高速公路改扩建工程施工安全管理评价方法

李 娟，吴忠广，戴晓栋，孙晓军，陈 魁

（1.交通运输部科学研究院，北京 100029；2.浙江省交通工程管理中心，浙江 杭州 310005；3.浙江省交通投资集团有限公司杭金衢分公司，浙江 衢州 324000）

0 引言

随着我国社会经济的快速发展，现有的高速公路已不能满足日益增长的交通运输需要，因此出现越来越多的高速公路改扩建工程。在高速公路改扩建工程施工作业的同时，需要保持一定的交通通行能力，因此改扩建施工面临施工环境复杂、施工技术难度大、交通组织协调复杂的难题，尤其在改扩建施工现场，安全事故呈现易发、频发、多发的态势，成为现阶段公路施工安全管理瓶颈之一。因此，有必要针对我国高速公路改扩建工程施工现状，制定有针对性的安全管理措施。

关于高速公路施工安全及安全管理评价的问题，国内外很多学者进行了相关研究。Wong[1]对公路工程施工安全防护系统进行分析，建立了以风险指数为考核指标的安全管理评价方法。Zhang 等[2]提出了基于交通流理论、交通量、限速第3 个评价指标的安全风险评价模型，评估高速公路作业区的行车风险。Michael 等[3]通过改进职业安全与健康法案（Occupational Safety and Health Act,OSHA）中的施工安全标准，以减少施工现场人员伤亡。李国良等[4]基于集对分析（Set Pair Analysis,SPA）理论构建综合评价模型，建立了包括施工现场布设、安全防护、施工作业等在内的评价指标体系，考虑了不确定因素对评价结果的影响。刘维民[5]采用敏感性分析方法对高速公路改扩建工程前期的安全性进行评价，为改扩建高速公路的优化设计提供指导，但未提出施工安全评价的有效方法。戴坤阳等[6]从多因素耦合的视角，建立了人、机、料、方法、环境等多因素的评价指标体系用于施工安全评价。除此之外，国内外还有很多关于高速公路改扩建施工安全管理及评价方面的研究[7-17]。

综上所述，目前针对改扩建工程的安全管理评价主要侧重于对前期设计方案的评价，部分关于施工安全的评价则主要局限于人、机、料等传统因素，未能针对改扩建工程施工现场的特殊环境提出相应的评价方法。此外，行业内也尚未发布专门针对高速公路改扩建施工安全管理及安全评价方面的标准规范。因此，本文拟在传统高速公路施工安全管理评价的基础上，结合改扩建工程边通车边施工这一作业特点，在考虑交通运营影响的施工条件下选取影响施工安全的关键因素，建立评价指标体系，对改扩建工程施工安全管理状态进行定量判定。

1 改扩建工程施工安全风险分析

考虑到高速公路改扩建工程施工作业与交通运营相互影响的特点，从施工作业对交通运营产生的安全风险、交通运营对施工作业产生的安全风险以及施工作业本身的安全风险等3 个方面对改扩建工程施工安全风险进行分析。

1.1 施工作业对交通运营产生的安全风险

高速公路改扩建施工作业对交通运营产生的安全风险主要体现在以下3 个方面。首先，是施工作业本身造成的影响，如路基台阶开挖、挡土墙施工引发既有高速公路路面坍塌，桥台锥坡开挖引发既有公路台后脱空，旧桥拆除防护不当引起桥下路面受损，等等。其次，路面改造、跨线桥重建等项目，由于施工的复杂性需频繁地进行交通转换，若交通组织方案不合理、临时防护设施设置不到位，发生交通安全事故的概率将大大增加。最后，改扩建工程施工现场的作业人员、机械设备经常与高速通行的车辆处于同一水平面，作业人员横穿高速公路以及违章操作机械设备等不当行为也会引起安全事故。

