黃慶航 唐力文 楊弘卿福建省交通建設(shè)工程監(jiān)理咨詢有限公司 交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院

　　摘 要：為了解復(fù)雜環(huán)境條件下施工的跨海大橋的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，從安全角度出發(fā)，制定合理有效的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略，本文依托泉州灣大橋的工程實(shí)踐，提出跨海大橋風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的評估方法。首先介紹了風(fēng)險(xiǎn)損失模型和風(fēng)險(xiǎn)概率模型，從人員傷亡、時(shí)間延誤、貨幣損失方面對各風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行損失評定和風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì);然后通過調(diào)查問卷的方式，獲取建設(shè)單位的風(fēng)險(xiǎn)決策偏好，了解大橋管理人員的效用函數(shù)特征，以及他們對大橋風(fēng)險(xiǎn)概率和損失組合等級的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度;最后基于滿意準(zhǔn)則進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估，通過ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則劃定合理的風(fēng)險(xiǎn)水平和相應(yīng)的基本風(fēng)險(xiǎn)對策，并最終確定各特定狀態(tài)的顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)。泉州灣大橋的實(shí)踐結(jié)果表明，本文提出的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估方法，取得了良好的效果，希望能為類似跨海大橋的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估提供一定的借鑒作用。

　　關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估;風(fēng)險(xiǎn)損失模型;風(fēng)險(xiǎn)概率模型;效用函數(shù);ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則;

　　基金：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2017YFC0805300);

　　橋梁在施工過程中，由于某種不確定因素的影響，使橋梁結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞，由此而引發(fā)不利結(jié)果，而且這種結(jié)果是不確定的，即稱為橋梁工程施工風(fēng)險(xiǎn)。橋梁工程施工，尤其是復(fù)雜橋梁工程施工，由于工序繁多、受制約因素較多等原因的影響，存在重大的施工安全風(fēng)險(xiǎn)隱患。

　　風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估等在其他領(lǐng)域如經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域等，已應(yīng)用的非常廣泛，但在工程領(lǐng)域應(yīng)用較少，不過對其也逐漸開始重視起來，具體到橋梁施工方面，風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估才剛剛起步。我國從20世紀(jì)80年代起，開始關(guān)注工程風(fēng)險(xiǎn)問題，橋梁工程界從2002年才開始進(jìn)行橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估問題的研究。

　　今年來，我國修建了很多跨海大橋，如杭州灣跨海大橋、港珠澳大橋等，在海上進(jìn)行橋梁施工，施工條件更加苛刻，受海上惡劣環(huán)境的影響更加復(fù)雜，隨之而來的施工風(fēng)險(xiǎn)也就更大，所以針對跨海大橋施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估的研究十分重要。

　　1 工程概況

　　泉州灣跨海大橋工程起于晉江南塘，與泉州市環(huán)城高速公路晉江至石獅段相接，在石獅蚶江跨越泉州灣，經(jīng)惠安、秀涂、張坂、終于塔埔，與泉州灣環(huán)城高速公路南惠支線相接。路線全長26.675km，其中泉州灣跨海大橋全長12.454km，分南岸陸地引橋、蚶江互通主線橋、南岸淺水區(qū)引橋、南岸深水區(qū)引橋、通航主橋(70+130+400+130+70)m雙塔分幅組合梁斜拉橋、北岸深水區(qū)引橋、北岸淺水區(qū)引橋、秀涂互通主線橋九個(gè)區(qū)段。全線共設(shè)蚶江、秀涂、張坂、塔埔四個(gè)互通。

　　2 風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估方法

　　根據(jù)泉州灣大橋典型分部分項(xiàng)工程的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，從人員傷亡、時(shí)間延誤、貨幣損失等方面對各風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行損失評定和風(fēng)險(xiǎn)概率估計(jì)。

　　通過調(diào)查問卷的方式，獲取泉州灣大橋管理者的風(fēng)險(xiǎn)決策偏好和對大橋風(fēng)險(xiǎn)概率和損失組合等級的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度，通過ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則劃定合理的風(fēng)險(xiǎn)水平和相應(yīng)的基本風(fēng)險(xiǎn)對策，并最終確定各特定狀態(tài)的顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)。

　　2.1 風(fēng)險(xiǎn)損失模型

　　用多個(gè)隨機(jī)變量描述不確定性，可以用隨機(jī)變量Ni表示在評估期內(nèi)風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)i出現(xiàn)的次數(shù)，用隨機(jī)變量Li,j,k表示該風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)i在第k次實(shí)現(xiàn)時(shí)，造成的第j種損失幅度。則全壽命期內(nèi)，風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)i造成的損失j的總量可表示為:

　　損失的表現(xiàn)形式有多種多樣，參考以往橋梁風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的研究，從損失基本物理形式的角度，將損失歸結(jié)為人員傷亡、時(shí)間延誤和貨幣損失三種基本類型。本文將三者損失水平分別乘以不同權(quán)重系數(shù)得到損失的綜合效應(yīng)，同時(shí)考慮環(huán)境因素的影響，即:

　　式中:wh為人員傷亡權(quán)重，根據(jù)參考資料取為0.45;wt為時(shí)間延誤權(quán)重，取為0.35;wm為貨幣損失權(quán)重，取為0.2。λ為環(huán)境影響系數(shù)，環(huán)境影響等級為較高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)λ取1.2，中度風(fēng)險(xiǎn)時(shí)λ取1.1，較低風(fēng)險(xiǎn)和低風(fēng)險(xiǎn)時(shí)λ取1.0。

　　根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》和泉州灣大橋施工管理相關(guān)規(guī)定，通過施工現(xiàn)場實(shí)地發(fā)放調(diào)查問卷的方式，確定泉州灣大橋施工期的損失等級，如表1所示。

　　表1 風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失劃分等級 下載原圖

　　2.2 風(fēng)險(xiǎn)概率模型

　　橋梁風(fēng)險(xiǎn)概率模型是橋梁風(fēng)險(xiǎn)損失現(xiàn)實(shí)發(fā)生的可能性的數(shù)學(xué)描述。設(shè)在風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H作用下，引起損失的極限狀態(tài)可以用狀態(tài)方程Z=R-S<0表示，其中S為風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H作用下的廣義效應(yīng)，R為廣義抗力，則損失發(fā)生的概率P可表示為:

　　效應(yīng)S與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H相關(guān)，設(shè)關(guān)于S與H的聯(lián)合概率密度函數(shù)f(S,H)，則有:

　　式中:f(S|H)為給定風(fēng)險(xiǎn)H狀態(tài)下，極限狀態(tài)失效的條件概率密度函數(shù);f(H)為風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H的概率密度函數(shù)。

　　由全概率公式得:

　　考慮風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H可能引起失效的水平上、下限位H1和H2，將式(3-4)、(3-5)帶入到式(3-3)，可得:

　　將上式離散可得:

　　式中:

　　為風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)Hi水平處于i區(qū)間的極限狀態(tài)失效概率;

　　為風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)水平處i區(qū)間的區(qū)間概率;N為劃分的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)水平區(qū)間數(shù)量。

　　風(fēng)險(xiǎn)概率模型的研究，必須研究風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)出現(xiàn)的概率和風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)作用下?lián)p失發(fā)生的概率兩部分內(nèi)容。將風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)H出現(xiàn)的頻率成為風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的基礎(chǔ)概率，用隨機(jī)變量F0(H)表示;將在該風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)作用下?lián)p失發(fā)生的概率稱為損失發(fā)生概率，用隨機(jī)變量FS(H)表示。

　　根據(jù)《公路橋梁和隧道工程設(shè)計(jì)安全風(fēng)險(xiǎn)評估指南》及泉州灣大橋施工管理相關(guān)規(guī)定，確定泉州灣大橋施工期風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)發(fā)生的概率等級，如表2所示。

　　表2 風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)概率劃分等級 下載原圖

　　由于特大橋施工期風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)均屬于小概率事件，人為原因在其實(shí)現(xiàn)過程中具有比較顯著的影響，建立規(guī)則的基礎(chǔ)概率模型比較困難，泉州灣大橋采用專家調(diào)查法確定此類風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的概率用作其風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的基礎(chǔ)概率。

　　2.3 效用函數(shù)

　　在決策分析中，將決策人對后果的實(shí)際判斷與后果的真實(shí)價(jià)值的差異稱為偏好。在決策理論中效用是描述決策人對后果的偏好，即后果的實(shí)際價(jià)值，并且用效用函數(shù)來量化對后果的偏好，它是后果的函數(shù)，是實(shí)值函數(shù)。

　　效用函數(shù)的研究實(shí)質(zhì)是確定建設(shè)單位對損失幅度的基本處理態(tài)度。通過調(diào)查問卷的方式，獲取泉州灣大橋建設(shè)單位的風(fēng)險(xiǎn)決策偏好，了解大橋管理人員的效用函數(shù)特征，以及他們對大橋風(fēng)險(xiǎn)概率和損失組合等級的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度。

　　2.4 基于滿意準(zhǔn)則的橋梁風(fēng)險(xiǎn)評估方法

　　在作決策時(shí)決策人需要對各方案的優(yōu)劣進(jìn)行排序，從而找出最優(yōu)方案進(jìn)行實(shí)施，決策準(zhǔn)則指的就是方案排序所遵守的基本依據(jù)。常用的決策準(zhǔn)則可分為滿意準(zhǔn)則和最優(yōu)化準(zhǔn)則兩大類。泉州灣大橋選用滿意準(zhǔn)則進(jìn)行決策，實(shí)踐證明，滿意準(zhǔn)則已能夠滿足橋梁施工過程中各分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)評估的要求。

