桥梁运营安全风险源辨识及预警指标体系研究——以鄂东长江公路大桥为例

段洪琳,邹晓芳,杨德元,李美京,陈兵硕,李 佳

(1.招商新智科技有限公司，北京 100073；2.北京工业大学，北京 100124 )

0 引言

伴随着桥梁工程建设事业的发展，桥梁运营中的交通安全问题受到了广泛关注.桥梁工程前期设计和施工缺陷、运营期间道路交通管理的不到位都可能给桥梁运营留下重大的安全风险隐患.桥梁作为大型的交通设施构造物，承担着社会重要的交通活动，一旦发生桥梁安全事故，不仅会影响来往车辆的正常通行，还会给社会发展造成不可预估的经济损失.因此，研究桥梁运营安全风险问题具有重要意义[1-3].

国外关于桥梁风险问题的研究较早，大部分是对桥梁结构进行安全风险评估.Bryan[4]评估了桥梁系统遭遇洪水损坏和车辆超载的风险，计算出了2种事件分别作用下桥梁结构失效的概率和共同作用下的联合概率，为计算桥梁运营安全风险事件的概率提出了借鉴.Zheng-bao LEI[5]在对大量桥梁撞击事故分析基础上，提出了桥梁防碰撞预警系统的关键因素，建立了一种新的桥梁主动防碰撞模型.Zhang-Lin GUO[6]提出了包含风险识别、分析和解决方案的建设工程风险预警系统，从而使预警体系更加完整和规范.

桥梁风险的课题同样吸引了国内学者的广泛关注，主要的研究如下.王诗青[7]针对桥梁风险源进行辨识，并对应对桥梁风险的关键技术进行了研究.韩成博[8]结合大量的桥梁事故资料，将桥梁事故原因分成了人、物、环境和管理4个方面，建立了桥梁施工过程预警指标体系.其中定性指标包括结构裂缝情况、挂篮系统和支架系统等，定量指标包括内力指标和变形指标等.王小飞[9]对桥梁施工期风险进行分析，从人、物、施工技术、环境和组织管理安全5个方面建立了桥梁施工安全风险预警指标.邹敏威[10]对桥梁施工期事件易发部位进行了安全风险预警研究，从人、机、料3个方面确定了桥梁工程施工阶段的监测指标.刘文涛[11]进行了桥梁施工期的风险源辨识和风险事件评估，并以此提出控制措施，对桥梁的风险管理具有指导意义.

综上所述，目前多数研究是针对桥梁建设期，对桥梁运营安全的风险预警研究则较少.风险预警指标体系在其他领域的研究取得了广泛的成果，但关于桥梁运营安全风险预警指标体系才刚刚起步.桥梁风险预警指标体系有利于实时掌握桥梁上的交通运营状况，对不安全的交通因素提前预警，以便及时采取管理措施，提高桥梁运营的安全，桥梁运营安全风险预警指标研究具有重要意义.

1 桥梁运营安全风险预警指标体系构建

1.1 构建目标

科学准确的指标体系是进行危险点识别和管理的基础.桥梁运营安全风险预警指标体系由若干个单方面指标组成的有机整体，综合反映运营水平，帮助找到桥梁运营安全问题的症结进行分析和治理，引导桥梁运营期的安全风险管理工作实现从被动到主动转变.此外，桥梁运营安全风险预警指标体系应遵循系统性、科学性、定性与定量相结合、稳定性与动态性相结合等基本原则，全面反映影响桥梁交通运营的各种风险.

1.2 构建基本流程

桥梁运营安全风险预警指标体系的优劣直接影响到对桥梁运营评判结果的准确性.因此，要求指标能准确全面地包含桥梁运营安全的各风险因素，在遵循目标的基础上，梳理、筛选各方面风险，通过修正和完善构建出科学合理的指标体系.为了能更加严谨有效地识别多方面因素的风险指标，本文基于风险源辨识相关理论，结合鄂东长江公路大桥运营期间各方面的背景资料，从风险事件梳理的角度，编制出风险源清单.基于桥梁运营安全风险预警指标体系的构建目标和原则，结合桥梁运营特点，从交通事故、桥墩撞击、恶劣天气、桥下空间异常、桥梁结构异常和地质灾害6种不同的事件类型方面建立桥梁运营安全风险预警指标体系，并对风险评价指标的选取进行分析，既保证了风险因素识别的高效率，又不易产生遗漏.桥梁运营安全风险预警指标体系设计流程如图1所示.

