施 洲，紀(jì) 鋒，余萬慶，韋慶冬

（1. 西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川成都610031；2. 中國鐵路上海局集團(tuán)有限公司南京鐵路樞紐工程建設(shè)指揮部，江蘇南京200142）

隨著我國高速鐵路、公路的不斷發(fā)展，千米級以上跨徑大、結(jié)構(gòu)新的橋梁不斷興建，在此類大型橋梁的施工過程中，風(fēng)險因素也隨之增多。橋梁施工中的風(fēng)險因素不僅數(shù)量眾多而且具有前后關(guān)聯(lián)的特點，致使橋梁工程施工安全面臨極大挑戰(zhàn)。為科學(xué)控制橋梁施工風(fēng)險，國內(nèi)外學(xué)者采用事故統(tǒng)計法、專家調(diào)查法、故障樹理論、WBS?RBS（工作分解?風(fēng)險分解）及層次分析法［1］等開展風(fēng)險識別與評估研究。Hashemi 等［2］采用一種混合問卷調(diào)查和置信區(qū)間的方法計算橋梁施工過程中的風(fēng)險事件概率和損失值。Gholamreza 等［3］采用故障樹和事件樹方法構(gòu)建評估模型，并對橋梁施工過程中風(fēng)險事件與風(fēng)險因素之間的影響關(guān)系進(jìn)行評估。Chen等［4］通過貝葉斯網(wǎng)絡(luò)建立了橋梁建設(shè)項目安全風(fēng)險評估模型，分析安全風(fēng)險因素之間的影響關(guān)系。Ahn 等［5］分析了橋梁建設(shè)中的風(fēng)險因素，并采用多元回歸分析建立風(fēng)險損失估計模型，開展橋梁風(fēng)險損失分析。阮欣等［6］針對現(xiàn)階段國內(nèi)外大型橋梁工程風(fēng)險問題，初步建立了橋梁風(fēng)險評估體系。陸新鑫等［7］基于肯特指數(shù)法，在分析橋梁施工事故原因的基礎(chǔ)上，建立評估模型。劉沐宇等［8］采用集對分析理論，建立了基于多元聯(lián)系數(shù)的橋梁施工風(fēng)險評價模型。趙延龍［9］運(yùn)用貝葉斯定理建立大跨徑斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工安全風(fēng)險評估模型，系統(tǒng)分析了橋梁施工風(fēng)險。上述方法以施工各工序中的風(fēng)險源事件為核心，建立風(fēng)險事件?因素之間分層評估模型并評估出風(fēng)險等級，提出針對性控制措施，實現(xiàn)了橋梁工程風(fēng)險靜態(tài)評估與控制。

在實際橋梁施工過程中，風(fēng)險事件是相互影響的，在大跨徑或復(fù)雜結(jié)構(gòu)橋梁工程中，風(fēng)險事件發(fā)生往往是一系列相繼觸發(fā)的連鎖傳遞過程，使橋梁工程施工風(fēng)險呈現(xiàn)出隨時間推移的動態(tài)傳遞特征。針對風(fēng)險事件傳遞的研究，李存斌［10］提出了風(fēng)險元概念，并闡述了工程項目中風(fēng)險元傳遞基本理論。孟祥坤等［11］基于風(fēng)險熵和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析了深水鉆井井噴事故風(fēng)險因素之間的演化過程。在橋梁工程項目中，康俊濤等［12］提出一種基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)理論的安全性評價方法，并應(yīng)用于一座斜拉橋上部結(jié)構(gòu)施工過程，通過形成事故鏈分析了風(fēng)險因素與風(fēng)險事件之間的傳遞網(wǎng)絡(luò)，從中成功評估出安全風(fēng)險的傳遞主路徑。Mortazavi 等［13］等基于風(fēng)險的動態(tài)傳遞特性，采用調(diào)查表法獲取風(fēng)險因素之間的因果關(guān)系，并結(jié)合系統(tǒng)動力學(xué)建模分析風(fēng)險傳遞特性。溫欣嵐等［14］將鏈?zhǔn)斤L(fēng)險評估方法和靜態(tài)風(fēng)險評估方法進(jìn)行對比研究，發(fā)現(xiàn)鏈?zhǔn)斤L(fēng)險評估方法盡管計算量大、評估繁雜，但評估結(jié)果更加真實全面?？梢?，動態(tài)風(fēng)險評估已為人們所關(guān)注。

目前的橋梁施工風(fēng)險評估仍以靜態(tài)評估為主，難以反應(yīng)風(fēng)險因素之間的前后影響關(guān)系及隨施工的動態(tài)變化情況；尤其在工藝復(fù)雜的大型橋梁工程中，風(fēng)險因素多，前后影響關(guān)系更為復(fù)雜，既有風(fēng)險動態(tài)方法難以準(zhǔn)確、全面反映施工全過程中風(fēng)險傳遞特點。為此，本文基于傳統(tǒng)風(fēng)險評估方法，引入決策評價與實驗室（DEMATEL）算法，提出基于動態(tài)風(fēng)險元識別、關(guān)聯(lián)度分析構(gòu)建風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，構(gòu)建基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)分析模型的風(fēng)險動態(tài)評估方法，并以五峰山長江大橋施工風(fēng)險評估為例開展詳細(xì)的風(fēng)險動態(tài)評估。