1.2 交通运营对施工作业产生的安全风险

交通运营对施工作业产生的安全风险主要体现在以下两个方面。一方面，改扩建工程受到运营车辆影响，施工作业区分散、作业区面积狭小，机械与机械、机械与人员的安全距离难以保证，存在较大的安全隐患。其次，改扩建施工期间，高速通行的车辆易发生意外冲入施工区域的情况，从而造成施工人员伤亡、施工设备受损，尤其是作业人员密集处，如路基挡墙施工、软基处理、涵洞施工及桥梁桩基下部结构施工等，一旦发生事故，损失惨重。

1.3 施工作业本身的安全风险

除以上风险外，高速公路改扩建工程线路长、车流量大，涉及桥梁重建、隧道拆除、高边坡开挖等工序复杂、技术难度高的施工作业，且与地方道路交叉作业多，有时还处在岩溶地区、采空区等复杂的地质条件下，施工自身安全风险极大。若施工方式和安全防护措施不恰当，或管理方面存在缺陷，如安全隐患排查不及时、应急管理不到位等，均会导致重大安全事故发生。

2 评价体系建立

2.1 影响因素分析

基于前文对高速公路改扩建工程3 个方面施工安全风险的分析，参考《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90—2015）、《高速公路改扩建设计细则》（JTG/T L11—2014）、《公路项目安全性评价规范》（JTG B05—2015）等标准规范[18-20]，将影响高速公路改扩建施工安全的因素概括为项目组织管理、施工作业安全、施工交通组织以及施工安全管理等4个方面。

（1）项目组织管理

根据高速公路改扩建工程实践，按规定办理涉路工程建设许可证、开展交通安全影响评价等合理的施工组织管理措施是保证施工安全的前提条件和基本保障。此外，结合前文关于施工作业对交通运营产生的安全风险分析可知，作业人员的违规行为、对机械设备的不当操作都会引起安全事故。因此，项目组织管理安全评价影响因素主要包括施工组织管理、人员管理和机械设备管理。

（2）施工作业安全

根据《公路工程施工安全技术规范》（JTG F90—2015），高速公路工程施工安全包括路基路面工程、桥涵工程以及隧道工程的施工作业安全。考虑到改扩建工程施工作业环境的特殊性，除以上分部分项工程施工作业安全要求外，还涉及上跨地方道路交叉口、中央分隔带开口处等重要节点的施工作业。因此，施工作业安全评价影响因素应包括路基路面施工安全、桥涵工程施工安全、隧道工程施工安全以及重要节点安全防护。

（3）施工交通组织

根据改扩建工程施工安全风险分析以及现场调研发现，施工作业区的长度、间距以及限速值设置是否合理很大程度上影响施工作业与交通运营安全，临时交通安全设施的设置位置和间距也会影响驾驶人员对施工路段的认知，从而影响行车安全。此外，及时、全面地发布施工信息有助于减少施工路段交通流量和交通运营安全事故隐患。因此，施工交通组织安全评价影响因素主要包括施工作业区设置、临时交安设施设置和信息发布。

（4）施工安全管理

在施工安全管理方面，及时进行安全风险评估和隐患排查，以及做好特殊情况下的安全应急管理工作，都是施工安全管理的重点内容。因此，施工安全管理的安全评价影响因素主要包括风险隐患管理和应急管理。

2.2 指标体系构建

基于上述分析，利用层次分析法（Analytical Hierarchy Process,AHP）[21-22]构建高速公路改扩建施工安全管理评价指标体系，如图1 所示。安全管理评价指标体系共分为3 个层次，分别为：（1）目标层，即高速公路改扩建工程施工安全管理评价；（2）准则层，包括项目组织管理、施工作业安全、施工交通组织、施工安全管理等4 个方面，明确了施工安全管理评价的主要内容；（3）因素层，即准则层中每个要素所包含的具体影响因素。

