謝　峰

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司　貴陽　550081)

橋梁施工組織設(shè)計風(fēng)險策略研究

謝峰

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計研究院股份有限公司貴陽550081)

摘要提出基于風(fēng)險的橋梁施工風(fēng)險設(shè)計流程，并按此流程，研究和論述風(fēng)險識別、風(fēng)險評估、風(fēng)險對策等相關(guān)的理論和應(yīng)用方法。力求能更科學(xué)地反映橋梁施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險，并且采取一定的對策進行風(fēng)險管理，達到對施工過程進行風(fēng)險管理的目的。

關(guān)鍵詞橋梁施工風(fēng)險設(shè)計策略

風(fēng)險的概念在很多領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，但引入橋梁工程的時間比較短，其主要指橋梁從前期設(shè)計、施工到后期使用過程中，可能出現(xiàn)的各種事故及其出現(xiàn)這種情況的概率的總和。

1基于風(fēng)險的橋梁施工設(shè)計目的

面向橋梁施工的風(fēng)險設(shè)計，其目的就是在施工組織設(shè)計的同時，基于風(fēng)險的思想，采用風(fēng)險評估的方法對施工中的方法、工藝、施工機具、施工管理進行分析，保證施工順利進行、減少經(jīng)濟損失、實現(xiàn)優(yōu)化決策管理。為了實現(xiàn)這一目的，必須對施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險事態(tài)十分清楚，并且分析其發(fā)生的原因以及發(fā)生的概率。通過風(fēng)險分析，采用風(fēng)險規(guī)避、風(fēng)險轉(zhuǎn)移、風(fēng)險緩解等方法，使風(fēng)險事態(tài)控制在施工方可接受的范圍以內(nèi)。

2基于風(fēng)險的橋梁施工設(shè)計流程研究

傳統(tǒng)意義上的橋梁設(shè)計，主要是由設(shè)計方來承擔(dān)，從業(yè)主提供的地質(zhì)、地形、水文等方面的情況出發(fā)，對橋梁結(jié)構(gòu)進行設(shè)計。通過參照結(jié)構(gòu)的靜力設(shè)計流程圖，確定基于風(fēng)險的施工設(shè)計流程見圖1。在整個流程中，風(fēng)險識別是一個對所評估的橋梁施工過程出現(xiàn)的事故認(rèn)識總結(jié)的過程。但是事故各種各樣，不能一一列舉，為了方便研究，對具有某類特征的一系列事故進行共性提取，成為一個風(fēng)險事態(tài)，把這些事態(tài)作為后續(xù)分析研究的對象。

圖1基于風(fēng)險的施工設(shè)計流程

風(fēng)險估計是在風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上，對風(fēng)險事態(tài)發(fā)生的概率和風(fēng)險事態(tài)發(fā)生后的損失進行估計。風(fēng)險概率估計就是對風(fēng)險事態(tài)出現(xiàn)不確定性的估計，本質(zhì)就是計算結(jié)構(gòu)的失效概率。常用的方法有專家調(diào)查法、響應(yīng)面法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法等。風(fēng)險損失估計就是估算風(fēng)險事件給業(yè)主帶來的損失。一般包括直接損失(包括維修費用、人員傷亡等)和間接損失(包括交通延誤、名譽損失等)。常用的方法主要是定性估計法和定量估計法2種。

風(fēng)險評估是在對風(fēng)險事態(tài)進行風(fēng)險估計過后，考慮風(fēng)險承擔(dān)者的風(fēng)險態(tài)度和承受能力，對風(fēng)險程度形成具體的評價結(jié)果，以便決策者做出合理的決策。

通過這一流程，對施工過程中可能出現(xiàn)的風(fēng)險進行識別、評估，最后拿出各種方案進行比較，以期得到整個橋梁施工過程中風(fēng)險優(yōu)化的方案。

2.1　橋梁施工風(fēng)險事態(tài)研究

橋梁的施工過程本身就是一個復(fù)雜的系統(tǒng)，影響結(jié)構(gòu)安全的風(fēng)險因素眾多，這些風(fēng)險因素主要分為以下幾類。

(1) 施工方法及施工機具因素?，F(xiàn)代橋梁隨著跨度越來越大，施工機具的成敗成為橋梁建設(shè)的關(guān)鍵因素。

(2) 質(zhì)量因素。由于施工因素而導(dǎo)致的橋梁在施工階段的質(zhì)量缺陷都可以歸結(jié)為施工階段的質(zhì)量事故[1]。施工的不確定性為結(jié)構(gòu)帶來各種不同的風(fēng)險，風(fēng)險事態(tài)也滲入到橋梁結(jié)構(gòu)的各個部分：混凝土結(jié)構(gòu)工程、基礎(chǔ)工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、索工程。

(3) 橋梁施工期間的市場因素。市場的價格不是固定不變的，隨著價格的波動，會對整個工程的投入產(chǎn)生影響。主要有工人工資的變動、施工機具價格的變動、原材料價格的變動。