1 橋梁施工風(fēng)險動態(tài)評估理論

1.1 風(fēng)險元傳遞理論

某一風(fēng)險事件發(fā)生，可能誘發(fā)一連串的次生、衍生風(fēng)險事件發(fā)生，這種現(xiàn)象稱為風(fēng)險事件鏈［15］。大型橋梁工程施工復(fù)雜，其風(fēng)險的發(fā)生大多數(shù)呈現(xiàn)風(fēng)險事件鏈的特點，因此橋梁施工風(fēng)險動態(tài)評估的實質(zhì)是分析風(fēng)險事件之間隨施工工序推進(jìn)的動態(tài)傳遞關(guān)系，與以往靜態(tài)風(fēng)險評估相比，動態(tài)評估突破風(fēng)險事件獨(dú)立發(fā)生的理論假設(shè)，將前后工序中風(fēng)險事件間的動態(tài)傳遞特性引入評估中；但在大型橋梁施工全過程中，風(fēng)險傳遞路徑長，各風(fēng)險變量之間的邏輯關(guān)系難以準(zhǔn)確區(qū)分，風(fēng)險傳遞下的條件概率難以精確量化。鑒于橋梁工程施工以各施工工序為基本組成形式，前面各工序中的若干風(fēng)險因素直接、間接影響后續(xù)工序風(fēng)險因素，故引入風(fēng)險元傳遞理論來分析橋梁工程施工中風(fēng)險變量動態(tài)傳遞關(guān)系，判別各施工工序中的具有前后影響關(guān)系的動態(tài)風(fēng)險元，并構(gòu)建包括鏈型、關(guān)系型、樹型等網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的施工過程風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，。

1.2 基于DEMATEL 算法的動態(tài)評估風(fēng)險元識別理論

既有的風(fēng)險識別方法能夠識別大型橋梁眾多的風(fēng)險因素，但也易造成評估計算分析困難。因此，根據(jù)風(fēng)險因素關(guān)聯(lián)度進(jìn)行篩選處理，去除與大橋施工質(zhì)量與安全目標(biāo)關(guān)聯(lián)性較小的因素，僅選取主要風(fēng)險因素作為動態(tài)評估的風(fēng)險元。DEMATEL 算法［16］能夠依據(jù)因果關(guān)系從眾多影響因素中識別出根本性的影響因素，有效解決復(fù)雜系統(tǒng)要素之間的關(guān)聯(lián)問題?；贒EMATEL 算法識別動態(tài)評估風(fēng)險元的具體理論方法如下：

（1）風(fēng)險元影響矩陣計算，分為初始直接影響矩陣B、規(guī)范化直接影響矩陣C和綜合影響矩陣T計算3步。首先，依據(jù)施工流程和工程需要劃定風(fēng)險動態(tài)評估具體項目，采用事故統(tǒng)計法和WBS?RBS 等完成初步風(fēng)險元識別工作；其次，構(gòu)建初始直接影響矩陣B，基于相互關(guān)聯(lián)關(guān)系評價標(biāo)準(zhǔn)（采用國際通用的0、1、2、3、4五級標(biāo)度法分別表征極弱、較弱、一般、較強(qiáng)、極強(qiáng)關(guān)聯(lián)性），依托事故統(tǒng)計結(jié)果或?qū)＜医?jīng)驗獲得風(fēng)險元之間的直接影響矩陣Bk（βk=［βkij］n×n），矩陣中βkij表示第k 位專家對風(fēng)險元ai對aj的關(guān)聯(lián)程度的評定結(jié)果，當(dāng)i=j時，取βkij=0，對于多位專家的評價數(shù)據(jù)采用取平均數(shù)的方法獲得矩陣B（βk=［βij］n×n）中其余元素值，并結(jié)合矩陣B 中行和最大值，得到規(guī)范化直接影響矩陣C，計算公式為

Cn（C 的n次自乘）表示風(fēng)險元之間增加的間接影響，當(dāng)把所有的風(fēng)險元的直接影響及間接影響相加時，即得綜合影響矩陣T=C1+C2+…+Cn，從而確定出每個風(fēng)險元在系統(tǒng)中影響程度。

（2）風(fēng)險元參數(shù)計算。針對風(fēng)險元i，首先計算其對其他所有風(fēng)險元的影響度fi，將矩陣T中元素按行求和可得其影響度fi；其次計算反映風(fēng)險元i 受其他所有風(fēng)險元影響度程度的被影響度ei，將矩陣T中元素按列求和可得被影響度ei，最后計算中心度Mi和原因度Ni，計算風(fēng)險元i 的影響度fi和被影響度ei之和得到其中心度Mi，計算風(fēng)險元i的影響度fi與被影響度ei之差可得其原因度Ni。

