全預制拼裝橋梁施工安全風險評價與預測

摘要 為做到全預制拼裝橋梁施工過程的安全管控，利用基于集對分析+馬爾可夫鏈方法對某市內環高架全預制拼裝橋梁施工項目進行了安全風險評價和預測分析。結果表明：根據安全評價等級、集對勢和悲觀勢情況，得到本工程第1、2時段的安全狀態偏差，但態勢向好的方向發展，第3時段的安全狀態不穩定，第4、5時段處于安全狀態；由于有限狀態下的齊次馬爾可夫鏈具有遍歷性的特點，因此可根據平均聯系度和綜合權重因素后的同異反轉矩陣計算得到工程第6時段的聯系度=0.37，集對勢=3.31，悲觀勢=0.75，故判斷工程下一時間段的安全狀態為不穩定（難以確定）。

關鍵詞 全預制拼裝橋梁；集對分析；馬爾可夫鏈；安全風險評價；預測

中圖分類號 U445.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）08-0180-03

0 引言

為了緩解城市交通擁堵情況，各大城市均修建了大量的高架橋工程，傳統的現澆式澆筑施工法施工周期長、噪聲大、揚塵污染大、施工質量難以保證，同時在施工時還會影響交通，給本就十分擁堵的城市帶來更大的負擔，尤其是現澆施工需要進行大量的高空作業，存在極大的安全隱患，不符合以人為本的安全生產管理理念[1]。近年來，國家大力提倡發展裝配式建筑，預制拼裝橋梁作為裝配式建筑的一種，也發揮著越來越重要的作用，尤其是全預制拼裝技術的應用，能夠大大縮短施工周期，減少對環境和交通的影響，同時工程施工質量易于控制，勞動強度低，施工安全性高，在最近幾年得到廣泛關注和應用。但是全預制拼裝橋梁技術應用于施工中，需要進行大量的高空架設吊裝作業，存在極大的安全隱患，而且傳統的現澆施工安全管理理念也難以適應全新的全預制拼裝施工技術[2]?；诖耍撐慕Y合集對分析+馬爾可夫鏈方法對全預制拼裝橋梁施工安全風險進行評價和分析，以期能為類似工程的施工安全管理提供借鑒。

1 理論基礎

在進行施工安全風險分析時，采用趙克勤教授提出的集對分析法，并結合馬爾可夫鏈構建動態評價模型。集對分析的中心思想是將不確定和確定性看作一個系統，它們在一定條件下可以相互轉換，充分考慮工程建設過程中存在的各種未知的不確定因素，具有聯合分析及問題處理、應用廣泛性、先進性、發展性等多種優勢。在集對分析法中，聯系度的概念最為重要，其表達式如下：

式中，μ——聯系度；a、b、c——常數，且a+b+c=1；S——2個集合中相同的特性數量；N——兩個集合中所有的特性數量；P——不相同也不相反的特性數量；i——差異度系數；j——對立度系數。

馬爾可夫鏈是分析預測系統未來發展趨勢的一種分析方法，其與當下狀況有關，與過去狀態無關。城市高架橋全預制拼裝施工存在人流量大、場地狹窄、工期緊張、難以全面遮擋封閉等諸多不可控因素，因此基于施工現狀對未來安全發展態勢進行預測也是十分重要的，假設t時刻系統的聯系度為μ（t），t+τ時刻系統的聯系度為μ（t+τ），那么有如下關系：

（a b c）（1?M）=0，a+b+c=1 （2）

式中，M——在[t，t+τ]區間的同異反轉矩陣。

按照均等原則，令i=0，j=?1，通過（1）式可計算得到聯系度μ的值，并根據聯系度劃分為不合格、合格、優良三個等級，再根據（2）式計算得到a、b、c值大小，再通過集對勢（a/c）和悲觀勢[a/（b+c）]大小，來判斷實際安全狀態與計劃安全狀態是處于同勢還是反勢，從而判斷系統是在朝著哪一個狀態發展。具體評價標準見表1。

2 案例分析

2.1 工程概況

某市內環高架及連接線項目全長3.462 km，主路橋梁共113跨，其中預制鋼梁6跨，預制混凝土梁107跨，其中標準段蓋梁、標準斷面墩柱和簡支小箱梁采用預制拼裝技術。預制墩柱采用高性能C40混凝土澆筑，預制蓋梁采用高性能C55混凝土澆筑。墩柱與承臺采用灌漿套筒的連接方式，墩柱與蓋梁采用金屬波紋管的連接方式。在承臺頂部預埋伸出鋼筋，墩柱底部預埋套筒，將立柱下端套筒套入承臺頂部伸出鋼筋，向套筒內灌入灌漿材料后完成立柱與承臺連接，向波紋管內灌注灌漿材料后完成蓋梁與立柱連接。立柱與承臺、立柱與蓋梁結合面采用高強無收縮砂漿連接。

