周 直，熊家豪，劉光鳳

(重慶交通大學(xué) 經(jīng)濟與管理學(xué)院，重慶 400074)

近年來，媒體關(guān)于橋梁施工風(fēng)險事故的報道屢見不鮮。橋梁施工一旦發(fā)生安全事故，將對經(jīng)濟生產(chǎn)、人身安全造成巨大的損失，導(dǎo)致非常負面的社會影響。而大跨徑斜拉橋由于長跨徑和特殊工藝，其上部結(jié)構(gòu)的施工非常容易發(fā)生事故。因此，應(yīng)該評估大跨徑斜拉橋的施工風(fēng)險，據(jù)此采取針對性的預(yù)控措施降低風(fēng)險損失已迫在眉睫。

至今，各國學(xué)者對橋梁的風(fēng)險評估做了大量的研究工作。例如，康俊濤等[1]提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論的橋梁施工安全評價方法。朱治寶等[2]運用LEC法量化危險源，在此基礎(chǔ)上建立基于WBS-RBS與模糊層次綜合法的橋梁施工安全風(fēng)險評估模型。王丹等[3]建立基于ANP的深水橋梁基礎(chǔ)工程施工風(fēng)險評估模型。劉沐宇等[4]建立基于證據(jù)理論的懸索橋主塔施工風(fēng)險評估模型。劉朝陽等[5]構(gòu)建基于事故樹模型和改進THERP+HCR模型的橋梁工程安全預(yù)警機制。李彥等[6]建立基于決策樹分析技術(shù)的橋梁施工安全風(fēng)險評估模型。陳海南等[7]運用FISM方法構(gòu)建跨既有鐵路線橋梁轉(zhuǎn)體施工安全的關(guān)鍵影響因素多層遞階結(jié)構(gòu)，剖析事故致因機理，提出安全防護措施。張錦等[8]建立基于模糊綜合評價法的川藏鐵路重點橋梁和隧道風(fēng)險評價模型，在此基礎(chǔ)上，提出一種BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險預(yù)測模型。施洲等[9]采用WBS-RBS對沉井基礎(chǔ)施工進行風(fēng)險識別，在此基礎(chǔ)上建立基于FAHP的風(fēng)險評估模型。同年，施洲等[10]提出一種基于DEMATEL和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的橋梁施工動態(tài)風(fēng)險評估模型。綜上可知，雖然關(guān)于橋梁風(fēng)險評估的研究已取得了一系列成果，但是針對斜拉橋上半部施工風(fēng)險的研究還較少。此外，已有評估方法大多依賴于專家評語，而專家在給出風(fēng)險評語時往往出現(xiàn)猶豫不決的情況，容易影響評估結(jié)果的可信度。

因此，本文首先構(gòu)建施工風(fēng)險的評估指標體系，然后考慮到猶豫模糊語言集在處理猶豫不決情況的突出優(yōu)勢，基于猶豫模糊型語言集合和層次分析法，建立評價和估計風(fēng)險的模型，以期確定施工的關(guān)鍵風(fēng)險因素和風(fēng)險等級，保證結(jié)果的精確。

1 構(gòu)建施工安全風(fēng)險評估指標體系

影響大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全的風(fēng)險因素眾多。本文根據(jù)施工過程的特點，將風(fēng)險因素的一級指標按照施工階段劃分為橋面施工、支架施工、鋼箱梁施工和斜拉索施工四個方面。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合類似工程數(shù)據(jù)、相關(guān)文獻[11-12]、行業(yè)規(guī)范[13]、現(xiàn)場調(diào)研，并咨詢有關(guān)專家，最終確定了16個影響斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全的風(fēng)險因素作為二級指標，建立風(fēng)險評估的指標體系，如表1所示。

表1 評估指標體系

2 構(gòu)建施工安全風(fēng)險評估模型

2.1 基于HFLTS-AHP的權(quán)重計算模型

在所構(gòu)建的大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估指標體系基礎(chǔ)上，運用猶豫模糊型語言集合量化專家評估的風(fēng)險信息；結(jié)合層次分析的方法，得出指標各自的權(quán)重。該方法計算簡單、易于操作,可以有效解決多準則群決策過程中的主觀性和補償性問題[14]。

設(shè)評估指標集合為{C1,C2,…,Cn-1,Cn}，決策小組{D1,D2,…,Dk-1,Dk}，其中n為指標的數(shù)目，k為專家數(shù)?？赏ㄟ^以下步驟求解指標權(quán)重。