（3）動態(tài)評估風(fēng)險元識別。風(fēng)險元參數(shù)計算結(jié)果中，中心度表示風(fēng)險元ai在所有風(fēng)險元中的重要性程度，中心度越大，風(fēng)險元重要性則越高；而原因度則表示風(fēng)險元ai對其他所有風(fēng)險元的影響，即與其他風(fēng)險元的因果邏輯關(guān)系，若為正，表示該風(fēng)險元對其他風(fēng)險元的影響大，稱為原因風(fēng)險元，若為負(fù)，則表示該風(fēng)險元受其他風(fēng)險元的影響大，稱為結(jié)果風(fēng)險元。依據(jù)中心度大小得到各風(fēng)險元的重要性排序，為了客觀衡量風(fēng)險元在評估系統(tǒng)中影響強(qiáng)度大小，參考閾值設(shè)定中的象限法以及風(fēng)險等級劃分時的均分原則，設(shè)定風(fēng)險元影響強(qiáng)度量化標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。在識別動態(tài)評估風(fēng)險元時，根據(jù)表1 中強(qiáng)度量化標(biāo)準(zhǔn)，并參考現(xiàn)場工程實際設(shè)定閾值，選取關(guān)鍵風(fēng)險元完成識別。

表1 風(fēng)險元影響強(qiáng)度量化標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Quantitative standard of risk element impact intensity

1.3 風(fēng)險元傳遞網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建方法

風(fēng)險元傳遞網(wǎng)構(gòu)建采用關(guān)聯(lián)關(guān)系分析為主、因果關(guān)系推理作為補(bǔ)充的方法。關(guān)聯(lián)關(guān)系分析是依據(jù)專家知識和經(jīng)驗確定的關(guān)聯(lián)度等級來判定主要風(fēng)險元間的傳遞關(guān)系；因果關(guān)系推理則是邏輯分析方法，以衡量次要風(fēng)險元之間的微弱關(guān)聯(lián)。風(fēng)險元傳遞網(wǎng)構(gòu)建時，首先根據(jù)關(guān)聯(lián)度等級判斷風(fēng)險元之間的傳遞關(guān)系，所有風(fēng)險元之間關(guān)聯(lián)等級評定是在初始直接影響矩陣B 中根據(jù)專家知識完成，當(dāng)矩陣中B 元素βij大于等于2時，表明風(fēng)險元ai對aj的關(guān)聯(lián)程度具有一般及以上等級的關(guān)聯(lián)性，判定風(fēng)險元ai對aj構(gòu)成風(fēng)險傳遞關(guān)系，形成初步的風(fēng)險元傳遞網(wǎng)。其次采用因果關(guān)系推理對初步風(fēng)險元傳遞網(wǎng)進(jìn)行修正完善，利用故障樹分析法中邏輯與門和或門的特性［3］，結(jié)合工程現(xiàn)場風(fēng)險控制來檢核風(fēng)險元之間的微弱關(guān)聯(lián)，解決少量施工中影響強(qiáng)度高的風(fēng)險元因其僅與多個風(fēng)險元有較弱的關(guān)聯(lián)性導(dǎo)致打分均值低于2而判定沒有傳遞關(guān)系的問題。

1.4 基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的施工風(fēng)險動態(tài)評估理論

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)在不確定性知識表達(dá)和推理領(lǐng)域具有的極大優(yōu)越性［17］，適用于風(fēng)險動態(tài)評估模型中對風(fēng)險元傳遞網(wǎng)的分析。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)由網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)兩部分組成，貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由節(jié)點和有向邊組成，節(jié)點表示隨機(jī)變量，有向邊表示節(jié)點之間的因果關(guān)系。有向邊由父節(jié)點指向子節(jié)點，以父節(jié)點表示條件，子節(jié)點表示結(jié)果。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)是對節(jié)點之間的依賴關(guān)系強(qiáng)度的描述，通常用條件概率和先驗概率表示。風(fēng)險評估中應(yīng)用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)描繪風(fēng)險元傳遞關(guān)系，并通過條件概率量化風(fēng)險元之間的傳遞效果，此外借助推理分析，以正、反向推理和輔助決策推理（敏感性分析）3種推理方式，分別對風(fēng)險元傳遞網(wǎng)展開概率預(yù)測計算、風(fēng)險鏈診斷和關(guān)鍵風(fēng)險元分析，實現(xiàn)風(fēng)險動態(tài)評估。詳細(xì)的風(fēng)險動態(tài)評估方法如下：

（1）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建。因識別的風(fēng)險元傳遞網(wǎng)節(jié)點之間是以因果關(guān)系為基礎(chǔ)構(gòu)建，故將風(fēng)險元傳遞網(wǎng)直接映射為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)，其中每個節(jié)點作為隨機(jī)變量，存在“Y”發(fā)生和“N”不發(fā)生兩種狀態(tài)。在確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)之后進(jìn)一步確定貝葉斯網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，即求解貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中相關(guān)父節(jié)點的先驗概率和父子節(jié)點之間條件概率。如果存在大量數(shù)據(jù)，可通過參數(shù)學(xué)習(xí)確定網(wǎng)絡(luò)參數(shù)具體值，但橋梁工程風(fēng)險評估多采用事故調(diào)查法、專家調(diào)查表法形式進(jìn)行概率量化，故將識別出的風(fēng)險元制成表，以事故樣本案例統(tǒng)計結(jié)果或邀請若干有經(jīng)驗的業(yè)內(nèi)專家進(jìn)行評估，并結(jié)合《公路橋梁和隧道工程設(shè)計安全風(fēng)險評估指南》和國際隧道協(xié)會《Guidelines for Tunneling Risk Management》中的概率標(biāo)準(zhǔn)制定“不可能、很少、偶然、可能、很可能”5 個概率評判等級，分別對應(yīng)“＜0.000 3、0.000 3～0.003、0.003～0.03、0.03～0.3、＞0.3”概率范圍及“0.000 1、0.001、0.01、0.1、0.9”中心值。評估時采用專家“評判等級”描述對應(yīng)的概率中心值，計算先驗概率節(jié)點j的概率Pj為

