基于AHP和FCE的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估.pdf

总第 期交通科技 第期 收稿日期：第一作者：廖泳华（），男，硕士生。四川交建集团科技项目资助基于 和 的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估廖泳华陈甫君于建华张谢东（武汉理工大学交通与物流工程学院武汉 ；四川省交通建设集团股份有限公司成都 ）摘要大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工因其单跨顶推跨径大、结构受力复杂等特点，在施工过程中面临的风险问题更为突出。文中以四川某大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工桥梁工程为工程依托，建立钢箱梁顶推施工风险评估模型，通过层次分析法和模糊综合评价法，针对大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工的特点，对其风险进行层次权重值计算和综合评价。结果表明，钢箱梁顶推施工风险等级为中风险，其中关键风险源为梁体倾覆、环境、顶推设备及施工人员等。关键词钢箱梁顶推施工安全风险评估层次分析模糊综合评价中图分类号 桥梁顶推施工安全风险评估为根据其施工特点及可能存在的危险与问题，通过定性或定量的方法评估其风险概率的流程。该流程旨在依据风险评估的结果，对关键风险源制定应对措施，对主要风险进行控制，从而确保整个桥梁顶推施工过程的安全。在桥梁顶推施工中，主体结构的受力与变形、荷载形式，以及边界条件等均会随顶推过程而不断改变，对于不采用辅助墩的大跨钢箱梁来说，这些问题更加突出。如主体结构截面的内力正负交替，最大悬臂状态的支反力、挠度较大，导梁轴线出现偏差等 。而在实际施工中，截面材料等设计参数、荷载条件、温度等影响因素比有限元模型中所设定的参数都更为复杂和多变。因此，除了利用数值分析的方法对钢箱梁顶推施工进行结构受力分析外，还需要对结构辅以施工安全风险评估 。风险评估的方法有概率统计、层次分析、模糊层次综 合 评 判、多 准 则 决 策 分 析 和 神 经 网 络等 。等将层次分析法和模糊综合评判法相结合以研究混凝土桥梁顶推施工的安全风险，通过对危险因素进行提前预警，解决顶推过程中的测量问题。等利用基于德尔菲法改进的模糊层次分析法对大型复杂桥梁施工的安全风险进行评估，综合考虑了施工期间各项因素的关联性，减少了赋权的主观性。目前关于桥梁顶推施工安全风险评估的研究已有不少，但是针对大跨钢箱梁和无辅助墩顶推施工的风险评估研究还较少，本文通过层次分析法和模糊综合评价法，针对大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工的特点，对其安全风险进行评估。桥梁顶推施工安全风险评估 桥梁顶推施工安全风险评估流程桥梁顶推施工安全风险评估是一种辅助桥梁顶推施工控制的方法，其流程主要分为以下五部分。）风险定义。主要包含明确风险评估的对象（桥梁类型，顶推施工工艺），定义风险评估的范围（施工前、中、后），确认风险评估的方式（定量、定性）。）风险识别。通过对风险评估目标进行定性、定量或定性定量相结合的研究，如利用专家咨询、事件树、神经网络等方法对桥梁顶推潜在的风险进行识别，并明确分析重点。）风险估计。通过建立体系或模型对风险可能发生的概率和造成的损失进行估计，如利用模糊层次综合评判法、云熵权法、工作条件法等方法将定性的桥梁顶推风险问题定量化。）风险评价。以风险估计的结果为基础，通过评价集得出桥梁顶推风险评估的风险等级，给出具体的评价结果。）风险控制。根据上述任务的结果，通过风险应对措施规避或缓解可能发生的风险，并结合风险监控对关键风险源进行实时监测，保证桥梁顶推施工的安全。风险评估体系桥梁顶推施工具有周期长、工艺复杂等特点，具体施工过程中所面临的风险也具有复杂性、可变性及明显的不确定性。但是，桥梁的顶推施工风险并非杂乱无章，而是有迹可循，并且可以划分层次。因此，可以通过采用层次分析法和模糊综合评价法对钢箱梁顶推施工风险进行评估。层次分析法层次分析法（）是一种将定性与定量分析相结合，通过分层次解决一些复杂模糊问题的方法。）建立层次结构模型。层次分析法应明确决策的目标和范围，将问题划分为目标层、指标层和方案层个层次，然后依据特点在每个层次中添加多项因素，最后以此建立层次结构模型。）