2021年度进展16:桥梁施工风险评估
含蓄的显示器
2022年04月15日 11:34:25
来自于桥梁工程
只看楼主

引言 在桥梁施工过程中,因复杂环境、各类施工支架、众多施工设备、人为失误等因素的影响而风险显著,施工风险事故不时发生;此外,因施工质量不良以及设计不合理等因素导致桥梁在运营期间发生垮塌的事故同样见于报道。2021年内,公开报道的部分桥梁在施工阶段及运营阶段发生的安全事故如下:

引言

在桥梁施工过程中,因复杂环境、各类施工支架、众多施工设备、人为失误等因素的影响而风险显著,施工风险事故不时发生;此外,因施工质量不良以及设计不合理等因素导致桥梁在运营期间发生垮塌的事故同样见于报道。2021年内,公开报道的部分桥梁在施工阶段及运营阶段发生的安全事故如下:

1)在桥梁施工阶段,2021年8月17日,合肥市庐江县同大镇境内的在建徽州大道杭埠河大桥项目发生桥墩托架坍塌,如图1(a)[1];2021年7月25日,珠机城轨金海大桥施工段发生箱梁垮塌事故致5名施工人员落海失联,如图1(b)[2];2021年6月17日,兰溪市老南门大桥突然坍塌,如图1(c)[3],事故原因推测为使用挖掘机对桥梁进行加固时,超过了本为4类危桥的承载能力;2021年5月8日,浙江省绍兴市越城区灵芝街道杭甬运河上方在建的杭甬运河桥东幅系杆拱桥发生局部垮塌,如图1(d)[4];2021年4月25日,河南省洛阳市宜阳一在建景观大桥因水势过大导致满堂架被冲毁,造成第四跨拱桥的两根系梁坍塌,如图1(e)[5];2021年1月7日,湖南永州东安县一在建铁路桥梁断裂掉落,系施工过程中架桥机架梁时发生意外,导致铁路桥梁掉落,如图1(f)[6],所幸未造成人员伤亡。

2)在桥梁运营阶段,2021年12月18日,湖北省大广高速与沪渝高速花湖互通枢纽匝道倾覆,造成3辆货车侧翻,1辆小车被埋压,共7人被困,如图2(a)[7];当地时间2021年5月3日,墨西哥首都墨西哥城东南部特拉瓦克区轨道交通线上的一座桥梁发生坍塌事故,两节车厢从坍塌处坠落到下方马路上,造成24死,79伤,如图2(b)[8]。

图1 部分在建桥梁安全事故

图2 部分运营中桥梁垮塌事故

由以上安全事故可以看出,桥梁在施工阶段及运营阶段的风险仍较为显著。其中,在施工阶段由于既有结构、临时结构等承担各类静、动态施工荷载,在众多不确定性因素如施工误差、材料缺陷、温度变化等的影响下面临着各种风险,桥梁结构本身及施工设施发生风险的概率极大。随着城市跨线桥、复杂山区、深水大跨桥梁工程的不断兴建,施工过程中所面临的不确定因素更多,面临的施工风险概率更大,因此,有必要对桥梁工程展开深入细致、制度化、流程化的施工风险评估工作,为桥梁施工过程中所面临可能发生的风险提供针对性的风险控制措施,减小事故发生的概率,降低经济以及环境损失。

本文在查阅互联网、知网、web of science等文献库,系统调研2021年度研究文献,分析2021年度研究成果的基础上,结合桥梁工程风险评估流程,从风险识别方法、风险概率和损失估计、风险评价方法与控制对策研究、动态风险评估研究四个方面,对国内外学者在桥梁施工风险评估方向取得的进展及研究成果进行了归类总结,并对未来的研究工作提出展望。

1

桥梁施工风险识别

随着国内交通线路网络的不断发展,桥梁施工面临的风险因素日益复杂,其原因如下:1)桥梁结构跨度不断增大,且桥梁结构构造更为复杂,相应的施工方法不断推陈出新,施工支架、机具设备等更为复杂;2)因城市跨线桥、复杂山区桥梁、深水大跨桥梁工程的不断兴建,施工条件复杂受限、施工环境恶劣的情况逐步增多,放大了各种风险因素的不利影响。因此,桥梁结构尤其是大型桥梁在施工阶段面临着各种风险,而不同工程项目下可能发生的风险也不尽相同。为此,根据工程项目的特点识别出桥梁施工过程中的风险是开展桥梁施工风险评估的第一步。常用的风险识别方法主要有定性和定量两种类型。定性识别方法主要是依靠分析人员及行业专家的专业判断力并结合工程经验进行风险识别的一类方法;其中最为常见的专家调查法[9-10]、WBS-RBS(工作分解-风险分解)法[11]、检査表法[12]、故障树分析[13]、文献调查[14]、事件树分析[14]等。定性的风险源识别方法目前应用广泛,但仍存在专家经验分析等导致的人为主观因素的影响。定量的风险识别方法,即事故统计法,采用相关事故案例统计的方式识别风险。该方法客观、科学、可靠,但在实施时,一般风险因素难以全面统计,且一些重要风险因素往往因为样本数量少而难以统计,尤其是采用新结构桥梁会存在尚未经历且难以预测的风险,其适用性受到诸多限制。