式中：n 為所邀請專家總?cè)藬?shù)；ni為認(rèn)為風(fēng)險元發(fā)生概率等級i的專家人數(shù)；Bi為概率等級i的中心值。

條件概率反映了父節(jié)點處于不同狀態(tài)時子節(jié)點處于特定狀態(tài)的概率。計算條件概率時，設(shè)父節(jié)點為M、子節(jié)點為K，當(dāng)M節(jié)點處于Y狀態(tài)時子節(jié)點K處于N狀態(tài)的概率PMY?KN計算公式為

（2）貝葉斯網(wǎng)絡(luò)推理分析，包括正向推理、逆向推理及敏感性分析。首先進(jìn)行正向推理，即風(fēng)險元概率等級計算。設(shè)貝葉斯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點T的父節(jié)點變量為Cj（j=1，2，3），Cj的狀態(tài)分別用CjY和CjN表示發(fā)生和不發(fā)生狀態(tài)，用T=Y和T=N分別表示子節(jié)點T處于發(fā)生和不發(fā)生狀態(tài)。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中通過聯(lián)合概率公式計算出父節(jié)點不同狀態(tài)下子節(jié)點發(fā)生概率，從而對風(fēng)險傳遞網(wǎng)各風(fēng)險元概率等級進(jìn)行預(yù)測。其中若已知各父節(jié)點狀態(tài)以及相應(yīng)的概率，則節(jié)點T 處于Y 狀態(tài)的概率P（T=Y|Cj=Y）表示貝葉斯網(wǎng)絡(luò)向前傳導(dǎo)的條件概率，可通過已知的中間節(jié)點聯(lián)合概率P（T=Y，Cj=Y）與中間節(jié)點聯(lián)合概率P（Cj=Y）的比值計算而得。

（3）逆向推理，主要識別風(fēng)險元傳遞鏈。逆向推理時已知子節(jié)點T 發(fā)生狀態(tài)，根據(jù)條件概率公式計算各個父節(jié)點Cj的后驗概率分布，并根據(jù)其量值大小構(gòu)建傳遞鏈。Cj后驗概率P（Cj=Y|T=Y）可由Cj處于Y 狀態(tài)先驗概率P（Cj= Y）與條件概率P（T=Y|Cj=Y）的乘積與T 處于Y 狀態(tài)先驗概率P（T=Y）的比值計算而得。

（4）敏感性分析，即關(guān)鍵風(fēng)險元識別。貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中敏感度反映父節(jié)點狀態(tài)的變化對子節(jié)點狀態(tài)的平均影響程度，反映了風(fēng)險元傳遞網(wǎng)絡(luò)中影響目標(biāo)節(jié)點的關(guān)鍵風(fēng)險元。節(jié)點Cj處于Y發(fā)生狀態(tài)的敏感性計算公式為

2 橋梁施工風(fēng)險動態(tài)評估方法流程

橋梁施工風(fēng)險動態(tài)評估由動態(tài)評估風(fēng)險元識別和動態(tài)風(fēng)險評估兩部分組成。動態(tài)風(fēng)險元識別中，先在資料收集與工程特點分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行基于WBS?RBS 方法的初步風(fēng)險元識別，形成初步風(fēng)險元清單?；诔醪斤L(fēng)險元識別結(jié)果，調(diào)研事故案例及邀請專家對風(fēng)險元之間的關(guān)聯(lián)度進(jìn)行評定，匯總調(diào)研評估結(jié)果形成關(guān)聯(lián)矩陣B，即DEMATEL 算法中初始直接影響矩陣B。之后，采用DEMATEL 算法計算風(fēng)險元的影響度fi和被影響度ei以及風(fēng)險元的中心度Mi和原因度Ni。進(jìn)而對初步風(fēng)險元的中心度進(jìn)行排序處理，從而完成動態(tài)評估風(fēng)險元識別。在風(fēng)險元識別結(jié)果及其關(guān)聯(lián)度分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合不同施工工序風(fēng)險元的前后影響關(guān)系構(gòu)建風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，并采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建模型對其評估，最后通過貝葉斯網(wǎng)正向推理、逆向推理、敏感性分析計算出風(fēng)險元節(jié)點先驗概率、后驗概率、敏感性值，并識別出主要風(fēng)險元傳遞鏈和關(guān)鍵風(fēng)險元。評估流程如圖1所示。