图1 高速公路改扩建施工安全管理评价指标体系

2.3 安全等级划分

为对高速公路改扩建施工安全管理水平进行综合评价，需要对评价指标体系的每个要素及整体的评价标准作出明确定义。根据国内关于施工安全管理程度的划分以及专家意见，利用李克特5 级量表（Five-Point Likert Scale）[21]系数区间取值，对安全管理水平进行5 位区间划分处理。因此，高速公路改扩建施工安全管理评价指标体系整体及各要素的安全等级可划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级，其对应的安全管理评价得分和安全管理水平如表1 所示。

表1 安全管理水平等级定义

3 综合评价方法

3.1 因素层指标评价标准

为确保评价方法的可操作性和可推广性，本文通过确定因素层指标评价内容及其对应分值的方法来明确因素层指标评价标准。根据前期调研以及对既有标准规范的梳理发现，目前行业以及地方标准规范中针对改扩建工程施工安全管理及安全评价的条款内容较少。因此，本文主要根据前文对改扩建施工安全3 个方面的风险分析，结合对安徽省、浙江省在建高速公路改扩建工程施工安全专项方案的调研，同时参考交通运输部发布的《公路水运工程平安工地建设考核评价指导性标准》以及相关施工安全评价标准规范，在传统高速公路施工安全管理评价的基础上，重点选取改扩建工程在边通车边施工环境下的安全管理及安全防护关键要素，由此确定因素层12个指标的评价内容及其对应分值，明确安全管理评价指标体系因素层评价标准，具体见表2。

邀请高速公路施工安全管理领域相关专家按照表2 的评价标准，对各项要素所包含的指标进行打分，取平均值后得到各指标Dij的分值，则因素层第i个指标的得分值Ci的计算公式为：

式（1）中：Ci为安全管理评价指标体系中因素层第i个指标的得分值，i=1,2,…,12；Dij为因素层第i个指标第j项评价内容的得分值，j=1,2,…,5。

3.2 评价指标的权重值

为更加准确地描述安全管理等级，应考虑体系中各指标对总体评价结果的影响程度，即各指标的权重。因此，利用AHP 对评价指标体系中的各指标权重进行计算。

表2 安全管理评价指标体系因素层评价标准

表2 （续）

（1）判断矩阵构造

由图1 可知，评价指标体系被分为3 个层次，分别为目标层、准则层和因素层。依次构建因素层指标对准则层指标，以及准则层指标对目标层指标的两两对比矩阵。比较结果可用判断矩阵D表示，其计算公式为：

式（2）中：D为判断矩阵；aij为第i个指标相对第j个指标的重要程度，取值范围为1～9的整数及其倒数。

（2）权重向量计算

根据判断矩阵D求得特征向量W及其最大特征值λmax。其中，特征向量W经过归一化，可以得到准则层指标对于目标层指标以及因素层指标对于准则层指标的相对重要性的权重向量，计算公式为：

式（3）中：D为判断矩阵；λmax为最大特征值；W为特征向量。

（3）一致性检验

由于判断矩阵的确定具有一定的主观性，因此需要进行一致性检验，以确认权重向量的可靠性。检验数CR的计算公式为：

式（4）中：CR为检验数；C1为一致性指标，，m为单元层中指标的个数；R1为同阶平均数随机一致性指标。

当CR＜0.10 时，认为判断矩阵合理。若判断矩阵不合理，则应对判断矩阵作相应调整。

根据以上方法，可得到因素层指标对准则层指标、准则层指标对目标层指标的权重值。

3.3 评价结果

设定因素层12 个指标的评价结果为R，其指标分别为R1,R2,…,R12，则可以把因素层的评价结果作为评价向量，即R=(R1,R2,…,R12)。因此，高速公路改扩建施工安全管理最终评价结果的计算公式为：

式（5）中：P为高速公路改扩建施工安全管理的最终评价得分；(W1,W2,…,W12)为因素层12 个指标的权重向量；(R1,R2,…,R12)为因素层12 个指标的评价向量。

