Study on Safety Risk Evaluation of Green Construction of Highway Bridge Based on
Five-element Contact Number
陈小丽 CHEN Xiao-li
（兰州交通大学土木工程学院，兰州 730070）
（School of Civil Engineering，Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）
摘要：为了实现对公路桥梁施工安全风险的动态管控，能准确分析未来风险的发展趋势。首先利用集对分析的多元联系数综合评价模型，建立公路桥梁施工系统的风险综合评价体系，然后通过层次分析法可以计算出各个影响因素的权重，最后利用模型计算出集对分析的结果，并且结合各阶偏联系数分析出系统风险的动态发展趋势。通过实例进行验证，结果表明，该系统风险综合评价方法能够比较合理预测风险趋势，在实际应用中具有良好的可操作性和有效性，使评价的结果更加科学合理。
Abstract: In order to realize the dynamic control of highway bridge construction safety risk, first of all, the multi-connection number comprehensive evaluation model of set pair analysis is used to establish a comprehensive risk evaluation system for highway bridge construction system, and then the analytic hierarchy process (ahp) is used to calculate the weights of various influencing factors, finally the model is used to calculate the results of the set pair analysis, and the dynamic development trend of system risk is analyzed by combining the number of partial linkages. The simulation results show that the method can predict the risk trend reasonably and has good operability and effectiveness in practical application, which makes the evaluation result more effective and reasonable.
关键词：集对分析；五元联系数；风险预测；公路桥梁施工
Key words: set pair analysis；five-element contact number；risk forecasting；highway bridge construction
中图分类号：U445.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2019）35-0074-04
0 引言
随着国民经济的快速发展，中国基础设施建设的重要性越来越突出。作为建立综合交通、绿色交通、智能交通、安全交通系统的桥梁工程，近些年来呈现出迅速发展的趋势。然而，公路桥梁整个的建设过程中，由于建设周期长、投资规模大、项目参与各方多、自然条件影响大等特点，存在着许多安全隐患。同时，由于一些施工主体不恰当的施工方式，使得一些施工事故经常发生。因此，提出一套科学并且完善的桥梁施工风险评价理论，对桥梁施工过程进行安全控制尤为重要。