图1 桥梁运营安全风险预警指标体系设计流程

2 鄂东长江公路大桥运营安全分析

2.1 鄂东长江公路大桥简介

鄂东长江公路大桥跨越繁忙的长江主航道，是G45、G50高速在湖北东部的共用过江通道，桥梁总长6.23 km，如图2所示.桥面设计为双向6车道，设计速度为100 km/h，于2010年9月28日正式通车运营.

图2 鄂东长江公路大桥走势图

2.2 鄂东长江公路大桥运营安全风险源辨识

2.2.1 风险源的定义

风险包括其产生过程的不确定性和造成的不良后果.根据国内外已有的桥梁风险相关研究成果，可认为在桥梁运营期内出现，对桥梁的运营安全产生危害，并带来财产损失的风险事态及风险损失叫作桥梁运营期风险.风险源与风险密不可分.风险源是指风险的产生地、发生地，或是风险的构成因素[12].带来风险的人、物或事件都可视为风险源.

2.2.2 风险源辨识

风险因素具有特殊性和多样性.风险源辨识可为后续的风险指标体系研究提供基础支撑.本文结合鄂东长江公路大桥运营期背景资料，采用定量事故统计模型和以往的事件、事故记录相结合的方法进行风险源辨识，从人、车、路、交通环境、自然环境、其他6个要素进行汇总，针对每一类别细分出风险源.辨识过程如下[13].

1)确定分析目标.将鄂东长江公路大桥作为风险源评估对象，以运营期的交通安全为目标.

2)调查收集资料.收集鄂东长江公路大桥运营期背景资料，包括地理环境、施工条件、结构形式、车流量和事故信息，深入分析各风险因素引发风险事故的频率和损失.

3)风险源普查.结合鄂东长江公路大桥历史事故上风险源的表现形式，选用定量事故统计模型和以往的事件、事故记录相结合的方法，对桥梁运营期间各风险进行深入剖析，挖掘各种可能存在的潜在的风险因素.

4)风险源筛选.各种风险因素均可能引发风险事件，而事件的严重程度又有所区别.排除风险事故的概率极小且该风险造成的损失轻微的因素；筛选出风险事故的概率较大且该风险造成的损失很大的因素.最终确定人、车、路、交通环境、自然环境、其他6个要素.

5)编制风险源清单.基于筛选出的鄂东长江公路大桥运营期主要风险因素，考虑到各因素之间的联系和区别，将风险源层次化、逻辑化和细致化，得到各风险要素的类别，辨识出具体的风险源.依据鄂东长江公路大桥运营期可能遭受的主要风险因素及其风险源，汇总并编制出风险源清单见表1.

3 桥梁运营安全风险预警指标体系

3.1 桥梁运营安全风险预警指标

本文对鄂东长江公路大桥运营情况进行了详细的调查统计，采用风险源辨识相关方法，从风险事件梳理的角度出发，对风险源要素进行分类，建立了详细的风险源清单.为全面统计、筛选预警指标提供了参考，保证了风险因素指标识别的高效和全面.采用理论分析法与专家咨询法二者结合的方法，针对不同的事件类型筛选出鄂东长江公路大桥运营安全风险监测指标见表2.

表1 鄂东长江公路大桥风险源清单

表2 鄂东长江公路大桥运营安全风险预警指标

3.2 桥梁运营安全风险预警指标体系因素分析

鄂东长江公路大桥运营多发事件主要有交通事故、桥墩撞击、恶劣天气、桥梁结构异常、地质灾害5类.对各类事件的分析如下.

