橋梁隧道管理中的風險評估與風險管理

文／任壬 山東信誠建設管理有限公司 山東東營 257091

引言：

橋梁和隧道作為基礎設施的關鍵組成部分，在現代社會中扮演著至關重要的角色。它們不僅促進了城市的發展和國家的經濟增長，還連接著人們的生活、商業和文化。然而，這些結構的安全性和可靠性常受到各種潛在的風險威脅，這些威脅包括自然災害、結構老化、設計缺陷和人為因素。因此，對橋梁和隧道的風險評估和風險管理變得至關重要，以確保它們的長期可用性和安全性。本文的主要目標是深入探討橋梁和隧道管理中的風險評估與風險管理，以為相關專業領域的從業者、決策者和研究人員提供深入洞察和有用的信息。

1.橋梁和隧道風險的類型

1.1 自然災害

橋梁和隧道面臨的風險類型多種多樣，其中自然災害是其中一個最為顯著的威脅之一。自然災害包括地震、洪水、颶風和風暴等，這些災害可能對橋梁和隧道的結構完整性和功能性造成重大損害[1]。地震可能導致結構的震動和破壞，而洪水則可能淹沒道路和隧道，造成交通中斷。颶風和風暴可能引發強風和風暴潮，對結構造成嚴重的風險。因此，了解并有效管理這些自然災害相關的風險至關重要，以確保橋梁和隧道的穩定性和安全性。

1.2 結構老化和劣化

隨著時間的推移，這些基礎設施不可避免地經歷物質和結構的老化，這可能導致材料的腐蝕、混凝土的龜裂、金屬部件的腐蝕和疲勞，以及其他結構問題。這種劣化不僅會減損橋梁和隧道的性能，還可能危及它們的安全性和可持續性。因此，有效的結構老化和劣化管理策略至關緊要，以延長這些基礎設施的壽命，并降低潛在的災難性故障風險。

1.3 設計缺陷

設計缺陷可能源自工程計算、規范遺漏、施工不當或者未來需求變化等多種因素，這些缺陷可能導致結構不穩定、材料強度不足、結構元件的過度疲勞，以及其他設計相關的問題[2]。這種風險類型不僅會增加維護和修復的成本，還可能危及使用者的安全。因此，對于設計缺陷的有效評估和及時糾正至關重要，以確保橋梁和隧道的設計符合標準，并能夠應對實際的工程要求。

1.4 人為因素

人為因素包括各種可能對基礎設施安全性和可靠性產生負面影響的行為和事件。這包括事故、疏忽、惡意破壞和未經授權的修改等。事故可能導致結構的損壞或崩潰，而疏忽則可能影響日常維護和監測的執行。此外，惡意破壞可能是恐怖襲擊或破壞行為，對基礎設施造成嚴重破壞和威脅。

2.橋梁隧道管理中的風險評估方法

2.1 定性評估

2.1.1 專家意見

定性評估是一種重要的方法，其中專家意見發揮了關鍵作用。專家意見評估基于專業知識和經驗，通過專家的見解來識別和評估潛在風險。這些專家可以是工程師、地質學家、氣象學家等，具有深入了解特定領域的知識。

專家意見評估的優點之一是其迅速的特點，能夠快速識別可能的風險因素。專家能夠基于過去的案例和領域專業知識，提供寶貴的見解，有助于確定需要更深入研究的風險領域。此外，專家也可以識別那些可能被定量方法忽略的風險因素，因為某些情況下，定量數據可能有限或不適用。

然而，專家意見評估也存在一些局限性，如主觀性和潛在的偏見。因此，在橋梁和隧道管理中，通常會采取多種方法，包括定性和定量評估，以確保全面且可靠的風險評估。

2.1.2 故障模式和效應分析（FMEA）

FMEA是一種系統性方法，用于識別潛在的故障模式、評估它們的嚴重性、頻率和檢測能力，以確定最關鍵的風險因素。

FMEA 的優勢之一是其系統性和結構性，它能夠幫助管理者識別并優先考慮那些可能對結構造成最嚴重影響的故障模式。通過對潛在風險的全面分析，FMEA 可以幫助確定哪些問題需要緊急解決，以降低風險。此外，FMEA 還提供了一種透明的方法，可以用于與利益相關者交流，共同確定哪些措施可以最大程度地提高結構的可靠性和安全性。