4 工程实例

以浙江省在建高速公路改扩建工程为例，该工程起点桩号为K320+488，终点桩号为K457+284，经金华市、衢州市终于浙赣主线收费站，全长136.796km。全线共新建和拼宽桥梁308 座，桥梁总长度为15 525.2m，其中特大桥1 263.18m/1 座，大桥6 354.85m/27 座，中小桥7 907.17m/280座；隧道1 136.5m/2座。

项目隧道、桥梁数量众多，采取“边通车、边施工”的施工方式，施工环境复杂，安全管理难度较大。使用前文提出的安全管理评价指标体系及综合评价方法对该高速公路安全管理水平进行评价，具体步骤如下。

步骤一：通过分析该工程安全管理特点，建立施工安全管理评价指标体系（如图1所示）。

步骤二：应用专家半定量取值法，根据表2的评价标准对因素层各个指标进行打分，通过式（1）得到因素层12 个指标的评价向量为R=（4.15,4.02,3.85,3.46,3.89,3.26,3.67,3.16,3.43,3.86,3.89,3.52）。

步骤三：根据3.2 节中权重值的确定方法，结合高速公路施工安全领域的专家咨询意见，以及既有事故案例分析结果，建立准则层和因素层各指标的判断矩阵，经一致性检验后，得到准则层和因素层评价指标权重（见表3），权重向量W=（0.100,0.034,0.035,0.155,0.058,0.062,0.060,0.150,0.202,0.027,0.060,0.057）。

表3 高速公路改扩建工程施工安全评价指标权重

根据步骤三可得到因素层12个评价指标组合的权重分布，如图2所示。

图2 因素层指标组合权重分布图

由图2可知，本项目中重要节点安全防护C4、施工作业区设置C8以及临时交安设施设置C9这3个指标对改扩建施工安全影响程度最高。

步骤四：根据评价向量R和权重向量W计算结果，结合式（5），计算该高速公路改扩建工程施工安全管理的最终得分为3.575分。

按照表1 定义的安全管理水平与施工安全管理评价得分的对应关系，可知该项目总体安全管理水平为“安全”。此状态表明该高速公路改扩建工程施工安全管理的总体水平处于中等，还有进一步提升的空间。从12 个主要评价指标来看，除了“施工组织管理”和“人员管理”为“较安全”外，其他指标大都处于“安全”级的水平，而“施工作业区设置”则低于“安全”水平，为“不安全”。进一步研究发现，该项目部高速公路建设经验丰富，但是参与的改扩建工程项目较少，因此在常规的施工组织管理、人员管理方面经验丰富，安全管理比较到位；但是在改扩建施工作业领域，尤其是边通车边施工的作业环境下，安全管理经验不足，同时由于缺乏相关的标准规范指导，导致实际施工中很多安全管理及安全防护问题无法及时解决。综上所述，该高速公路改扩建项目部应根据评估结果有针对性地制订改进计划，尤其应注重施工作业区设置、临时交通安全设施设置及施工重要节点安全防护等，使各方面安全管理平衡发展。同时，也建议交通运输管理部门、交通建设企业及行业学会，根据高速公路改扩建工程实践经验，丰富和完善相关安全管理标准规范，提高改扩建工程施工安全管理水平。

5 结语

鉴于高速公路改扩建工程施工作业与交通运营交叉进行的特点，本文以项目组织管理、施工作业安全、施工交通组织以及施工安全管理为基础构建了安全评价指标体系，利用层次分析法和综合评价法对改扩建施工安全管理水平进行定量评价。以浙江省某高速公路改扩建工程为例进行评价，结果基本符合实际情况，证明本文提出的施工安全管理评价方法可定量描述改扩建工程施工安全管理状态，为高速公路改扩建工程施工安全评价提供了一种切实可行的方法。

施工安全管理评价是一项复杂的系统工作，后续研究还需进一步完善：在施工安全影响因素筛选方面，可根据地域差异和施工环境的不同进行针对性的优化，增强因素选取的科学性和评价方法的适用性；在确定评价指标权重方面，可通过改进指标权重的计算方法提高计算结果的准确性。