3.2.1 交通事故

交通事故是车辆在道路上因过错或者意外造成人身伤亡或财产损失的事件.交通事故的发生概率及严重程度受人员、车辆、道路、环境4要素的影响[14].据此，将交通事故类因素划分为人、车、交通运行、危险品运输和道路设施5个层次.驾驶员行为是交通运行系统中最主动、关键的因素.引发桥梁运营交通事故的驾驶员违法行为主要有疲劳驾驶、醉酒驾驶和违规上桥.对应风险指标分别为驾驶时长、血液酒精含量和人车踪迹.桥梁运营风险的车辆因素包括车辆故障、超限超载、急加急减速度过大、压线行驶、频繁换道和其他不安全行驶行为.交通运行状态决定了车辆运行环境的质量.交通量、速度、货车比例大小密切影响着交通事故率的高低.危险品运输风险主要来自于危险品的泄漏.事故后果与危险品本身性质、运输量、与水距离有关.路面状况和交通安全设施是桥梁公路重要的交通环境[15].交通安全设施系统包括标志、护栏和防眩设施，这些设施对于提供交通指引，降低环境干扰，减轻事故严重程度具有重要作用.

3.2.2 桥墩撞击

桥墩撞击是指桥墩受到物体撞击造成桥梁损毁的事件.水位、水流速度、船的航线轨迹、撞击力、撞击角度等是影响桥墩撞击事故严重程度的重要指标.桥墩是桥梁的支撑和承重部分，一旦遭遇到破坏，不仅会影响交通运行，甚至还会导致桥梁坍塌，造成巨大的损失.因此在桥梁运营管理中必须对桥墩撞击的风险给予充分的考虑，及时了解桥墩状态，发现桥墩撞击风险并做出管理处置措施，避免对桥梁结构造成破坏.

3.2.3 恶劣天气

恶劣天气包括风、雨、雪、雾等不良天气，不仅严重影响交通环境，而且极易引发事故.雨雪天气下，路面湿滑易结冰，路面摩擦系数降低，当驾驶员采取刹车或者加速等动作时，车轮失去抵抗侧向力的能力，极易出现侧滑甩尾，失去控制.雾天能见度的降低，会导致驾驶员获取的外界信息减少，反应时间大大增加，容易产生疏忽和错觉.另外，由于桥梁高速公路上的车速快、流量大，车流前端发生交通事故，后面行驶的车流来不及做出反应，极易引发后车碰撞，形成多车连环追尾的恶性交通事故.

3.2.4 桥梁结构异常

桥梁结构异常是指由于环境条件恶劣、养护维修欠缺、结构材料自然老化等因素导致桥梁结构破坏事件.桥梁结构设施受内外部因素的综合影响，依据国内外已有研究和鄂东公路长江大桥健康监测系统结果，把桥梁结构监测指标分为伸缩缝、刚应变、跨中挠度和温度.桥梁结构安全是桥梁交通正常运营的基础和支撑，随着桥梁建设事业的快速发展，如何提高桥梁的结构质量已经成为亟须关注的热点课题.利用风险预警和评估方法解决桥梁结构问题和实施风险管理措施提供了参考.

3.2.5 地质灾害

地质灾害是在地质动力作用下造成资源、环境被严重破坏的事件.影响鄂东长江公路大桥运营安全的典型地质灾害主要有坍塌和泥石流.依据国内外已有研究，将路基水毁宽度、水毁路段长度、灾害影响区范围宽度、堆积体掩埋路面宽度作为桥梁运营安全地质灾害风险指标.地质灾害严重影响到桥梁公路上车辆的正常通行，甚至会导致交通中断.及时监测地质灾害的发生及其对桥梁公路交通的影响程度，对提出针对性的治理措施，及时抢修桥梁公路基础设施，保障交通运输的安全畅通十分必要.

4 结束语

本文以鄂东长江公路大桥为例，基于风险源辨识相关理论进行风险源辨识，从风险事件梳理的角度，编制出桥梁运营安全风险源清单.基于构建桥梁运营安全风险预警指标体系的目标，结合桥梁运营特点，针对不同的事件类型，从交通事故、桥墩撞击、恶劣天气、桥梁结构异常和地质灾害5个方面建立桥梁运营安全风险预警指标体系，并对风险评价指标的选取进行分析.下一步研究将考虑以实际工程项目案例为基础，将桥梁运营期预警、评价的数学模型与本指标体系相结合，从而提高安全风险预警、评价的有效性和科学性，期望为未来桥梁事业的发展和桥梁运营管理工作发挥导向作用.