现浇桥梁施工安全风险评估的模糊层次分析法

2014-04-25俞素平

四川轻化工大学学报(自然科学版) 2014年3期

俞素平

(福建船政交通职业学院道路工程系，福州 350007)

随着我国交通基础设施建设规模的持续增长，经济社会发展方式转变对工程安全提出了更新更高的要求，生产安全仍然面临着巨大的压力和严峻挑战。公路和城市道路桥梁中采用现浇方法施工的占有较大比例，而现浇桥梁高处坠落、坍塌等安全事故时有发生。因此，针对其施工过程中的安全风险评估研究具有重要的理论意义和现实意义。

本文针对现浇桥梁工程特点，分析现浇桥梁施工发生安全事故的主要原因，提出了安全风险评估指标体系，综合考虑专家的工作经验、学术背景及对所评估项目了解程度等情况，运用层次分析法确定各级指标的权重。然后，将评价等级量化并构造对应的隶属函数，进而构建了风险评估模型，并结合实例进行评估分析。

1 现浇桥梁施工安全风险二级综合评估模型

1.1 评估指标的选取

现浇桥梁施工安全事故主要为高处坠落、坍塌、物体打击、机械伤害和触电事故，究其原因主要包括人的因素、物的因素、外部环境因素［1］。在总结现有研究成果的基础上［2-6］，结合交通运输部有关要求，以本质安全为出发点，从人员(工作班组)、机械设备、材料、施工现场环境、施工作业工艺技术和现场管理等六个方面对施工安全风险进行归类、识别［7-8］，建立了包含6个二级指标和24个一级指标的现浇桥梁施工安全风险评估指标体系(表1)。

表1 现浇桥梁施工安全风险评估指标体系

1.2 建立层次结构模型

现浇桥梁施工安全风险评估指标体系是一个二级三层的指标体系(表1):最高层为目标层，表示现浇桥梁施工安全风险的大小;第二层为主准则层，表示现浇桥梁施工安全风险评估中的6个二级评价指标;第三层为次准则层，表示现浇桥梁施工安全风险评估中的24个一级评价指标;第一级评判为次准则层对主准则层的评判，第二级评判为主准则层对目标层的评判。

2 评估指标权重的确定

2.1 确定单个专家的评估指标权重

设某一子指标体系，其评估指标有m个，它构成的集合为 U=(μ1，μ2，…μm)，邀请 L 位专家用层次分析法确定各指标的权重，设第k位(k=1，2，…，L)专家给出的权重向量为:

2.2 计算综合权重

由于专家工作经验、学术背景及对所评估项目的了解程度不同，专家的权重也不尽相同。专家自身的权重主要考虑职称、从事桥梁工程时间、对工程风险理论及方法的熟悉程度及对本桥梁施工方案了解程度而综合确定，分指标分值按最高取10分，其它按五级制递减取定(表2)。

表2 专家权重体系

表2中分指标相对权值为分指标对应分值除以分值之和30。

由于职称、从事桥梁工程时间等几个指标的重要程度相近，可以认为各指标权重是相同的，将各位专家实际情况对应的分指标相对权值相加，得到每位专家的累计权重，然后求和并归一化处理，则可得专家自身的权重，记为αk。L位专家确定的评价指标权重综合在一起得到各评价指标权重的矩阵为:

由各权重数wi(i=1，2，…，m)组成的因素权重集W是因素集U上的模糊子集，可用模糊向量表示为:

3 评价等级隶属函数的构造

3.1 评定等级的量化

将风险发生的可能性和事故严重程度的评价等级为分四级，即评价集为V={A，B，C，D}。为了能够进行统一处理，将评定等级进行量化处理［9］(表3)。

表3 评定等级量化标准

3.2 隶属函数的构造

构造模糊隶属函数的方法很多，主要有模糊统计法、主观经验法、指派法、二元对比排序法等四种［10］。本文采用指派法，选用梯形分布隶属函数，根据表3的评定等级量化标准，构建评价集V={A，B，C，D}对应的隶属函数:

4 实例应用

选取某高速公路A3合同段永福枢纽互通主线1号桥作为实证研究对象。该桥长114 m，上部采用现浇后张预应力连续箱梁结构，桥梁跨径组合设计为30+32+32+20 m。梁体设计为单箱二室连续箱梁结构，箱梁高1.8 m，顶宽12 m，底宽7 m，悬臂长2.5 m。除2#墩前后各16 m范围采用钢管柱加工字钢支架法跨越福厦高速，其余均用满堂支架法现浇施工。

4.1 确定因素集

在表1所建立的风险评价指标体系基础上，确定因素集。

第一级评判因素:U1=［U11，U12，U13，U14］［U2=［U21，U22，U23］［U3=［U31，U32，U33］［U4=［U41，U42，U43，U44］［U5=［U51，U52，U53，U54，U55］［U6=［U61，U62，U63，U64，U65］。

第二级评判因素:U=［U1，U2，U3，U4，U5，U6］

4.2 权重确定

4.2.1 专家权重的确定

邀请5位桥梁施工方面的专家对本桥梁施工安全进行风险评估，根据每位专家的实际情况及表2的分指标相对权值，确定对应的累计权重，然后求和并归一化处理，得到每位专家实际权重 αk= ［0.2373 0.2125 0.2001 0.1876 0.1625］，见表 4。

表4 每位专家实际权重

4.2.2 指标权重的计算

首先，请专家分别应用层次分析法(AHP)确定各级指标权重，具体计算可用相关软件(如 MATLAB或YAAHP0.60)计算。然后，考虑专家的权重αk，根据式(1)计算得到各级指标的最终权重。

4.3 现浇桥梁施工安全风险评估

4.3.1 风险发生可能性估计

(1)一级综合评价。请评估小组，根据表3评定等级量化标准，结合项目现场实际情况打分。然后根据各指标的分值，按隶属函数式(3)、式(4)、式(5)、式(6)计算可分别得出一级指标的模糊评判矩阵。如对人员(工作班组)U1下各一级指标的评价结果见表5。

得指标U1的模糊评判矩阵:

表5 指标U1的评价结果

用同样方法得到指标 U2、U3、U4、U5、U6的模糊评判矩阵:

对风险发生的可能性进行一级模糊综合评价，如U1的计算:

根据最大隶属度原则，bmax=b3=0.8413，对应的评价等级为C级。其它指标的评价结果见表6。

表6 一级模糊综合评价等级指标值及可能性等级

(2)二级综合评价。

对风险发生的可能性进行二级综合评价:

B=W°R={0 0.1114 0.7390 0.1496}，根据最大隶属度原则，bmax=b3=0.7390，对应的评价等级为 C级，即该桥施工安全风险发生的可能性为C级。

4.3.2 事故严重程度估计

用同样的方法，对风险发生的事故严重程度进行一级模糊综合评价，结果见表7。

对风险发生的事故严重程度进行二级综合评价:

表7 一级模糊综合评价等级指标值及严重程度等级

根据最大隶属度原则，bmax=b3=0.4744，对应的评价等级为C级，即该桥施工安全风险发生的事故严重程度为C级。

4.3.3 2号桥施工安全风险评估

本文采用风险矩阵法确定现浇桥梁施工安全风险等级。根据风险事故可能性和事故严重程度，将桥梁支架安全风险等级分为四级，建立的风险等级矩阵见表8。在该风险等级矩阵中，Ⅰ级(低度)风险表示可忽略，不需采取风险处理措施和监测;Ⅱ级(中度)风险表示可接受，一般不需采取风险处理措施，但需予以监测;Ⅲ级(高度)风险表示不期望，必须采取风险处理措施降低风险并加强监测;Ⅳ级(极高)风险表示不可接受，必须高度重视，采取切实可行的规避措施并加强监测，否则要不惜代价将风险至少降低到不期望的程度。