黄纪祥等[15]从自然因素和人为因素两个方面阐述了高原地区特大桥梁下部结构施工过程中的安全施工隐患。姬海龙[16]从“工、料、机、环、管”五大方面对新建桥梁项目进行了安全风险源识别,并提出了具体的风险控制建议,风险识别结果如图3所示。Khan Mustesin Ali等[17]提出了一种基于性能的框架,能够识别处于高火灾风险的桥梁。王景春等[18]运用距离判别思想将置信度准则进行改进,提出改进的属性区间识别模型,从桥梁自身条件、桥梁下方线路情况、施工因素、环境因素4个方面建立了跨线公路桥施工风险评估指标体系(如图4)对跨新公路桥施工风险进行分类识别。薛洪运[19]综合采用三角模糊数理论与改进的熵权理论对钢混组合梁在施工过程中的风险源进行识别,结果表明:在施工过程中共计9种风险源以及59种风险因素。

图3 新建桥梁项目施工安全风险清单

图4 跨线公路桥施工风险识别与评价分类体系

大型桥梁在施工过程中所面临的施工风险众多,不同工程在施工过程中所面临的施工风险也不尽相同,根据不同桥梁结构及施工特点,识别出桥梁的施工风险,有针对性的制定防范风险的措施,才能够有效降低风险事件发生的概率,确保工程建设中人员以及施工环境的安全。如施洲等[20-22]对五峰山长江大桥(如图5所示)在施工过程中所面临的风险进行了识别。文献[20]采用结构-风险分解识别法和专家调查法从建设条件、结构方案、施工工艺和运营维护4个方面对五峰山长江大桥在施工过程中的风险源进行识别,结果表明:全桥施工过程中共计610项风险源,其中主缆在施工建设条件下风险源识别结果如表1所示;文献[21]基于WBS-RBS识别出五峰山长江大桥沉井基础在施工全阶段共计158项风险源的风险清单,其中包括“井壁开裂、井底翻砂/涌水、沉井突沉、沉井几何偏位等”部分重大风险源识别结果。文献[22]采用WRBS-Delphi识别法对五峰山长江大桥主梁(主梁标准节段如图6)施工过程展开风险识别,结果表明:主梁在施工及运营维护阶段共计72项风险源,部分风险源如表2所示。

图5 五峰山长江大桥立面图(单位:m)

图6 主梁标准节段图

2

桥梁施工风险概率与损失估计

在对桥梁施工阶段可能面临的风险源进行识别后,有必要对该风险源发生的概率进行评估。对桥梁工程风险概率的评估主要有主观概率评估和客观概率评估两种方法。主观概率估计是风险评估人员基于工程经验及主观判断力推测出风险事件出现的概率。客观概率是将以大量试验数据为基础所得到的数值作为较为准确的概率值[23]。

桥梁施工风险损失是指风险事件发生之后产生的不利影响,《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》[24]规定,风险损失分为人员伤亡、经济损失和环境影响三种基本类别。在确定风险损失类型和量化标准的基础上可进行风险损失估计,与风险概率估计相似,风险损失估计也可分为定性估计和定量估计两种方法。定量的精细化计算方法能够准确量化损失,但风险损失评估是在施工之前进行,且众多风险实际发生的概率并不显著,因此基于理论模型且精确计算具体损失结果的方法并不可行,采用定性的判断方法辅助施工决策是目前最为合适的应用模式。

2.1 桥梁风险概率研究进展

桥梁施工风险概率估计是在风险识别的基础上,针对各风险源发生的可能性大小,即风险概率,进行评估。风险概率估计的方法正从传统的人工判别法逐步发展为基于概率统计模型的方法。桂文才等[25]将模糊层次分析法的极化确定评价等级转化为更为合理的概率风险等级,建立层次分析模型(如图7)对滨海大桥施工过程开展风险评估。评估结果表明:在施工过程中,风险等级为较低风险的概率为35.9%,中等风险的概率为33.7%。刘顶立等[26]通过估计评估对象火灾后不同维度后果(重伤人数、死亡人数、直接财产损失)的概率,提出了采用后果概率法对火灾风险进行评估。基于该方法通过邀请5名专家对长沙地铁集群的火灾风险概率进行了评估,为该地铁的火灾风险等级评估提供依据。周小杰等[27]综合层次分析法和模糊评判法分析了复杂山岭隧道运营期的安全影响因素及其权重,构建了复杂山岭隧道风险评估模型(如图8所示),并提出了一种适用于运营期复杂山岭隧道的风险评估方法。刘博楠[28]基于已有的风险分析理论和方法,对后河特大桥进行了风险概率计算与评估。李勇[29]基于蒙特卡洛法原理,提出一种定性的随机车流作用下曲线梁桥倾覆风险评估方法,并运用函数拟合的方法得出安全系数不大于规范要求的2.5判定系数的概率值进而判断出该桥的风险指标,展开对主城区曲线梁桥倾覆风险评估。刘强等[30]基于概率论思想,将致灾因子发生的可能性、危险等级和危险强度联系在一起,阐明了致灾因子的危险性评价理论,且对降雪量概率进行了统计分析(如图9)。为了减小定性打分结果中因专家的偏好存在的不确定性,施洲等[21]提出了基于模糊数学半定性半定量的估计方法,将专家评定等级结果进行合理量化,降低了人为主观性;此外将有限元和可靠度理论相结合,提出了一种定量估计风险概率的方法,并通过计算实例进行了验证,部分计算分析结果如图10所示。