然而，FMEA 也需要耗費時間和資源，因為它通常涉及大量數據的收集和分析。此外，FMEA 結果高度依賴于可用的數據和對潛在風險的正確識別，因此需要高度專業的知識和經驗。

2.2 定量評估

2.2.1 概率論方法

在橋梁和隧道管理中，定量風險評估方法的一種重要工具是概率論方法。這種方法依賴于數學模型和統計數據，用于量化潛在風險，并基于概率和統計原理來評估這些風險的可能性和影響。

概率論方法在風險評估中的應用有著廣泛的優勢。首先，它提供了客觀的數據分析，能夠以數量化的方式衡量風險，這使管理者能夠更準確地理解潛在風險的嚴重性，以便采取適當的風險管理策略[3]。其次，概率論方法允許進行模擬和模型分析，以研究不同的風險情境和策略，以幫助決策制定者更好地規劃資源和預測未來風險。

然而，概率論方法也有其挑戰。它通常需要大量的數據，包括事件發生的頻率和影響的統計信息。此外，模型的構建和參數的選擇需要專業知識和經驗。對于復雜的橋梁和隧道系統，模型的建立可能具有挑戰性，因此必須仔細考慮模型的合理性。

2.2.2 統計分析

統計分析利用大量的數據和數學技巧，以識別和量化潛在風險，從而提供有力的支持決策和資源分配。統計分析的優勢之一是其對大規模數據的處理能力。通過收集并分析歷史事件、結構性能和其他相關數據，統計分析可以揭示風險因素的概率分布和相關性。這有助于管理者更全面地理解潛在風險，以及它們可能對結構造成的影響。此外，統計分析還能夠識別不同風險因素之間的相互關系，幫助預測可能的累積效應。

然而，統計分析也需要可靠的數據來源和高質量的數據，以便進行準確的模型構建和分析。此外，對統計模型的選擇和參數的確定需要專業知識和經驗。在復雜的橋梁和隧道系統中，模型的建立和維護可能涉及復雜的挑戰。

2.3 風險指標和評估工具

2.3.1 風險矩陣

風險矩陣將風險的可能性和影響分別分為幾個等級，通常以顏色或數字代碼的形式呈現，以幫助決策者快速識別并理解風險的嚴重程度。

風險矩陣的優勢之一是其直觀性和易于理解。它可以為管理者提供一種簡潔而清晰的方式，以視覺化方式表示潛在風險的不同層次。這種可視化方法有助于決策者迅速確定哪些風險需要更多關注和管理，從而能夠更有效地分配資源和采取適當的措施。

此外，風險矩陣還具有靈活性，可以根據具體項目的需要進行定制。它可以與不同類型的風險指標結合使用，以滿足特定的管理目標。而且，風險矩陣的數據可以隨時間的推移進行更新，以反映風險的演化和項目進展。盡管風險矩陣是一種強大的工具，但也需要謹慎使用，因為它通常是基于主觀判斷和經驗的。因此，在橋梁和隧道管理中，通常會結合其他風險評估方法，以提供更全面的風險分析。風險矩陣作為其中的一部分，可以在項目決策和通信中發揮重要作用，幫助管理者更好地理解和應對風險。

2.3.2 風險曲線

風險曲線基于概率和統計原理，用于表示不同風險水平的可能性分布，這是通過將風險因素的概率分布與潛在損失的影響關聯起來，從而提供了全面的風險洞察。

風險曲線的優勢之一是它提供了關于不同風險水平的詳細信息。與傳統的風險評估方法不同，風險曲線能夠顯示潛在風險的整個范圍，從較低風險到較高風險的情況，這有助于管理者更全面地理解潛在風險的嚴重性。這種信息對于決策制定和資源分配至關重要。

此外，風險曲線還能夠支持風險管理策略的制定。通過了解不同風險水平下的可能損失，管理者可以更好地評估采取措施的成本效益。這有助于確定哪些風險值得投入更多資源，以降低其發生的可能性或減輕其影響。

