大型桥梁施工的安全风险评估

李仁杰

（重庆交通大学,重庆400000）

桥梁是跨越障碍的通道，是铁路、公路和城市道路等庞大交通网络的重要组成部分，它在国家的政治、经济等方面都起着重要作用[1]。一座大型桥梁的一生大致分为施工阶段和运营阶段，在这两个阶段中，其不断面临着各种不确定的风险干扰，影响着它的施工与运营。尤其在施工阶段更为明显，由于大型桥梁施工工期较长，施工工艺繁杂，周围施工环境艰难，施工人员整体素质良莠不齐等要素，有着许多不确定性，可能导致各种潜在危险事件的发生，同时这些危险事件的发生，轻则阻碍正常施工的顺利进行，重则可能会导致施工工期的延长、重大的人员伤亡、巨大的经济损失等等难以预料的后果，这样这就需要我们去确定与排除这些风险来确保大型桥梁施工阶段的安全。但是近些年来，关于大型桥梁的安全事故仍屡屡发生，带来了庞大的人员伤亡和经济损失。比如：2007 年8 月13 日，湖南省凤凰县正在建设的堤溪沱江大桥在拆除施工脚手架时发生重大垮塌事故，造成64 人死亡，22 人受伤，直接经济损失3974.7 万元；2008 年10 月28 日，重庆市武隆县的芙蓉江跨江大桥在施工现场发生载人吊斗坠落事故，造成11 人死亡，12 人受伤；2013 年10 月12 日，重庆市丰都县长江二桥在建项目4 号桥墩，因浮吊悬臂脱落冲击钢围堰，致使钢围堰受损，发生事故，造成11 人死亡，2人受伤；2015 年4 月2 日，天津市子牙河铁路特大桥架桥机突然倾覆，造成2 人死亡，4 人受伤；2016 年4 月22 日，云南省龙江特大桥龙陵岸引桥第五跨箱梁混泥土涂装(刷漆)项目，施工过程中吊篮整体垮塌从40 米高空坠落，造成3 人死亡。

这些逐年都有发生的大型桥梁施工安全事故揭露了我们没有对桥梁施工阶段的风险评估有着充足的注重及其相关内容的研究不足。为了最大限度的防止桥梁施工阶段的事故发生就必须做好每座桥尤其是大型桥梁的安全风险评估，明确其施工阶段的各种潜在风险，通过管理手段落实风险防范的必要措施来保障施工安全。

1 大型桥梁施工阶段常见的事故及原因

桥梁施工事故大致可以分为两类：自然事故和人为事故。

1.1 坍塌事故

大型桥梁一般会采用深基坑，更容易发生坍塌事故，这就更需要合理放防范措施。其发生原因一般是桥台基础在开挖过程中没有对边坡危石和松土进行处理，且在开挖到一定深度时没有及时的采取适当的坑壁支护措施，或者结构检测的稳定性不足而发生坍塌[2]。

1.2 垮塌事故

大型桥梁因为其结构的原因，在施工过程中必然会搭建一些临时设施。比如施工脚手架、满堂支架等。在遇到大风天气的情况下，临时施工脚手架被大风挂到而发生垮塌事故。移动模架和满堂支架发生垮塌事故的原因则可能是未按设计要求进行搭建或者作业人员操作不当而引发该事故。

1.3 高空作业抛物事故

一般来说，悬索桥和斜拉桥都是属于大型桥梁的，这两类桥型均要修建几十米高的主塔，自然而然的就涉及到了高空作业。作业人员在作业平台上向下方抛投物件易导致这类事故的发生，其主要原因是对作业人员的安全教育不足和现场监管的失职[3]。

1.4 吊篮施工事故

在地形复杂的地方修建桥梁一般都会用到吊篮施工。一般吊斗吊篮都是用来运输施工材料和机具，但是有些施工单位却违规操作将其用来运送施工人员更有甚者让施工人员在里面进行作业。因为一般吊篮正式投入使用前只会做静载试验，没有考虑载人的问题，这是极度不安全的行为。除此之外还有吊篮自身质量问题引发的安全事故，这些都可以归咎于施工管理的不足。

2 大型桥梁施工安全风险评估方法

近年来，在桥梁工程施工过程中，尤其大型桥梁的施工阶段，各种危险事件屡屡发生，不但导致了庞大的经济损失和人员伤亡，而且产生了极其恶劣的社会影响。因此，找到一个合适并且有效的桥梁施工安全风险评估方法来防范潜在的安全风险显得尤为重要。

目前，关于桥梁施工安全风险评估，众多学者提出了许多不同的研究方法。如Chen 等摆脱了传统思想的禁锢，发表了基于故障树理论的贝叶斯网络评估方法，建立桥梁施工风险评估模型；Cho,Taejun 通过AHP 找出了施工中脚手架系统的随机变量，构建预应力混凝土箱梁的施工风险评估模型；Duygu 等学者提出了桥梁全寿命期风险的量化方法；汤红霞使用AHP 来对大跨径的斜拉桥识别了施工过程中的各种潜在的风险因素[4]；赵延龙运用贝叶斯网络模型的强大功能并采用了风险控制理论，建立大型斜拉桥其上部结构的施工安全风险控制体系[5]；李书韬等运用模糊层次分析法对特大跨径的悬索桥进行了定量和定性相结合的施工风险评估[6]；丁闪闪等提出了基于蒙特卡罗法的桥梁施工阶段的风险估计[7]；陆新鑫等提出了基于肯特指数法的桥梁施工安全风险评估[8]。这些方法各有千秋，且在实际中均得到了一定程度上的应用。