图7 风险因素层次结构模型

图8 山岭隧道风险评估层次模型

图9 降雪量概率统计分析

图10 部分风险概率计算结果示意图

2.2 桥梁风险损失估计研究进展

桥梁施工风险损失估计是对桥梁施工风险事件可能造成的各种损失进行评估。与风险概率估计类似,风险损失估计的方法同样由传统的专家调查法发展为基于模糊层次分析法等半经验半概率模型方法。任艳超[31]基于模糊层次分析法从人员损失、工期延误损失、经济损失、环境影响损失和社会影响损失5个方面建立了隧道施工风险损失的评估指标体系,对暗挖大隧道进行施工风险评估。结果表明:若不采取工程措施和管理风险,会造成较大的损失,且总体风险损失等级为三级。董贤凯[32]提出了针对地质风险损失期望值的估算方法,对某地质选线4种局部方案进行风险决策分析,计算结果表明:四种方案的风险损失期望值分别为119915万元、92107万元、92107万元和92107万元。宁静等[33]提出了基于保护层次分析理论的铁路安全风险评估模型,并从直接经济损失、人员伤亡和行车中断三个方面定量评估了风险造成的损失,并以某货运车站道岔故障的风险评估作为示例验证了模型的正确性。巩春领[34]指出桥梁施工风险损失大致可以分为经济损失和非经济损失两大类,风险后果的构成与分类如图11所示,进一步发展了风险损失估计的多元化。

图11 桥梁施工风险后果构成与分类

3

桥梁施工风险评价方法与控制对策研究

3.1 桥梁施工风险评价方法与控制对策概述

桥梁施工风险评价是综合考虑桥梁在施工过程中所面临的风险发生的可能性以及可能造成的后果,对其展开风险评价,即在风险概率估计、风险损失估计的基础上通过特定评价模型确定该桥在施工过程中的风险等级,为制定相对应的风险控制措施提供依据。

桥梁施工风险评价方法主要有单目标风险评价法(风险矩阵法和LEC法)和多目标风险评价法(故障树法、贝叶斯网络、层次分析法、模糊层次分析法和模糊综合评判法)。其中风险矩阵法能够直观展现风险等级,便于风险管理人员进行评价和决策,是一种简单易用的结构性风险评估方法[35],因此是目前桥梁工程中应用最为广泛的单目标风险评价方法。风险矩阵法评价将风险等级划分为4级,采用风险矩阵评价风险等级时按照图12进行。当需要考虑多个风险共同作用时的综合后果时,需采用多目标风险评价方法。

图12 风险评估矩阵法风险等级标准

在桥梁风险控制对策方面,对于常规桥梁的风险以及大型桥梁的低度风险可列为一般风险源,而将大跨桥梁部分涉及结构特点的中度和高度及以上等级风险源合并为重大风险源。针对一般风险源,可以通过制定并落实风险管控条例、加强程序化的施工作业等来实现风险控制。对于重大风险源,需结合工程结构的特点有针对性的制定风险控制方案。桥梁工程项目施工中常用的风险应对策略如图13所示,对于“一般风险源”,可采用“预防、减轻、接受”等应对策略,对于重大风险源,主要采用各类措施降低后并“监控”风险。

图13 桥梁施工风险基本应对策略

3.2 桥梁施工风险评价研究进展

在施工风险评价的研究中,传统的“风险矩阵法”、“层次分析法”仍然在广泛应用,而新兴的基于“云模型理论”、“模糊层次评估理论”等的评价方法不断发展。

在风险矩阵法应用方面,李聚蕾[36]对传统风险矩阵法进行改良,融入模糊综合评价法隶属度的理念,把定性问题定量化处理进行安全评价,得出风险因素的风险等级,然后针对风险等级高的安全风险,提出应对措施。

在层次分析法应用方面,郝记秀[37]在层次分析法的基础上,构建了层次分析模型(如图14),并对桥梁施工安全进行评估,结果表明:该桥在施工阶段处于一般安全状态。王冰[38]基于模糊层次分析法构建了安全风险评价模糊评价指标体系,并计算推理病害数据构造样本数据集。曾浪[39]从人为因素、资源因素和自然因素三个层面,提出了跨海大桥工程施工进度PRN风险评价指标体系,并基于模糊层次分析法,对跨海大桥工程施工阶段风险进行了评估。为了定量描述地铁重大公共安全风险,提高风险管理水平,马彪[40]构建了地铁重大公共安全风险评估指标体系,并以风险减缓因子指标为例,运用层次分析法得出各级指标的权重值。结果表明,安全操作规程、安全检查、应急响应能力在防范地铁重大公共安全风险中作用突出。王有榜[41]首先通过专家调查法对HG小区建筑工程项目进行风险识别,经过多次反馈整理最终确定了施工进度、质量、成本和安全四大类风险下的17项具体的风险因素。其次在层次分析法和熵权法以及模糊评价法的基础上对HG小区建筑工程项目进行评估,得到HG小区建筑工程项目施工的风险为一般等级的结论。Chen等[42]采用层次分析法对质量风险因素进行量化,得出以下结论:项目决策的施工管理单位主要控制QRM,相对而言,在项目完成并准备验收时对质量风险控制较少。

