对在役桥梁风险损失的量化研究

吕娜娜 LV Na-na；郝伟 HAO Wei

（兰州交通大学土木工程学院，兰州 730070）

（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

对在役桥梁风险损失的量化研究

吕娜娜 LV Na-na；郝伟 HAO Wei

（兰州交通大学土木工程学院，兰州 730070）

（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

现阶段的桥梁风险评估大多集中于设计和施工阶段，但对运营阶段的在役桥梁评估的不够，所以为了评估在役桥梁的风险损失模型，总结出了导致在役桥梁发生风险事件的风险因素，定性的概括了桥梁事故按维修程度的损伤分类。根据资产评估法给出了桥梁结构、附属结构、财产的损失模型，并提出了桥梁重建模型涉及剩余价值及重建成本两项费用。将支付意愿法的不同行业人员的生命价值模型引入了工程风险评估领域。在役桥梁风险损失模型的建立为在役桥梁风险的评估工作提供了帮助，并为今后的在役桥梁风险损失模型的深入研究给予了参考。

在役桥梁；风险事件；损失模型

0 引言

随着交通事业的蓬勃发展及各种高架桥、跨海大桥等大型复杂桥梁的施工及投入使用，桥梁在交通网络的构建中扮演了重要的角色。与此同时，由于交通量的增加以及社会及自然环境的复杂化、不稳定化等因素，使桥梁的风险研究面临着新的、更巨大的挑战。而往往是在桥梁的结构特点，通行量大且人们毫无安全防范意识等种种的不利条件下，桥梁在运营期间一旦发生风险事件，各个风险主体的损失将是巨大的。如美国《时代周刊》在2007年评选出的世界十大塌桥事故都是发生在桥梁的运营期。因此识别出桥梁在运营期间的风险因素，对风险损失进行有效的评估量测，一方面为事前应对决策提供参考；另一方面在风险事件发生后能快速确定风险损失进而采取下一项应对措施。可见对在役桥梁风险问题的识别并对其损失模型进行研究是非常必要的。

1 在役桥梁面临的风险因素及风险事件发生后的损伤程度

1.1 造成在役桥梁发生风险事件的因素 各种潜在的不确定性都有引发桥梁事故的可能，从事故学的角度，任何事故的发生都是一个链式反应，是多因素共同作用的结果，但总会有一个首要因素，在对在役桥梁的风险事件进行分析归纳时，均根据其首要因素。

造成桥梁风险事件的因素有很多，根据相关文献[2-3]归纳有设计原因、施工原因、材料原因、维护原因、外部原因及其他原因。设计及施工阶段的因素可以通过规范设计和施工过程来避免；而材料原因是受气候和环境的影响，导致材料性能发生变化，造成桥梁失效事故，但是这一风险因素可以在设计阶段合理规避；维护原因是管理单位对桥梁的检测、维护及加固不到位造成的桥梁风险事故；外部原因则是指不可抗力如地震、洪灾等引起的桥梁事故；其他原因是以上原因之外的更具偶然性的因素，如人为蓄意破坏。

除去设计施工不当和材料的因素，对各种造成桥梁在运营期发生风险事件的因素重新归纳总结后，可分为自然风险因素和人为风险因素。自然因素主要有洪水、地震、泥石流、腐蚀事故等，人为因素有养护、管理、过载、技术等。详细分类如表1所示。

重大事故发生时通常会导致一系列后续事故的发生，比如遇到大风或者地震事故时，可能会导致车辆、船只碰撞事故的发生，即事故的链式反应。

1.2 风险事件发生后桥梁的损伤程度 损伤程度能够衡量事故的严重程度，在桥梁风险事故分析中常用定性的损伤程度分类。根据文献资料，Kumalasari（Kumalasari，2003）[4]将桥梁事故损伤程度分为部分损伤、部分倒塌、全部倒塌和损伤程度不明确。Fu C.C和Burhouse[5]把桥梁的损伤程度分为三个等级：一级，有擦痕；二级，有小裂缝但不影响桥梁继续使用，不需要立即维修；三级，影响桥梁正常使用，需要立即维修。综合以上两种分类方式，将桥梁损伤程度按维修程度分为：①不需维修。无明显损伤迹象，不需要维修处理。②需要维修。次要构件有损伤，需要维修，但不影响正常使用。③立即维修。主要构件损伤，需要立即维修，不能够正常使用。④倒塌。结构全部倒塌，需要重建。