目前，已有相关学者对桥梁施工安全风险进行了研究并取得了一定的成果。陆新鑫等人在分析事故的基础上提出改进肯特指数评估方法，Chen等人提出了基于故障树的贝叶斯网络对桥梁施工风险进行了评价，丁闪闪等人首先对桥梁整个施工阶段的主要风险因素进行了识别，然后构建了多级评价指标体系，最后建立了基于蒙特卡罗法的桥梁施工风险评价模型等。在现实生活中这些评价方法具有很大的应用空间。但传统的公路桥梁施工安全风险评价方法存在一定的局限性，如对桥梁施工的风险只能进行静态分析，无法实现对公路桥梁施工系统安全风险发展趋势的预测，而且操作困难，结果不精确。因此将集对分析的五元联系数引入公路桥梁施工安全风险评价中，建立同异反综合评价模型对公路桥梁施工安全风险进行分析，并对风险的态势做出预测，从而为公路桥梁施工安全评估问题提出新的研究思路和研究方法，实现对公路桥梁施工安全风险进行静态和动态分析。
1 基于五元联系数的风险综合评价模型
1989年，赵克勤提出了集对分析方法，这是一种处理不确定性问题的系统分析方法。集对分析方法是利用各种因素之间的相互作用，分析事物某种特性的同一性、对立性和差异性，然后建立同异反联系度。设两个集合X和Y，组成集对H=（X，Y），共有N个特性，其中S个特性为集合X和Y所共有，有P个特性为集合X和Y相对立，剩余的F=N-P-S个特性上，既不相互独立，又不共同具有，则称比值S/N、P/N、F/N分别为集合X和Y的“同一度”、“对立度”、“差异度”。
1.1 五元联系数
五元联系数是在集对分析■的基础上对bi更加详细的划分而得到的一种新的联系数：
■ （1）
当n=3时，式（1）变为5元联系数：
■（2）
式中a、b、c、d、e称为联系分量，并且具有层次性，比如a表示事物的性质优于b表示的事物性质，其余的依次类推，且a+b+c+d+e=1；i，j，k为差异度系数，l为对立度系数，?坌a、b、c、d、e∈[0，1]；i∈[0，1]，j∈[0，1]为中性标记，不做j=0解，k∈[-1，0]，l=-1。
1.2 五元联系数的偏联系数
五元联系数偏联系数u=a+bi+cj+dk+el的各阶偏联系数为：
一阶偏联系数：
■ （4）
式中：■，■，■，■
二阶偏联系数：
■ （5）
式中：■，■，■
三阶偏联系数：
■（6）
式中：■，■；
四阶偏联系数：
■ （7）
2 基于五元联系数的风险综合评价的步骤
①确定待评价对象的风险指标，对指标因素进行排序，从而建立风险综合评价指标体系。假设风险因素集R=（r1，r2，…，rn）。
②确定待评价对象风险综合评价等级的集合，根据《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》中所示，安全系统等级可分为五个评价等级，分别是：重大风险、较高风险、中等风险、一般风险、低风险。
③利用层次分析法（AHP）可以确定各个风险指标的权重，对各个风险因素进行评价，从而构建公路桥梁施工安全风险的“同异反”评价模型。对于风险因素集运用层次分析法确定各个指标的权重，权重向量矩阵为W=（w1，w2，…，wn），每一评价指标发生的概率和严重程度可以利用公式（8）进行估计
■ （8）
式中Nij为评估指标i的风险等级为j时所占的专家人数，N为专家总人数。
根据指标和权重和五元联系数可以得到风险的评估模型为：
■
■
（9）
这个公式中R是综合联系度，由集对理论可知：■是同一测度分量，表示“低风险”；■是差异测度偏同分量，表示“一般风险”；■是差异测度居中分量，表示“中等风险”；■是差异测度偏反分量，表示“较高风险”；■是对立测度分量，表示“重大分险”，这当中a，e为确定项，b，c，d为不确定项。
④通过利用集对势对桥梁施工的风险态势分析，并利用五元联系数的偏联系数对风险的发展趋势进行分析，再利用五元联系数数值的大小，将系统的风险可以分为：“同势（shi（r）<1）”、“均势（shi（r）=1）”、“反势（shi（r）>1）”，因为各系数的大小关系，所以必定存在一种态势，由于篇幅有限，只选取与文中有关的态势，完整的同一反态势排序表见参考文献[9]。
需要特别说明，当风险位于“同势区”时，系统的理想风险与实际风险一致，这时系统的风险为“低风险”；当风险位于“均势区”时，表明系统的风险与理想状态的风险呈现“势均力敌”的现象，这时系统的风险为“中等风险”；当风险位于“反势区”时，此时系统风险与理想风险处于对立趋势，此时系统的风险为“高风险”。
3 公路桥梁施工安全风险综合评价
3.1 建立评价指标体系
依据对公路桥梁现场安全影响因素分析和《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》所示，确定桥梁施工安全评价内容包括以下几部分：施工技术评价、勘察设计评价、组织管理评价、环境条件评价、人工材料机械评价、交通评价六部分，结合铁路施工的特点，构建公路桥梁绿色施工安全评价指标体系，如表1所示，这个评价指标体系可分为3层：目标层、准则层、方案层。
