基于模糊层次综合评价法的挂篮施工安全评价

刘维华，王景春，王 宁

(石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄 050043)

基于模糊层次综合评价法的挂篮施工安全评价

刘维华，王景春，王 宁

(石家庄铁道大学土木工程学院，河北石家庄 050043)

大跨预应力混凝土桥的挂篮施工是一项复杂的系统工程，工程风险较大，在施工过程中必须对挂篮施工体系进行动态、科学的评价，以降低事故发生率。根据预应力混凝土桥采用挂篮施工的特点，针对影响挂篮施工安全的诸多因素，建立了挂篮施工体系的安全评价模型。阐述了用模糊层次综合评价法(FAHP)对挂篮施工系统进行安全评价的主要步骤，并以郑西客运专线某预应力混凝土连续梁桥为工程实例，对挂篮施工系统进行了安全评价。结果表明，运用模糊层次综合评价法对施工系统的安全分析结果与现场的施工安全状况比较吻合。

安全评价 模糊层次综合评价法 挂篮施工

1 挂篮施工安全评价体系

挂篮施工技术因其施工简便、快捷，结构整体性好等优点，自20世纪70年代后在我国公路、铁路桥梁建设中有广泛的应用，现已成为预应力混凝土连续梁桥、斜拉桥的主要施工方法。同时，挂篮施工为高空作业，具有作业面小、施工工序多、工艺复杂等特点，施工安全性受很多因素影响，工程风险较大。近几年连续出现了多次挂篮施工事故，如番禺珠江黄埔大桥在挂篮移动中结构倾覆，重庆鱼嘴长江大桥挂篮坠落等。确保挂篮施工安全，预防特大事故发生，保障施工人员的人身安全是悬臂施工乃至桥梁工程建设领域的一个重要课题。利用挂篮进行桥梁结构施工是一项较为复杂的系统工程，如何合理地评价系统施工的安全性，有效地预防事故的发生，需要施工技术人员认真思考和研究。

模糊层次综合评价法是一种新型的评价方法，融合了模糊数学和层次分析法，最适用于多指标问题的评价，这种方法近几年被越来越多的工程师所采用。使用较多的是方案比选、项目评价与推优等，而对于预应力混凝土连续梁桥的挂篮施工安全评价却鲜有提及。本文将采用模糊层次综合评价法对挂篮施工体系进行安全评价。

结合挂篮施工工序分析影响挂篮施工安全的主要因素，参考相关施工规范，在对桥梁悬臂施工安全现状调查、分析、研究的基础上，同时总结借鉴现有资料和前人研究成果，本着科学、客观、实用以及可操作性的原则，构建挂篮施工安全评价指标体系。

该评价指标体系的目标层是挂篮施工安全综合评价，主准则层包括施工安全管理、作业环境、挂篮系统状况、钢筋与混凝土工程、防护、施工用电、施工设施设备等7方面的内容，次准则层是将各主准则层细化为可量化的33个具体评价指标。

2 挂篮施工的模糊层次综合评价法

所设计的挂篮施工安全评价指标体系是一个二级三层结构的指标体系，这些评价指标大多带有模糊性。根据模糊综合评价理论，把次准则层对主准则层的评价看成第一级评价，把主准则层对目标层的评价看成第二级评价，从而构成一个二级三层模糊综合评价模型。

2.1 确定因素集

挂篮施工安全评价的第一层(准则层)因素集U={U1，U2，…，Um}，本模型中 m=7;Ui根据具体指标情况细分，得第二层因素集为Ui={Ui1，Ui2，…，Uij}，i=1，2…，m，j=1，2，…，t变动。

2.2 确定评价集

参照挂篮施工的规范和经验，结合专家意见，建立挂篮施工系统的评价等级，V={v1，v2，…，vk}。

2.3 利用层次分析法确定各因素的权重集

1)建立判断矩阵。邀请相关专家、工程师，以矩阵上层的某元素Ui作为准则层，对下层元素Uij两两比较，根据1～9的标度来确定判断矩阵的元素值，建立各层次因素的判断矩阵。

2)计算判断矩阵的最大特征根λmax及其对应的特征向量W={w1，w2，…，wn}，此特征向量W就是各评价因素的重要度排序，也即权重集。

3)进行一致性检验。为保证应用层次分析法得到的结论合理，需要对德尔菲法(Delphi)构造的判断矩阵进行一致性检验。

计算一致性指标CI

式中，n为判断矩阵的阶数;λmax为判断矩阵的最大特征值。

计算一致性比率CR

式中，RI为平均一致性指标，其取值与判断矩阵的阶数有关系，具体取值见表1。

表1 平均一致性指标RI的数值

当CR＜0.1时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的。当CR≥0.1时应该对判断矩阵做适当修改。

2.4 建立单因素模糊评价矩阵Ri

求得第1层次的评价结果Bi

式中，Wi为第1层次第i个子因素的权重分配集;◦为模糊算子;Ri为第i个子因素的单因素模糊评价矩阵，可由若干专家或小组对各子因素状况按评价集进行投票，得到评价矩阵Ri