图14 桥梁施工风险管理层次结构模型图

在云模型理论方法应用方面,裴元江等[43]提出一种融合了优化LEC法的FAHP-云模型风险评估分析方法,对PC箱梁桥转体施工风险进行了评价,并基于施工风险等级的计算结果,提出了相应的风险预控措施。何乐平等[44]提出了15项评价指标和相应的分级标准,将软岩隧道大变形风险分为4级,结合标准化过程和G1-CRITIC,通过博弈论思想优化所得的主客观权重,提出了一种新的云模型综合风险评价方法。方成宽等[45]基于装配式建筑施工的特点、事故诱因、相关规范及论文研究,构建了基于云模型—熵权法的装配式建筑施工安全风险评估模型,计算了机械设备安拆及定位技术的云模型的数字特征,并利用Matlab软件生成相应的云模型图(如图15)。在考虑风险评估数据的模糊性与随机性的基础上,利用熵权法计算出评价指标的权重系数,有效地避免了专家赋权的主观性,最后通过工程实例对该模型的实用性进行了验证。

图15 不同风险等级的云模型

在其他方法应用方面,曹廷等[46]从安全风险发生的“物、人、环境、管理”四个主要因素出发,建立了多域源综合评价指标(如图16)开展对江苏省在役桥梁运营期间安全风险多域源递进综合评价研究。孙威等[47]采用指标体系法与故障树分析法对某市政桥梁钢箱梁吊装过程进行总体及专项风险评估,建立符合系统特征与建树规则的故障树,采用专家调查法确定各基本事件概率,将对系统失效概率影响较大的基本事件作为控制重点,给出合理的风险控制措施。薛华俊等[48]采用有限元数值模拟软件ANSYS对长春市地铁2号线解放桥-建设街站区间隧道近距离侧穿既有西解放大路立交桥的安全性进行了风险评估研究,研究结果表明:解—建区间施工会引起既有桥梁产生较大程度的沉降变形。朱纪元等[49]基于改进的模糊层次综合评估法,并结合风险事故当量损失法理论,构建了R=P×C矩阵,对钢箱梁顶推施工安全风险进行了评估。结果表明:钢箱梁顶推施工安全风险评估等级为三级,风险发生概率一般且后果一般,应及时采取处理措施,加强风险监测,保障施工安全。覃盼等[50]基于条件危险性评价法(LEC)对三峡通航安全进行风险评估,确定"载运危险货物船舶泄漏中毒、火灾爆炸风险"、"客渡船火灾、倾覆风险"、"通航建筑物断航风险"、"船舶漂流撞坝风险"4项风险为三峡通航重大安全风险。Wang等[51]针对大型商业和高层建筑提出了一种新的火灾风险评估方法,并采用模糊层次分析法(FAHP)对评价体系中各火灾危险因素赋予合理的权重。

图16 在役桥梁安全状况评价框图

3.3 桥梁施工风险控制对策研究进展

对桥梁在施工阶段可能出现的风险进行评价后,需对各个风险源制定相对应的措施,以降低其发生的可能性。祁强[52]基于模糊综合评价法对大溪河特大桥在施工阶段的施工安全进行了评估,并根据评价结果分别从施工人员管理和环境管理两个方面建议相关部门在洪水期对过南京长江大桥的船舶加强管控,对过桥条件(风、流、能见度等)或船舶规模加以限定等。

杜业峰[53]针对大跨度网状吊杆拱桥,基于风险随机性、模糊性和犹豫性三大方面,识别了不同施工过程中的风险,并从人员、机械、材料、技术和环境五个方面的因素提出了相对应的管控措施对不同风险源的预判预控,有效的阻断了风险发生的各大途径。

杨鑫[54]分析了指标体系法、层次分析法、LEC法在桥梁施工风险评估中的应用;在对双溪大桥开展风险评估的基础上,提出了相应的桥梁施工风险控制措施,如加强桥梁施工的现场管理、提高工人和技术人员的安全意识和安全技能等。

4

桥梁施工风险动态评估研究

4.1 桥梁施工风险动态评估概述

4.1.1 基于风险链的动态评估

对于结构新颖和施工工艺复杂的大型桥梁工程,施工中风险事件的发生往往是一系列相继触发的链式反应过程。桥梁施工风险动态评估实质是分析风险事件之间随施工工序推进的动态传递关系,将前后施工工序中风险事件间的动态传递特性引入评估中[20]。当风险元发生变化时导致其他因素变化,进而引起在整个系统中其他多个因素变化。动态风险评估风险元传递路径如图17所示。

图17 常用风险元传递路径

大型桥梁的动态风险评估工作可分为动态风险元识别和动态风险评估两部分。在动态风险元识别中,采用DEMATEL算法对一般风险元进行排序处理,确定参与动态评估的风险元。在动态风险评估中,基于关联度构建风险传递网络,并将其向贝叶斯网络转化,最后通过贝叶斯网正、逆向推理及敏感性分析得到风险元概率等级、主要传递链及关键风险元。具体实施流程如图18所示。