2.1.1 構(gòu)建猶豫模糊語言判斷矩陣

設(shè)Hs為S的猶豫模糊型語言的評價術(shù)語的集合，其中S={S1,S2,…,S?}為專業(yè)語言的集合。在本文中定義重要性語言術(shù)語集S={不重要,極低,低,中等,高,極高,絕對高}，對應(yīng)值如表2所示[15]。在該語言集S的基礎(chǔ)上，專家可以使用、“少于”“多于”“至少”“至多”和“之間”等表達式來給出判斷，如少于VH、至少L、至多H、M與H之間等。

表2 語言術(shù)語集的賦值

EGH是將語言運用語言GH生成的專家打分結(jié)果ll∈Sll轉(zhuǎn)化為猶豫模糊語言集Hs的函數(shù)，其轉(zhuǎn)換規(guī)則如下。

EGH(sj)={sj|sj∈S}

EGH(少于sj)={sr|sr∈S且sr

EGH(多于sj)={sr|sr∈S且sr>sj}

EGH(至少sj)={sr|sr∈S且sr≥sj}

EGH(至多sj)={sr|sr∈S且sr≤sj}

EGH(在sj和st之間)={sr|sr∈S且sj≤sr≤st}

(1)

2.1.2 獲取HFLTS對應(yīng)包絡(luò)

(2)

以算數(shù)平均值作為語言變量集成算子，通過式(3)確定悲觀和樂觀偏好關(guān)系。

(3)

式中：β∈[0,μ]表示S={si:i=0,1,2,…,μ}經(jīng)聚合后得到的結(jié)果值，可由Δ:[0,μ]→S×[-0.5,0.5)轉(zhuǎn)換為二元性質(zhì)的語言含義信息，如式(4)所示。式中，round表示為四舍五入后的取整算子。反之，令(si,α)為二次計算語言含義的信息，存在Δ-1函數(shù)得到對應(yīng)數(shù)值β∈[0,μ]，如式(5)所示。

(4)

Δ-1(si,α)=i+α=β

(5)

2.1.4 求解指標權(quán)重

對于n個風(fēng)險指標，建立集合矢量VR，有

(6)

2.2 基于HFWA的風(fēng)險評估模型

設(shè)有一個非空集合X，則H={[x,hH(x)|x∈X]}為X上的猶豫和模糊型集合，其中hH(x)表示對于x∈X的隸屬度可能值集合且hH(x)?[0,1]。

2.2.1 統(tǒng)計猶豫模糊評估集

2.2.2 計算各項指標分值S(hi)

選取猶豫模糊加權(quán)平均算子計算各項指標分值S(hi)(i=1,2,…,m)。

(7)

(8)

通過HFWA算子，將各指標的猶豫模糊評估集fij進行集成，計算各指標分值s(hi)，最終得到分值集合F=(f1,f2,…,fn)。

2.2.3 計算評估結(jié)果S

S=W×FT=(w1,w2,…,wn)(f1,f2,…,fn)T

(9)

本文采用“低度風(fēng)險”“較低風(fēng)險”“中度風(fēng)險”“高度風(fēng)險”“極高風(fēng)險”5個等級對大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險進行評估，如表3所示。通過計算得到的結(jié)果S可以找到與之相對應(yīng)的施工安全風(fēng)險評估等級，其數(shù)值越大，說明大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險越高。因此可以根據(jù)S的評估值對施工中的關(guān)鍵風(fēng)險因素采取風(fēng)險防范手段，避免發(fā)生事故。

表3 風(fēng)險評估等級

3 實例分析

本文以某大跨徑斜拉橋為例，邀請4位長期從事橋梁研究的專家。已知所邀專家在該領(lǐng)域的專業(yè)背景與工作年限相近，因此設(shè)專家權(quán)重相同。

3.1 HFLTS-AHP方法計算指標權(quán)重

1)構(gòu)建猶豫模糊語言判斷矩陣

基于表2與式(1)所定義的規(guī)則，專家組利用所提供的語言術(shù)語集，對表1所示一級指標進行評估，給出猶豫模糊語言判斷矩陣如表4所示。

表4 HFLTS對應(yīng)包絡(luò)

2)獲取HFLTS對應(yīng)包絡(luò)

運用式(2)求得每個HFLTS的對應(yīng)包絡(luò)，如表5所示。

表5 HFLTS對應(yīng)包絡(luò)

