蔣 葉，李士宣

（1.山西省公路局陽泉分局，山西 陽泉 030006；2.河北工業(yè)大學(xué) 土木與交通學(xué)院，天津 300401）

0 引言

由于公路工程施工過程存在的危險性，導(dǎo)致安全事故頻繁發(fā)生，公路施工過程中存在的各種安全問題越來越多，因此需要風(fēng)險評估標(biāo)準(zhǔn)來評定風(fēng)險等級。通過適當(dāng)?shù)姆椒?，及時準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)風(fēng)險源，深化實施和落實風(fēng)險評估；采取有效安全措施，提高安全風(fēng)險意識，為公路施工階段的安全管理提供科學(xué)依據(jù)顯得尤為重要。Clark等[1]專家用風(fēng)險指數(shù)的評價方法對西雅圖的地下交通工程進行了綜合評估，有了新研究。Kolic[2]在對風(fēng)險進行研究時提出并采用了定量與定性相結(jié)合的評價方法，并以克羅地亞MalaKapela公路隧道作為對象對該方法的評價結(jié)果進行比較。McFeat-Smith[3]在對調(diào)查亞洲的50多個隧道工程的風(fēng)險基礎(chǔ)上，提出建立了MS風(fēng)險評價體系。柳厚祥等[4]建立了公路邊坡穩(wěn)定性模糊聚類迭代評價模型，并用該模型計算出湖南省公路邊坡9個區(qū)域相對應(yīng)的公路邊坡穩(wěn)定性狀態(tài)。石劍云等總結(jié)了模糊綜合評價方法在建筑火災(zāi)風(fēng)險評估中的應(yīng)用，針對傳統(tǒng)方法在指標(biāo)權(quán)重和隸屬度確定上存在的不足，引入變權(quán)理論和相對差異函數(shù)[5]。陳克麗[6]通過對高速公路項目建設(shè)階段風(fēng)險因素的系統(tǒng)分析與識別，采用多層次模糊綜合評價法對高速公路項目建設(shè)階段的整體風(fēng)險進行評價。李娟等[7]基于物元可拓理論建立了物元模型確定單因素評價的隸屬矩陣，分析公路施工安全的影響因素，建立公路施工安全評價的模型。

1 公路施工特點及風(fēng)險分析

1.1 公路施工的特點

公路工程整體來看呈線性分布來施工，沿地面線性展開、延伸分布。它的這種分布形態(tài)使得工程的流動性很大，同時公路工程也有較多臨時性工程，且作業(yè)面狹窄幽長，環(huán)境變化較大，地形地質(zhì)條件影響較大，施工作業(yè)量巨大。因此可以判定公路施工安全受技術(shù)水平、自然災(zāi)害影響。

公路施工項目組成復(fù)雜，與工程有關(guān)的方面很多，協(xié)同難度大，需眾多部門協(xié)同推進工程進展，由此可知施工安全受人員素質(zhì)、管理水平、材料設(shè)備供應(yīng)的影響。公路施工工作量巨大，且屬于線狀分布，導(dǎo)致工程施工難度較大，施工期漫長。一方面，需在同一個地方順次進行眾多工程施工，周期長，尤其是土石方等，會較長時間占據(jù)大量人力物力；另一方面，施工的各過程、各環(huán)節(jié)必須有序合理地組合為一整體，合理安排時間、空間資源，保證施工順利，避免造成資源浪費。可以得出施工單位管理水平影響施工安全。

1.2 公路施工風(fēng)險統(tǒng)計分析

收集到我國2000—2015年發(fā)生的257起公路施工事故，進行統(tǒng)計分析。分析整理可以發(fā)現(xiàn)公路工程的安全隱患，找出其風(fēng)險源，對公路工程的風(fēng)險評估提供借鑒，為風(fēng)險評估方法的研究提供數(shù)據(jù)支持。

1.2.1 事故類型分析

如表1所示，從發(fā)生的事故類型方面分析，高處墜落和機械傷害是公路施工事故的主要類型。此外，物體打擊、坍塌以及冒頂片幫也占了事故的很大一部分，由此可以看出，在施工過程中，存在安全防護措施不到位、施工人員安全意識較差等隱患，由此反映出施工管理的不到位以及施工人員培訓(xùn)的缺失。

1.2.2 事故發(fā)生主要原因分析

由圖1可以看出，從事故的主要原因分析，施工企業(yè)違規(guī)施工是造成安全事故產(chǎn)生的主要原因，人員失誤也是重要原因，充分說明施工單位的組織管理能力、施工人員的安全意識、操作技能是公路施工安全的重要因素。

