橋梁施工風險評估方法研究

摘要 橋梁施工風險評估是確保橋梁建設順利進行的關鍵部分。為了保證橋梁施工質量，有效控制施工風險，文章研究了層次分析法在大橋施工風險分析中的應用，通過建立評價體系和判斷矩陣，對不同層級中風險因素的權重進行了計算。研究結果表明：在大橋主塔施工過程中，層級二風險因素中的施工技術、外部環境、人員素質以及材料設備的權重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，其中施工技術的風險最大。在施工技術中的各風險因素中主塔失穩、混凝土保護層厚度不足的權重較大，分別為0.514 3和0.223 7；在其余二級風險因素中三級風險權重較大的分別為地震、施工隊伍的素質、混凝土強度和鋼筋銹蝕。因此，為保證主塔的施工質量，控制施工風險，要重點關注主塔失穩、混凝土保護層厚度不足、地震、施工隊伍的素質、混凝土強度和鋼筋銹蝕因素對施工質量造成的影響。

關鍵詞 橋梁；施工風險評估；層次分析法；權重；施工技術

中圖分類號 U445.1 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2024）04-0108-03

0 引言

隨著經濟的快速發展和交通需求的不斷增加，橋梁已成為當今社會發展的重要基礎設施之一，其施工安全問題也日益凸顯^[1-2]。橋梁施工過程中的各種風險因素不可避免，如地質條件、氣象條件、技術難度、施工管理等，這些因素可能導致橋梁施工事故的發生，造成嚴重的人員傷亡和財產損失^[3]。因此，對橋梁施工進行風險評估十分重要，通過識別和評估施工過程中的風險因素，能夠采取相應的風險管理措施，以確保橋梁施工的安全順利進行^[4]。如何準確評估和控制橋梁施工中的風險，成為業界和學術界關注的焦點。李鑫聃等^[5]結合建管理念，評估了橋梁在設計、施工、材料等方面的風險度，為橋梁的安全控制提供了可靠數據。層次分析法作為一種定性和定量相結合的分析方法，能夠有效地處理復雜問題的決策分析^[6]。因此，為了保證橋梁施工質量，有效控制施工風險，基于層次分析法建立了大橋施工風險的評價體系和判斷矩陣，對不同層級中風險因素的權重進行了計算，找出了風險較大的因素，為大橋的安全控制提供參考和依據。

1 工程概況

某懸索橋接線和橋長分別為1 030 m和2 795 m，矢跨比和邊跨比分別為1/5和1/2.77，索塔高83 m，橋塔采用混凝土結構，塔柱斷面為箱形，橋塔上部塔高70 m。橋塔32 m以下位置的截面縱向尺寸從6.6 m逐漸增大到10.6 m，32 m以上位置等于6.6 m。懸索橋橋寬28 m，采用縱、橫梁體系，梁的類型屬于鋼—混組合梁，整個橋體共有主纜2根，為高強鋼絲鍍鋅構成的正六邊形。大橋設計車速為60 km/h，環境類別為Ⅱ類，車道寬度為四車道，其設計基準期為100年，結構安全等級為一級。

2 橋梁施工風險分析方法

2.1 層次分析法

層次分析法是一種以復雜的多目標決策問題作為一個系統，將目標分解為多個目標或準則，進而分解為多指標（或準則、約束）的若干層次，通過定性指標模糊量化方法算出層次單排序（權數）和總排序，以此作為目標（多指標）、多方案優化決策的系統方法。層次分析法有如下優點：

（1）系統性：將所研究的問題看成一個系統，按照分解、比較判斷、綜合分析的思維方式進行決策分析，是繼機理分析方法、統計分析方法之后發展起來的又一個重要的系統分析工具。

（2）實用性：能處理許多傳統的優化方法無法處理的問題，應用范圍廣，而且將決策者和決策分析者聯系起來，體現了決策者的主觀意見，決策者可以直接應用它進行決策分析，增加了決策的有效性和實用性。

（3）簡潔性：層次分析法的基本原理和步驟較為簡單，計算方便，所得結果簡單明確。

在通過層次分析法分析橋梁施工過程中的風險時，第一步要明確哪些因素可能對橋梁施工造成風險，這些因素可能包括設計問題、施工問題、自然環境因素、人為因素等。找出不同因素間的支配性和影響關系，同時構建風險層次模型，實現風險識別的具體化和條理化。在建立層次分析模型時，把風險屬性相同的放在同一層次，下一層次因素受到上一層次的約束。

2.2 構建判斷矩陣群

通過判斷矩陣能夠得出同一層次內各個風險因素對上一層級因素的重要程度。其原理是以上一層級某個風險因素為基準，兩兩對比當前層次的因素，設置1～9種不同標度來表示結果的權重，從而得出判斷矩陣，如表1所示，為1～9種標度的意義。然后對判斷矩陣進行一致性檢驗，檢驗方式如式（1）：

式中，RI、CI和CR——隨機性指標、矩陣的一致性和一致性指標。

可通過式（2）計算出CI：

CI=（λ_max?n）/（n?1） （2）

式中，λ_max、n——判斷矩陣最大特征根和矩陣階數。

判斷矩陣在檢驗后得出CR值，當CR<0.1時，說明數據一致性高，具有較好的有效性，反之則說明數據誤差較大，需要修正判斷矩陣，其具體流程如圖1所示。

3 層次分析法的結果分析

大橋的建造十分復雜，且周期較長，如果要識別出大橋所有結構的施工風險源，需要的工作量較大。根據大橋施工條件、橋體結構特點、所處環境等因素，將大橋分為三個部分，分別為主梁、主塔以及纜索體系。此次研究中僅針對大橋主塔進行分析，根據相關專家意見確定對大橋主塔施工風險造成影響的風險源，并建立其層次模型，具體如圖2所示。