3.2 评价集的确定
根据《公路桥梁和隧道工程施工安全风险评估指南》所示，桥梁施工安全风险等级划分为“极高风险”、“高度风险”、“中等风险”、“较低风险”、“低风险”，如表2所示。
■
3.3 构建风险的同异反评价模型
利用参考文献[5]中提供的案例进行分析，运用层次分析法（AHP）确立指标权重，通过调查参考文献[5]中提供的桥梁施工资料，根据专家的评判结果，构建各类风险因素的对比矩阵，如表3所示。
同样依据专家提供的建议，构造准则层并判断矩阵，再计算各个准则层的指标权重如下：
■，
■，
■，
■，
■，
■
其次，要判断每一个指标因素，构建判断矩阵。通过对20位桥梁施工的专家发放掉查表，对本项目的风险因素做出安全评价。根据每位专家的指标的评价，按公式进行每一风险因素的风险权重，用公式（9）进行计算。
3.4 利用集对势与偏联系数分析风险趋势
将各个指标的五元联系数进行集对分析，通过运用公式（1）~（7）对各个五元联系数进行各阶偏联系数的计算，数据整理后如表4、表5所示。
用Matlab软件将得到的数据进行计算，得到的计算结果见表4和表5，由表中的数据可知：
①综合得到公路桥梁施工项目风险的五元同异反系数为：
■，其联系势■■，为同势区47级，风险较小，其中，施工技术为同势48级，勘察设计为同势47级，组织管理为同势21级，环境条件为反势17级，人工材料机械为同势42级，交通风险为同势34级。在施工技术中，各个风险指标均为同势；勘察设计中，设计变更导致的问题为均势，其余两项为同势；组织管理评价中，组织制度健全为均势，其余两项为同势。环境条件中地质条件不良为反势，其余为同势；人工材料机械评价中，均为同势；交通风险中各个指标均为同势。
②综合计算得到的四元偏联系数■■，由于0.47<0.60，呈现反势，这说明该公路桥梁施工项目风险处于一阶上升的趋势，其中组织管理为同势，其余均为反势。
③综合计算得到的三元偏联系数为■，0.47<0.48，呈现反势，这说明该公路桥梁施工项目风险存在二阶上升趋势，其中勘察设计、环境条件、交通风险为同势，其余均为反势。
④综合计算得到的二元偏联系数为■，其不确定势为■，说明该公路桥梁项目施工中风险具有下降趋势，施工技术为均势，组织管理和人材机为同势，其余为反势。
⑤综合后得到的一元偏联系数0.511，这表明a（a+b）>0.5，即a>b，说明该公路桥梁施工项目中同势大于反势，即存在四阶层次上的下降趋势，可以明显看出这其中施工技术为均势，勘察设计和组织管理呈现出同势，剩余呈现同势。
综上所述，各评价项目中，环境条件为反势，其余都为同势，处于同势区的因素共有14个同势，4个均势，1个反势。从风险的态势看该公路桥梁项目施工中处于同势的评价指标远远大于处于系统处于反势和均势的评价指标。因此，该公路桥梁施工项目中同势因素处于主导地位，即该系统的总体风险处于同势区，所以该系统的处于风险程度较低的状态；从未来风险发展趋势看，公路桥梁建设项目风险在一、二级潜在水平上呈现出上升趋势，剩余阶段则呈现出下降趋势。与此同时，个体因素也出现了下降趋势，第一阶和第二阶风险出现了上升态势。当然，风险上升趋势中也存在个别因素下降的情况。这些现象说明公路桥梁工程的风险具有动态对立发展趋势，通过分析该公路桥梁的施工项目的风险管理中，要求管理者在整个项目的施工过程中抓住主要矛盾，集中处理反势区的各个因素，降低公路桥梁施工风险，实现公路桥梁绿色科学施工。
4 结论
①本文通过分析公路桥梁施工过程，确定公路桥梁施工影响安全的风险因素，从未建立公路桥梁施工安全风险评价指标体系。并利用集对分析的五元连接数对公路桥梁运营风险进行评价。在得到系统静态运行风险状况的同时，利用部分连接数可以进一步分析系统的风险发展趋势，能够对公路桥梁施工风险进行动静态分析。从可行性研究阶段就可以为管理者提供更好的风险预测，降低公路桥梁建设的安全风险。②利用五元关系数，综合评价公路桥梁施工风险是可行和有效的。从而，在实际工作中，应建立可靠的评价指标体系，科学合理地确定指标权重，从而系统评价影响公路桥梁施工安全的风险状况。
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