一种长大桥梁运营安全风险评估方法与流程

本发明涉及一种风险评估方法，特别涉及一种长大桥梁运营安全风险评估方法。

背景技术：

现阶段国内外在桥梁风险辨识评估和管理方面的研究大都针对桥梁设计期和施工期，针对运营期的桥梁风险研究较少。运营期是桥梁工程发挥作用的关键时期，它不同于设计期和施工期：首先，工作环境的特殊性导致桥梁工程在运营期所面临的风险因素错综复杂；其次，运营期的桥梁已经在交通网络中发挥作用，一旦发生风险事故，不仅给交通运输业带来严重影响，还会影响国民经济的其他行业；第三，风险事故的发生还会给社会带来严重的负面影响。

目前国内外相关学者对桥梁运营过程中的风险评估大多是结合具体的问题进行，主要是通过建立事故模型对自然灾害、交通事故等外力作用下桥梁结构损失风险进行研究。一方面，研究缺乏系统性、全面性；另一方面，缺少对运营管理过程及管理行为本身安全风险的辨识与评估技术研究。

本设计人基于从事此类产品工程应用多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种长大桥梁运营安全风险评估方法，使其更具有实用性。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种长大桥梁运营安全风险评估方法，首次系统性地开展了在役长大桥梁运营安全风险评估，形成一套系统的长大桥梁运营安全风险半定量的评估方法。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种长大桥梁运营安全风险评估方法，包括如下步骤：

s1：分析长大桥梁风险事件发生的可能性和事件后果的严重性，风险度大小＝风险事件发生的可能性×事件后果的严重性，其中，“×”表示风险事件发生的可能性和事件后果的严重性的组合；

s2：从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面，对风险事件发生的可能性进行判定；

其中，pj＝αw1+βw2+γw3+zw4；

式中，α为管理因素的权重系数，w1为管理因素的风险取值；

β为工艺设备的权重系数，w2为工艺设备的风险取值；

γ为作业人员的权重系数，w3为作业人员的风险取值；

z为环境因素的权重系数，w4为环境因素的风险取值；

s3：通过pj的取值确定风险事件发生的可能性的等级l；

s4：从人员伤害、直接经济损失、环境损失的角度就事件的后果严重性进行风险损失等级划分，确定事件后果的严重性的等级s；

s5：将风险事件发生的可能性的等级l和事件后果的严重性的等级s进行组合，评估长大桥梁的风险等级r，风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s。

进一步的，风险事件发生的可能性的各权重系数通过层次分析法确定，包括以下步骤：

(1)对于w1，w2，w3，w4…wm个评估因子，两两比较得到指标对比矩阵w；

(2)假设有一同阶正则向量q，使得存在wq＝λmaxq，解此特征方程所得到的q经归一化后即为w1，w2，w3，w4…wm的权重系数。

进一步的，风险事件发生的可能性的各风险取值wi的确定，具体为：

1)将各因素作进一步细分为二级影响因素；

其中，管理因素w1进一步细分为安全技术措施管理w11、作业设备设施管理w12以及现场作业管理w13；

工艺设备w2进一步细分为生产工艺w21、生产设备w22以及作业种类w23；

作业人员w3进一步细分为安全教育w31、安全素质w32以及安全行为w33；

环境因素w4进一步细分为自然环境w41、车辆通行环境w42以及作业环境w43；

2)风险事件发生的可能性的各风险取值wi通过二级影响因素的权重ai和二级影响因素的风险取值bi进行专家打分确定；

3)对所有专家打分进行求平均，可得到二级影响因素的权重和二级影响因素的风险取值；

其中，式中，ai为二级影响因素的权重的平均值，ai为二级影响因素的权重；

式中，bi为二级影响因素的风险取值的平均值，bi为二级影响因素的风险取值；

4)采用叠加原理得到风险事件发生的可能性的各风险取值wi；

其中，wi＝∑aibi，式中，ai为二级影响因素的权重的平均值，bi为二级影响因素的风险取值的平均值。

进一步的，通过pj的取值确定风险事件发生的可能性的等级l，风险事件发生的可能性的等级l具体为：

1级，基本不可能，发生很意外，取值区间为0＜pj≤2；

2级，可能性小，一般不会发生，取值区间为2＜pj≤4；

3级，可能，但不经常，取值区间为4＜pj≤6；

4级，很可能，经常发生，取值区间为6＜pj≤8。

进一步的，从人员伤害、直接经济损失、环境损失的角度就事件的后果严重性进行风险损失等级划分，事件后果的严重性的等级s具体为：

a级，人员伤害为事故造成1～2轻伤，无重伤及以上，直接经济损失c<50万元，环境影响为涉及范围很小，无群体性影响，需紧急转移安置人数≤50人；

b级，人员伤害为事故造成轻伤3～9人，重伤1～2人，无人死亡，直接经济损失50万元≤c<200万元，环境影响为涉及范围较小，一般群体性影响，50人<需紧急转移安置人数≤100人；

