武汉二七长江大桥施工安全风险因素频数权重层次分析

池秀文， 雷春英， 于 乐， 何治良， 林 驰， 高培成

(1.武汉理工大学 资源与环境工程学院， 湖北 武汉 430070； 2.首都航天机械公司， 北京 100076；3.武汉市城市建设投资开发集团有限公司, 湖北 武汉 430070； 4.中铁大桥局集团有限公司， 湖北 武汉 430050)

桥梁是公路、铁路的重要承载体，也是城市交通的关键节点[1]。21世纪以来，我国桥梁工程快速发展，施工中的不确定性因素也显著增加，造成的影响很难分析并准确把握，给桥梁施工过程带来不少安全问题[2～4]。桥梁施工事故的发生受很多因素综合影响，风险因素对事故的影响程度不同，需要采取的防范级别和防范措施也不同[5]。因此，在桥梁施工安全管理工作中，控制对桥梁施工影响程度大的关键因素至关重要。

对桥梁施工安全风险进行评估时，评估工作的难点是如何科学、客观地确定指标权重[6]。层次分析法(AHP)是安全评价中确定影响因素权重的一个重要方法，在桥梁施工安全评估中使用频繁，为桥梁施工安全管理和决策提供较有力的依据[7]。但层次分析法也有缺陷和不足，由于依赖人的经验，存在不确定性和模糊性，使其判断过程较为粗糙，决策精度不高[8, 9]。本文以武汉二七长江大桥施工案例为基础，对桥梁施工安全检查表中的风险因素频数数据进行统计，将频数比作为层次分析法中判断矩阵的基础数据，计算各因素相对权重，识别出对桥梁施工安全产生威胁的主要因素，为施工安全防范作基础工作。

1 频数权重层次分析的基本思想

传统的层次分析方法确定因素权重的思想是将有关因素按照属性逐级分解，将同层因素采用1～9标度标准进行两两比较，进而得出判断因素的重要度[10]。由于两个因素之间的重要性标度取值依据是模糊、主观的，为了减弱传统层次分析方法的主观性和不确定性，提出了基于安全检查表危险因素频数的层次分析法。

频数权重层次分析法将安全检查表法与层次分析法相结合，用安全检查表中的风险因素频数之比作为两个因素的重要性比例，运用到层次分析法中，计算出的权重表示桥梁施工安全影响因素的程度大小。该方法的实施过程为：构建层次结构→收集风险因素频数数据→将风险因素频数比应用于层次分析法计算权重→计算各因素权重总排序，最后得出影响程度较大的因素，确定施工过程的安全防范程度，为下一步的施工安全评价做数据准备。

2 工程概况

武汉二七长江大桥，正桥通航孔采用三塔斜拉桥方案，非通航孔采用90 m 跨径等高钢-砼结合梁(深水区)和50 m基本跨径等高预应力砼连续梁(岸滩区)方案，引桥采用30 m 等高预应力砼连续箱梁高架桥方案，全长3585 m。在二七长江大桥与解放大道、和平大道相交处各设互通立交一座。同步配套建设标志、标线、排水、照明、防撞、监控及交通安全等设施。

主梁支撑体系：边塔处为竖向支撑，中塔处为固定铰接体系。主塔为钢筋混凝土结构，分别有下、中、上塔柱及下横梁四部分组成。中、边塔尺寸略有不同。基础采用钻孔桩的形式，在大桥的不同位置，桩长为55～85 m不等。桥面为浇筑沥青铺装。

场区位于亚热带温润区，冬夏温差较大。降雨多集中在4～7 月，约占全年降雨量的60%以上。风向在六至八月以东南风为主，间有东北风及西南风，最大风力为7～8 级，其余各月多为北风及东北风，最大风力可达9 级。

3 构造AHP层次模型

按照指标体系的建立原则，层次分析法的指标体系一般由三层指标构成，第一层为目标层A，第二层为准则层Ai，第三层为指标层Aij[11]。通过对二七桥施工项目现场数据资料及类似项目历史资料的深入研究，对可能出现的风险因素进行类比、分析，将影响桥梁施工安全风险因素划分为两个层次，准则层包括施工活动、施工设备、运输、现场防护、人员、自然灾害及气候六大因素，指标层共包括37个评价指标，层次结构如图1。