图18 动态风险评估流程

4.1.2 基于监测数据的风险评估

大型桥梁施工中,利用基于实时监测系统的实测数据与监控限值进行对比分析,并将监控限值划分为风险等级即实现初步的风险源与风险等级评估,监测数据随时间不断变化,代入评估即实现基于监测数据的动态风险评估。鉴于大型桥梁施工过程中监测参数较多,而初步的风险评估中基于某一项数据评判的风险等级可能存在一定的偏差;此外还存在不同类型的监测参数下的不同风险评估指标可能相互冲突、个别测点测试误差、误差不确定性等影响。为此,引入集对分析理论,建立基于多类型监测参数的评估指标与综合风险等级之间联系数,并将联系数量化为动态风险指数m,进而实现更准确的风险等级划分。

桥梁施工动态风险评估依据监测系统中随时间增长连续监测的数据,基于集对分析原理并结合指标体系权重W,从三个层次(二级指标、一级指标、总体指标)逐层计算各级指标5元联系数μ,之后引入“均分原则”将联系数量化为动态风险指数m,从而实现具体风险指标风险评估等级评估。如施洲等[55]依托五峰山长江大桥沉井基础工程,构建了沉井施工动态风险指标体系,如图19所示。

图19 沉井施工动态风险评估流程

4.2 施工风险动态评估研究进展

4.2.1 基于动态风险链的动态风险评估研究进展

在基于风险链传递的动态风险评估方面,施洲等[20]采用结构-风险识别法对风险元进行初步识别,基于贝叶斯网络及GeNIe软件并结合逆向推理和敏感性分析对五峰山长江大桥施工全过程开展风险动态评估,结果表明:全桥评估中共计234个动态评估风险元,104个关键风险元及相关主要风险链,其中主缆架设部分动态风险元识别结果如表3所示。张杨[56]基于德尔菲法、LEC法等建立了固定风险评估框架和动态风险评估模型,借助判断矩阵和一致性检验,对某变电站施工安全动态风险展开层次分析。史运涛等[57]针对现有风险评估方法的局限性,提出了综合考虑可靠性指标和本质安全的风险评估指标体系,并基于故障树-贝叶斯网络,提出了一种针对社区配电网系统的动态风险评估框架。吴忠广[58]结合风险等高线图,确定岩爆风险分级标准,并构建了岩爆风险评估贝叶斯网络模型,基于贝叶斯网络提出了一种针对深埋硬岩隧道岩爆风险的动态评估方法。Wang等[59]基于层次分析法和模糊综合评价法对超浅埋大跨度双连拱隧道施工展开动态风险评估,并根据评估结果提出了相对应的控制措施。

4.2.2 基于监测数据的动态风险评估研究进展

在基于监测数据的动态风险评估方面,施洲等[55]将风险分析与施工监控相结合,提出基于监测数据的风险评估指标体系;基于集对分析理论并结合层次分析法建立动态风险评估模型,对五峰山长江大桥大型沉井基础开展动态风险评估,其中总体以及二级指标(结构应力、几何姿态和控制参数)动态风险指数变化曲线如图20所示。周垚[60]利用贝叶斯网络对深基坑安全风险因素进行定量分析,确定影响深基坑安全风险的关键因素,并提出相应的预控措施。同时提出了基于关键风险因素的定量化计算方法,实现监测指标的优选,将监测指标与安全风险因素紧密关联。基于地铁深基坑施工风险呈现出的“时空效应”特征,构建基于概率输出的GASVM风险评估模型,从风险发生概率和风险损失程度两个方面综合评判基坑各监测单元的安全风险等级,实现了风险的动态化定量计算。卢鑫月等[61]提出了基于动态贝叶斯网络(DBN)和模糊综合评价法(FCEM)的地铁隧道施工动态风险评估方法,并以北京某地铁盾构施工案例对该方法的准确性进行了验证,结果表明该方法结合监测数据的动态风险评估结果能较好地反映实际施工过程中的突发风险事件。

图20 总体及二级指标动态风险指数变化曲线

4.2.3 其他动态风险评估方法研究进展

周羿霖[62]基于事故可能性的指标体系法对山区高速公路岩溶隧道开展施工安全动态风险评估,并提出了针对性的措施。范博松等[63]基于复杂网络的有向权重动态风险模型,从不同角度整体动态反映某时刻城市轨道交通系统的风险状态。张弛等[64]提出了一种包括风险源、影响场、作用对象、测点空间以及时间尺度等风险要素的高速公路动态风险判别方法。以风险更新理论作为时间尺度,利用判别函数计算风险值R,对旧风险模型进行更新。李海文等[65]提出了一种基于动态权重-二维云模型的桥梁施工风险评估模型,以风险概率和风险后果为基础变量构建风险评估的二维云模型,以藏木雅鲁藏布江特大桥为例,利用该模型评估其施工的风险情况,同时借助MATLAB软件绘制风险云图直观地反映风险程度(如图21),最后通过计算贴近度确定风险等级以确保评估结果的准确性。

图21 综合风险云图及俯视图

上述研究成果均为桥梁施工风险动态评估提供了参考,可在未来应用到桥梁评估模型中,总结年度研究成果,动态评估领域主要进展如下:

1)通过多种方法对基于风险链传递的动态风险评估模型进行修正,使其精准度大大提升,为解决大型桥梁施工过程中的复杂风险因素提供了有力的依据;

