為：

式（3）中：D為判斷矩陣；λmax為最大特征值；W為特征向量。

（3）一致性檢驗

由于判斷矩陣的確定具有一定的主觀性，因此需要進行一致性檢驗，以確認權重向量的可靠性。檢驗數CR的計算公式為：

式（4）中：CR為檢驗數；C1為一致性指標，，m為單元層中指標的個數；R1為同階平均數隨機一致性指標。

當CR＜0.10 時，認為判斷矩陣合理。若判斷矩陣不合理，則應對判斷矩陣作相應調整。

根據以上方法，可得到因素層指標對準則層指標、準則層指標對目標層指標的權重值。

3.3 評價結果

設定因素層12 個指標的評價結果為R，其指標分別為R1,R2,…,R12，則可以把因素層的評價結果作為評價向量，即R=(R1,R2,…,R12)。因此，高速公路改擴建施工安全管理最終評價結果的計算公式為：

式（5）中：P為高速公路改擴建施工安全管理的最終評價得分；(W1,W2,…,W12)為因素層12 個指標的權重向量；(R1,R2,…,R12)為因素層12 個指標的評價向量。

4 工程實例

以浙江省在建高速公路改擴建工程為例，該工程起點樁號為K320+488，終點樁號為K457+284，經金華市、衢州市終于浙贛主線收費站，全長136.796km。全線共新建和拼寬橋梁308 座，橋梁總長度為15 525.2m，其中特大橋1 263.18m/1 座，大橋6 354.85m/27 座，中小橋7 907.17m/280座；隧道1 136.5m/2座。

項目隧道、橋梁數量眾多，采取“邊通車、邊施工”的施工方式，施工環境復雜，安全管理難度較大。使用前文提出的安全管理評價指標體系及綜合評價方法對該高速公路安全管理水平進行評價，具體步驟如下。

步驟一：通過分析該工程安全管理特點，建立施工安全管理評價指標體系（如圖1所示）。

步驟二：應用專家半定量取值法，根據表2的評價標準對因素層各個指標進行打分，通過式（1）得到因素層12 個指標的評價向量為R=（4.15,4.02,3.85,3.46,3.89,3.26,3.67,3.16,3.43,3.86,3.89,3.52）。

步驟三：根據3.2 節中權重值的確定方法，結合高速公路施工安全領域的專家咨詢意見，以及既有事故案例分析結果，建立準則層和因素層各指標的判斷矩陣，經一致性檢驗后，得到準則層和因素層評價指標權重（見表3），權重向量W=（0.100,0.034,0.035,0.155,0.058,0.062,0.060,0.150,0.202,0.027,0.060,0.057）。

表3 高速公路改擴建工程施工安全評價指標權重

根據步驟三可得到因素層12個評價指標組合的權重分布，如圖2所示。

圖2 因素層指標組合權重分布圖

由圖2可知，本項目中重要節點安全防護C4、施工作業區設置C8以及臨時交安設施設置C9這3個指標對改擴建施工安全影響程度最高。

步驟四：根據評價向量R和權重向量W計算結果，結合式（5），計算該高速公路改擴建工程施工安全管理的最終得分為3.575分。

按照表1 定義的安全管理水平與施工安全管理評價得分的對應關系，可知該項目總體安全管理水平為“安全”。此狀態表明該高速公路改擴建工程施工安全管理的總體水平處于中等，還有進一步提升的空間。從12 個主要評價指標來看，除了“施工組織管理”和“人員管理”為“較安全”外，其他指標大都處于“安全”級的水平，而“施工作業區設置”則低于“安全”水平，為“不安全”。進一步研究發現，該項目部高速公路建設經驗豐富，但是參與的改擴建工程項目較少，因此在常規的施工組織管理、人員管理方面經驗豐富，安全管理比較到位；但是在改擴建施工作業領域，尤其是邊通車邊施工的作業環境下，安全管理經驗不足，同時由于缺乏相關的標準規范指導，導致實際施工中很多安全管理及安全防護問題無法及時解決。綜上所述，該高速公路改擴建項目部應根據評估結果有針對性地制訂改進計劃，尤其應注重施工作業區設置、臨時交通安全設施設置及施工重要節點安全防護等，使各方面安全管理平衡發展。同時，也建議交通運輸管理部門、交通建設企業及行業學會，根據高速公路改擴建工程實踐經驗，豐富和完善相關安全管理標準規范，提高改擴建工程施工安全管理水平。

5 結語

鑒于高速公路改擴建工程施工作業與交通運營交叉進行的特點，本文以項目組織管理、施工作業安全、施工交通組織以及施工安全管理為基礎構建了安全評價指標體系，利用層次分析法和綜合評價法對改擴建施工安全管理水平進行定量評價。以浙江省某高速公路改擴建工程為例進行評價，結果基本符合實際情況，證明本文提出的施工安全管理評價方法可定量描述改擴建工程施工安全管理狀態，為高速公路改擴建工程施工安全評價提供了一種切實可行的方法。

施工安全管理評價是一項復雜的系統工作，后續研究還需進一步完善：在施工安全影響因素篩選方面，可根據地域差異和施工環境的不同進行針對性的優化，增強因素選取的科學性和評價方法的適用性；在確定評價指標權重方面，可通過改進指標權重的計算方法提高計算結果的準確性。