c级，人员伤害为事故造成轻伤10～29人，重伤3～9人，1～2人死亡，直接经济损失200万元≤c<500万元，环境影响为涉及范围大，区域正常经济、社会活动受影响，100人<需紧急转移安置人数≤500人；

d级，人员伤害为30人及30人以上轻伤，或10人及10人以上重伤，或发生3人以上死亡事故，直接经济损失c≥500万元，环境影响为涉及范围很大，区域生态功能部分丧失，500人<需紧急转移安置人数≤1000人。

进一步的，风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s，风险等级r包括a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、无人员死亡c1、有人员死亡c1、无人员死亡c2、有人员死亡c2、c3、c4、无人员死亡d1、有人员死亡d1、d2、d3以及d4。

进一步的，长大桥梁的风险等级分为低风险、一般风险、较大风险以及重大风险，

a1、a2、b1为低风险；

a3、a4、b2、b3、无人员死亡c1、无人员死亡c2、无人员死亡d1为一般风险；

b4、有人员死亡c1、有人员死亡c2、c3、有人员死亡d1、d2为较大风险；

c4、d3、d4为重大风险。

进一步的，根据风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s，形成长大桥梁的风险等级评估矩阵表。

本发明具有以下有益效果：

本发明首次系统性地开展了在役长大桥梁运营安全风险评估方法。考虑长大桥梁运营安全风险因子的多样性和差异性,运用层次分析法从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面构建了风险评估递阶层次结构模型，并结合模糊数学评判法对长大桥梁运营风险事件发生的可能性取值及其各影响因素的权重系数确定方法进行了改进，从人员伤害、直接经济损失和环境影响三个维度建立了针对长大桥梁事件后果的严重性的等级s划分标准，基于风险矩阵理论组合风险事件发生的可能性及事件后果的严重性，划分长大桥梁的风险等级并针对性地提出风险管控措施，形成了一套系统的长大桥梁运营安全风险半定量评估方法。

与现有技术相比，现有的桥梁安全评估方法大多是针对桥梁设计期和施工期，或者是结合具体的问题进行，主要是通过建立事故模型对自然灾害、交通事故等外力作用下桥梁结构损失风险进行研究，缺少对运营管理过程及管理行为本身安全风险的辨识与评估方法的研究，并没有系统提出长大桥梁运营时多方面因素对桥梁安全的影响，本发明从从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面计算风险事件发生的可能性，从人员伤害、直接经济损失和环境影响三个维度评估事件后果的严重性，系统对长大桥梁运营安全风险进行半定量评估，弥补了目前桥梁工程行业的空白。

附图说明

图1是本实施例中用于体现递阶层次结构；

图2是本实施例中用于体现层次分析法的判断矩阵标度及其含义；

图3是本实施例中用于体现层次分析法中的r.i取值；

图4是本实施例中用于体现二级影响因素权重赋值；

图5是本实施例中用于体现二级影响因素风险取值赋值；

图6是本实施例中用于体现风险事件发生的可能性的等级l的划分；

图7是本实施例中用于体现事件后果的严重性的等级s的划分；

图8是本实施例中用于体现风险等级(r＝l×s)的矩阵；

图9是本实施例中用于体现风险等级r的风险区域及说明；

图10是本实施例中用于体现风险等级r矩阵表。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

其中相同的零部件用相同的附图标记表示。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“底面”和“顶面”、“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。