盡管風險曲線提供了豐富的信息，但它也需要可靠的數據和統計分析的專業知識。此外，風險曲線通常需要不斷更新，以反映風險的演化和新的信息。因此，在橋梁和隧道管理中，風險曲線通常作為全面風險評估的一部分，與其他方法結合使用，以確保有效的風險管理和決策制定，這個工具為管理者提供了全面的風險視角，有助于更好地了解和應對潛在風險。

3.數據收集和監測

3.1 傳感技術

3.1.1 壓力傳感器

傳感技術，尤其是壓力傳感器，已成為一種不可或缺的工具，用于實時監測和記錄結構的重要參數。壓力傳感器是一種專門設計用于測量和監測結構載荷、應力和變形的設備。這些傳感器可以安裝在關鍵部位，如橋梁支座、隧道壁、橋墩等，以實時檢測結構的變化。通過連續監測壓力和變形數據，管理者可以了解結構的性能，包括負載分布、變形情況和潛在的結構問題。

壓力傳感器的優勢之一是其高度精確的數據記錄能力。它們能夠提供實時和高分辨率的數據，從而幫助管理者更準確地識別結構的異常行為或疲勞痕跡。此外，數據的自動記錄和存儲也使得監測工作更加便捷，同時減少了人工干預和錯誤的可能性。

然而，壓力傳感器的使用需要精確的安裝和校準，以確保數據的準確性和可靠性。此外，數據處理和分析需要專業知識，以從海量數據中提取有關結構健康和性能的有用信息。

3.1.2 振動監測

振動監測系統通過安裝振動傳感器和數據采集裝置，能夠捕捉結構的振動和動力響應，從而幫助管理者了解結構的性能和安全狀況。

振動監測的優勢之一是其對結構行為的高靈敏度。這些傳感器能夠檢測到微小的振動和變形，即使在結構受到輕微負載或振動時也能提供有用的數據。這種高靈敏度使管理者能夠早期發現潛在問題，如裂縫、疲勞、變形或異常振動，從而采取及時的維護和修復措施，降低事故和災害風險。

此外，振動監測系統還可以實現遠程實時監測，允許管理者在需要時隨時查看結構的狀態。這種實時性有助于預測結構的性能，并在需要時采取緊急措施，以確保結構的可靠性和安全性。盡管振動監測在結構健康監測方面具有廣泛的應用，但其有效性需要專業知識和經驗，以正確安裝和解讀傳感器數據。

3.2 非破壞性檢測

在橋梁和隧道管理領域，非破壞性檢測（NDT）是一種至關重要的數據收集和監測方法。這種技術允許我們在不破壞結構完整性的情況下，檢測和評估可能存在的問題。例如超聲波檢測，它通過發送超聲波脈沖并測量其回波時間來檢查混凝土或金屬結構中的裂縫、空隙或腐蝕，這種技術使管理者能夠準確識別問題區域，預測結構的剩余壽命，以及采取適當的修復措施[4]。

非破壞性檢測的優勢之一是它的安全性和無損傷性。與傳統的破壞性檢測方法不同，如拆除結構或樣本采集，NDT 方法不會進一步破壞結構，從而保持了其完整性和可使用性。此外，這種方法通常更迅速和經濟，因為它減少了維修和修復的需求。

然而，NDT 也需要專業知識和技能，以正確執行檢測，并解釋和評估檢測結果。因此，培訓和資格認證對于使用NDT 技術的技術人員至關重要。非破壞性檢測在橋梁和隧道管理中發揮了重要作用，幫助管理者確保結構的可靠性和安全性，延長其壽命，同時減少了維護和修復的成本。

3.3 數據存儲和分析

數據收集和監測在橋梁和隧道管理中是至關重要的，而數據存儲和分析是確保這些數據的最大化利用的關鍵環節。例如，假設一個大型橋梁上安裝了多個傳感器，以監測不同部位的振動和溫度。這些傳感器每分鐘產生大量數據點，形成了龐大的數據集。數據存儲技術需要能夠有效地處理和保存這些數據，以備將來的分析和比較。同時，數據分析工具可以幫助識別結構的異常行為，如不尋常的振動頻率或溫度升高，這可能表明結構存在問題，需要進行進一步的檢查和維護。