參考10位相關專家（高校教授、橋梁施工管理者、設計人員）的問卷調查或打分結果，對比判斷同一層次的風險因素，得出判斷矩陣，通過方根法對不同風險的權重進行計算，同時檢驗結果的一致性，如表2所示，為大橋主塔的權重計算結果。

檢驗上組數據的一致性，得出其CR值為0.021，小于0.1，表明數據組具有較高的有效性，無須進行修正處理。從表2中能夠得出，大橋主塔建設過程中層級二風險因素B1～B4的波動范圍為0.130 2～0.484 6，層級三風險因素C1～C13的波動范圍為0.079 3～0.514 3。層級二風險因素中施工技術、外部環境、人員素質以及材料設備的權重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，這說明在大橋主塔施工過程中施工技術的風險最大，應重點關注。在施工技術的下一層級風險因素里，主塔失穩、混凝土保護層厚度不足、主索鞍安裝偏差、大體積混凝土水化熱的權重分別為0.514 3、0.223 7、0.079 3和0.182 7，這說明在大橋主塔的施工技術中風險較大的是主塔失穩，其次是混凝土保護層厚度不足，風險最小的是主索鞍安裝偏差，因此在前期設計時要精準計算主塔的穩定性，同時在施工時保證主塔的施工質量和嚴格控制混凝土保護層厚度。除此之外，能夠得出在外部環境中，地震的權重最大（0.423 2）；在人員素質中，施工隊伍的素質的權重最大（0.833）；在材料設備中，混凝土強度和鋼筋銹蝕的權重相同，均為0.428 5。因此，為保證主塔的施工質量，控制施工風險，同樣要重點關注地震、施工隊伍的素質、混凝土強度和鋼筋銹蝕所造成的影響。

同時，將層級二指標與其對應的層級三指標一一相乘，得出各三級因素的綜合權重，并對主塔施工風險因素進行排序，能夠得出綜合權重前三位的是主塔失穩（0.249 3）、混凝土保護層厚度不足（0.108 4）以及主索鞍安裝偏差（0.038 5），再次說明了在大橋主塔建造質量控制中的重點是施工技術中的主塔失穩、混凝土保護層厚度不足以及主索鞍安裝偏差。

4 風險控制措施

根據上述分析結果，針對大橋主塔建造過程中風險權重占比較大的3個因素（主塔失穩、混凝土保護層厚度不足以及主索鞍安裝偏差），采取了相應的控制措施。

對于主塔失穩：在設計階段必須遵循國際或國內公認的工程標準與規范，采用先進的設計軟件進行結構分析，以確保主塔在各種加載條件下的穩定性；考慮額外的安全系數，為不確定性及可能的超出設計范圍的負荷提供緩沖空間；利用先進的監測設備，如傾斜傳感器、應力/應變傳感器、位移傳感器等，實時跟蹤主塔的位移、傾斜和內力變化；將監測數據與預設閾值比較，以便對出現的任何異常立即采取糾正措施；嚴格控制施工順序，確保按照設計和工程計劃進行，避免因施工順序錯誤而引起主塔失穩。在施工期間，合理安排施工進度，避免因過快施工而導致的不穩定問題，保證施工過程中的工藝標準和施工質量，每個施工環節均需要符合規范。

對于混凝土保護層厚度不足：明確規定混凝土保護層的最小厚度要求，并依據結構所在環境的侵蝕性級別調整這一要求；在施工圖紙中清楚標注保護層厚度，并在工藝規范中詳細說明如何實現圖紙要求；施工過程中應使用專門的保護層測厚工具，比如電磁感應測厚儀，確保保護層厚度符合規定。

對于主索鞍安裝偏差：主索鞍的制造應嚴格遵循精細的設計圖和高精度加工標準，采用高精度數控機床進行加工，確保構件尺寸和形狀的準確性；在實際安裝之前，可以利用結構力學軟件進行仿真，評估預張拉過程中索鞍的行為及對整體結構的影響；通過預張拉的結果調整索鞍位置，實現預期的張力分布。安裝過程中進行實時監控，使用高精度儀器實時檢查索鞍的位置和方向，如有任何偏差應立即調整。

5 結論

為了研究層次分析法在大橋施工風險分析中的應用，以大橋主塔為對象，建立評價體系和判斷矩陣，對不同層級中風險因素的權重進行了計算，主要得出以下結論：

（1）大橋主塔建設過程中，層級二風險因素中的施工技術、外部環境、人員素質以及材料設備的權重分別為0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，這說明在大橋主塔施工過程中施工技術的風險最大。在施工技術的下一層級風險因素中主塔失穩、混凝土保護層厚度不足的權重較大，分別為0.514 3和0.223 7，這說明在大橋主塔的施工技術中風險較大的是主塔失穩，其次是混凝土保護層厚度不足，并針對上述風險因素提出了相應的控制策略。

（2）在其余二級風險因素中，三級風險權重較大的分別為地震、施工隊伍的素質、混凝土強度和鋼筋銹蝕，因此，為保證主塔的施工質量，控制施工風險，同樣要重點關注以上風險因素所造成的影響。

參考文獻

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收稿日期：2023-11-22

作者簡介：孫鶴（1979—），男，本科，高級工程師，研究方向：道路工程。