桥梁施工风险评估方法研究

摘要 桥梁施工风险评估是确保桥梁建设顺利进行的关键部分。为了保证桥梁施工质量，有效控制施工风险，文章研究了层次分析法在大桥施工风险分析中的应用，通过建立评价体系和判断矩阵，对不同层级中风险因素的权重进行了计算。研究结果表明：在大桥主塔施工过程中，层级二风险因素中的施工技术、外部环境、人员素质以及材料设备的权重分别为0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，其中施工技术的风险最大。在施工技术中的各风险因素中主塔失稳、混凝土保护层厚度不足的权重较大，分别为0.514 3和0.223 7；在其余二级风险因素中三级风险权重较大的分别为地震、施工队伍的素质、混凝土强度和钢筋锈蚀。因此，为保证主塔的施工质量，控制施工风险，要重点关注主塔失稳、混凝土保护层厚度不足、地震、施工队伍的素质、混凝土强度和钢筋锈蚀因素对施工质量造成的影响。

关键词 桥梁；施工风险评估；层次分析法；权重；施工技术

中图分类号 U445.1 文獻标识码 A 文章编号 2096-8949（2024）04-0108-03

0 引言

随着经济的快速发展和交通需求的不断增加，桥梁已成为当今社会发展的重要基础设施之一，其施工安全问题也日益凸显^[1-2]。桥梁施工过程中的各种风险因素不可避免，如地质条件、气象条件、技术难度、施工管理等，这些因素可能导致桥梁施工事故的发生，造成严重的人员伤亡和财产损失^[3]。因此，对桥梁施工进行风险评估十分重要，通过识别和评估施工过程中的风险因素，能够采取相应的风险管理措施，以确保桥梁施工的安全顺利进行^[4]。如何准确评估和控制桥梁施工中的风险，成为业界和学术界关注的焦点。李鑫聃等^[5]结合建管理念，评估了桥梁在设计、施工、材料等方面的风险度，为桥梁的安全控制提供了可靠数据。层次分析法作为一种定性和定量相结合的分析方法，能够有效地处理复杂问题的决策分析^[6]。因此，为了保证桥梁施工质量，有效控制施工风险，基于层次分析法建立了大桥施工风险的评价体系和判断矩阵，对不同层级中风险因素的权重进行了计算，找出了风险较大的因素，为大桥的安全控制提供参考和依据。

1 工程概况

某悬索桥接线和桥长分别为1 030 m和2 795 m，矢跨比和边跨比分别为1/5和1/2.77，索塔高83 m，桥塔采用混凝土结构，塔柱断面为箱形，桥塔上部塔高70 m。桥塔32 m以下位置的截面纵向尺寸从6.6 m逐渐增大到10.6 m，32 m以上位置等于6.6 m。悬索桥桥宽28 m，采用纵、横梁体系，梁的类型属于钢—混组合梁，整个桥体共有主缆2根，为高强钢丝镀锌构成的正六边形。大桥设计车速为60 km/h，环境类别为Ⅱ类，车道宽度为四车道，其设计基准期为100年，结构安全等级为一级。

2 桥梁施工风险分析方法

2.1 层次分析法

层次分析法是一种以复杂的多目标决策问题作为一个系统，将目标分解为多个目标或准则，进而分解为多指标（或准则、约束）的若干层次，通过定性指标模糊量化方法算出层次单排序（权数）和总排序，以此作为目标（多指标）、多方案优化决策的系统方法。层次分析法有如下优点：

（1）系统性：将所研究的问题看成一个系统，按照分解、比较判断、综合分析的思维方式进行决策分析，是继机理分析方法、统计分析方法之后发展起来的又一个重要的系统分析工具。

（2）实用性：能处理许多传统的优化方法无法处理的问题，应用范围广，而且将决策者和决策分析者联系起来，体现了决策者的主观意见，决策者可以直接应用它进行决策分析，增加了决策的有效性和实用性。