2)通过构建基于监测数据的评估指标体系,实现了桥梁施工过程中对风险因素的实时监控,能够大大降低风险发生的概率。

5

热点与展望

实际桥梁在施工过程中,因桥址环境、桥梁结构构造、施工工艺、物料供应、施工人员的差异各不相同,除常规共性的风险事件外,大部分风险因素及其发生与否难以统一描述,随着复杂环境条件下桥梁以及大型桥梁的不断发展,其施工阶段的风险评估问题更趋复杂,仍需要进一步深化风险评估理论研究,在既有风险评估进展的基础上,展望未来有待重点发展的几个方面如下:

1)目前桥梁风险数据库的资料相对较少,后期可广泛收集桥梁风险案例,并统计其发生的背景、原因、后果损失、处理对策等,并系统化整理,形成桥梁风险数据库,为风险因素、风险损失等方面提供不依赖人为判别的统计数据。

2)桥梁风险概率和损失估计方面,传统的专家调查法及基于模糊层次分析法等半经验半概率模型方法仍是当前主要的实用方法,但依赖“专家经验”而存在主观性判断的不足也显而易见。因此,定量的概率模型理论和损失估计则是未来研究的重点。

3)风险评价模型的准确度主要取决于概率和损失估计的准确程度,但一定程度上也受自身风险评价模型的影响,如多层次评估模型中不显著指标和数据的干扰仍需研究解决。

4)现有基于风险传递的方法能够反映风险事件之间的连锁传递过程,但研究中仍是以概率传递为主要研究对象,目前对于风险损失的传递关系,尤其是受到控制措施后风险的削减效应考虑不足。全面考虑风险概率、风险损失、控制对策下多种因素相互耦合的动态风险评估模型仍需进一步研究。

5)目前桥梁风险评估领域主要以文本、表格展示风险识别、评估的结果,难以直接展示风险的成因、影响后果以及评价的过程等。基于BIM系统等信息化平台的风险评估、管控,实现专家意见与桥梁3D模型的交互,直观呈现不同施工进度时风险水平的变化。

6)当前风险评估工作中,以人工分析、调研的方法进行大型桥梁风险评估存在工作量大、工作效率低等诸多不足。开发系统化、程序化的风险评估系统,并基于BIM及AI等信息化技术,实现风险案例智能检索、专家意见统一平台收集等多渠道信息采集并基于AI技术智能化风险识别、风险概率与损失核算、风险等级评估,最后由系统提出智能化的决策建议。

团队人员介绍

施洲 ,副教授,博导,长期致力于桥梁结构模型试验测试研究,既有桥梁结构性能评定,桥梁施工监控及风险评估等。在铁路钢桥结构疲劳、钢混结合段、索梁锚固仿真分析与模型试验,以及大跨度桥梁施工控制及风险评估等方面积累了丰富的研究经验。先后参与“大胜关长江大桥”、“沪通铁路长江大桥”、“连镇铁路五峰山长江大桥”、“安九铁路鳊鱼洲长江大桥”、“宁波枢纽甬江特大桥”等重大桥梁工程的科研项目,研究成果为大跨度桥梁的结构设计以及施工运营提供关键技术资料与理论支撑。主持和参与完成科研项目50余项,发表科技论文60余篇。

主要研究方向:(1)桥梁关键构造模型试验研究,(2)既有桥梁结构性能评定,(3)桥梁施工监测与风险评估。电子邮箱:zshi1979@swjtu.edu.cn

冯传宝 ,正高级工程师,中国铁路上海局集团有限公司南京铁路枢纽工程建设指挥部,长期从事大跨度桥梁施工管理技术研究。

张育智 ,博士,讲师,长期致力于大跨度桥梁稳定性及施工控制,钢-混组合结构,桥梁结构减隔震的研究工作,并从事《组合结构桥梁》、《混凝土结构设计原理》、《桥梁检测与加固》等课程。主持和参与完成科研项目30余项,发表科技论文20余篇。

主要研究方向:(1)钢-混组合结构;(2)桥梁抗震与减隔震。电子邮箱:zyzswjtu@swjtu.edu.cn

纪锋 ,硕士研究生,主要研究方向为桥梁施工阶段风险评估、桥梁结构试验研究。联系邮箱:wing@my.swjtu.edu.cn

余万庆 ,硕士研究生,主要研究方向为桥梁结构试验研究、桥梁施工阶段风险评估。联系邮箱:wanqingyu@my.swjtu.edu.cn

周勇聪 ,硕士研究生,主要研究方向为桥梁健康监测及性能评定研究、桥梁施工阶段风险评估。联系邮箱:1987922360@qq.com

参考文献

[1] https://vd3.bdstatic.com/mda-mhraas5wrcd136zu/480p/h264/1629962225385538984/mda-mhraas5wrcd136zu.mp4

[2] https://p3.itc.cn/q_70/images03/20220330/9095fa67033343a0b8cc136db6b32b94.png

[3] https://inews.gtimg.com/newsapp_bt/0/13669744997/1000

[4] http://jgz.app.todayguizhou.com/data/upload/image/20210508/20210508235122_26645.jpeg

[5] https://pics6.baidu.com/feed/3ac79f3df8dcd100f1d7717327962018b9122f3a.jpeg?token=25283839298a7f44a5cba1dcb35209ee

[6] https://nimg.ws.126.net/?url=http%3A%2F%2Fdingyue.ws.126.net%2F2021%2F0108%2F3ac2342dj00qmmdau002vd200gg00r8g00gg00r8.jpg&thumbnail=660x2147483647&quality=80&type=jpg

[7] https://pic.rmb.bdstatic.com/bjh/news/a6bdae0f20d1473cf6a64c0a53181915.png

[8] https://pics2.baidu.com/feed/1f178a82b9014a90272adf19ba344d1ab21beece.jpeg?token=24712228e789c23cce26c094989d6768

[9] 于云智. 潍坊白浪河大桥建设项目风险管理研究[D]. 哈尔滨工程大学, 2012.

