巨型“胶囊”形散货料仓施工风险评估与管控技术

陈 峥， 黎浩宇

(湖南省交通水利建设集团有限公司， 湖南 长沙 420008)

0 引言

近年来，内河航运枢纽比例逐步上升，水运工程施工环境日益复杂，专业化码头、改扩建和危险货物码头越来越多，施工安全风险问题凸显，为有效管控施工安全风险，必须对水运工程施工风险进行专业的风险辨识与管控。

城陵矶巨型“胶囊”形散货料仓是建设在城陵矶港旁边的一座大型仓库，全部采用钢结构建造，且是长江流域首个巨型“胶囊”形散货料仓，具有单跨跨径大(跨径湖南省内第一，全国第二)、网架结构高等特点。在建设过程中，该项目工期短、质量要求高、安全隐患大、施工工艺复杂、风险因素较多、风险管控难度大。如果对安全风险不加以管控，易造成安全事故与财产损失。散货料仓的设计工艺与施工方案是目前的主流研究方向，如徐军[1]通过分析钢结构罩棚施工过程中存在的现场安装、施工条件有限、高空拼接难度大等问题，列举了移动脚手架、桅杆起重机吊装、桅杆起重机分装等3种施工方案，从安全、工期进度控制等角度比选了散货堆场罩棚的安装方案；刘泽敏等[2]系统分析了料场地质条件，研究了高边坡、长距离等特征料场的施工方案。以上研究均为针对料场建设工艺及开挖方式的论述，对施工风险研究涉及较少。为有效分析散货料仓施工风险，本文以岳阳城陵矶老港巨型“胶囊”形散货料仓为工程背景，引入指标体系法与多级可拓评估模型等理论方法对施工前后散货料仓风险等级进行评估，并提出有效的安全管控建议，可为后续同类型施工项目改进施工技术措施与提升安全管理水平提供参考。

1 工程概况

城陵矶老港历史悠久，港区设施陈旧落后、自动化程度低、环境脏乱差。2019年进行环保提质改造，主要针对铁矿石散货堆存区进行全封闭处理。新建巨型“胶囊”形散货料仓结构总长470m、宽110 m、高46.5 m，建筑面积49236m2，为钢结构网架大棚。结构示意如图1。

2 施工工艺

首先将巨型“胶囊”形散货料仓的网架钢构件按照型号与编号分批次运至现场，然后将不同型号的钢构件在地面拼装好后进行起步吊装，最后进行高空散装即利用大型双台吊车将大部件在空中合拢，实现拼装。施工工艺如流程图2所示。

分块吊装结合高空散装法安装施工是项目施工的重点难点，也是项目实施过程中风险较大的施工工艺之一。

图1 巨型“胶囊”形散货料仓结构示意图

图2 散货料仓施工工艺流程图

分块吊装结合高空散装法是指各地面拼装起步网架利用吊车完成高空对接，且在起步网架合拢形成稳固单元之后，再用吊车将原先在地面已组装好的小单元三角锥在高空顺延起步网架沿两轴两侧方向对接散装(见图3)，逐步形成整体网架，再进行屋面板拼接。

a) 地面组装小拼单元

b) 空中散拼小单元形成网架

该工序需要多台吊车同时与空中 “蜘蛛人”轮流在高空精细作业，且必须高度默契的协作。精度和安全控制是重中之重，因此，需系统地探究巨型“胶囊”形散货料仓在施工前与施工过程中的风险情况，对不同时期的风险等级进行评估。

3 施工前总体风险评估

为研究巨型“胶囊”形散货料仓施工前的总体风险，通过文献研究、现场调研、专家论证等方法，建立了每个风险指标不同分值的分类标准，形成了新的评估体系，并结合现场勘查情况评定了各评估指标的实际分值，得到了散货料仓施工前的风险等级，如表1所示。

依据湖南省交通运输厅颁布的桥梁与隧道工程风险评估细则[3]，风险取值为14≤R<20，则散货料仓施工总体风险为Ⅲ级(高度风险)。

表1 散货料仓施工前风险评估表评估指标分类分值说明实际分值说明建筑面积10万(含)m2以上, 且跨度在60 m(含)以上4建筑面积10(含)万m2以上, 或跨度在60 m(含)以上3建筑面积A建筑面积10万m2以下, 或跨度在60 m以下2建筑面积10万m2以下, 且跨度在60 m以下0～1建设规模(A1)建设规模A1取值为建筑面积A与高H之和。7建筑面积小于10万m2,跨度大于60 m,建筑高度28 m≤H<100 m。H≥100 m528 m≤H<100 m4高度H16.8 m≤H<28 m38.4 m≤H<16.8 m22.8 m≤H<8.4 m0～1