（3）简洁性：层次分析法的基本原理和步骤较为简单，计算方便，所得结果简单明确。

在通过层次分析法分析桥梁施工过程中的风险时，第一步要明确哪些因素可能对桥梁施工造成风险，这些因素可能包括设计问题、施工问题、自然环境因素、人为因素等。找出不同因素间的支配性和影响关系，同时构建风险层次模型，实现风险识别的具体化和条理化。在建立层次分析模型时，把风险属性相同的放在同一层次，下一层次因素受到上一层次的约束。

2.2 构建判断矩阵群

通过判断矩阵能够得出同一层次内各个风险因素对上一层级因素的重要程度。其原理是以上一层级某个风险因素为基准，两两对比当前层次的因素，设置1～9种不同标度来表示结果的权重，从而得出判断矩阵，如表1所示，为1～9种标度的意义。然后对判断矩阵进行一致性检验，检验方式如式（1）：

式中，RI、CI和CR——随机性指标、矩阵的一致性和一致性指标。

可通过式（2）计算出CI：

CI=（λ_max?n）/（n?1） （2）

式中，λ_max、n——判断矩阵最大特征根和矩阵阶数。

判断矩阵在检验后得出CR值，当CR<0.1时，说明数据一致性高，具有较好的有效性，反之则说明数据误差较大，需要修正判断矩阵，其具体流程如图1所示。

3 层次分析法的结果分析

大桥的建造十分复杂，且周期较长，如果要识别出大桥所有结构的施工风险源，需要的工作量较大。根据大桥施工条件、桥体结构特点、所处环境等因素，将大桥分为三个部分，分别为主梁、主塔以及缆索体系。此次研究中仅针对大桥主塔进行分析，根据相关专家意见确定对大桥主塔施工风险造成影响的风险源，并建立其层次模型，具体如图2所示。

参考10位相关专家（高校教授、桥梁施工管理者、设计人员）的问卷调查或打分结果，对比判断同一层次的风险因素，得出判断矩阵，通过方根法对不同风险的权重进行计算，同时检验结果的一致性，如表2所示，为大桥主塔的权重计算结果。

检验上组数据的一致性，得出其CR值为0.021，小于0.1，表明数据组具有较高的有效性，无须进行修正处理。从表2中能够得出，大桥主塔建设过程中层级二风险因素B1～B4的波动范围为0.130 2～0.484 6，层级三风险因素C1～C13的波动范围为0.079 3～0.514 3。层级二风险因素中施工技术、外部环境、人员素质以及材料设备的权重分别为0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，这说明在大桥主塔施工过程中施工技术的风险最大，应重点关注。在施工技术的下一层级风险因素里，主塔失稳、混凝土保护层厚度不足、主索鞍安装偏差、大体积混凝土水化热的权重分别为0.514 3、0.223 7、0.079 3和0.182 7，这说明在大桥主塔的施工技术中风险较大的是主塔失稳，其次是混凝土保护层厚度不足，风险最小的是主索鞍安装偏差，因此在前期设计时要精准计算主塔的稳定性，同时在施工时保证主塔的施工质量和嚴格控制混凝土保护层厚度。除此之外，能够得出在外部环境中，地震的权重最大（0.423 2）；在人员素质中，施工队伍的素质的权重最大（0.833）；在材料设备中，混凝土强度和钢筋锈蚀的权重相同，均为0.428 5。因此，为保证主塔的施工质量，控制施工风险，同样要重点关注地震、施工队伍的素质、混凝土强度和钢筋锈蚀所造成的影响。

同时，将层级二指标与其对应的层级三指标一一相乘，得出各三级因素的综合权重，并对主塔施工风险因素进行排序，能够得出综合权重前三位的是主塔失稳（0.249 3）、混凝土保护层厚度不足（0.108 4）以及主索鞍安装偏差（0.038 5），再次说明了在大桥主塔建造质量控制中的重点是施工技术中的主塔失稳、混凝土保护层厚度不足以及主索鞍安装偏差。