表1 桥梁事故分类

2 在役桥梁风险损失模型

因桥梁运营期的风险事故有极大的不确定性，自然因素造成的风险无法避免，而人为因素造成的风险可以控制，也是必须要控制的。在风险评估中，风险的两大重要因素是风险损失及风险概率，而风险值表示为风险事件发生概率和风险事件发生损失的乘积的形式：

VR为风险值；PR风险事件概率；LR风险损失。

因此对在役桥梁风险事件发生的损失模型的建立是非常必要的。风险损失分为经济损失和非经济损失两类。经济损失有桥梁结构损伤、桥梁附属结构损伤、桥上流动财产损伤、其它经济损失；非经济损失有生命损伤、环境影响和社会影响三种。

图1风险损失分类

经济损失可以直接估算，非经济损失难以直接估算，采用后果当量化的方法转化为经济损失。

Lb桥梁结构损失；Ls桥梁附属结构损失；Lp桥上流动财产损失；Lo其它经济损失；Ll生命损伤；Le环境影响；Lw社会影响。

2.1 桥梁结构损失模型 根据对桥梁损伤程度分类，有不同损伤程度的损失模型：

①桥梁基本无损伤时，桥梁不需维修。

②构件损伤，桥梁需要维修

C1i为第个构件的恢复费用。

参考资产评估中的成本评估方法

C构件的重置成本，即修复或者重建构件所需的费用（如涉及设计、监理等费用，均含在此项）；β构件的成新率，即新旧程度的比率，β=（n-n′）/n×100%，n 规定使用年限，n′已使用年限。

风险事件发生后，桥梁各个构件的损失程度不一，考虑到结构的损失率。α为结构的损失率α∈[0，1]，上（4）式变为

构件损伤，桥梁需要维修时的损失模型为：

③桥梁需要重建：一座桥梁的建造耗资大，用时长，且与公众的利益密切相关。因此桥梁重建时的风险损失应考虑两部分，桥梁的剩余价值及重建桥梁的成本。

LCC桥梁的全寿命成本。用全寿命成本的方法来衡量桥梁的投资已经被广泛重视，在联邦基础设施投资指南(Principles of Federal Inderal Infrastructure Investment）中规定“基础设施的投资应用全寿命方法来衡量”全寿命成本的表达式

DC为设计费用，CC为建设费用，MC为维护费用，RC为风险费用，UC为用户费用，SV为残值。

Vs为在役桥梁的剩余价值，根据固定资产的平均年限折旧法，以桥梁结构的失效概率作为折旧率，得到基于可靠度的在役桥梁剩余价值模型[6]：

k为在役桥梁可靠度指标，V为在役桥梁的初始价值，Cc为在役桥梁的拆除费用，p为结构失效概率。

2.2 桥梁附属结构损失模型 同样按照成本评估法估算附属结构损失，公式为

C2i为第i项附属设施的恢复费用，C′为附属设施重置成本，可根据物价指数估算法得到，λ为物价变动指数，v为资产初始值，其他符号意义同前。

桥梁附属结构损失模型为

桥上流动财产损失模型理论同公式（14），但在实际应用中，由于通过桥上的车辆数量多，计算起来较繁琐，可以先进行分类再计算

ji为桥上第i种受损的流动财产数量，其它符号意义同前。

2.3 其它经济损失 其它经济损失为因桥梁维修加固或者重建而间接造成的经济损失，如用户成本[7]，具体包括桥梁施工使客货运输成本提高CY1、使附近相关公路交通拥挤造成的损失CY2、货物延长在途时间的损失CY3、旅客延长在途时间的损失CY4、增加交通事故及货损事故而造成的损失CY5、通行能力降低对相关产业造成的损失CY6。

2.4 生命损伤损失模型 生命损伤损失包括人员死亡损失Cd及人员伤残损失

人员死亡损失包括价值及创造价值，根据文献[8]，因为个人是社会中的一份子，个人为自己创造的价值就是为整个社会创造的价值的一部分，所以人的生命价值等于个人在预期的剩余工作年限里为个人和社会创造的价值。而创造价值与其所在的行业有关，因此根据不同的行业，生命价值公式如下

得到在事故中人员死亡的损失模型为

Vj·a为j行业中a年龄人的生命价值；Yj为评估基准年份j行业的个人产值；Ws为个人在年龄x时当年的预期失业率；Pxa为个人从年龄a存活到年龄x的概率；g为预期个人产值增长率；r为贴现利率；b为预期退休年龄。