[10] 刘长波. 公轨两用单索面钢桁梁斜拉桥施工阶段风险评估[D]. 重庆交通大学, 2014.

[11] 辛望, 吴钟良. 基于WBS-RBS方法的桥梁施工风险识别[J]. 科技视界, 2015, (06): 77+113.

[12] Saenthan Sathananthan, Toula Onoufriou & M. Imran Rafiq. A risk ranking strategy for network level bridge management [J]. Structure & Infrastructure Engineering, 2010, 6(6):767-776.

[13] Caitlyn Davis-McDaniel, Mashrur Chowdhury, Weichiang Pang, Kakan Dey, Fault-Tree Model for Risk Assessment to Bridge Failure: Case Study for Segmental Box Girder Bridges [J]. Journal of Infrastructure Systems, 2013, 19(3): 326-334.

[14] Wan Salim, Wan Safizah & Liew, M.s & Shafie. Qualitative Fault Tree and Event Tree Model of Bridge Defect for Reinforced Concrete Highway Bridge [J]. Computer Science, 2015, 10(7).

[15] 黄纪祥, 吴二楞, 刘振奇, 王刚, 孔甲东. 高原地区铁路桥梁施工安全风险分析[J]. 江西建材, 2021(12): 68-69+72.

[16] 姬海龙. 新建桥梁项目施工安全风险评估及控制建议[J]. 山西交通科技, 2021(06): 107-109.

[17]  Khan Mustesin Ali, Khan Aatif Ali,Domada Ramakanth, Usmani Asif. Fire hazard assessment, performance evaluation, and fire resistance enhancement of bridges [J]. Structures, 2021,34.

[18] 王景春, 吴雨航, 王利军, 刘伟. 基于改进属性区间识别模型的跨线公路桥施工风险评估[J]. 石家庄铁道大学学报(自然科学版), 2021,34(04): 1-7.

[19] 薛洪运. 基于双向顶推合龙的钢混组合梁施工风险分析[D]. 山东交通学院,2021.

[20] 施洲, 纪锋, 余万庆, 韦庆冬. 大型桥梁施工风险动态评估[J]. 同济大学学报(自然科学版), 2021, 49(05): 634-642.

[21] 施洲, 刘东东, 纪锋, 冯传宝. 超大型沉井基础的施工风险评估[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(06): 1241-1249.

[22] 施洲, 纪锋, 冯传宝. 大型桥梁风险评估[M]. 中国铁道出版社, 北京, 2021.

[23] 茆诗松, 高等概率论与数理统计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.

[24] 公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估制度及指南解析[M]. 人民交通出版社, 交通运输部工程质量监督局, 2011.

[25] 桂文才, 宗广辉, 李二伟, 吴峰. 塞内加尔方久尼大桥施工风险概率分析[J]. 科技和产业, 2022, 22(03): 363-369.

[26] 刘顶立, 徐志胜, 王飞跃. 基于后果概率估计的地铁集群火灾风险评估[J]. 铁道科学与工程学报, 2021, 18(03): 813-820.

[27] 周小杰, 张志强. 基于层次-综合模糊分析法的复杂山岭隧道风险评估[J]. 四川建筑, 2021, 41(04): 263-266.

[28] 刘博楠. 基于贝叶斯网络的大跨径悬浇拱桥施工风险分析研究[D]. 重庆交通大学, 2021.

[29] 李勇. 随机车流作用下曲线梁桥的倾覆风险研究[D]. 重庆交通大学, 2021.

[30] 刘强, 汤爱平. 基于概率分析的公路系统灾害风险研究[J]. 西南交通大学学报, 2021, 56(06): 1268-1274+1289.

[31] 任艳超. 地铁大跨隧道下穿既有城市道路隧道施工风险评估及控制[J]. 建筑结构, 2021, 51(S2): 1741-1747.

[32] 董贤凯. 基于风险决策的山区铁路地质选线方案比选[J]. 铁道工程学报, 2021, 38(10): 15-19.

[33] 宁静, 佘振国. 基于保护层分析法的铁路安全风险量化评价模型[J]. 铁路计算机应用, 2021, 30(09): 6-10.

[34] 巩春领. 大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究[D]. 上海: 同济大学, 2003.

[35] 陈小波, 吴欣, 董城. 基于ALARP的桥梁风险矩阵决策方法研究[J]. 公路工程, 2014, 39(01): 63-65.

[36] 李聚蕾. 城市高架预制拼装施工安全风险管理研究[D]. 中国矿业大学, 2021.

[37] 郝记秀. 基于模糊综合评价法的桥梁施工安全风险评价研究[J]. 建筑机械, 2021(08): 20-23.

[38] 王冰. 中小跨径桥梁智能安全风险等级评价及养护措施研究[D]. 西安理工大学, 2021.

[39] 曾浪. 跨海大桥工程施工进度风险管理研究[D]. 南昌大学, 2021.