式中，rjl为第j个子因素中作出第l种评价的专家人数比例，j=1，2，…，n，n 为子因素的数量，l=1，2，…，k，k为评价集的级数。

2.5 汇总第1层次的评价结果Bi

得准则层的评价矩阵R，然后进行第二级模糊层次综合评价，求得评价结果B

式中，W0为准则层的权重分配集;R为准则层的模糊评价矩阵。

2.6 计算系统总得分

根据给出的评价尺度，则可以获得系统评价总得分F

式中，F为系统总得分;B为系统评价结果向量;V为评价尺度集。

3 挂篮施工安全评价实例

3.1 工程概况

郑西铁路客运专线某特大桥位于关中盆地中部，跨越沣河、渭河。该桥设计速度为350 km/h，全桥连续梁段长1 320 m，共4联，其中(75+120+75)m连续梁2联，(75+2×120+75)m连续梁2联，全部位于曲线上，曲线半径为3 500 m，4联连续梁桥均采用悬臂浇筑施工。由于跨越河流，且桥梁位于曲线上，施工工艺比较复杂，难度较大，施工过程存在安全隐患。现对该桥挂篮施工进行安全评价。

3.2 评价集

邀请各方面专家对该桥挂篮施工进行安全等级评定，得到评价集V，V={Ⅰ级，Ⅱ级，Ⅲ级，Ⅳ级，Ⅴ级}={优，良，中，差，很差}。具体评价标准见表2。

表2 挂篮施工安全技术等级状况评价标准

3.3 确定权重

依据德菲尔法，本工程邀请多位专家根据评价体系建立判断矩阵，并通过加权平均的办法获得判断矩阵，然后利用Matlab计算判断矩阵的最大特征根λmax及其特征向量Wi。本工程一共构建了8个判断矩阵，其中总目标层1个，准则层7个。表3列出的为准则层“挂篮系统状况U3”的判断矩阵A3。

最大特征值对应的特征向量经归一化处理后得到U3的各子因素的权重集W3为

W3={0.155 3，0.671 4，0.248 4，0.619 9，0.281 1}

其余各子准则层的权重集分别为

W1={0.074 8，0.147 2，0.138 2，0.218 8，0.276 5，0.144 5}，λmax=6.244 6，CR=0.039 5;

表3 U3的判断矩阵A3

W2={0.140 5，0.244 7，0.185 4，0.322 8，0.106 5}，λmax=5.194 7，CR=0.043 5;

W4={0.292 3，0.122 7，0.136 8，0.172 3，0.080 3，0.195 1}，λmax=6.116 8，CR=0.019 0;

W5={0.142 8，0.571 5，0.285 7}，λmax=3.0，CR=0;

W6={0.195 8，0.493 4，0.310 8}，λmax=3.050 6，CR=0.043 6;

W7={0.443，0.119，0.236，0.07，0.132}，λmax=5.199，CR=0.044 4。

主准则层的权重集为

W0={0.264，0.053 6，0.248 2，0.107 5，0.075 4，0.107 5，0.143 8}，λmax=7.065 6，CR=0.008 3。

3.4 建立各单因素评价矩阵Ri

由邀请的10位专家结合工程施工情况和规范要求，对各因素作出评价，确定出各单因素的评价矩阵。式(7)为“挂篮施工状况”的评价矩阵，其余各评价矩阵略。

3.5 第一级模糊评价及第二级评价矩阵R

进行第一级模糊变换Bi=Wi◦Ri，得到各单因素的模糊层次评价结果Bi。如“挂篮施工系统状况”因素的评价结果为

其余各因素的评价过程略。将7个Bi组合建立二级评价矩阵R，得

3.6 第二级安全评价及总得分

根据公式(5)，(6)和求得的权重集，得系统(二级)评价集为

B=W0◦R={0.248 2，0.264，0.264，0.147，0}(9)

归一化后为

B={0.268 8，0.285 9，0.285 9，0.159 4，0}

总得分为

F=B·VT={0.268 8，0.285 9，0.285 9，0.159 4，0}{95，85，70，55，50}T=78.76 分。

总得分说明该挂篮施工安全状态中等偏上。

4 结语

该桥主体结构于2010年顺利完成。

1)对桥梁施工进行不定期的安全评价，是减少事故发生率和降低事故损失的必要手段。

2)通过实例应用，说明利用模糊层次综合评价法可以比较全面地对挂篮施工系统进行安全评价，评价过程很好地实现了主观评价与客观评价相统一，定性评价与定量评价相结合。

3)用模糊层次综合评价法对桥梁挂篮施工系统安全状况进行评价具有非常重要的现实意义。

［1］张吉军．模糊层次分析法(FAHP)［J］．模糊系统与数学，2000，14(2)：80-88．

［2］林柏泉，张景林．安全系统工程［M］．北京：中国劳动社会保障出版社，2007：84-89．

［3］李永永，黄志义，王景春．小净距公路隧道施工安全模糊层次综合评价方法研究及应用［J］．铁道建筑，2011(2)：60-63．

［4］罗阳青，邵旭东，胡柏学．桥梁健康评估模糊层次分析法的应用［J］．湖南交通科技，2008，34(4)：97-101．

U445.466

A

10．3969/j．issn．1003-1995．2012．10-06

1003-1995(2012)10-0019-03

2012-03-19;

2012-07-10

河北省科技厅安全生产监管及其可持续发展研究计划项目(201102022)

刘维华(1971— )，男，黑龙江富锦人，讲师，硕士。

(责任审编 赵其文)