人员伤残损失应包括医疗、误工、护理、交通、住宿、住院伙食补助、营养、残疾赔偿金等，这里只选择主要损失，医疗、误工和残疾赔偿金三项。

2.5 环境损失模型 由于修建桥梁所用的材料对环境没有太大的危害性，且在役桥梁发生风险事件之后对环境的污染与破坏也很小，一般情况下都是可修复的。对于在役桥梁发生风险事件造成环境的损失应根据所处具体环境估算[9]，表示为下式

Cz为直接环境损失，如对农业、渔业的破坏等；Cj为间接环境损失，如对旅游业的影响；Cf为环境治理恢复的费用。

2.6 社会损失模型 社会损失是桥梁事故发生对政治、经济、文化所造成的影响，会对民众心理、公共安全感以及政府公信力产生一定的负面影响，虽具有很大的主观性，但与桥梁损失、人员伤亡、环境损失有关。公式如下

ω为受社会环境影响产生的放大或缩小的系数[10]；v为受损伤程度影响造成的公共安全感及政府公信力下降系数。

3 总结

在风险评估中，风险损失评估工作涉及范围广，大大增加了评估工作量，因此在对风险损失进行评估时，应根据风险事件的特点及评估的需要适当选择主要损失，忽略次要损失。风险损失模型不仅可用于风险事件发生后对风险损失进行快速评估的工作中，还可以用于风险事件的事前控制，在对风险识别的基础上计算风险损失，通过得到的风险损失值是否在风险承担者可接受的范围内来决策某项决策的实施与否。同时随着计算机技术的发展，可以通过在计算机程序内预设风险发生所需的各项条件来模拟某项风险事件的发生，再利用风险损失模型计算模拟事件发生后的损失。由于风险事件的多样化，造成风险损失的多样化，而有一部分的风险损失是难以量化并且难以评估的。风险损失的评估是风险评估工作中的重要部分，因此风险损失模型的建立还需要更深入的研究与细化。

[1]张磊.桥梁风险评估体系与公路旧桥风险控制措施研究[J].管理论坛,2012,30:178-180.

[2]汤红霞.面向结构安全风险评估的桥梁事故分类研究[J].公路交通科技,2011,76:52-55.

[3]阮欣.桥梁工程风险评估体系及关键问题研究[D].上海:同济大学,2006.

[4]Fu C.C.,Burhouse,J.R.,Study of Overheight Vehicle Collisions with Highway Bridge.Transportation Research Board,2003:12-16.

[5]Kumalasari Wardhana,Hadipriono F.C.,Analysis of recent bridge failures in the United States.Journal of Performance of Constructed Facilities.2003,17(3):151-158.

[6]陈莘.基于结构可靠度的在役桥梁剩余价值分析研究[J].淮北职业技术学院学报,2010,9(5):124-126.

[7]郝伟.桥梁加固设计方案的技术经济评价研究[J].工程管理学报,2009,23(2):168-171.

[8]李文鸿.人的生命价值评估的数学模型研究[J].汉江大学学报,2012,40(1):29-32.

[9]雷旭.在役混凝提桥梁基于风险分析的承载能力评估研究[D].长沙:长沙理工,2011.

[10]董晓星.桥梁施工阶段风险损失量化研究[J].河南科学,2010,29(5):580-582.

Research on Quantification for Loss Degree of Risk in Existing Bridges

The risk evaluation of bridge at present mostly concentrated in design and construction stage.But still lack assessment of existing bridges in the operation stage.In order to assess the loss models of bridge,this paper summarized the factors of risk events occur in existing bridges,generalized the damage classification qualitative based on the degree of servicing in bidge accident,gave the the loss model of bridge structure,accessory structure and property according to the asset appraisal method,proposed that bridge reconstruction model related to the surplus value and the cost of rebuilding two costs,and introduced the the value of life model of willingness to pay approach different industry personnel into project risk assessment.The establishment of the bridge risk cost model provides help for the bridge risk assessment,and gives reference for future in-depth study of the existing bridge risk cost model.

existing bridge；risk events；loss models

吕娜娜（1990-），女，内蒙古化德人，硕士研究生；郝伟（1970-），女，陕西西安人，副教授，研究生导师，全国注册造价工程师、监理工程师。

U447

A

1006-4311（2014）11-0116-03