1.2.3 事故發(fā)生時間段分析

圖2為事故發(fā)生時間段概率統(tǒng)計圖，由此得出，上下班前后為事故高發(fā)時段，充分表明安全意識對于施工人員的重要性。剛上班時，施工準(zhǔn)備不到位，安全檢查倉促處理；下班之前，施工人員大意分神，容易放松檢查，工作懈怠，都易導(dǎo)致事故發(fā)生。由此可以看出施工管理的重要性，要對施工人員嚴(yán)格管理，加強培訓(xùn)，降低發(fā)生風(fēng)險的概率。

表1 事故類型統(tǒng)計表Tab.1 Accident type statistics

圖1 事故發(fā)生原因統(tǒng)計圖Fig.1 Statistical chart of the cause of the accident

圖2 事故發(fā)生時間段概率統(tǒng)計圖Fig.2 Statistical Chart of probability in time period of Accidents

2 建立風(fēng)險因素指標(biāo)體系

影響公路施工的風(fēng)險因素很多，且各因素間的關(guān)系十分復(fù)雜，雖各因素具有相對明確的層級關(guān)系，但每個單獨因素都可以作為一個具體評價指標(biāo)。首先通過查閱資料、計算機模擬等方法對風(fēng)險因素進行數(shù)理統(tǒng)計分析，然后請各位專家、教授，利用頭腦風(fēng)暴法，對公路工程施工風(fēng)險進行全面而徹底的討論，最后對公路工程進行調(diào)查評估后，將公路工程施工的風(fēng)險分為技術(shù)、材料設(shè)備、人員、組織管理、環(huán)境、后勤6方面，列出表2。

3 風(fēng)險因素權(quán)重計算

3.1 層次分析

由于相關(guān)歷史數(shù)據(jù)的不足，且公路工程施工的風(fēng)險因素因具有模糊性而難以定量分析，導(dǎo)致量化評估困難。此時可利用相關(guān)專家的豐富實踐經(jīng)驗以及淵博的理論學(xué)識來對各風(fēng)險因素的權(quán)重進行估計[8]。

利用AHP法，找出解決問題所牽涉地主要因素，將這些因素按其隸屬關(guān)系構(gòu)造成遞階層次模型，通過對層次結(jié)構(gòu)中各因素之間相對重要性判斷及簡單地排序計算解決問題[9]。綜合考慮主觀客觀因素，而避免單靠直覺與經(jīng)驗進行評價的弊病。

3.2 層次單排序

利用層次分析法對風(fēng)險因素指標(biāo)進行分層，通過1～9標(biāo)度對一級各指標(biāo)和二級各指標(biāo)進行兩兩比較，進行專家賦值，分別構(gòu)造一級指標(biāo)和二級指標(biāo)的判斷矩陣，計算被比較元素的相對權(quán)重。主要方法有和積法、方根法、最小二乘法等。在層次分析法中，判斷矩陣的最大特征值與特征向量精度要求不高，且方根法簡單易操作，故可選用方根法計算。計算步驟如下。

構(gòu)造判斷矩陣

表2 風(fēng)險因素統(tǒng)計表Tab.2 Statistical tables of risk factors

利用方根法公式（1）得到相對權(quán)重

利用公式（2）進行歸一化處理得到

3.3 一致性檢驗

對判斷矩陣應(yīng)進行一致性檢驗。一致性達到要求元素的權(quán)重的才可采用，否則應(yīng)重新構(gòu)造判斷矩陣。檢驗步驟如下：λimax為判斷矩陣的最大特征值，由公式（5）得到

式中：CI為一致性指標(biāo)；RI為隨機一致性指標(biāo)；CR為檢驗系數(shù)。

當(dāng)CR＜0.1時，則判斷矩陣一致性達到要求，否則重新進行判斷，寫出新的判斷矩陣。

3.4 專家聚類分析

考慮到專家的意見可能存在不同，為了將集體意見的權(quán)重擴大，利用層次分析法計算專家對各元素的權(quán)重向量的判別基礎(chǔ)上，先用簡單的聚類分析計算每位專家權(quán)重，然后再計算各指標(biāo)權(quán)重。具體計算如下：若有m個專家，對某一指標(biāo)可分為t類，φs表示第s類組中的專家容量，專家i屬于該s類，則專家i權(quán)重λi可由公式（8）計算得到

式中，φs為第s類組中的專家容量。則某指標(biāo)權(quán)重計算為

式中，wij為專家i對指標(biāo)j確立的權(quán)重。

3.5 層次總排序

式中，Wt為單排序中確定的元素t相對于上層元素r的權(quán)重值大小。

由此計算出對應(yīng)的風(fēng)險因素相對于整個風(fēng)險評估體系的權(quán)重向量U（W1,W2，…，Wn）。

4 風(fēng)險評估結(jié)果

把公路施工風(fēng)險劃為5個強度，并初步確定每個風(fēng)險強度的區(qū)間值，確立為[0，0.2），[0.2，0.4），[0.4，0.6），[0.6，0.8），[0.8，1]，分別表示評價集T={低風(fēng)險，中低風(fēng)險，中級風(fēng)險，中高風(fēng)險，高風(fēng)險}[10]。