3 五峰山長江大橋施工風(fēng)險動態(tài)評估

3.1 工程簡介

連鎮(zhèn)鐵路五峰山長江大橋主橋長1 432 m，正橋主航道橋為（84.0+84.0+1 092.0+84.0+84.0）m雙塔連續(xù)鋼桁架懸索橋，為公鐵兩用橋，承載4線高速鐵路及8線高速公路。大橋北錨碇采用沉井?dāng)U大基礎(chǔ)，其長寬分別為100.7 m、72.1 m，面積巨大。南錨碇為直徑90.0 m 圓形變高度地下連續(xù)墻圍護(hù)現(xiàn)澆擴(kuò)大基礎(chǔ)。大橋主塔墩采用梅花式布置的不等高群樁基礎(chǔ)，樁長65.0～135.0 m。南北承臺形狀呈啞鈴型，采用鋼板樁圍堰和鋼圍堰分別澆筑施工。兩邊主塔均采用鋼筋混凝土門式框架類型，北主塔高度為203.0 m，南主塔高度為191.0 m。大橋主纜采用預(yù)制平行高強(qiáng)鋼絲索股（PPWS）結(jié)構(gòu)，主纜擠圓后理論直徑為1.3 m。大橋主梁采用了板桁結(jié)合鋼桁梁的形式，最重施工節(jié)段重1 760 t。大橋立面布置如圖2所示。

五峰山長江大橋結(jié)構(gòu)特殊、規(guī)模龐大，南北錨碇基礎(chǔ)面積、主纜直徑及受力、主梁承載等參數(shù)遠(yuǎn)超出現(xiàn)有橋梁，施工采用眾多新設(shè)備、新工藝，可借鑒的工程案例較少，大橋施工全過程中面臨的挑戰(zhàn)與風(fēng)險顯著，開展施工風(fēng)險動態(tài)評估尤為必要。

圖1 橋梁施工風(fēng)險動態(tài)評估方法流程Fig.1 Process of dynamic assessment method for bridge construction risks

3.2 動態(tài)風(fēng)險元識別

針對五峰山長江大橋采用WBS?RBS和專家調(diào)查法相結(jié)合的方法［18］完成全橋施工過程中風(fēng)險元初步識別及評估工作，識別時共分解為沉井基礎(chǔ)施工、橋塔施工、主纜架設(shè)、主梁架設(shè)等10 個分項78 個基礎(chǔ)工序，從建設(shè)條件、結(jié)構(gòu)方案、施工工藝和運(yùn)營維護(hù)4個方面識別出610項風(fēng)險元，結(jié)合評估出的中等風(fēng)險和重大風(fēng)險，對其中24個重要施工工序進(jìn)行動態(tài)風(fēng)險評估。編寫DEMATEL算法計算程序，依據(jù)風(fēng)險元之間關(guān)聯(lián)度調(diào)查結(jié)果，逐步計算初始直接影響矩陣B、規(guī)范化直接影響矩陣C 和綜合影響矩陣T，之后將T 中元素按行、列分別求和得風(fēng)險元的影響度fi和被影響度ei，將影響度和被影響度相加即得中心度Mi，相減即得原因度Ni，以中心度大小為主要依據(jù)對各評估工序風(fēng)險元排序，通過設(shè)定中心度閾值選取動態(tài)評估風(fēng)險元。

由于全橋施工的風(fēng)險元數(shù)量龐大，僅以主纜架設(shè)施工為例介紹風(fēng)險動態(tài)評估過程。主纜索股架設(shè)施工如圖3所示。主纜索股施工動態(tài)風(fēng)險元初步識別有26 個，通過程序計算出相應(yīng)中心度和原因度值，并依據(jù)中心度大小完成風(fēng)險元排序。采用表1中風(fēng)險元影響強(qiáng)度量化標(biāo)準(zhǔn)，以處在中、弱影響強(qiáng)度等級之間風(fēng)險元為分界點，設(shè)定中心度閾值。索股施工中中心度排序為17 的風(fēng)險元“卷揚(yáng)機(jī)故障”排序在60%以后，在系統(tǒng)中影響強(qiáng)度為“弱”等級，表明該風(fēng)險元對其余風(fēng)險元傳遞效應(yīng)可以忽略，因此排序在17～26 之間的風(fēng)險元不做考慮，相應(yīng)地設(shè)定中心度閾值為2，選定“塔頂索股提升損傷Rc16”及之前風(fēng)險元作為風(fēng)險動態(tài)評估中風(fēng)險元，詳細(xì)結(jié)果見表2。

根據(jù)DEMATEL算法分類規(guī)則，全部風(fēng)險元分為原因型（原因度為正值）和結(jié)果型（原因度為負(fù)值）兩大類，原因風(fēng)險元對結(jié)果風(fēng)險元產(chǎn)生影響；且某風(fēng)險元中心度排序越靠前，該風(fēng)險元與其他風(fēng)險元關(guān)聯(lián)性越密切，重要性越高。表2中“索股線形Rc1”中心度為排序第一，說明在主纜架設(shè)施工中索股線形重要性最高，影響施工程度最深，其原因度為負(fù)值，為結(jié)果風(fēng)險元，則表明在施工中該風(fēng)險元受其他風(fēng)險元影響程度大。此外，“索股線形監(jiān)測方案設(shè)計Rc2”中心度值為排序第二，雖然重要性較高，但原因度是正數(shù)，是原因風(fēng)險元，所以該風(fēng)險元在傳遞時主要影響其他風(fēng)險元，可認(rèn)為是造成索股施工風(fēng)險傳遞的重要因素。

圖2 五峰山長江大橋主橋立面圖（單位：m）Fig.2 The elevation of the main bridge of Wufengshan Yangtze River Bridge (unit:m)