數據存儲和分析也可以用于趨勢分析。通過長期記錄和比較數據，管理者可以識別結構性能的變化趨勢，例如腐蝕速率、振動頻率變化或材料劣化程度。這有助于預測未來的維護需求，制定更有效的維護計劃，以延長結構的壽命和可用性。然而，數據存儲和分析需要適當的技術和基礎設施。云計算、大數據分析和機器學習等技術已經成為有效的工具，用于處理和解釋大規模傳感數據。管理者需要確保數據存儲和分析的系統能夠處理大量數據、提供實時反饋，并確保數據的隱私和安全。

4.橋梁隧道管理中的風險管理策略

4.1 預防性維護

預防性維護是橋梁和隧道管理中的重要風險管理策略之一，旨在降低潛在風險并確保結構的可靠性和安全性。這一策略強調定期檢查、維護和保養，以預防潛在問題的發生或擴大。通過實施預防性維護計劃，管理者可以早期發現并解決結構中的問題，如腐蝕、裂縫、疲勞或磨損，從而減少維修成本和降低事故風險。

預防性維護計劃通常包括定期檢查結構的關鍵部位，使用傳感技術來監測潛在問題的變化。例如，使用傳感器來測量溫度、濕度、振動或結構的變形，可以提供及時的數據，幫助管理者了解結構的狀態。如果檢測到問題，預防性維護計劃可以包括及時的修復工作，以防止問題惡化。

通過預防性維護，管理者可以延長結構的壽命，減少緊急維修的需求，并提高結構的可持續性，這一策略有助于降低長期維護成本，減輕了財務負擔，同時確保結構在使用期間的可靠性和安全性。因此，預防性維護在橋梁和隧道管理中是不可或缺的一環，有助于降低各種潛在風險的發生。

4.2 緊急應對計劃

緊急應對計劃在橋梁和隧道管理中扮演著至關重要的角色，它是一項關鍵的風險管理策略，旨在應對緊急情況和降低災害風險。這種策略為管理者提供了應對自然災害、事故或其他緊急事件的框架和行動計劃，以最小化潛在損失和確保結構的安全性。

緊急應對計劃通常包括多個關鍵要素，如緊急疏散程序、緊急維修計劃、與當地救援機構的協調等。這些計劃允許管理者在災害或緊急事件發生時迅速采取措施，確保結構的可用性，減輕潛在損失，并保護人員的安全。舉例來說，如果一座橋梁遭受了地震或洪水的襲擊，緊急應對計劃可以包括疏散居民、評估結構損傷、及時維修或修復工程等步驟，以恢復結構的功能。

4.3 結構加固和改進

結構加固和改進是橋梁和隧道管理中的一項關鍵風險管理策略，它旨在提高結構的抗災能力、可靠性和壽命。例如，一座老舊的橋梁可能需要結構加固來提高其抗震性。這可以通過增加支撐、使用高強度材料、改進連接件或采用更堅固的設計來實現。結構加固和改進的目標是使結構更具抗災能力，以減少在地震、風暴或其他災害發生時的風險。

此外，結構加固和改進還可以用于提高結構的可靠性和壽命。例如，混凝土結構可能在多年的使用后出現裂縫或腐蝕，需要采取措施來修復和保護。這可能包括表面修復、防水涂層、腐蝕抑制措施等，以確保結構在未來的使用中保持穩定和安全。

4.4 保險和應急資金

保險和應急資金是橋梁和隧道管理中不可或缺的風險管理策略，旨在為不可預測的災害和緊急事件提供財務保障。橋梁和隧道的運營中，無法排除自然災害、意外事故或其他緊急情況的風險。在這種情況下，保險起到了關鍵作用，為結構的損失提供經濟支持，包括修復、重建或損失賠償。此外，建立應急資金用于緊急維修和恢復工程，確保結構能夠迅速重新投入使用，降低中斷造成的損失。通過保險和應急資金，管理者能夠更好地應對未知風險，降低財務風險，確保橋梁和隧道的可靠性和可用性，從而支持基礎設施的長期可持續性。

結語：

有效的風險管理是確保這些基礎設施的可靠性、安全性和可持續性的關鍵。通過結合各種風險評估方法和策略，包括預防性維護、緊急應對計劃、結構加固和改進，以及保險和應急資金，管理者能夠最大程度地降低潛在風險，確保結構的長期性能和安全性，這有助于維護關鍵基礎設施的功能，減少損失，并促進社會經濟的可持續發展。