构造判断矩阵。通常采用一致矩阵法来构造判断矩阵，即不将所有元素放在一起比较，而是采取元素之间两两相互比较。通过该方法构造的判断矩阵是一个方阵，判断矩阵表达式如式（）。犃犪 犪狀犪狀犪烄烆烌烎狀 狀（犪犻 犼）狀狀（）式中：犪犻 犼为同一层次上各元素两两比较的值。为了得出判断矩阵中各元素之间的关系，选用标度法对各元素犪犻 犼进行比较。）层次单排序。对各层次中所有元素两两比较所得的判断矩阵犃，通过计算得到其最大特征值 和对应的特征向量犠，确定该层次中各元素对上一层次元素所占的权重，并进行归一化处理。具体计算步骤如下。犠狑，狑，狑狀（）珡狑犻狀犼犪犻 犼狀（）狑犻珡狑犻狀犻珡狑犻（）狀犻狀犼犪犻 犼狑犼狀 狑犻（）一致性检验。为了排除定性比较对象时存在的主观性和矛盾性问题，需要通过计算一致性指标和一致性比例来确定判断矩阵的一致性，一致性检验的方法如下。一致性指标犆 犐 狀狀（）一致性比率犆 犚犆 犐犚 犐（）式中：犆 犐为矩阵一致性指标，犆 犐为完全一致，犆 犐越大越不一致；犆 犚为随机一致性比率；犚 犐为平均随机一致性指标，犚 犐的取值见表。当一致性比率犆 犚 时，认为矩阵的一致性是可以接受的。表犚 犐取值狀犚 犐 模糊综合评价法模糊综合评价法（）是一种基于模糊数学理论的综合评价方法，可以用于处理具有模糊性质的多指标、多因素评价问题。模糊综合评价法主要分为以下几个步骤。）确立因素集犝。犝狌，狌，狌犿（）确立评判集犞犞狏，狏，狏狀（）建立模糊权重向量犠。为反映各元素的重要程度，利用统计数据或使用各种分析方法来拟合各元素相应的权重，得到模糊权重向量犠。犠狑，狑，狑犿（）建立模糊关系矩阵犚。利用专家评价等方法求得归一化指标关于等级的隶属度，得到单因素评价矩阵犚。犚狉 狉狀狉犿狉烄烆烌烎犿 狀（）模糊评价结论集。由低层次到高层次进行评价，得到总风险评价指标对评价集的隶属向量犅。犅狑犚犫，犫，犫狀（）大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工安全风险评估 风险评估结构模型以某大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工桥梁工程廖泳华等：基于 和 的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估 年第期为依托，针对其施工特点，利用层次分析法对潜在风险因素进行分层，构建层次结构模型。顶层为目标层，决策的目标是确定大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工时可能存在的安全风险。第二层为指标层，将大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工的安全风险分为个方面，即常规施工风险 周边设施及环境风险和其他风险，以及大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工关键风险 主梁风险和施工设备风险。第三层为方案层，即对应第二层指标层下，多种因素对其发生可能造成影响，针对大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工的特点，如大跨钢箱梁顶推施工单跨跨径长，主梁发生纵向倾覆的概率上升；跨中无辅助墩使得顶推最大悬臂状态时导梁及主梁下挠过大；顶推时坡度为正使得箱梁可能发生“爬行”；跨中无辅助墩对顶推设备和限位装置的要求高等，将其对应分为 个方案层。具体见表。表大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工安全风险层次结构模型目标层指标层方案层大 跨 钢 箱梁无 辅 助 墩顶推 施 工 安全风险犃主梁风险犅梁体倾覆犆梁体下挠过大犆梁体开裂犆箱梁“爬行”犆局部屈曲犆周边设施及环境风险犅已有线路犆周边设施犆环境犆施工设备风险犅顶推平台犆顶推设备犆 吊装设备犆 限位装置犆 导梁犆 其他风险犅山洪地震犆 施工人员犆 风险评估结果）各级风险评价权重。根据标度法，结合对相关工作人员及专家的问卷调查结果，对所得数据进行处理，构造出判断矩阵，见表表。同时采用方根法计算各指标的风险因子权重，再进行归一化处理，最后对结果进行一致性检验。