续表1 散货料仓施工前风险评估表评估指标分类分值说明实际分值说明项目建设区域处于滑坡、岩溶等比较容易或经常发生地质灾害的地段4～6地质条件(A2)存在一些特殊地质条件(岩土)致使灾害不频发,对施工安全风险影响不大32项目区域存在软土地基,但对施工安全影响较小地质灾害很少发生,对施工安全风险影响很小2地质条件不影响施工安全风险0～1气候条件复杂多变,极易发生多种灾害,对施工安全影响极大6极端复杂的气候条件存在且经常发生,可能会对施工过程安全风险造成极大的影响5气候环境条件(A3)偶然发生一种或两种极端天气事件,对施工安全风险可能造成较大的影响4主要指自然灾害类型2气候对施工可能存在一定影响,但影响较小气候环境条件对施工安全风险影响可能有部分影响3气候环境条件对施工安全风险影响可能有些影响,但不显著2对施工安全风险完全无影响0～1地形条件(A4)施工建设场地不平缓,部分地段存在高度差20经现场调查,施工区域地势平整施工建设场地平坦0～1在施工区边界线以外0.5H范围内有地表建筑物、公路交通或人流量33在施工区边界线以外0.5H范围内有地表建筑物、公路交通或人流量周边环境(A5)在施工区边界线以外1.0H范围内有地表建筑物、公路交通或人流量2在施工区边界线以外1.5H范围内有地表建筑物、公路交通或人流量1设施位于上述范围以外0施工工艺各项程序是在国内或者施工企业首次应用,施工人员无任何经验3工程施工工艺较为成熟,在国外及施工单位本身均已有应用施工工艺成熟度(A6)施工工艺各项程序是在国内或者企业首次应用,施工人员中负责人有相关施工经验2应考虑施工企业工程经验1施工工艺在国内有运用多次,有成熟的经验0～1需要将很多工序频繁转换,施工工艺较复杂3施工工艺复杂性(A7)施工工序不需要进行频繁转换2应考虑施工企业工程经验2工程施工涉及构建预制、吊装、高空散装,工艺中工序较多,但没有较多工序转换与交叉作业施工工艺比较简单0～1发生安全生产事故后,应急救援物资或者救援队伍不能及时到达现场进行及时救援3施工所在地为城市,交通发达便利,事故发生后,各种救援能迅速开展事故救援的可开展性(A8)施工现场位置处在交通较为发达地段,发生生产安全事故后,应急救援物资或者救援队伍能到达现场进行及时救援2应结合工程所在地实际情况1施工现场位置处在城市或交通发达地段,生产安全事故发生后,应急救援力量能够迅速开展救援0～1

续表1 散货料仓施工前风险评估表评估指标分类分值说明实际分值说明对施工质量不进行检测且对施工现场未进行全面监控3施工质量检测与监控(A9)对施工质量只进行检测或对施工现场只进行全面监控两者只执行一种21项目施工将进行全面检测和监控既对施工质量进行全面检测,又对施工现场进行全面监控0～1总分R=A1+A2+A3+A4+A5+A6+A7+A8+A9=19

4 施工过程中安全风险评估

在施工前重点考虑了施工工艺、地形条件等风险因素，但散货料仓在建设过程有施工周期短、施工环境复杂、重型机械使用多等特点，一旦存在如施工人员心理、身体因素不佳、机械设备维护与保养不到位、安全管理制度未建立、安全培训未全覆盖等风险因素就有可能造成施工安全事故。为系统分析施工过程中的安全风险因素，通过深入现场多次调研，咨询安全专家意见，构建包括人的因素、物的因素、环境因素、管理因素等4个一级指标以及施工人员身体素质、安全管理机构设置等18个二级风险指标的散货料仓施工过程可拓风险评估体系，如图4所示。

图4 散货料仓施工安全可拓风险评估指标体系图

4.1 散货料仓施工过程中安全风险评估模型

4.1.1评估模型选取

为计算评估指标体系中人的因素、物的因素、环境因素、管理因素风险权重情况，系统分析散货料仓在施工过程中的安全风险等级，结合大量文献研究，借鉴参考多级可拓模型[4-7]，并将该模型运用于施工过程中散货料仓风险等级评估，其具体程序如图5所示。