　　ALARP(As Low As Reasonably Possible)風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則是滿意準(zhǔn)則的具體體現(xiàn)。其操作方法是:首先確定合理的衡量風(fēng)險(xiǎn)的指標(biāo)，然后研究確定其效用函數(shù)特點(diǎn)，根據(jù)其代表值，確定合理的風(fēng)險(xiǎn)水平，同時(shí)也就確定了基本的風(fēng)險(xiǎn)對策。

　　通過對決策人的問卷調(diào)查，得到?jīng)Q策人效用函數(shù)的代表值，確定了風(fēng)險(xiǎn)等級的劃分水平，如表3所示。

　　表3 決策人風(fēng)險(xiǎn)等級劃分水平 下載原圖

　　將所確定的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定結(jié)果繪于風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間劃分表格內(nèi)，如圖1所示。風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間劃分由風(fēng)險(xiǎn)決策人的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度決定，決策人的風(fēng)險(xiǎn)態(tài)度取決于決策人的風(fēng)險(xiǎn)效應(yīng)函數(shù)。風(fēng)險(xiǎn)等級區(qū)間按照ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則確定各劃分區(qū)域名稱，即將整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域劃分為風(fēng)險(xiǎn)不可接受區(qū)域、風(fēng)險(xiǎn)可忽略區(qū)域和ALARP區(qū)域。落于不可接受區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)必須采用強(qiáng)制水平降低其風(fēng)險(xiǎn);落于風(fēng)險(xiǎn)可忽略區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)表明其風(fēng)險(xiǎn)遠(yuǎn)低于社會(huì)可接受水平，不需采取任何措施;落于兩者之間區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)介于可忽略和不可接受之間，應(yīng)采取合理的控制成本降低其風(fēng)險(xiǎn)。

　　圖1 決策人風(fēng)險(xiǎn)等級劃分水平 下載原圖

　　3 風(fēng)險(xiǎn)時(shí)態(tài)評估結(jié)果

　　采用上述風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估方法，根據(jù)損失模型，對泉州灣大橋典型分部分項(xiàng)工程各風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)進(jìn)行損失評定。采用調(diào)查問卷發(fā)放的方式確定各風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)人員傷亡、時(shí)間延誤和貨幣損失等級，并將三者損失水平分別乘以不同權(quán)重系數(shù)得到損失的綜合效應(yīng)。本文所得泉州灣大橋施工特定狀態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估結(jié)果如下:

　　3.1 鋼棧橋施工

　　表4 鋼棧橋施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定結(jié)果 下載原圖

　　圖2 鋼棧橋施工風(fēng)險(xiǎn)等級劃分結(jié)果 下載原圖

　　3.2 水上群樁施工

　　表5 水上群樁施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定結(jié)果 下載原圖

　　圖3 水上群樁施工風(fēng)險(xiǎn)等級劃分結(jié)果 下載原圖

　　3.3 承臺施工

　　表6 承臺施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定結(jié)果 下載原圖

　　限于篇幅，不能將泉州灣大橋典型分部分項(xiàng)工程施工特定狀態(tài)安全風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估結(jié)果一一列出。通過對各典型分部分項(xiàng)工程風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損失評定與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估結(jié)果的分析，得出泉州灣大橋施工中的顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，并列于表7中。針對這些顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，橋梁建設(shè)者在施工過程中需嚴(yán)格控制。

　　表7 顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài) 下載原圖

　　4 結(jié)語

　　本文依托泉州灣跨海大橋的工程實(shí)踐，提出復(fù)雜橋梁施工風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)的評估方法。首先介紹了基于滿意準(zhǔn)則的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估方法，其中包括風(fēng)險(xiǎn)損失模型、風(fēng)險(xiǎn)概率模型、效用函數(shù)、滿意準(zhǔn)則以及滿意準(zhǔn)則的具體體現(xiàn)—ALARP風(fēng)險(xiǎn)決策準(zhǔn)則;然后對泉州灣大橋各典型分部分項(xiàng)工程進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損傷評定與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估;最后從泉州灣大橋各分部分項(xiàng)工程的風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)損傷評定與風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)評估結(jié)果出發(fā)，得出泉州灣大橋各分部分項(xiàng)工程的顯著風(fēng)險(xiǎn)事態(tài)，提醒橋梁建設(shè)者在施工過程中需嚴(yán)格控制，指定合理有效的風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)對策略。

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