一种长大桥梁运营安全风险评估方法，包括如下步骤：

s1：分析长大桥梁风险事件发生的可能性和事件后果的严重性，风险度大小＝风险事件发生的可能性×事件后果的严重性，其中，“×”表示风险事件发生的可能性和事件后果的严重性的组合；

s2：从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面，对风险事件发生的可能性进行判定；

其中，pj＝αw1+βw2+γw3+zw4

(1)；

式(1)中，α为管理因素的权重系数，w1为管理因素的风险取值；

β为工艺设备的权重系数，w2为工艺设备的风险取值；

γ为作业人员的权重系数，w3为作业人员的风险取值；

z为环境因素的权重系数，w4为环境因素的风险取值；

s3：通过pj的取值确定风险事件发生的可能性的等级l；

s4：从人员伤害、直接经济损失、环境损失的角度就事件的后果严重性进行风险损失等级划分，确定事件后果的严重性的等级s；

s5：将风险事件发生的可能性的等级l和事件后果的严重性的等级s进行组合，评估长大桥梁的风险等级r，风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s。

本发明首次系统性地开展了在役长大桥梁运营安全风险评估方法。考虑长大桥梁运营安全风险因子的多样性和差异性,运用层次分析法从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面构建了风险评估递阶层次结构模型，并结合模糊数学评判法对长大桥梁运营风险事件发生的可能性取值及其各影响因素的权重系数确定方法进行了改进，从人员伤害、直接经济损失和环境影响三个维度建立了针对长大桥梁事件后果的严重性的等级s划分标准，基于风险矩阵理论组合风险事件发生的可能性及事件后果的严重性，划分长大桥梁的风险等级并针对性地提出风险管控措施，形成了一套系统的长大桥梁运营安全风险半定量评估方法。

与现有技术相比，现有的桥梁安全评估方法大多是针对桥梁设计期和施工期，或者是结合具体的问题进行，主要是通过建立事故模型对自然灾害、交通事故等外力作用下桥梁结构损失风险进行研究，缺少对运营管理过程及管理行为本身安全风险的辨识与评估方法的研究，并没有系统提出长大桥梁运营时多方面因素对桥梁安全的影响，本发明从从管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素四个方面计算风险事件发生的可能性，从人员伤害、直接经济损失和环境影响三个维度评估事件后果的严重性，系统对长大桥梁运营安全风险进行半定量评估，弥补了目前桥梁工程行业的空白。

一、对于式(1)中各权重系数的确定：

风险事件发生的可能性的各权重系数通过层次分析法确定，在准则层中，将该层次中的各元素相对于上一层中的总目标元素进行两两重要性比较，并将比较的结果构造为一个判断矩阵。然后计算各判断矩阵的最大特征根及其对应的归一化的特征向量，该归一化的特征向量各元素即为该层次各元素相对于上一层次总目标元素的权重。其方法可分为三个步骤：

(1)建立风险评估对象的递阶层次结构，如图1所示；

(2)在影响因素之间构造两两判断矩阵；

(3)由判断矩阵计算影响因素的相对权值。

假设有一个目标层，其计算过程包括以下步骤：

(1)对于w1，w2，w3，w4…wm个评估因子，根据图2的标度表两两比较得到指标对比矩阵w；

(2)假设有一同阶正则向量q，使得存在wq＝λmaxq，解此特征方程所得到的q经归一化后即为w1，w2，w3，w4…wm的权重系数。

(3)进行一致性和随机性检验。由于客观事物的复杂及对事物认识的片面性，构造的判断矩阵不一定是一致性矩阵，但当偏离一致性过大时，会导致一些问题的产生。因此得到λmax后，还需进行一致性和随机性检验。

判断矩阵的一致性常用一致性指标c.i检验，一致性指标c.i的值越大，表明判断矩阵偏离完全一致性的程度越大；c.i的值越小，表明判断矩阵越接近于完全一致性。一般判断矩阵的阶数n越大，人为造成的偏离完全一致性指标c.i的值便越大；n越小，人为造成的偏离完全一致性指标c.i的值便越小。

