基于可信度理论的高速公路装配式涵洞施工安全风险评估

何 亮， 钟 铖

(1.湖南省衡永高速公路建设开发有限公司， 湖南 衡阳 421600； 2.湖南省湘筑工程有限公司， 湖南 长沙 410029)

0 前言

装配式建造是传统建造方法向科学现代化建造方法过渡的有效途径[1]。起重吊装是装配施工的关键环节，属于危险性较大的高处作业，而且单次吊装预制件的质量、体积都逐渐增大，因此，对装配式构件起重吊装施工安全进行深入研究，具有非常重大的意义[2]。

有关专家学者对相关安全风险问题开展了一定研究，国外研究者[3-5]主要从全寿命周期管理的角度出发，提出应当建立规范的工作方案及安全性评估方法，分析吊装环节可能出现的主要事故类型，在风险评价基础上建立合理的风险管控措施。国内方面，李峰等[6]对吊装施工安全影响原因及安全风险开展了深入研究，提出了保证吊装施工安全的措施；朱寒玉等[7]根据实际工程案例论述了吊装施工阶段的安全管理基本思路，说明了科学的安全管理对装配式构件吊装安全的重要意义；武绍彭[8]则使用多级模糊综合评估理论，形成了吊装施工安全性风险分析模式，为吊装施工安全性评价与管理工作提供了重要依据。

传统的安全风险评估方法有分解树法、指标法、检查表法、模糊综合评判法等，但是面对装配式施工，如何遴选出最关键环节并作出合理评价十分重要。可信性测度理论，是关于处理模糊性的一种全新方法，在项目决策、资源优化等多个领域都有广泛的应用，适合于风险评估中风险因子权重的合理选择。本文以湖南省衡永高速公路装配式涵洞施工为例，构建了基于可信性测度理论的装配式涵洞构件施工安全风险评估指标体系，运用到了8个代表性施工项目中并进行了论证，旨在为同类工程提供新的安全评估及管理思路。

1 结构熵权法确定指标权重

本文通过结构熵权法确定指标的权重比例。结构熵权法是一个由主体赋值法和客观权重比例赋值法相结合的权重比例决定方式，具体理论可以参照文献[9，10]。根据上述理论，装配式涵洞施工安全风险评估的一般步骤如下：

1)得到指标uij(i=1，2，…，n；j=1，2，…，m)对评语等级vl(l=1，2，…，p)的隶属度gijl。

2)测度评价向量rijl计算如下：

(1)

rijl满足式(2)：

(2)

式中：μij(t)为uij存在的前提下t对于评语vl的隶属度。

3)对rij={rij1，rij2，…，rijp}进行归一化，如式(3)所示，按序数排列，构建关于因素μi的测度评估矩阵如式(4)所示：

(3)

(4)

4)将式(4)进行模糊线性变换，得到模糊子集：

Bi=wiRi=(bi 1，bi 2，…，bip)

(5)

式中：bil为综合测度。

5)求主因素U={u1，u2，…，un}的测度向量，构建测度评估矩阵：

(6)

6)对式(6)进行模糊线性变换，最终计算得出主因素U的测度向量：

B=WR=(b1，b2，…，bp)

(7)

根据最大可信性测度理论，选择式(7)中最大元素bl所对应评语vl作为最终综合评估结果。

2 工程应用案例

2.1 工程概况

衡阳至永州高速公路起点位于衡阳市蒸湘区雨母山镇，路线往西南延伸，连通衡南县、祁东县、祁阳县，顺接永零高速公路。主线全长约106 km，其中第二合同段通涵构造物共有74道，盖板涵4道，盖板通道27道，圆管涵42道，钢波纹管涵1道。由于高速公路为线性工程，工点范围分布较广，若采用预制装配式涵洞，构件可以量产，减少物料浪费，不会受天气等不确定因素影响，而且构件可直接现场组装，加快了施工进度。因此，计划在条件允许的情况下，3 m以上(含3 m)通涵盖板及台身采用装配式工艺，总共涉及31处预制装配式涵洞施工。