全橋施工過程共在24 個重要工序評估中識別出234 個風(fēng)險元參與動態(tài)風(fēng)險評估，并據(jù)此選取各工序中部分具有代表性的風(fēng)險元作為全橋動態(tài)評估風(fēng)險元，部分識別結(jié)果見表3。識別時先參考風(fēng)險元中心度和原因度，如沉井施工中“沉井就位幾何姿態(tài)偏差R1”重要性最高，且作為沉井施工中結(jié)果風(fēng)險元將風(fēng)險傳遞給下一個工序；其次，結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)傳力規(guī)律，如“索夾滑移R14”中心度值僅為2.03，重要性相對較低，但索夾是重要傳力部件必須考慮該風(fēng)險元的影響；最后，從結(jié)構(gòu)運(yùn)營維護(hù)角度識別，如風(fēng)險元“南錨碇不均勻沉降R3”在錨體施工時，中心度值相比“錨固系統(tǒng)安裝偏差R8”較低，重要性不突出，但其影響后續(xù)施工及運(yùn)營安全，因此予以識別。

圖3 主纜索股架設(shè)施工Fig.3 Erection construction of main cable strands

3.3 風(fēng)險元傳遞網(wǎng)構(gòu)建

風(fēng)險元傳遞網(wǎng)構(gòu)建時，首先結(jié)合初始直接影響矩陣B 中關(guān)聯(lián)度評定結(jié)果，如“塔頂索股提升損傷Rc16”對“索股損傷Rc13”的關(guān)聯(lián)度值為2.6，則判定兩者之間存在傳遞性，據(jù)此逐步形成初步的風(fēng)險元傳遞網(wǎng)；其次，以因果關(guān)系推理結(jié)合工程實際對風(fēng)險元傳遞網(wǎng)進(jìn)行修正，如“雷雨大風(fēng)干擾Rc8”對“索股線形標(biāo)志點損壞Rc11”、“線形監(jiān)測誤差Rc10”和“一般索股架設(shè)偏差Rc4”關(guān)聯(lián)度評定結(jié)果均處于2 以下，根據(jù)邏輯與門和或門分析可知，Rc8與Rc11以及Rc10之間表現(xiàn)為邏輯與門關(guān)系，即施工現(xiàn)場未對標(biāo)志點復(fù)查以及監(jiān)測數(shù)據(jù)復(fù)測時，會導(dǎo)致Rc4發(fā)生，而Rc8與Rc4之間則為邏輯或門，索股架設(shè)過程中若是突發(fā)雷雨天氣，此時無論采取何種措施索股架設(shè)精度必然受到影響，因此判定Rc8 與Rc4 之間存在傳遞關(guān)系。構(gòu)建索股施工動態(tài)評估風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，如圖4 所示。主纜架設(shè)工序中的部分風(fēng)險元“索股線形Rc1”和“索股損傷Rc13”等將繼續(xù)傳遞給后續(xù)工序。依據(jù)各施工工序中的風(fēng)險元，如沉井施工中“沉井就位幾何姿態(tài)偏差R1”、“沉井不均勻沉降R2”和索夾施工中“索夾滑移R14”等，同理可構(gòu)建全橋風(fēng)險元傳遞網(wǎng)（部分），如圖5所示。

3.4 貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的建立

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)評估以圖4所示主纜索股施工風(fēng)險傳遞鏈網(wǎng)為例，將其直接映射為貝葉斯網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點均采用二元“Y（風(fēng)險元發(fā)生）和N（風(fēng)險元不發(fā)生）”的表征方式。圖4對應(yīng)的貝葉斯網(wǎng)模型中各節(jié)點的先驗概率和條件概率先通過問卷調(diào)查方式獲得初步結(jié)果，后根據(jù)式（2）、（3）進(jìn)行處理并匯總。節(jié)點間的條件概率表以風(fēng)險元Rc13 在風(fēng)險元Rc3、Rc14、Rc15 下的條件概率為例，其中，風(fēng)險元“基準(zhǔn)索股安裝精度Rc3”處在Y 狀態(tài)的概率為0.000 4，對應(yīng)風(fēng)險概率標(biāo)準(zhǔn)可知，其概率等級為2級。當(dāng)風(fēng)險元Rc3、Rc14、Rc15 均處于Y 狀態(tài)時，風(fēng)險元Rc13處于Y狀態(tài)的概率為1.00，處于必然發(fā)生狀態(tài)；而當(dāng)風(fēng)險元Rc15 變?yōu)镹 狀態(tài)時，風(fēng)險元Rc13處在Y 狀態(tài)的概率也隨之減小，為0.73；當(dāng)風(fēng)險元Rc3、Rc14、Rc15 均變?yōu)镹 狀態(tài)，風(fēng)險元Rc13 處在Y狀態(tài)的概率為0，即必然不會發(fā)生。

表2 主纜架設(shè)風(fēng)險元識別結(jié)果Tab.2 Results of risk element identification of main cable erection

表3 全橋部分動態(tài)風(fēng)險元（部分）識別結(jié)果Tab.3 Partial identified dynamical risks of whole bridge

圖4 主纜索股施工風(fēng)險元傳遞網(wǎng)Fig.4 Construction risk element transmission

圖5 全橋關(guān)鍵風(fēng)險元傳遞網(wǎng)（部分）Fig.5 Transmission network of key risk element