4 风险控制措施

根据上述分析结果，针对大桥主塔建造过程中风险权重占比较大的3个因素（主塔失稳、混凝土保护层厚度不足以及主索鞍安装偏差），采取了相应的控制措施。

对于主塔失稳：在设计阶段必须遵循国际或国内公认的工程标准与规范，采用先进的设计软件进行结构分析，以确保主塔在各种加载条件下的稳定性；考虑额外的安全系数，为不确定性及可能的超出设计范围的负荷提供缓冲空间；利用先进的监测设备，如倾斜传感器、应力/应变传感器、位移传感器等，实时跟踪主塔的位移、倾斜和内力变化；将监测数据与预设阈值比较，以便对出现的任何异常立即采取纠正措施；严格控制施工顺序，确保按照设计和工程计划进行，避免因施工顺序错误而引起主塔失稳。在施工期间，合理安排施工进度，避免因过快施工而导致的不稳定问题，保证施工过程中的工艺标准和施工质量，每个施工环节均需要符合规范。

对于混凝土保护层厚度不足：明确规定混凝土保护层的最小厚度要求，并依据结构所在环境的侵蚀性级别调整这一要求；在施工图纸中清楚标注保护层厚度，并在工艺规范中详细说明如何实现图纸要求；施工过程中应使用专门的保护层测厚工具，比如电磁感应测厚仪，确保保护层厚度符合规定。

对于主索鞍安装偏差：主索鞍的制造应严格遵循精细的设计图和高精度加工标准，采用高精度数控机床进行加工，确保构件尺寸和形状的准确性；在实际安装之前，可以利用结构力学软件进行仿真，评估预张拉过程中索鞍的行为及对整体结构的影响；通过预张拉的结果调整索鞍位置，实现预期的张力分布。安装过程中进行实时监控，使用高精度仪器实时检查索鞍的位置和方向，如有任何偏差应立即调整。

5 结论

为了研究层次分析法在大桥施工风险分析中的应用，以大桥主塔为对象，建立评价体系和判断矩阵，对不同层级中风险因素的权重进行了计算，主要得出以下结论：

（1）大桥主塔建设过程中，层级二风险因素中的施工技术、外部环境、人员素质以及材料设备的权重分别为0.484 6、0.166 3、0.130 2和0.218 9，这说明在大桥主塔施工过程中施工技术的风险最大。在施工技术的下一层级风险因素中主塔失稳、混凝土保护层厚度不足的权重较大，分别为0.514 3和0.223 7，这说明在大桥主塔的施工技术中风险较大的是主塔失稳，其次是混凝土保护层厚度不足，并针对上述风险因素提出了相应的控制策略。

（2）在其余二级风险因素中，三级风险权重较大的分别为地震、施工队伍的素质、混凝土强度和钢筋锈蚀，因此，为保证主塔的施工质量，控制施工风险，同样要重点关注以上风险因素所造成的影响。

参考文献

[1]包世波， 兰兴国， 魏传光. 铁路桥梁施工安全风险分析与对策[J]. 交通企业管理， 2023（6）： 85-88.

[2]冷康. 道路桥梁工程全过程造价的风险及防范措施[J]. 建筑技术开发， 2023（9）： 105-107.

[3]廖泳华， 陈甫君， 于建华， 等. 基于AHP和FCE的桥梁无辅助墩顶推施工安全风险评估[J]. 交通科技， 2023（4）： 51-55.

[4]王冲. 公路桥梁项目施工阶段安全风险评估及控制分析[J]. 交通科技与管理， 2023（13）： 162-164.

[5]李鑫聃， 苏俊龙， 余沛侨， 等. 基于建管养理念的桥梁安全评估与风险管理研究[J]. 工程技术研究， 2023（19）： 136-138.

[6]彭泽乾. 基于层次分析法的钢板—混凝土组合梁桥施工风险分析评价[J]. 山东理工大学学报（自然科学版）， 2023（2）： 46-51.

收稿日期：2023-11-22

作者简介：孙鹤（1979—），男，本科，高级工程师，研究方向：道路工程。