表犃 犅判断矩阵犃犅犅犅犅珡狑犻狑犻犻犅 犅 犅 犅 犆 犐 犆 犚 一致性满足要求表犅 犆判断矩阵犅犆犆犆犆犆珡狑犻狑犻犻犆 犆 犆 犆 犆 犆 犐 犆 犚 一致性满足要求表犅 犆判断矩阵犅犆犆犆珡狑犻狑犻犻犆 犆 犆 犆 犐 犆 犚 一致性满足要求表犅 犆判断矩阵犅犆犆 犆 犆 犆 珡狑犻狑犻犻犆 犆 犆 犆 犆 犆 犐 犆 犚 一致性满足要求表犅 犆判断矩阵犅犆 犆 珡狑犻狑犻犻犆 犆 犆 犐 犆 犚 一致性满足要求则根据以上表格可得各级权重向量狑犻。狑（，）狑（，）狑（，）狑（，）狑（，）将上述数据进行汇总，得到钢箱梁顶推施工各级权重值，见表。表钢箱梁顶推施工各级权重值表目标层指标层权重方案层权重总权重大 跨钢 箱 梁无 辅 助墩 顶 推施 工 安全 风 险犃主梁风险犅 梁体倾覆犆 梁体下挠过大犆 梁体开裂犆 箱梁“爬行”犆 局部屈曲犆 周边设施及环境风险犅 已有线路犆 周边设施犆 环境犆 施工设备风险犅 顶推平台犆 顶推设备犆 吊装设备犆 限位装置犆 导梁犆 其他风险犅 山洪地震犆 施工人员犆 年第期廖泳华等：基于和 的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估）模糊综合评价。确定评价对象的因素论域犝，即表的第二层指标和第三层方案。确定评判等级论域犞，为了能够准确描述工程风险，将评价等级分为个级别，即犞狏，狏，狏，狏，狏 高风险，较高风险，中风险。较低风险，低风险。建立模糊权重向量狑犻。建立模糊关系矩阵犚。通过对相关工作人员及专家进行钢箱梁顶推施工安全风险的问卷调查，建立钢箱梁顶推施工安全风险二级指标的模糊关系矩阵犚，具体如下。犚 烄烆烌烎 犚 烄烆烌烎 犚 烄烆烌烎 犚 （）则模糊评价结论集为犅狑犚（，）犅狑犚（，）犅狑犚（，）犅狑犚（，）由犅、犅、犅、犅组合形成的矩阵为钢箱梁顶推施工安全风险一级指标的模糊关系矩阵犚，即犚 烄烆烌烎 最后对顶层进行模糊综合评价犅狑犚（，）以上结果表明，钢箱梁顶推施工高风险（狏）的概率为 ，较高风险（狏）的概率为 ，中风险（狏）的概率为 ，较低风险（狏）的概率为 ，低风险（狏）的概率为 ，如果假定犞狏，狏，狏，狏，狏，则犞 。由风险概率等级划分表可知，钢箱梁顶推施工风险等级为中风险。表风险概率等级划分等级狏狏狏狏狏评价值 描述高风险较高风险中风险较低风险低风险结论针对大跨钢箱梁无辅助墩顶推施工的特点，利用层次分析法和模糊综合评价法对其潜在风险进行分析，估算出可能发生风险的概率及风险可能造成的破坏，具体结论如下。）通过层次分析法计算各级风险权重值，利用模糊综合评价法进行综合评价，得出工程实例钢箱梁顶推施工风险等级为中风险。）通过模糊评价结论集得知工程实例钢箱梁顶推施工的关键风险源为梁体倾覆、环境、顶推设备和施工人员。在实际施工中，除了对主体结构的线形、应力等进行控制外，还应针对上述风险源进行重点控制，通过双重保障，确保顶推施工过程的安全。参考文献刘杰大跨度钢箱梁斜交顶推结构受力特性与施工控制技术研究长沙：长沙理工大学，徐化轩顶推梁桥施工中可能出现的技术问题及对策铁道工程学报，（）：张政大跨径钢箱梁步履式顶推施工关键技术研究长沙：湖南大学，（）：曲升级混凝土箱梁顶推施工导梁优化及风险评估烟台：烟台大学，朱纪元，王超，王忠杰，等改进的模糊层次综合评估法在钢箱梁顶推施工安全风险评估中的应用研究北京：工业建筑学术交流会，：，：廖泳华等：基于 和 的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估 年第期 ，：，：李心诚，傅中秋，王赞，等斜拉桥钢箱梁纵桁架疲劳应力特征研究武汉理工大学学报（交通科学与工程版），（）：，犛 犪 犳 犲 狋 狔犚 犻 狊 犽犃 狊 狊 犲 狊 狊 犿 犲 狀 狋 狅 犳犅 狉 犻 犱 犵 犲 犐 狀 犮 狉 犲 犿 犲 狀 狋 犪 犾犔 犪 狌 狀 犮 犺 犻 狀 犵犆 狅 狀 狊 狋 狉 狌 犮 狋 犻 狅 狀狑 犻 狋 犺 狅 狌 狋犃 狌 狓 犻 犾 犻 犪 狉 狔犘 犻 犲 狉犅 犪 狊 犲 犱狅 狀犃 犎 犘犪 狀 犱犉 犆 犈犔 犐 犃 犗犢 狅 狀 犵 犺 狌 犪，犆犎犈犖犉 狌 犼 狌 狀，犢 犝犑 犻 犪 狀 犺 狌 犪，犣犎犃犖犌犡 犻 犲 犱 狅 狀 犵（，；，）犃 犫 狊 狋 狉 犪 犮 狋：，犓 犲 狔狑 狅 狉 犱 狊：；年第期廖泳华等：基于和 的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估