3.5 風(fēng)險概率計算結(jié)果與風(fēng)險鏈評估

貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模型評估過程以主纜索股架設(shè)施工為具體算例，具體評估結(jié)果如下：

（1）正向推理及風(fēng)險元概率計算。將節(jié)點先驗概率和條件概率輸入軟件GeNIe 中，得到主纜索股施工風(fēng)險傳遞網(wǎng)中各風(fēng)險元的概率，結(jié)果如表4 所示。表4中結(jié)果風(fēng)險元“索股損傷Rc13”發(fā)生概率為0.015 2，“索股線形Rc1”發(fā)生概率為0.010 5，兩者均處于偶然發(fā)生狀態(tài)，說明索股施工質(zhì)量風(fēng)險突出?！熬€形監(jiān)測誤差Rc10”同時受到風(fēng)險元Rc2、Rc3、Rc7、Rc11 的影響，發(fā)生概率為0.012 7，應(yīng)在施工中重點關(guān)注。

（2）逆向推理及主要風(fēng)險傳遞鏈識別。采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)中逆向推理確定主要風(fēng)險元傳遞鏈，設(shè)置“索股線形Rc1”和“索股損傷Rc13”為目標(biāo)節(jié)點（P（Rc1、Rc13=Y）=1），分析結(jié)果如表4所示。表4中先驗概率和后驗概率值均為風(fēng)險元處于Y狀態(tài)的概率值。根據(jù)表4 中風(fēng)險元后驗概率大小，結(jié)合風(fēng)險元傳遞網(wǎng)可知，對索股損傷產(chǎn)生傳遞效應(yīng)的風(fēng)險元Rc14、Rc15和Rc16中，索股牽拉不平順損傷Rc14容易導(dǎo)致索股發(fā)生損傷；在索股線形發(fā)生偏差風(fēng)險時，風(fēng)險元“1.3 m大直徑主纜設(shè)計Rc6”的后驗概率值達(dá)到0.92，表明主纜采用1.3 m 大直徑的特殊設(shè)計，導(dǎo)致索股線形監(jiān)測、垂度調(diào)整困難風(fēng)險急劇上升，與實際工程相符；因此根據(jù)表4中風(fēng)險元后驗概率大小，以節(jié)點Rc1和Rc13為初始節(jié)點，結(jié)合圖4中風(fēng)險元傳遞網(wǎng)逐層比較判斷，得到索股施工中2 條主要的風(fēng)險元傳遞鏈，分別為：①索股牽拉不平順、鼓絲Rc14→索股損傷Rc13；②1.3 m 大直徑主纜設(shè)計Rc6→索股線形監(jiān)測方案設(shè)計Rc2→線形監(jiān)測誤差Rc10→索股線形計算偏差Rc5→一般索股架設(shè)偏差Rc4→索股垂度調(diào)整偏差Rc12→索股線形Rc1。

表4 索股架設(shè)施工風(fēng)險元概率計算結(jié)果Tab.4 Results of risk element probability calcula?tion of cable strand erection

（3）敏感性分析及關(guān)鍵風(fēng)險元識別。將“索股線形Rc1”和“索股損傷Rc13”節(jié)點設(shè)置為目標(biāo)節(jié)點，進(jìn)行敏感性分析，系統(tǒng)自動計算靈敏度值。結(jié)果表明，影響“索股損傷Rc13”的關(guān)鍵風(fēng)險元為“索股牽拉不平順、鼓絲Rc14”和“塔頂索股提升損傷Rc16”；影響索股線性的關(guān)鍵風(fēng)險元為“基準(zhǔn)索股安裝精度Rc3”、“索股線形標(biāo)志點損壞Rc11”、“雷雨大風(fēng)干擾Rc8”、“鞍座偏移Rc9”和“1.3 m 大直徑主纜設(shè)計Rc6”。

對于大橋施工全過程，在完成包括索股架設(shè)施工在內(nèi)24個工序的動態(tài)評估之后，匯總大橋各個工序動態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果，進(jìn)行全橋施工前的風(fēng)險動態(tài)評估，并根據(jù)施工工序推進(jìn)中風(fēng)險元實際發(fā)生與否（Y、N狀態(tài)）更新評估其后風(fēng)險元概率。部分關(guān)鍵風(fēng)險元在施工前及代表性工序后的概率計算結(jié)果如表5 所示，其中施工前結(jié)果風(fēng)險元“高速鐵路行車安全R20”發(fā)生概率最高值為0.065 2，風(fēng)險元“主梁線形偏位R17”發(fā)生概率值為0.063 9，“鐵路橋面平順性不足R19”發(fā)生概率值為0.064 2，均處于很可能發(fā)生狀態(tài)，風(fēng)險概率計算結(jié)果表明，大橋施工面臨較大挑戰(zhàn)。對比不考慮全橋風(fēng)險傳遞并假定主梁線形無風(fēng)險時計算出“鐵路橋面平順性不足R19”概率值0.006 1，風(fēng)險發(fā)生概率差值達(dá)到0.058 1，可見動態(tài)風(fēng)險傳遞效應(yīng)明顯。在實際施工過程中，隨著各工序相繼完成，相關(guān)風(fēng)險元得到良好控制而未發(fā)生，以“不可能發(fā)生”狀態(tài)對應(yīng)中心概率值0.000 1，調(diào)整貝葉斯網(wǎng)節(jié)點先驗和條件概率值，結(jié)果表明，隨著施工中及時有效的風(fēng)險控制，節(jié)點R19、R20 風(fēng)險概率值分別下降到0.010 8、0.009 1，處于偶然發(fā)生狀態(tài)。

