基于可拓学的高速公路施工安全现状评价及应用

吕雪芳， 杜澍祥， 张 昊

(1.湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙 410015； 2.湖南省娄衡高速公路建设开发有限公司， 湖南 衡阳 421001)

基于可拓学的高速公路施工安全现状评价及应用

吕雪芳1， 杜澍祥2， 张 昊2

(1.湖南省交通科学研究院， 湖南 长沙 410015； 2.湖南省娄衡高速公路建设开发有限公司， 湖南 衡阳 421001)

高速公路施工过程复杂，事故多发，一旦发生事故往往给社会带来巨大的人员伤亡和财产损失。危险源是事故链的起端，准确识别危险源，进行安全现状评价并及时采取措施，可以规避或者分解各种施工危险，保障项目的顺利施工。以湖南省娄衡高速施工项目为背景，采用可拓学的理论和方法对高速公路施工危险源进行辨识和研究，旨在通过危险源辨识与评价，确定危险源等级，提供针对性措施。

高速公路； 施工安全； 危险源； 可拓学; 评价

1 研究背景

2016年10月31日，习近平总书记在全国安全生产监管系统先进集体和先进工作者表彰大会上作出重要指示，指出安全生产事关人民福祉，事关经济社会发展大局。强调各级安全监管监察部门要牢固树立发展决不能以牺牲安全为代价的红线意识，以防范和遏制重特大事故为重点，坚持标本兼治、综合治理、系统建设，统筹推进安全生产领域改革。

本文以湖南省娄衡高速施工项目为背景，对高速公路施工危险源进行分析和评价，评价样本为娄衡高速某施工标段。

湖南省娄衡高速为湖南省内的一条南北向的高速通道。主线全长116.9 km，另建连接线7条，共长42.8 km。主线连续与多条高速公路复线交叉，牵涉面广，技术要求高，安全风险大，是一条施工组织较为复杂的高速公路建设项目。由于高速公路施工项目是一个复杂的系统，系统内存在大量危险源。有效管理并控制高速公路施工危险源就是控制事故发生的核心[1]。

2 高速公路施工危险源辨识

2.1 高速公路施工危险源概述

高速公路施工危险源按在安全事故发生发展过程中的作用分为两类：第一类危险源和第二类危险源[1]。本文为了便于评价把这些危险源细化为环境因素、材料设备因素和组织管理因素。

2.1.1 环境因素

1) 自然环境。指施工作业的客观地理和生态环境，包括地形地貌、水文条件、气候条件(温度、降水、大风、自然采光)等。

2) 作业环境。指施工作业现场的人工通风、防尘措施、人工照明、降噪措施、射线防护、通道设置、物料堆放等的情况。

2.1.2 设备材料因素

1) 机械设备。指施工作业使用的各类机械，包括挖掘机、推土机、冲击钻、装载机、平地机、运输车、强夯机、洒水车、压路机、拌合设备、吊车、空压机、锚杆台车、衬砌台车、张拉设备、压力容器等。

2) 材料物资。指施工材料，包括水泥、砂子、石灰、沥青、混凝土、各类钢材、木材、防水材料、金属制品、耐火材料、油漆化工、各类结构件等。

3) 防护设施。指作业中在有坠落危险的边缘设置的防护栏杆、防护网，在洞口的地方设置的围栏、盖板，在机械运转的轴上设置防护罩，在机械运转的轮上设置防护套。

4) 标志标牌。指施工作业中悬挂或张贴的提示、指令、警告、禁止标志和标牌。

2.1.3 组织管理因素

1) 劳动保护。指作业人员使用的安全带、安全帽、安全绳、防护手套、绝缘鞋、护目镜、防护服等。

2) 教育培训。指项目上对工人及管理人员进行的培训，通过知识、技能、安全意识等各方面的内容对工人进行的教育培训。

3) 项目安全软环境。指由安全文化、管理机制、规章制度、政策法规等构成的，区别于物理环境的内容。

2.2 层次分析法确定权重

1) 构建层次结构模型。

根据对系统的层次分析以及评价指标分析，结合层次分析法建立目标层、准则层。指标层结构，如图1所示。

图1 高速公路施工危险源分析层次结构

2) 构造判断矩阵。

① AHP法确立权重系数。

构造判断矩阵及进行一致性检验[2]，本报告采用发放调查问卷的形式进行调查，分析整理后得到最终判断矩阵如下：

经计算得到高速公路施工项目危险源辨识评价各指标权重,如表1所示。

表1 高速公路施工危险源评价指标权重

② 一致性检验。

对于A，CR=0.0316<0.1，通过一致性检验；对于A1，CR=-1.1217<0.1，通过一致性检验；对于A2，CR=0.0200<0.1，通过一致性检验；对于A3，CR=0.0925<0.1，通过一致性检验。