图1 武汉二七长江大桥桥梁施工安全风险因素指标体系

4 施工安全影响因素频数

以武汉二七长江大桥某段施工期安全检查表为基础数据，统计各项指标在该段施工期出现的次数，称为施工安全影响因素频数。

通过对武汉二七长江大桥施工期进行为期一年(2010.01～2010.12)的周安全检查表进行追踪，对该期间内的42期数据进行统计分析，得到对桥梁施工安全产生影响的六大类因素及其出现的频数，准则层的大类风险因素频数统计数据见表1，指标层的因素频数统计数据见表2。

表1 准则层风险因素频数统计

表2 指标层风险因素频数统计

5 构造判断矩阵及其一致性检验

按照层次结构模型,将每一层两个元素频数比代替1～9标度法的比较值，作为各因素的相对重要度来构造判断比较矩阵。

矩阵分为两个层次，矩阵A为一级判断比较矩阵，即大类风险因素判断比较矩阵，Ai为各子项判断比较矩阵。

构造一级判断比较矩阵时，频数比的计算方式为：aij=Ai频数/Aj频数,例如a12=A1频数/A2频数=368/302≈1.22。

同理可构造各子项判断矩阵(不一一列出),计算判断比较矩阵A数值表为：

利用Matlab软件计算出矩阵的特征值，并选出最大特征值λmax，并进行一致性检验。

判断矩阵一致性的检验公式为CR=CI/RI，CR为随机一致性比率，当CR<0.10时，认为判断矩阵的一致性是可以接受的。其中，CI为判断矩阵一致性指标：CI=(λmax-n)/(n-1)，其中n为矩阵的阶数，当n小于3时，矩阵永远具有完全一致性；RI为平均随机一致性指标，1～15阶正反矩阵计算1000次得到的平均随机一致性指标，见表3。

表3 平均随机一致性指标取值

根据Matlab软件计算判断矩阵的特征值，进行一致性检验。大类风险因素判断矩阵A的最大特征值λmax=6.0030，CI=0.000592，查表3可知RI=1.26，求得随机一致性比率为CR=0.000469<0.10，说明一级判断矩阵具有满意的一致性，Matlab软件计算所得可以接受。同理，对各子项判断矩阵Ai进行一致性检验，经计算，各判断矩阵的一致性检验均已通过。

6 风险因素的重要程度分析

经过一致性检验，说明由各级判断矩阵计算所得的权重矩阵可接受，可进一步计算一级指标和二级指标的权重。大类风险因素判断矩阵A的Matlab计算结果见表4。由表中数据可知，在准则层的六大因素中，A1因素所占的相对权重最高，A2因素其次，说明施工活动及施工设备所隐含的危险性相对较大。

表4 判断矩阵A计算数值表

同理，可计算出二级指标Aij权重，见表5，由一级指标权重和二级指标权重，可计算出指标层权重总排序。

表5 二级指标权重

通过基于安全检查表的风险因素的频数层次分析法对二七长江大桥施工期的风险因素进行分析后，通过计算总排序权值发现，A14承台、A42安全网及防护围栏、A19大型设备交叉作业、A22吊机和A17混凝土工程权重值较高，说明这5个因素对桥梁施工安全的影响程度较大，在工程施工过程中应该尤为注意。

7 结 论

(1)将安全检查表的风险因素频数比作为各因素的相对重要度应用到层次分析法中，将客观数据融入层次分析法，将定性与定量相结合，减弱层次分析法的主观经验性。

(2)通过对武汉二七长江大桥风险因素频数数据的统计分类，用基于安全检查表的层次分析法进行桥梁施工安全风险因素权重分析，计算出各个指标的权重总排序，得出各级风险因素的重要性程度，为桥梁施工安全管理提供参考。

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