主要風(fēng)險傳遞鏈識別采用貝葉斯逆向推理的方法，設(shè)置“高速鐵路行車安全R20”為目標(biāo)節(jié)點，部分風(fēng)險元后驗概率計算結(jié)果如表5所示。根據(jù)后驗概率值排序得到最重要的2 條傳遞鏈為：①沉井不均勻沉降R2→錨體變位R6→錨固系統(tǒng)偏位R7→主纜線形偏位R13→吊索不均勻變形R15→主梁線形偏位R17→鐵路橋面平順性不足R19→高速鐵路行車安全R20；②不等高樁基礎(chǔ)不利沉降R4→主塔柱不利偏移R5→主索鞍偏移R11→主纜線形偏位R13→吊索不均勻變形R15→主梁線形偏位R17→鐵路橋面平順性不足R19→高速鐵路行車安全R20。

表5 全橋部分風(fēng)險元概率動態(tài)計算結(jié)果Tab.5 Results of dynamic probability calculation of partial risk element of whole bridge

采用貝葉斯敏感性分析，識別出全橋各工序中關(guān)鍵風(fēng)險元共計104 個，其中針對全橋風(fēng)險元傳遞網(wǎng)分析時，以結(jié)果風(fēng)險元“高速鐵路行車安全R20”為敏感性分析目標(biāo)節(jié)點，依據(jù)分析結(jié)果得到易對行車安全造成影響的風(fēng)險元依次為：沉井不均勻沉降R2、不等高樁基礎(chǔ)不利沉降R4、主纜線形偏位R13，表明在施工及后續(xù)運(yùn)營中，應(yīng)重點加強(qiáng)不等高樁基礎(chǔ)、主纜和沉井的位移及變形監(jiān)測，以保證大橋安全長期運(yùn)營。

4 結(jié)論

針對大型橋梁工程施工中風(fēng)險因素之間前后動態(tài)影響關(guān)系問題，引入風(fēng)險元傳遞理論，并提出了一種風(fēng)險動態(tài)評估方法，通過對五峰山長江大橋施工展開動態(tài)風(fēng)險評估，得到如下結(jié)論：

（1）基于決策與實驗室（DEMATEL）算法，在初步風(fēng)險元識別結(jié)果基礎(chǔ)上，利用中心度排序去除了低關(guān)聯(lián)度風(fēng)險元后，識別出其中關(guān)鍵風(fēng)險元參與動態(tài)評估，并以風(fēng)險元關(guān)聯(lián)度分析及因果關(guān)系推理建立風(fēng)險元傳遞網(wǎng)。

（2）采用貝葉斯網(wǎng)絡(luò)法評估大橋風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，以專家調(diào)查獲取貝葉斯網(wǎng)獨(dú)立、條件概率，計算風(fēng)險元傳遞網(wǎng)概率等級，并結(jié)合敏感性分析和逆向推理識別關(guān)鍵風(fēng)險元及主要風(fēng)險元傳遞鏈。

（3）五峰山長江大橋施工動態(tài)風(fēng)險評估研究中，基于DEMATEL算法共識別出234個動態(tài)評估風(fēng)險元，依據(jù)關(guān)聯(lián)度方法構(gòu)建出24 個風(fēng)險元傳遞網(wǎng)，同時辨析出104 個關(guān)鍵風(fēng)險元；計算出施工前及主梁完成后“高速鐵路行車安全”風(fēng)險概率值分別為0.065 2、0.009 1，對應(yīng)的關(guān)鍵風(fēng)險元為沉井不均勻沉降、主纜線形偏差等，其中主要風(fēng)險元傳遞鏈為：沉井不均勻沉降R2→錨體變位R6→錨固系統(tǒng)偏位R7→主纜線形偏位R13→吊索不均勻變形R15→主梁線形偏位R17→鐵路橋面平順性不足R19→高速鐵路行車安全R20。

（4）通過五峰山長江大橋施工實例，揭示了施工風(fēng)險發(fā)生的傳遞機(jī)理，評估出的風(fēng)險元傳遞鏈和關(guān)鍵風(fēng)險元，驗證了動態(tài)風(fēng)險評估模型的可靠性，可為復(fù)雜的大型橋梁工程的施工風(fēng)險評估與控制提供參考。

作者貢獻(xiàn)說明：

施 洲：通信作者，提出動態(tài)評估模型，對論文提出了建設(shè)性建議，并作修改。

紀(jì) 鋒：工程現(xiàn)場調(diào)研，擴(kuò)展完善動態(tài)評估模型，撰寫論文初稿并修改。

余萬慶：工程現(xiàn)場調(diào)研，處理專家調(diào)查數(shù)據(jù)，修改論文。

韋慶東：協(xié)調(diào)大橋施工現(xiàn)場風(fēng)險調(diào)研，邀請并組織專家對評估中關(guān)聯(lián)度和貝葉斯網(wǎng)概率進(jìn)行打分評定。