c.i计算公式为：c.i＝(λmax-n)/n-1

(2)；

式(2)中：λmax为最大特征根；n为矩阵阶数；

对于多阶判断矩阵，引入平均随机一致性指标r.i，判断矩阵一致性指标c.i与同阶平均随机一致性指标r.i之比称为随机一致性比率c.r。

c.r计算公式为：c.r＝c.i/r.i(3)；

式(3)中：c.i为一致性指标；r.i为平均随机一致性指标，其值见图3；c.r为随机一致性比率；

最大特征根的计算公式为：

式中：w为指标对比矩阵；q为权重列矩阵；

只有当c.r<0.1时，判断矩阵才具有满意的一致性，所得取值才比较合理。

二、对于式(1)中各风险取值的确定：

1)为确定各个风险因素取值，将各因素作进一步细分为二级影响因素；

其中，管理因素w1进一步细分为安全技术措施管理w11、作业设备设施管理w12以及现场作业管理w13；

工艺设备w2进一步细分为生产工艺w21、生产设备w22以及作业种类w23；

作业人员w3进一步细分为安全教育w31、安全素质w32以及安全行为w33；

环境因素w4进一步细分为自然环境w41、车辆通行环境w42以及作业环境w43；

2)风险事件发生的可能性的各风险取值wi通过二级影响因素的权重ai和二级影响因素的风险取值bi进行专家打分确定；

3)根据n个专家的打分情况，对所有专家打分进行求平均，可得到二级影响因素的权重和二级影响因素的风险取值；

其中，式中，ai为二级影响因素的权重的平均值，ai为二级影响因素的权重；

式中，bi为二级影响因素的风险取值的平均值，bi为二级影响因素的风险取值；

4)采用叠加原理得到风险事件发生的可能性的各风险取值wi，即管理因素、工艺设备、作业人员和环境因素的风险取值；

其中，wi＝∑aibi，式中，ai为二级影响因素的权重的平均值，bi为二级影响因素的风险取值的平均值。

在专家打分时，对二级因素的权重可参照图4进行赋分；对二级影响因素的风险取值可参照图5进行赋分。

三、风险事件发生的可能性的等级l的确定

如图6所示，通过pj的取值确定风险事件发生的可能性的等级l，风险事件发生的可能性的等级l具体为：

1级，基本不可能，发生很意外，取值区间为0＜pj≤2；

2级，可能性小，一般不会发生，取值区间为2＜pj≤4；

3级，可能，但不经常，取值区间为4＜pj≤6；

4级，很可能，经常发生，取值区间为6＜pj≤8。

将依据风险事件的可能性判定公式(1)得到的分值对应到相应的取值区间，即可得到风险事件发生的可能性的等级l。

四、事件后果的严重性的等级s的确定

在进行事件后果的严重性分析时，通过事故环境构建和事故演化过程分析和描述，通过问卷调查的形式让专家或一线工作人员从人员伤害、直接经济损失、环境影响等多个角度并结合自身应急管理状况进行风险后果评估。在进行事件后果的严重性的等级s划分时，取事件后果的严重性的等级s的最高值。

优选的，图7为事件后果的严重性的等级s的统计表。从人员伤害、直接经济损失、环境损失的角度就事件的后果严重性进行风险损失等级划分，事件后果的严重性的等级s具体为：

a级，人员伤害为事故造成1～2轻伤，无重伤及以上，直接经济损失c<50万元，环境影响为涉及范围很小，无群体性影响，需紧急转移安置人数≤50人；

b级，人员伤害为事故造成轻伤3～9人，重伤1～2人，无人死亡，直接经济损失50万元≤c<200万元，环境影响为涉及范围较小，一般群体性影响，50人<需紧急转移安置人数≤100人；

c级，人员伤害为事故造成轻伤10～29人，重伤3～9人，1～2人死亡，直接经济损失200万元≤c<500万元，环境影响为涉及范围大，区域正常经济、社会活动受影响，100人<需紧急转移安置人数≤500人；

d级，人员伤害为30人及30人以上轻伤，或10人及10人以上重伤，或发生3人以上死亡事故，直接经济损失c≥500万元，环境影响为涉及范围很大，区域生态功能部分丧失，500人<需紧急转移安置人数≤1000人。

五、形成风险等级r矩阵

采用风险矩阵法将风险事件发生的可能性的等级l和事件后果的严重性的等级s进行组合，即风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s；风险等级r包括a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、无人员死亡c1、有人员死亡c1、无人员死亡c2、有人员死亡c2、c3、c4、无人员死亡d1、有人员死亡d1、d2、d3以及d4，图8为风险等级r矩阵。

六、风险等级r的风险区域及说明

如图9所示，在评估长大桥梁运营安全风险评估时，将长大桥梁的风险等级分为低风险、一般风险、较大风险以及重大风险，

其中，a1、a2、b1为低风险；

a3、a4、b2、b3、无人员死亡c1、无人员死亡c2、无人员死亡d1为一般风险；

b4、有人员死亡c1、有人员死亡c2、c3、有人员死亡d1、d2为较大风险；

c4、d3、d4为重大风险。

七、制成长大桥梁的风险等级评估矩阵表

如图10所示，根据风险等级r＝风险事件发生的可能性的等级l×事件后果的严重性的等级s，形成长大桥梁的风险等级评估矩阵表。

本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。