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[原创] 桥梁工程设计阶段风险评估理论与实践 [复制链接]

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weixinyu 发表于 2016-3-10 15:19:42 |显示全部楼层 |          |
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拧紧“安全阀”——桥梁工程设计阶段风险评估理论与实践

文/张杰

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拧紧“安全阀”——桥梁工程设计阶段风险评估理论与实践

       近年来,风险评估技术已经成为桥梁工程建设过程中的一个必要环节,相关工程安全风险评估工作也走上了更加规范化的道路。本文以云南龙江特大桥为例,结合桥梁工程安全风险评估项目的实际执行情况,分析了评估技术的关键环节,对核心评估方法、评估步骤、过程控制因素等进行了实际分析,并根据近几年的实施效果,提出了开展风险评估的建议。


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评估的关键环节

       核心评估方法

       针对工程建设的技术和管理特点,建立符合公路桥梁工程属性的专家调查法和失效概率法(如图1),限定了严格的边界条件、数值模型和参数取值,并合理控制评估过程化繁为简,优化补充后形成新的可操作性强的工程应用方法。此类工程安全风险评估定性、定量评估方法等都在得到初步应用和实践检验,使工程安全风险评估技术的可操作性,在依托工程中得到证实,同时也为公路桥梁工程安全风险评估提供了核心估测方法。

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图1 评估方法过程控制表格


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图2 风险评估理念

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       核心评估步骤

       风险评估可以划分为辨、测、评、控四个环节,呈逐层递进关系(如图2),类似于中医提出的望、闻、问、切。

     “辨”为基础。需从成功经验和失败教训中归纳风险源演变为风险事件的规律。

      “测”为核心。包括定性方法和定量方法,无论哪种方法,以保证结果可观、准确为目标。

      “评”为结论。体现的是有法可依、有法必依,通过统一的评判法则,判断相应的风险等级。

      “为落脚点和抓手。体现为控制措施的制定,是控制措施的效用性与采取该措施所需花费的人力、物力、工期代价的平衡。

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       核心过程控制因素

       根据实际工程所积累的经验,成功开展安全风险评估工作应注重如下几个方面的因素:


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       1.结合工程实际,注重评估过程,提高评估结果针对性和可操作性

       同类型的风险因素,在不同工程的不同时间和部位,发生的概率会有所差异,所产生的风险后果也会大不相同。因此,在安全风险评估的过程中,同类工程失败教训的总结,应与被评估桥梁的建设条件、设计方案、施工工艺有机结合起来,进行查漏补缺,根据工程的实际情况采用灵活的手段,对发现的风险进行应对。


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       2.注重同类风险事件的归纳和类似典型事故的例证

       随机现象均符合大数定律,即随机事件就其整体来看呈现出一直统计性的规律性。当然,在桥梁工程方面,可用的事故数据并不多,因此单纯依靠完善的事故数据库,对蕴含的规律性进行定量计算是困难的,也是不现实的。但各种典型事故却大都不是形只影单,往往只需要有限的数个风险事件,其共性特征就能为人们的主观能动性所认识,这就为安全风险评估人员提供了一条认识和把握风险的途径。

同类风险事件的归纳为划分评估单元打下基础,也是开展安全风险评估的基础,为进行风险源辨识提供了素材。

       除此之外,属于过去时的典型事故还可以为风险源的确认提供佐证。某一缺陷的存在将导致某种风险事件,主观臆测当然不可取,实际操作中往往需要通过证据来证明。通过例证,说明当前评估桥梁与某一典型事故有着所谓“惊人的相似”,那么其说服力将是不言而喻的。


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       3.承认主观性,强调客观性

       评估过程中所包含的主观性和客观性是辩证统一的, 对实际评估成果的作用各有制胜之处。

无论是概率的估计还是损失的预测,在本质上都具有主观性。概率和损失估测值的精确程度,以及风险承担者对估测值的接受程度,很大程度上依赖于安全风险评估小组在预测方面的专业技术。

当然,安全风险评估的客观性是其得以为继的基石,也就是说,即使由不同的单位、不同的人来完成同一工程的安全风险评估,那么在相同的标准、相同的模型、相似的参数取值条件,其评估结果即使有所差异,大致趋势仍会相同的。

因此,安全风险评估的主观性和客观性的最佳结合点,更大程度上在于方法应用的合理性与评估人员的态度。


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       4.关注多种风险因素的耦合

       蝴蝶效应给我们的启示是,看似一个微小的因素,在一个风险事件发展的关键时刻,与其他因素耦合,可能激发巨大的变化,也就是说几种因素耦合作用产生的后果,可能远远超过单个因素单独作用产生后果的叠加。基于非线性因果关系,在诸多风险因素中,那些看起来不很重要的因素,最终导致了风险发生以及风险演变的情况却也并不鲜见。

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       5.加强安全风险评估工作的组织管理

       完善的组织管理能够增强安全风险评估工作的系统性。评估工作流程纷繁复杂,要把它变成有机的操作系统,发挥其整体效应,必须加强其组织管理。因此,在安全风险评估工作启动后,应及时组建评估项目组,加强对整个评估工作的组织和管理。安全风险评估工作涉及很多单位,包括项目法人(业主)、设计单位、咨询单位、施工单位、监理单位、施工监控单位、运营养护单位等,因此需要做好各方的协调配合工作,相互支持。同时,从制度方面,严格风险评估的市场准入制度也很重要,相关风险评估单位应达到一定的要求才能参与风险评估工作。参与风险评估工作的人员素质应满足一定的要求。