2.2 指標體系的建立

全預制拼裝橋梁是來自預制構件的運輸、堆放、連接和吊裝過程。參照PDCA管理模式，對施工過程中的危險源建立評價指標體系。整個評價指標體系由主要參建方的企業安全管理、施工過程的安全管理、其他安全管理等3個一級指標組成。主要參建方的企業安全管理劃分為安全組織、安全制度、安全文化、安全投入等4個二級指標[3]。施工過程的安全管理劃分為人員、機械設備、材料、施工技術、環境等5個二級指標。其他安全管理劃分為施工單位的安全管理、建設單位的安全管理等2個二級指標，同時繼續將11個二級指標細分為30個三級指標。評價指標體系見圖1。

2.3 評價模型的構建

邀請5位業內專家對該工程施工過程中的安全評價體系指標進行一一打分，然后根據Borda計數法確定各評價指標的得分值，并以得分值的大小進行排序，排在末位的不得分，倒數第二位的+1分，逐漸計分至第一位，然后將所有評價指標的得分值累加，將各個指標的得分值除以該總分值即為該指標的權重值[4-5]。根據各指標的評分狀態，將其定性劃分為優良、合格和不合格三個等級，分別用A、B、C來定性表示，對該工程全預制拼裝橋梁施工安全風險進行動態評價（目前已經進行了5次安全檢查和數據整理，故需要對5個階段進行分別評價）。構建的安全評價模型參數見表2。從表2中可知：在30個三級指標中，U213的權重值最大，達到0.08，U214的權重值最小，為0.01；狀態評價結果中，U113的狀態評價最好，5個專家均打出了A（優良等級），狀態評價最差的為U142、U232、U313，安全狀態評價結果均為2A+1B+2C。

2.4 安全動態評價

根據表2中的權重值和安全狀態評價結果，對5個時間段對應下的集對情況進行分析，分別得到5個檢測周期時段下對應的聯系度：

根據（3）式中不同時段的聯系度，令可計算得到5個時段的i=0，j=?1，分別得到μ1=0.22、μ2=0.19、μ3=0.12、μ4=0.57、μ5=0.88，對應的等級分別為合格、合格、合格、優良、優良。分別再計算各時段的集對勢和悲觀勢大小，見圖2。從圖2中可知前4個時段的集對勢均大于1，1、2、3時段的悲觀勢小于1，4、5時段的悲觀勢大于1，因此根據安全評價等級和集對勢、悲觀勢的大小，根據表1中的評價標準，對5個時段的安全狀態做出如下評價：1、2時段的安全狀態偏差，但態勢向好的方向發展，3時段的安全狀態不穩定，4、5時段處于安全狀態。

從時段1到時段2，分別可得狀態A、B、C的“同、異、反”變化情況如下：

通過轉移矩陣處理后，可得1時段到2時段的同異反轉矩陣：

按照上述方式分別可得：

2時段到3時段的同異反轉矩陣：

3時段到4時段的同異反轉矩陣：

4時段到5時段的同異反轉矩陣：

考慮到系統狀態會逐漸趨于穩定的特點，因此取4個同異反轉矩陣的權重值依次為0.1、0.2、0.3和0.4，從而可計算得到綜合權重因素后的同異反轉矩陣：

從而得到在5個時段內的平均聯系度為：

由于有限狀態下的齊次馬爾可夫鏈具有遍歷性（時段越多，越趨向于穩定）的特點[6]，因此根據平均聯系度和綜合權重因素后的同異反轉矩陣，可計算得到下一時間段的聯系度：

再次令i=0，j=?1，可得下一時段工程μ6=0.37，即安全狀態為優良，集對勢=3.31，悲觀勢=0.75，根據表1中的評價標準，系統安全狀態難以確定（不穩定），因此該全預制拼裝橋梁工程在今后施工中仍然要對重點安全風險部位進行把控，才能使整個工程的施工安全風險狀態轉化為穩定狀態。

3 結語

以某市內環高架全預制拼裝橋梁施工工程為例，基于集對分析+馬爾可夫鏈方法對該項目的施工安全風險進行了評價和預測，結果表明：在前5次檢測時間段內，對應的安全評價等級為合格、合格、合格、優良、優良，1、2時段的安全狀態偏差，但態勢向好的方向發展，3時段的安全狀態不穩定，4、5時段處于安全狀態，預測下一時段內工程的安全狀態為優良，但由于集對勢=3.31，悲觀勢=0.75，因此判斷下一階段的工程的安全狀態不穩定，需要采取進一步的安全生產控制措施。

參考文獻

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