3)確定悲觀和樂觀偏好關(guān)系

表6 悲觀集體偏好關(guān)系

表7 樂觀集體偏好關(guān)系

4)確定指標權(quán)重

利用式(6)匯總表6和表7中各指標的悲觀和樂觀集體偏好關(guān)系，得到相應(yīng)的語言區(qū)間向量。基于表2為語言變量賦值，計算各數(shù)值區(qū)間中值，并對結(jié)果進行歸一化，最終得到一級指標權(quán)重如表8所示。

表8 指標的重要性程度

同理，可計算二級指標權(quán)重，結(jié)果為

W*={0.051,0.057,0.070,0.059,0.058,0.077,0.058,0.070，0.064,0.058,0.068,0.059,0.056，0.058,0.065,0.072}。

3.2 HFWA方法確定綜合評分

1)統(tǒng)計猶豫模糊評估集

專家組基于表3對大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險給出評分，即hH(x)={0,0.1,0.2,…,0.9,1.0}，分值越高表示該指標的質(zhì)量越高，最終得到猶豫模糊集評分結(jié)果，如表9所示。

表9 安全風(fēng)險評分

2)計算各項指標分值

已知專家權(quán)重相等，因此運用式(7)中的HFWA算子集成評分結(jié)果時默認專家權(quán)重為

w={0.25,0.25,0.25,0.25}T

得分過程如下(以C11的得分s(h1)為例)。

{0.477,0.539,0.5,0.56,0.505,0.564,0.527,0.584}

基于式(8)計算得分S(h1)=0.532 061。

同理求得，二級指標所有的數(shù)據(jù)得分，如表10所示。

3)計算評估結(jié)果

結(jié)合各指標權(quán)重，將表10中各指標的分值代入式(9)，計算得到大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險一級指標評分結(jié)果分別為0.344、0.671、0.818和0.662，進而求解目標層最終評分為0.651。

3.3 風(fēng)險控制措施

對應(yīng)表3中的評估等級可知，該橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估結(jié)果為高度風(fēng)險，故各部門應(yīng)該對該橋上部結(jié)構(gòu)施工予以高度重視。

表10 指標算子集成及得分

由表10可知，該橋上部結(jié)構(gòu)施工過程中，16個二級風(fēng)險指標發(fā)生的概率排前三的是：人員意外墜落、張拉不足或超張拉、橋面吊機傾覆墜落，這與橋梁建設(shè)中的頻發(fā)安全風(fēng)險事件基本相符。為有效預(yù)控風(fēng)險損失，現(xiàn)針對以上關(guān)鍵風(fēng)險因素的風(fēng)險控制措施提出幾點建議：

(1)針對人員意外墜落：①落實安全技術(shù)交底，將可能出現(xiàn)的危險和注意事項清楚地告知操作員；②確保施工人員身心狀況良好，避免疲勞作業(yè)。

(2)提高索導(dǎo)管定位精度，精確控制拉索的張拉力。加強對拉索、錨具、錨箱等產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)測，提高產(chǎn)品的整體質(zhì)量，減少保管損耗。

(3)針對橋面吊機傾覆墜落：①嚴格執(zhí)行吊機荷載試驗；②制定半空中突發(fā)風(fēng)振的緊急預(yù)案措施；③加強操作人員的專業(yè)培養(yǎng)；④加強現(xiàn)場對軌道梁固定狀態(tài)的監(jiān)測，防止因軌道梁不牢導(dǎo)致吊機傾覆。

4 結(jié) 語

大跨徑斜拉橋正向著更大跨徑的目標不斷發(fā)展，而與之相對應(yīng)的施工安全風(fēng)險管理理論也需隨之發(fā)展。本文基于橋面施工、支架施工、鋼箱梁施工和斜拉索施工4個方面構(gòu)建了大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估指標體系，在此基礎(chǔ)上，考慮到?jīng)Q策者在處理復(fù)雜問題時存在的猶豫性和不確定性，將基于猶豫模糊語言集的多準則群決策方法用于大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估，研究結(jié)果與實踐相符，具有可行性和實用性，且在一定程度上降低了專家主觀認知對評估結(jié)果的影響，緩解了傳統(tǒng)模糊語言在決策過程中的精度損失，拓展了猶豫模糊語言集在橋梁上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估研究領(lǐng)域中的適用范圍，為今后相關(guān)方面的安全風(fēng)險評估提供了參考借鑒。