4.1 確立風(fēng)險隸屬度的向量

風(fēng)險隸屬度指的是專家通過打分對指標(biāo)進行數(shù)值打分而確立的其從屬風(fēng)險評價等級的程度高低[11]。風(fēng)險隸屬度的確定有許多方法，最便捷、最有效的是專家評分法。專家通過自身實踐經(jīng)驗和理論研究來對風(fēng)險因素相對于評價集進行打分。遵照上面的方法，將整體分解后，評價指標(biāo)層中的每一項風(fēng)險因素都能有評價向量。因此，能夠設(shè)Rn×5=(rij)n×5，n表示風(fēng)險評價指標(biāo)體系中列出的風(fēng)險因素的總量。

首先從因素集U中的單個因素出發(fā)進行評價，確定評價對象對因素集中各元素的隸屬程度。然后將n個因素的評價集組成一個總的評價矩陣，通常以R表示。

4.2 評估結(jié)果

通過以上公式計算得出的Rn*5和U，然后由公式（11）能夠得出模糊綜合評價的評價S[12]：

利用公式進行計算，可以得到5個數(shù)值，這5個S數(shù)值表示公路工程施工風(fēng)險對于（低風(fēng)險，中低風(fēng)險，中級風(fēng)險，中高風(fēng)險，高風(fēng)險）5個風(fēng)險等級的隸屬度。按照最大隸屬度法，這5個數(shù)值中的最大的一個即表示對要評估的公路工程施工風(fēng)險程度進行評估的評估結(jié)果。按照加權(quán)平均法評估：

式中：Ti取風(fēng)險強度區(qū)間中值；Siw為隸屬度。

最終，選取二者評估結(jié)果中更危險的作為評估結(jié)果。

5 實例驗證

對廣東省惠州市某正在施工的公路工程進行安全評估。依據(jù)工程的情況，對該工程風(fēng)險進行層次分析，如圖3所示。

對施工中的項目經(jīng)理、項目總工、各部門技術(shù)人員和一線施工工人以及有關(guān)專家發(fā)放了調(diào)查問卷確立該工程各項指標(biāo)權(quán)重。問卷共發(fā)放200份，其中紙質(zhì)調(diào)查問卷100份，網(wǎng)絡(luò)調(diào)查問卷100份，收回問卷193份，有效問卷176份，有效回收率88%。對調(diào)查問卷處理時，對問卷的可靠度進行了進行分析，將含主觀因素較大，對風(fēng)險估計過高或過低的問卷排除后，利用公式（1）～公式（10）得到各指標(biāo)權(quán)重。同時請十位專家在查閱該工程相關(guān)資料，對工程實地勘察后，對各項指標(biāo)進行打分確立隸屬度，得到表3。

表3 某公路工程風(fēng)險評估表Tab.3 Risk assessment form for a highway project

可得：

UT=（0.092 68，0.139 02，0.051 843，0.036 133，0.069 124，0.036 54，0.036 54，0.048 72，0.062 84，0.047 13，0.047 13，0.070 12，0.105 18，0.078 5，0.078 5）。

按公式（11）可得：

S=（0.168 299 15 0.270 291 06 0.304 356 62 0.167 161 12 0.094 764 05）。

按最大隸屬度法，該工程屬于中級風(fēng)險。

按加權(quán)平均法，由公式（12）可得：

V=0.452 395 972，該工程屬于中級風(fēng)險。

選取更危險的結(jié)果作為評估結(jié)果，該工程屬于中級風(fēng)險。

6 結(jié)論

層次分析和模糊綜合評價法較好地解決了公路工程進行風(fēng)險評估時風(fēng)險因素因具有模糊性而難以定量分析的難題。它充分利用了相關(guān)專家的的理論學(xué)識，并考慮了一線施工人員的意見，通過實際調(diào)查以及結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，對風(fēng)險因素的辨識以及相關(guān)權(quán)重的給定是比較準(zhǔn)確的，由此通過得出的風(fēng)險評估準(zhǔn)確度也是比較大的。但是，該方法對風(fēng)險評估的因素確認及權(quán)重認定主要是基于專家認定和相關(guān)歷史數(shù)據(jù)參考，難免會出現(xiàn)主觀認定的不足，同時由于每個工程的施工環(huán)境、施工技術(shù)、人員素質(zhì)等因素的不同，相關(guān)歷史數(shù)據(jù)只能作為參考而不能完全采用。