从表1可知: 主要的危险源有劳动保护不足、教育培训缺失、防护设施缺陷和作业环境不良。

3 基于可拓学的危险源评价

3.1 可拓学

可拓学是在我国学者蔡文提出的物元分析法的基础之上经过20余年的研究，发展起来的一门新兴学科。它是以形式化的模型，探讨事物拓展的可能性及开拓创新的规律与方法，并用于解决矛盾问题的学科。矛盾问题，指现有条件下人们无法实现想要达到目标的问题。可拓学的研究是通过可拓变换，将矛盾问题变为不矛盾的问题。目前，可拓学研究的事物拓展可能性及拓展分析方法，研究描述现实生活中事物关系及问题的形式化模型，提出矛盾问题转化的基本方法，考虑处理复杂问题的关键与协调方法，建立了基于物元的拓展分析理论与方法。可拓学从新的角度为人们认识与分析、解决现实世界中的矛盾问题提出了一种新的方法[3]。

3.2 模型建立

多级可拓评价模型见图2。

评价的步骤如下：

图2 多级可拓评价模型

1) 确定危险等级域U及评价因素集。

评价因素集是高速公路施工危险源等级判定的特征指标，根据评价因素的指标值，将各标段按照危险源等级进行划分[3]。

2) 确定经典域和节域。

3) 确定待评物元。

4) 建立关联函数。

5) 多级可拓评价。

6) 确定危险源等级。

3.3 多级可拓评价

3.3.1 确定危险源等级域和评价因素集

确定危险源等级域U为：

U={U1U2U3U4U5}= {很危险危险一般比较安全很安全}。

各指标评价因素集F为：

F={F1F2F3}；

F1={f11f12}F2={f21f22f23f24}；

F3={f31f32f33}。

3.3.2 经典域和节域

本文以F3组织管理因素为例说明计算过程。

组织管理因素F3的经典域为：

F3的节域为：

3.3.3 待评物元

根据现场调研情况及专家分析，对评价样本进行打分。指标一共9项，每项满分为100分，根据专家权重及评分，计算样本的最终得分如下：

F=[89，72，88，86，85，94，78，91，92]

3.3.4 计算关联度

V3=(v31,v32,v33)=(78,91,92)。

同理可求得:

ρ(v32,V1)=41，ρ(v32,V2)=31；

ρ(v32,V3)=11，ρ(v32,V4)=1；

ρ(v32,V5)=-1，ρ(v32,VU)=-9。

k1(f32)=-0.82，k2(f32)=-0.775；

k3(f32)=-0.55，k4(f32)=-0.1；

k5(f32)=0.125。

ρ(v33,V1)=42，ρ(v33,V2)=32；

ρ(v33,V3)=12，ρ(v33,V4)=2；

ρ(v33,V5)=-2，ρ(v33,VU)=-8。

k1(f33)=-0.84，k2(f33)=-0.8；

k3(f33)=-0.6，k4(f33)=-0.2；

k5(f33)=0.333 3。

由于篇幅有限，其他计算过程不再一一陈述，所有二级指标关联度见表2。

表2 二级指标关联度计算结果

3.3.5 多级可拓评价

根据表2中的二级指标关联度和各指标权重进行多级可拓评价。

1) 确定一级指标针对各危险源等级的关联度，一级指标对各级危险源的关联度矩阵K(A1)等于各二级指标对于其权重向量的乘积[4]。以环境因素A1为例计算危险源等级关联度。

同理可求得：

K(A2)=

K(A3)=

2) 二级评价。

多级可拓关联度评价结果见表3。

表3 多级可拓关联度评价结果

4 评价结果与对策分析

根据计算求得的关联度可得，所评价项目的危险源等级为四级，即比较安全，但其中环境因素危险源等级为一般，需要改进。环境因素包括自然环境和作业环境，自然环境为第一类危险源，作业环境为第二类危险源，对于自然环境危险源控制措施以消除规避为主，对于第二类危险源以加强管理为主。

1) 该项目在施工建设过程中的主要自然危险源包括各大、中桥梁跨越山区和丘陵，隧道穿越丘陵，而湖南为大陆性亚热带季风湿润气候，光、热、水资源丰富，气候年内变化较大，春夏多雨，地带为三面环山的山地。

针对地势险要、雨量丰富的特点，施工中对于自然环境危险源以加强地质监测与气象预报、及时排水为主，尽量避开地质条件复杂难以确定的地带，加强对隧道作业面的围岩及隧道内的温度、湿度及有害气体的监测[5]。

2) 作业环境危险源包括隧道作业面的通风、防尘、噪音，采用人工通风与机械通风相结合保证隧道内的空气流通，采用湿式凿岩、洒水等措施降尘，采用降噪措施、佩戴防噪音耳塞等[5]。

[1] 陈婧.高速公路施工危险源辨识及评价分级研究[D].长沙：长沙理工大学,2012.

[2] 李力,周克元，吴冉.基于AHP法的高速公路施工项目危险源辨识及评价分析研究[J].湖南交通科技.2015,41(4):65-67.

[3] 谢欢.地铁车站运营脆弱性评价体系研究[D].北京：北京交通大学,2014.

[4] 唐前松,韩伟威，陈赟.高速公路隧道施工安全管理水平多级可拓评价研究[J].公路与汽运,2014(6):199-203.

[5] 周克元，周朝晖，唐雨春.高速公路隧道施工危险源辨识与控制研究[J].湖南交通科技,2015,42(1):137-140.

1008-844X(2017)02-0283-05

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