[40] 马彪. 基于案例统计-层次分析法的地铁重大公共安全风险评估指标体系[J]. 城市轨道交通研究, 2021, 24(08): 93-99.

[41] 王有榜. HG小区建筑工程项目施工风险管理研究[D]. 青岛大学, 2021.

[42] Shan Chen, Xiaoguang Liang, Mingmao Li, Chuanlong Zou. Research on Quality Risk Assessment and Application of Large-scale Clusters of Engineering Project [J]. E3S Web of Conferences, 2021, 233.

[43] 裴元江, 史彦伟, 李亚非, 邱澄, 叶亚丽. 基于FAHP-云模型的PC箱梁桥转体施工风险分析与控制[J]. 公路交通科技, 2021, 38(08): 101-109.

[44] 何乐平, 徐应东, 胡启军, 蔡其杰. 基于博弈论-云模型的软岩隧道大变形风险评估[J]. 现代隧道技术, 2021, 58(06): 85-94.

[45] 方成宽, 钟春玲. 基于云模型-熵权法的装配式建筑施工安全风险评估[J]. 吉林建筑大学学报, 2021, 38(06): 67-74.

[46] 曹廷, 章世祥, 朱森林. 江苏省在役桥梁运营期安全风险多域源递进综合评价[J]. 工程技术研究, 2021, 6(19): 28-30.

[47] 孙威, 张晓东, 李华. 某市政桥梁钢箱梁吊装系统风险评估与控制研究[J]. 施工技术, 2021, 50(09): 81-84.

[48] 薛华俊, 刘云龙, 禹思帆. 长春地铁近距离侧穿既有桥梁风险评估及控制研究[C]//. 2021年工业建筑学术交流会论文集(中册). [出版者不详], 2021: 319-322+353.

[49] 朱纪元, 王超, 王忠杰, 徐贝. 改进的模糊层次综合评估法在钢箱梁顶推施工安全风险评估中的应用研究[C]//. 2021年工业建筑学术交流会论文集. [出版者不详], 2021: 773-776+840.

[50] 覃盼, 梁锴, 翁大涛. LEC法在三峡通航安全风险评估中的应用研究[J]. 中国水运, 2021(12): 19-21.

[51] Wang Yijie, Hou Linzao, Li Mian, Zheng Ruixiang. A Novel Fire Risk Assessment Approach for Large-Scale Commercial and High-Rise Buildings Based on Fuzzy Analytic Hierarchy Process (FAHP) and Coupling Revision [J]. International Journal of Environmental Research and Public Health, 2021, 18(13).

[52] 祁强. 基于FCE的桥梁施工安全评估与控制措施探讨[J]. 建筑安全, 2021, 36(10): 15-18.

[53] 杜业峰. 特大跨超宽网状吊杆拱桥风险控制与安全管理研究[D]. 山东大学, 2021.

[54] 杨鑫. 桥梁施工安全风险评估与控制研究[J]. 工程建设与设计, 2021(13): 214-217.

[55] 施洲, 纪锋, 余万庆, 李冰. 基于集对分析理论的大型沉井基础施工动态风险评估[J]. 东南大学学报(自然科学版), 2021,51(03): 419-425.

[56] 张杨. 某变电站工程施工安全风险管理研究[D]. 新疆大学, 2021.

[57] 史运涛, 刘召, 刘伟川, 朱翔, 胡长斌, 雷振伍. 基于贝叶斯网络的社区配电网系统动态风险评估[J]. 安全与环境工程, 2021, 28(02): 121-132.

[58] 吴忠广. 深埋隧道硬岩灾变风险评估方法研究[D]. 北京科技大学, 2021.

[59] Wang Jianxiu, Cao Ansheng, Wu Zhao, Sun Zhipeng, Lin Xiao, Sun Lei, Liu Wuji,Liu Xiaotian, Li Huboqiang, Sun Yuanwei, Long Yanxia. Dynamic Risk Assessment of Ultra-Shallow-Buried and Large-Span Double-Arch Tunnel Construction [J]. Applied Sciences, 2021, 11(24).

[60] 周垚. 地铁深基坑施工风险评估及可视化预警研究[D]. 南京林业大学, 2021.

[61] 卢鑫月, 许成顺, 侯本伟, 杜修力, 李立云. 基于动态贝叶斯网络的地铁隧道施工风险评估[J]. 岩土工程学报, 2022, 44(03): 492-501.

[62] 周羿霖. 山区高速公路岩溶隧道涌水突泥施工安全动态风险评估[J]. 中国公路, 2021(19): 110-111.

[63] 范博松, 邵春福. 城市轨道交通系统动态风险模态分析建模[J]. 交通运输系统工程与信息, 2021, 21(06): 203-209.

[64] 张驰, 杨绍祥, 冯逸伟, 许甜, 张昆仑. 基于风险更新理论的高速公路动态风险判别方法[J]. 长安大学学报(自然科学版), 2021, 41(04): 115-126.

[65] 李海文, 鲍学英. 基于动态权重-二维云模型的川藏铁路桥梁施工风险评估[J]. 铁道科学与工程学报, 2021, 18(06): 1650-1660.


   
免费打赏
昕y终章
2022年04月15日 15:25:28
2楼


资料挺好,留下参考

回复

相关推荐

APP内打开