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       6.开放式交流的氛围和数据透明的原则

      开放式交流是公路桥梁安全风险评估工作成功开展的关键因素。其关键性表现在两个方面:第一,评估各部门之间的相互沟通和信任。第二,安全风险评估过程本身需要评估参与人员充分交流。开展公路桥梁工程安全风险评估,就是要在对大桥建设和运营活动情况的估测中,考虑到各种不确定性的因素可能造成的破坏性影响,并对这种影响给予积极的应对。这个过程实际上是延续了这样一种思路:立足于本领域工程建设和运营的成功经验及失败教训——反思过去;着眼于工程项目的当前技术和管理状态——立足现在;关注于工程项目的未来安全风险的控制——预测未来。无论是反思过去、立足现在,还是预测未来,其实质都是集思广益,体现经验智慧的贡献,是人类主观能动性和客观规律性的统一。“集思广益”本身并没有多么高深的道理,关键的问题在于实现一种集思广益的方式,让参与安全风险评估的不同类型的劳动者(一线技术人员、施工人员、领域内专家、管理人员,甚至于能够提供相关工程信息的人员等等)敞开思想、畅所欲言、充分交流,尽可能有效实现刺激和信息增值的作用。

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       7.安全风险意识的常态化

       在实际的桥梁工程建设和运营中,由于风险的难以感知和具有不确定性,或者由于在工程设计、施工过程中就已经采取了一些应对措施进行预处理,就往往认为风险难以成为现实,而放松对风险的警惕性,导致一些可能带来风险的管理和操作方式大量出现。例如,在2007年倒塌的“凤凰桥”,发生倒塌事故的原因有多种,但之所以造成这么严重的人员伤亡和恶劣的社会影响,一个主要原因就是没有强化安全风险意识,在成熟的理论和当前的技术水平下,认为倒塌事故“可能不会成为现实”,而选择擅自变更原主拱圈施工方案,违规乱用料石,主拱圈施工不符合规范要求,在主拱圈未达到设计强度的情况下就开始落架施工作业,最终导致了惨剧的发生。总体来说,桥梁工程只要好好修,是可以修好的。风险再高的桥梁工程,只要我们对风险源判释清楚、工程措施得当,就可以避免在建设中发生事故。“十五”以来,全国干线公路未发生一起因桥梁风险评估技术管理不到位,而导致的桥梁垮塌事故。


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典型案例分析

       龙江特大桥为云南保(山)腾(冲)高速公路跨越龙江河谷的一座特大桥,该桥位于火山熔岩台地、河谷陡坡地形区;河谷深切,腾冲岸为80m高的陡崖;沿龙江两岸存在多处大小不一的不稳定斜坡,易发生滑坡、崩塌。桥位区地震活动频繁,地震基本烈度Ⅷ度。


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       1.该桥的主要风险关注点

       (1)雨水、地震诱发高陡边坡的滑坡,导致桥梁安全风险。

       (2)高地震烈度区,桥梁结构的安全风险。

       (3)山区条件大跨径桥梁钢箱梁整体吊装的安全风险。

       (4)锚碇的大开挖以及现场钢箱梁拼装对环境的影响。


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       2.建设期的风险分析

      (1)工程地质勘察资料的分析。

      (2)建设期边坡稳定性影响分析。

      (3)恶劣天气对桥梁施工的影响。

      (4)大桥施工期风险:技术风险(设计方案的可实施性,初设施工方案的完备性), 施工的难易度分析(当前技术成熟程度、所需代价等),实施过程中意外事故风险(火灾、人员安全、爆炸事件等,侧重于安保性措施方面)。

      (5)大桥对环境影响风险。

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      3.运营期的风险分析

     (1)地震对桥梁工程的影响:分析本地区地震情况及对本工程的影响,考虑地震对结构损毁影响和次生灾害对大桥的影响(与边坡失稳不利因素耦合)。

     (2)边坡稳定性对大桥运营安全风险的影响。

     (3)营运管理维护风险:超载对桥梁的损坏、养护不当的影响等。

     (4)气候对大桥通行的影响:主要有大风、大雾、大雨等。

     (5)交通事故引起的桥梁堵塞与桥梁损坏的风险。

     (6)桥梁钢结构锈蚀、锚碇锚固系统锈蚀、混凝土耐久性等。

      对本桥安全影响较大的滑坡体位置如图3所示。

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图3 H1及H2滑坡体位置


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        4.评估结论

       (1)钢箱梁和钢桁梁两个悬索桥方案的风险基本相当,推荐方案需根据其他技术经济比选确定。

       (2)本桥在边坡稳定性影响、地震影响、行车安全、施工期对环境影响方面风险为Ⅲ级。

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工程风险评估工作任重道远

       基于评估理论的不断深入研究和实际工程的进一步验证,已经在一定程度上推广了风险评估理念,增强了设计、施工及工程管理单位对风险评估技术的认同感。但纵观目前已经开展的工程风险评估工作,尚存在不尽如人意的地方,需在提高评估质量、加强有效的过程控制方面下功夫。根据我们的实践经验,评估的过程控制需要围绕以下几个方面谋篇布局:明确风险评估的目的、清晰界定评估的范围、严格有效的过程控制、科学规范的计算方法、重点突出的分析过程、动态持续的风险评估。

    工程安全风险评估工作任重而道远,虽然参与人员的风险意识已经得到提高,桥梁安全风险事件频发的态势已经得到遏制,但仍需要广大技术人员共同努力,进一步推进风险评估的应用,实实在在地降低桥梁的风险水平,为提升公路桥梁工程建设和运营安全发挥更好的效用。

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(作者单位:中交公路规划设计院有限公司)

(编辑:王硕)

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