图5 多级可拓模型评估程序图

4.1.2风险等级划分

将该散货料仓施工过程中安全风险等级划分为5级，包括危险、较危险、一般、较安全、安全，构建风险等级域为U={Uj，j=1，2，3，4，5}，不同安全等级分值区间见表2。

表2 散货料仓施工安全风险等级域的划分Uj分值区间风险水平j=1 0,60 危险j=2[60,70)较危险j=3[70,80)一般j=4[80,90)较安全j=5[90,100)安全

本文以一级风险指标人的因素(C1)及其包含施工人员身体素质、心理状态等二级风险指标为计算应用示例，按照多级可拓评估模型程序确定C1经典域与节域如下：

1) 确定B1的经典域为：

2) 确定C1的节域为：

3) 得到一级风险指标人的因素(C1)权重值及关联度(见表3)，其他以此类推，其中二级风险指标的权重值见图6所示。

表3 散货料仓施工安全风险评估指标实际取值及关联度一级指标二级指标指标权重指标权重实际分值关联度j=1j=2j=3j=4j=5c110.2188-0.685 3-0.643 3-0.457 00.100 0-0.085 3C10.27c120.2081-0.570 0-0.432 0-0.130 00.125 0-0.318 7c130.2690-0.755 0-0.743 0-0.575 0-0.130 00.123 0c140.3391-0.820 0-0.734 3-0.635 0-0.200 00.353 3

图6 二级风险指标权重值图

同理类推，可计算出物的风险、环境的风险、管理的风险等一级风险指标的风险等级关联度K(Ci)(i=2，3，4，5)，如表3所示。

4) 目标层关联度计算，计算一级指标关联度及目标层的关联度，计算结果如表4所示。

5) 安全风险等级确定:

表4 散货料仓施工安全风险目标层多级可拓评估一级指标权重关联度j=1j=2j=3j=4j=5安全等级C10.27-0.682 7-0.629 3-0.455 5-0.046 00.063 45C20.20-0.670 3-0.523 1-0.346 30.069 5-0.123 14C30.18-0.432 8-0.295 1-0.043 70.018 76-0.283 74C40.35-0.528 7-0.403 2-0.076 20.019 8-0.278 94目标层-0.607 1-0.476 6-0.227 70.001 4-0.170 04

根据Kj(N)=(max)kj(N)可知(max)kj(N)=K4(N)，得到其目标层的等级特征值为j*=4.132，由此可知该散货料仓在施工过程中的风险处于较安全状态，风险等级为4级。

通过采用指标体系法和多级可拓评估模型对巨型“胶囊”形散货料仓施工前与施工过程中的风险进行系统评估，得到施工前总体风险处于高度风险，施工过程中风险为较安全等级，施工前的风险主要为固有风险建设规模与周边环境。施工过程中管理的因素风险权重值为0.35，影响最大，人的因素风险权重为0.27，影响次之。其中人的因素风险中施工人员持证上岗率、物的因素风险中大型设备拆除与安全防护控制、环境因素风险中施工作业环境条件、管理因素风险中安全管理机构设置等为二级风险因素指标中影响较大因素。

5 风险管控建议

通过评估发现施工前期风险高于施工过程中的风险，说明施工单位在工期正式开工后，针对施工期人的风险、物的风险、环境风险、管理风险采取安全措施进行有效管控，可取得一定效果。根据风险指标因素与风险评估结果提出以下建议：

1) 从人的因素角度出发应确保施工人员具备散货料仓施工安全知识及持证上岗率，确保施工人员身体、心理处于良好状态。

2) 工程施工量大，高度、跨度较大，钢结构吊装和安装应制定详细的安全保障措施，钢构网架大棚安装前应将该区域采用围挡进行封闭施工管理，入口处设置专人值守，杜绝非本区域作业及管理人员进入安装现场，吊装作业前必须严格检查起重设备各部件的可靠性和安全性，并进行试吊。

3)从物的因素方面应保证施工机械设备按其技术性能的要求正确使用。缺少安全装置或安全装置已失效的施工机械设备不得使用。保证设备部件(附件)及安全防护装置完整有效。

4)从管理因素方面应设置合理的安全管理机构，加强施工人员安全培训，提高工人安全意识，增加现场安全检查频次，完善应急处置机制。

6 结语

以岳阳城陵矶老港巨型“胶囊”形散货料仓为工程应用实例，通过指标体系法得到施工前总体风险为高度风险，利用可拓多级模型评估得到施工过程中的风险等级为“可控的安全状态”，并提出有效的安全风险管控措施，具备一定的参考价值。