(4) 橋梁建設(shè)的資金因素。包括：貸款期數(shù)的變動、貸款利率的變動、支付進度、籌集方式等。對于影響橋梁施工的諸多風(fēng)險因素中，后兩類并不是傳統(tǒng)意義上的工程技術(shù)范疇，但是在橋梁施工過程中所起的作用是有目共睹的。

針對以上幾個方面，列舉影響橋梁施工過程中的因素，制作問卷調(diào)查表，采用專家調(diào)查法、事故樹、層次分析法等方法，向有經(jīng)驗的專家進行問卷調(diào)查，進行系統(tǒng)分析，最終目標(biāo)是得到一系列橋梁施工過程中的風(fēng)險事態(tài)，這些風(fēng)險事態(tài)不僅囊括整個施工過程中所發(fā)生的事故，而且是對它們很好的總結(jié)、歸納、升華。

2.2　橋梁施工風(fēng)險概率估計研究

對于工程結(jié)構(gòu)來說，風(fēng)險概率可以用結(jié)構(gòu)的失效概率來表示。首先需要確定施工階段的承載力極限狀態(tài)、結(jié)構(gòu)的失效概率及其概率模式。

2.2.1承載力極限狀態(tài)

根據(jù)我國結(jié)構(gòu)可靠度設(shè)計統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[2]，承載力極限狀態(tài)即為對應(yīng)于結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)構(gòu)件達到最大承載能力或不適于繼續(xù)承載的變形。在橋梁施工階段，結(jié)構(gòu)發(fā)生如上情況時，即被認(rèn)為結(jié)構(gòu)失效。針對失效狀態(tài)，可以計算結(jié)構(gòu)失效概率。

2.2.2結(jié)構(gòu)失效概率

在計算風(fēng)險概率的時候，首先確定風(fēng)險事態(tài)出現(xiàn)的概率，而后采用針對結(jié)構(gòu)在這一風(fēng)險事態(tài)的極限狀態(tài)的方程來計算。

(1)

式中：S為結(jié)構(gòu)或構(gòu)件截面在荷載作用下的綜合效應(yīng)；R為結(jié)構(gòu)的抗力；將此概率在S的全域內(nèi)積分，即得

(2)

但是對于一個大型復(fù)雜的結(jié)構(gòu)來說，影響的因素有很多，不可能得出一個顯式的函數(shù)形式，目前主要是采用數(shù)值模擬或者專家經(jīng)驗的方法來得到。

2.3　橋梁施工風(fēng)險損失估計研究

對于橋梁施工期間，可能會發(fā)生各種各樣的風(fēng)險事態(tài)，也將會帶來各種各樣的損失后果。橋梁結(jié)構(gòu)損壞、機械設(shè)備損壞、人員傷亡、橋下基礎(chǔ)設(shè)施損壞、工期拖延、環(huán)境破壞以及不良社會影響等等；同時，各種損失的性質(zhì)、表現(xiàn)形式、估計方法不盡相同。本文中將風(fēng)險損失歸結(jié)為人員損傷、貨幣損失和時間損失3種基本物理形態(tài)。

(1) 貨幣損失是由橋梁施工風(fēng)險事故造成的各方面可用貨幣來衡量的損失，一般包括直接的或間接的經(jīng)濟損失。其中間接經(jīng)濟損失是橋梁施工風(fēng)險事故間接造成的、直接經(jīng)濟損失以外的、可用貨幣計量的衍生損失，是一種深層次的經(jīng)濟損失。比如橋梁結(jié)構(gòu)風(fēng)險事故導(dǎo)致的施工單位停工損失，供電受阻或中斷而造成的經(jīng)濟損失等。

(2) 人員損傷是由橋梁施工風(fēng)險事故造成的施工的生命與健康的損失，包括人員死亡、傷殘損失等。人員損傷嚴(yán)格來說是不能簡單地直接用貨幣來計量的，它通常是無法彌補的損失，往往以傷亡人數(shù)表示。

(3) 時間損失是指由于橋梁風(fēng)險事態(tài)的實現(xiàn)，造成的橋梁建造時間的增加。造成時間損失一般有兩方面：一方面是結(jié)構(gòu)失效引起的時間損失；另一方面是風(fēng)險事態(tài)引起的損失，比如暴雨造成無法施工等。

對于人員損傷的貨幣量化，與所在地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展水平、人民生活水平、受害人的收入損失、醫(yī)療費用、喪葬費等費用有關(guān)。在得到橋梁施工階段的人員損失情況后，人員傷殘損失按照傷情的輕重及醫(yī)療費用等進行計算。

對于時間損失的貨幣量轉(zhuǎn)換主要與橋梁施工期加長，造成建造橋梁的各個部門停工、停運、停產(chǎn)的損失以及橋梁延期通車的收益損失有關(guān)。這兩者相加就是時間損失的貨幣量。兩者主要根據(jù)當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟發(fā)展水平進行估計。