2.1 层次分析法

层次分析法（AHP）是美国运筹学家T.L.Saaty 等人于20 世纪70 年代初提出来的一种分层加权决策分析方法，将与最终决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，并在此基础上进行定性和定量的分析。

这个方法最大的特征是可以将错综复杂的事件在对其本质、有关成分等相关联系中进行深入分析从而转化为简单的层次结构，使事件变得条理清晰更容易处理，从而为无明显特征、扑朔迷离的问题提供了简单有效的决策方法。这个特点使得层次分析法适用于许多复杂问题的解决，尤其是对结果难以准确计量的场合。其基本思路就是将施工过程中已有的各种可能的风险因素进行层次化，然后比较每层中两个因素之间的损失程度和发生概率，以确定每层中因子相对于上层或上层的相对重要性，并对它们进行排序以确定主要风险模式和因素。

层次分析法作为一个比较传统的方法，适用于各种类型的桥梁安全风险评估，能够有效的明确影响桥梁施工安全的主要因素和次要因素，从而制定和采取合适的应对措施，进而有效的避免灾难的发生。

2.2 集对分析方法

集对分析（SPA）是处理系统确定性与不确定性相互作用的数学理论，由中国学者赵克勤提出于1989 年，其主要的数学工具是联系数[9]。其主要思路是认识到任何一个体系均是由确定和不确定两个部分组成，然后从相似性，差异性和对立性三个方面对不确定部分进行“客观认识，系统描述，定量描述和分析”，并建立了相似度，差异度和对立度的联系度。

将集对分析应用在大型桥梁风险评估上，能从整体和局部分析评价指标之间的内在联系，方法较为简单，因为其相对于传统的层次分析法充分考虑了评价指标确定性区间相对权重和不确定性区间相对权重，得到的权重更加科学，从而评价结果更为可靠。

2.3 贝叶斯网络方法

贝叶斯网络又称信念网络，是Bayes 方法的扩展，是目前不确定知识表达和推理领域最有效的理论模型之一。贝叶斯网络可以通过多种控制条件从不确定的信息中去做出一个合理的推理。

贝叶斯网络用于大型桥梁风险评估大致步骤为：a. 分析桥梁施工中各个风险成分并对其进行分层，建立风险层次结构；b.确定网络参数并链接节点以构建因果关系为基础的完整贝叶斯网络；c.由各个关联性的指标，用K-means 聚类分析[10]得到其中关联性最大的下级节点，与上级节点组成环节来组成事故链，最终形成一个事故链集。d.使用AHP 来对各事故链进行评分排序，从而找出其中导致风险事件发生的关键线路。其中事故链理论为：风险事件的发生是一系列连锁事件前后相继触发引起的，相邻环节的节点间有连锁关联[11]。

贝叶斯网络评估方法其主要优点在于它相对于别的方法来说简单一些，并且能够找到主要的事故链从而可以加以防范，还有它能在施工过程中不断的更新参数来达到实时性的效果，相比别的评估方法显得更为准确，对大型桥梁施工风险评估效果更为显著。

3 结论

显然，在大型桥梁施工过程中，各类大大小小的风险事故是极有可能发生的，我们能做的就是尽可能的提早发现风险的源头，将各类风险事件尽可能的大事化小，小事化了。在这个过程中，适当的桥梁施工风险评估方法就能够起到至关重要的作用。纵观本文中提到桥梁施工风险评估方法还是本文中未涉及到的评估方法，基本都会有一个层次结构在其中，因为风险事件的发生就像事故链中的节点一样以因果关系层层递进的，这样更有助于我们去识别风险源得到更为精确的风险指标。显然，风险指标在桥梁施工风险评估中是一个至关重要的东西，在不同的地形条件，不同的气候环境，修建不同结构的桥梁，甚者不同层次的施工人员都会导致风险指标的不同。完整的风险指标只能对应具体的大型桥梁施工条件与情况才能得出，越为详细的风险指标可以让风险评估的结果更为可靠，也可以使得施工避免更多不必要的风险。因为考虑更多的风险因素才会使得在施工过程注意到一些风险事故发生的源头，尽早产生警惕，将其扼杀在摇篮之中或者做出相应的应对方案。

总的来说，尽管这些大型桥梁施工风险评估方法第一步都是确定风险指标，但是后面所用的想法或者工具即如何对这些风险指标进行处理以及相应概率的计算各有千秋。至于工程实际中运用哪种评估方法更为适宜，这个就需要具体情况具体分析了。

随着科技的飞速进步发展和工程经验的逐步增长，我们或许能够做出更为精确的风险指标评价体系和得到更为精确的概率计算。然而即使再精确的概率计算也不能抹除潜在风险事件的发生，尽管把发生概率降低到很低，但其一旦发生，其结果不是能被我们接受的。所以桥梁施工风险评估只能给我们一个指导，为了确保施工安全，在施工过程中我们还需要做好安全管理的工作不能有所松懈。