涵洞的设计严格按照《公路涵洞设计规范》(JTG/T 3365-02—2020)和《预制装配式钢筋混凝土涵洞》(DB43/T 757—2013)等规范执行。侧墙和顶板为装配式构件，首先在预制场进行预制，然后进行吊装，而洞口则采用现浇施工。总体的施工流程如图1所示。

图1 施工总流程

2.2 评估对象

从装配式涵洞工程中选择8处进行评估，这8处工程情况如表1所示。

表1 评估对象一览表序号位置中心桩号孔数/个孔径全长/m1互通K18+02016 m×4.7 m38.472互通K18+88516 m×5 m52.013互通K18+97814 m×4 m40.314互通AK0+39614 m×5 m26.155互通AK0+935.514 m×4 m32.296互通AK1+18014 m×4 m20.287互通DK0+39314 m×4 m11.778主线K21+17613 m×3 m29.42

2.3 指标权重

一般安全风险评估过程为：从分析施工作业活动特点入手，辨识常见事故类型→梳理影响因素→确定评估体系→确定因素权重→风险分析与估测。而《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》中没有装配式涵洞施工的相关内容，此外评价体系中暂无权重的概念。因此，本次装配式涵洞施工安全风险评估需要探索新的评估方法和流程。

本文首先对装配式涵洞起重吊装进行常见事故类型辨识，得出主要事故类型为：坍塌、起重伤害、高处坠落、机械伤害、触电、车辆伤害、火灾。将施工作业程序分解后，采用专业工程技术人员问卷调查、小组讨论的方法，分类并归纳出安全风险的影响因素，将上述各类事故的诱因分成了人、物、方案、环境、现场等5大因素，以此建立指标体系，如图2所示。安全风险等级的高低分为5个等级，参照《建筑施工安全检查标准》[11]对每个等级设置得分区间，如表2所示。

图2 装配式涵洞施工安全风险评估体系

表2 安全分级标准等级描述分值1风险极低[90,100]2风险一般[80,89]3风险较大[75,79]4风险重大[70,74]5风险极高[0,69]

2.4 指标权重确定

筛选建设、监理、施工单位的安全管理工作人员参与指标权重确定，上述人员从业年限均在10 a以上，并具备副高级以上职称及能力，从评价指标体系的影响性、重要性等方面综合考量后，以其评估结果为基础，按结构熵权法进行计算，确定装配式涵洞安全风险评估指标的权重。对于图3所示的5个一级指标，按1～5分(最重要～最不重要)进行打分。根据8位专家填写的指标重要性调查表，进行统计分析得到矩阵A。

如第1节介绍，通过计算u1、u2、u3、u4、u5的权重，得到如下权重向量：

W=[0.149 4，0.237 0，0.205 7，0.239 8，

0.152 0]

从上述权重可以看出，物的因素和环境因素被认为是最为重要的一级指标。按照同样步骤流程对图2中二级指标的权重进行确定，结果如表3所示。

表3 涵洞施工安全风险评估指标权重及专家评语隶属度一级指标及权重二级指标及权重以下等级的专家评语隶属度12345u11(0.461)0.20.20.40.10.1u1(0.149 4)u12(0.257)0.70.3000u13(0.282)0.30.20.30.20

续表3 涵洞施工安全风险评估指标权重及专家评语隶属度一级指标及权重二级指标及权重以下等级的专家评语隶属度12345u21(0.224)0.50.30.10.10u22(0.270)0.10.10.20.50.1u2(0.237 0)u23(0.268)0.20.50.20.10u24(0.238)0.70.3000u31(0.298)0.10.30.30.30u3(0.205 7)u32(0.456)0.40.30.20.10u33(0.246)0.30.50.10.10u4(0.239 8)u41(0.531)0.60.10.10.20u42(0.469)0.70.20.100u51(0.241)0.20.60.10.10u52(0.253)0.60.20.10.10u5(0.152 0)u53(0.235)0.10.30.20.40u54(0.271)0.20.50.20.10