在得到3方面的貨幣量化的損失之后，總和即為橋梁施工階段的風(fēng)險損失。

2.4　橋梁施工風(fēng)險評價研究

進行風(fēng)險評價首先需要建立系統(tǒng)風(fēng)險綜合評價模型和系統(tǒng)的風(fēng)險決策準(zhǔn)則。

(1) 系統(tǒng)風(fēng)險綜合評價模型。定性的模型是直接對風(fēng)險情形給出風(fēng)險態(tài)度(如專家調(diào)查法)，直接進行決策。定量風(fēng)險綜合評價模型根據(jù)文獻[2]，采用其施工風(fēng)險綜合評價模型，以某座橋梁為基本研究對象，設(shè)在整個施工工期內(nèi)，系統(tǒng)的綜合風(fēng)險可以表示為

(3)

式中：R為整個施工期內(nèi)的系統(tǒng)綜合風(fēng)險；Pij為第i類風(fēng)險事故，第j種損傷程度發(fā)生的概率；Cij為第i類風(fēng)險事故，第j種損傷程度造成的后果。

(2) 風(fēng)險評價準(zhǔn)則。橋梁施工過程中的風(fēng)險評估和風(fēng)險決策問題常常需要對各種風(fēng)險改善措施的效益進行分析，以確定最優(yōu)的方案。在經(jīng)濟學(xué)領(lǐng)域中，普遍存在邊際效應(yīng)。英國國家健康和安全委員會于1999年提出了ALARP風(fēng)險決策準(zhǔn)則。ALARP[3]原則可用圖2來表示。具體做法是通過確定合理的風(fēng)險不可接受水平和風(fēng)險可忽略水平，將整個風(fēng)險域劃分為風(fēng)險不可接受區(qū)域、風(fēng)險可忽略區(qū)域和合理控制區(qū)域。落于風(fēng)險拒絕區(qū)域的風(fēng)險，表明其風(fēng)險水平高于可接受水平，不可接受，必須降低。落于可接受水平的，表明其風(fēng)險水平遠低于社會可接受水平，完全可接受，不需要采用任何措施。而在兩者之間的稱為合理控制區(qū)域，表明該風(fēng)險處于完全可接受和不可接受區(qū)間，屬于可容忍的風(fēng)險，應(yīng)以合理的成本進行風(fēng)險降低。

圖2ALARP 評價準(zhǔn)則

2.5　橋梁施工風(fēng)險對策研究

在總體風(fēng)險評價結(jié)果的基礎(chǔ)之上，擬定風(fēng)險對策。這是針對某一個風(fēng)險事態(tài)，提出有針對性的風(fēng)險對策以期把風(fēng)險降低到可接受的范圍內(nèi)。

目前風(fēng)險對策一般有5種類型：風(fēng)險回避、風(fēng)險自留、風(fēng)險規(guī)避、風(fēng)險轉(zhuǎn)移、風(fēng)險緩解。針對風(fēng)險級別的不同，選擇不同風(fēng)險對策的類型，可參照表1。而在橋梁施工階段一般的對策來源于以下幾個方面。

表1　風(fēng)險對策選擇方式

(1) 工程技術(shù)方面。在橋梁施工階段，主要是通過修改設(shè)計，增加一些機具來降低或者消除潛在的隱患。例如，增加風(fēng)纜，增加纜塔的剛度使得施工時機具更加穩(wěn)定。

(2) 管理方面。如何制定科學(xué)的管理措施，并且調(diào)度得當(dāng)，減少事故的發(fā)生，保護橋梁建設(shè)者的安全等都是需要管理者細(xì)心考慮的問題。例如，夜間施工時，設(shè)置足夠的照明并且人員不能過于疲勞等，利于安全施工。

(3) 保險方面。通過財產(chǎn)保險或第三者保險的方法，將部分管理部門潛在賠償損失轉(zhuǎn)移到保險公司，降低管理部門的風(fēng)險。

在擬定風(fēng)險對策以后，對其進行評價并作出決策。這一過程是在遵照決策準(zhǔn)則的基礎(chǔ)上進行的，由于滿意準(zhǔn)則的決策方法能很快識別重點風(fēng)險事態(tài)，這在評估項目中風(fēng)險事態(tài)繁多或是項目評估的初步階段以及項目總體風(fēng)險評估過程中具有明顯的優(yōu)勢，所以一般都采用滿意準(zhǔn)則的決策原則。滿意準(zhǔn)則首先是要確定ALARP區(qū)間，然后估算出風(fēng)險總體水平，參照ALARP區(qū)間的風(fēng)險態(tài)度，對風(fēng)險對策進行取舍，從而對風(fēng)險事態(tài)形成基本的決策。

對于經(jīng)過分析提出的對于風(fēng)險事態(tài)的基本決策，需要進行風(fēng)險水平復(fù)核。對這一決策是否可將風(fēng)險控制在可接受的范圍進行評估。只有在風(fēng)險的承擔(dān)者同意的前提下，才能把決策應(yīng)用于設(shè)計方案之中。

總體上看來，在施工階段對不同的風(fēng)險事態(tài)進行風(fēng)險設(shè)計，可以采用一個對策，也可以幾個對策一起采用，以期能得到最優(yōu)效果。

收稿日期：2015-05-28

DOI10.3963/j.issn.1671-7570.2015.05.012