2.5 可信性测度综合评估

从表3中可以看出各个指标的评估向量，例如u11施工操作人员综合素质的评估向量为：r11={0.2，0.2，0.4，0.1，0.1}。通过归一化处理，最终可得到研究目标因素集的可信性测度评估矩阵：

根据式(7)计算得出测度综合向量B：

B=WR={0.140 9,0.153 3,0.094 2

0.059 0,0.010 9}

可见，第2列元素(0.153 3)最大，根据最大可信性原则，可将该涵洞起重吊装施工的安全风险水平视为2级。

2.6 结果分析

按照上述评估方法，对表1所示的8处具体工程开展了安全风险评估，评价结果如表4所示。由各项目的评估结果可知，仅2个项目具有较大的风险程度(3级)，这是由于这两处工程预制构件的质量和尺寸都偏大，而且现场交通状况相对复杂，其余项目的安全风险都在可承受范围内。在评估的5个一级指标中，风险程度最高的是物，其中风险等级达到3级的占62.5%；环境因素也是存在风险较多的指标，其中风险等级达到3级的占37.5%。在不知道评估结果的前提下，专家现场认为风险隐患较大的工程，确实在评估中得到了较高的分数和风险等级，表明了本评估方法具有一定的可靠性。

表4 项目安全风险评估结果序号中心桩号风险等级项目风险描述一级指标风险等级u1u2u3u4u51K18+0203风险较大231222K18+8852风险一般131313K18+9783风险较大232334AK0+3961风险极小121115AK0+935.52风险一般121226AK1+1802风险一般132227DK0+3932风险一般131318K21+1761风险极小22111

2.7 措施建议

根据影响较大的物和环境因素，提出针对性的安全保障措施建议如下：

1)吊具设计:施工前，按照规范和现场测量数据，准确计算单次吊装预制构件恒重。根据计算得到的恒重，选用配套的起重机械，应保证构件恒重不超过吊具额定吊装重量的80%。

2)吊装物尺寸：施工前，在吊装现场用卷尺、水准仪等设备准确测量现场尺寸，确保起重机械的作业空间，不足空间应增加挖方或填方补足。

3)施工场地：施工前，应将施工现场的起重机械停放点夯实，整平，尽量不留纵坡，保证起重机械水平停泊。当坡度无法避免时，应准备好其他防倾和防侧翻措施。同时应修整构件运输通道，保证运输过程中通道承载能力满足要求。并安装交通安全标志标牌，保证交通安全。

4)交通安全：运输过程中，派专人疏导交通。在运输车辆上贴标志和标识，并做好支挡和固定措施，确保构件在运输过程中平稳置于车上，保证构件在横、纵向不存在悬臂。

5)施工环境：吊装过程中，做好封闭施工，并设置安全提示标志，起重臂作业空间内，作业期间无车流和人流。作业人员(包括司索工)应保证劳动防护用品穿戴齐全(安全帽、反光服)。

6)吊具维修：单次吊装完毕，及时检查吊装机械的安全状况，重点检查吊钩、防脱扣的安全状况。遇到异常情况，及时维修或更换机械。

7)自然环境：遇大雨、大雪、大雾、6级以上大风天气或泥石流等自然灾害，应停止施工。

8)其它注意事项：应按照《公路工程施工安全技术规范》(JTG F90—2015)等相关规范要求执行。

3 结论

1)在系统梳理涵洞起重吊装常见安全事故类型及诱因的基础上，提出16个装配式涵洞起重吊装安全评估指标，从人、物、技术、环境、管理等5个方面构建了安全评估指标体系。

2)在安全风险评估过程的权重确定中引入了可信性测度理论，规避了以往选择权重的主观依赖性，使得评估结果更为客观。

3)选取8个有代表性的涵洞起重吊装工程进行了安全风险评估，结合评估结果与工程实际情况进行分析，证明该方法评估涵洞起重吊装施工的安全风险是科学合理的。

4)总体来看，装配式涵洞吊装施工在物和环境2个方面存在较大风险，本文从这两个方面提出了针对性的安全保障措施建议。