6.1 施工安全风险评估概述
6.1.1 桥梁施工安全影响分析
桥梁工程濒临河川、海岸，或于道路乃至既有建筑物上方施工，施工环境危害状况较一般工程高，而且现场施工多属高架作业，具备高度技术性、高能量作业、环境敏感性等特点，是安全事故高发的领域。桥梁工程施工具有如下特征：
1.高度技术性
桥梁施工因组成构件及施工作业复杂，属于高技术性施工作业。桥梁规划设计与施工有着密切关系，必须事先做好规划设计，且施工中必须具有较高的作业水平，并依照所拟定程序作业，才能避免施工灾害发生。
2.高能量作业
桥梁工程基本上为将结构物顶撑于空中，施工过程需将人员、材料、设备分布于高处，稍有不慎，高处势能即可能转换为动能并造成灾害。最常见灾害即为坠落，包括人员或物体坠落。典型人员坠落常发生在防护不足的高架作业，而物体坠落常发生于吊装作业或遭施工机械撞击。
桥梁施工作业除前述势能外还包括机械能，如桥梁预应力张拉作业、节块推进作业、桥梁支承换装作业等，均需施加极大机械能于桥体上，稍有不慎极易造成机械能突然释放，从而造成施工安全生产事故。
3.环境敏感性
桥梁施工安全与周围环境、地质有极大关联，如：跨越河川、深谷时，会增加桥梁施工难度与危害程度；跨越铁路、公路等交通要道时，施工中必须维持交通，避免危及通行人车安全，也需要防范通行车辆可能对施工人员、设备产生的危害。此外，桥梁基础开挖安全性与地质因素有关，而天气也会影响施工作业场地及安全性。
4.材料、设施质量不确定性
桥梁工程所使用材料，无论是永久材料还是施工设备材料，多属定制而非量产材料，且施工设施多可以重复使用，因此具有质量变异性大的特点，常发生部分材料设施质量缺陷而造成施工灾害，典型例子为支架材质不佳、施工设备锈蚀或金属疲劳造成灾害。
5.安全意识薄弱
桥梁工程施工临时作业比例极大，作业人员流动性极强，作业人员安全意识相对比较薄弱，不能很好地遵守操作规程并正确地佩戴劳防用品。此外，施工承包商管理者多以成本、进度为首要考虑，对安全的重视往往停留在口头上，安全生产投入不足。施工管理人员及作业人员安全意识不强是导致施工安全事故高发的重要原因。
6.1.2 桥梁施工安全事故分析
近年来，我国桥梁工程建设发展非常迅速。但是，随着建设工程规模的逐步加大，桥梁工程建设领域安全事故起数和伤亡人数一直居高不下，施工现场安全生产情况仍然十分严峻，给广大人民群众的生命和财产带来巨大损失。桥梁工程安全事故频繁发生，如湖南堤溪沱江塌桥等事故，以及近期的昆明新机场引桥工程支架垮塌事故、南京城区钢箱梁倾倒事故、嘉绍大桥架桥机断塌事故等，都造成了巨大的财产损失和群死群伤现象，这无疑给交通工程建设安全工作敲响了警钟。
交通部科学研究院对2005—2007年以及2008年发生的部分桥梁施工事故进行了统计，通过研究得到我国主要桥梁施工事故分布和发生规律。
图6－1 桥梁事故统计分布图
1.主要施工安全事故类型
桥梁事故统计分布图如图6－1所示。
从图6－1中可以看出，桥梁施工安全事故主要包括：高处坠落、物体打击、坍塌、起重伤害、淹溺、触电、机械伤害。这几个方面构成了95%以上的施工安全事故，下面依次对其进行分析。
（1）高空坠落
从图6－1可知，高空坠落事故发生的比例最大，占49%，说明高空坠落事故是极易发生且经常被施工管理人员所忽视的一个方面。该类事故易发生在模板工程、脚手架工程、支架及龙门架工程、吊装工程、混凝土预制、混凝土搅拌、桩基工程、基坑开挖、梁板临边工程、现场拆除工程以及临时工程中，该类事故造成的后果可大可小，也是可能造成重大事故的事故类型。
（2）物体打击
物体打击占15%，在主要施工安全事故发生率中排在第二位。物体打击易发生在脚手架工程、基坑开挖工程中，统计结果显示，物体打击也是可能引起3人以上死亡重大安全事故的事故类型。
（3）坍塌
在所有发生的各类桥梁施工安全事故中，坍塌事故发生的比例占8%，但其可造成的人员伤亡及财产损失是最大的，该类事故易发生在桥梁施工过程中的支架及龙门架工程、桩基工程、模板工程、基坑开挖、梁板临边工程，该类事故类型是可能造成重大安全生产事故的典型事故。
（4）起重伤害
起重伤害占7%，易发生在吊装工程、梁板临边工程及桩基钢筋笼架设工程中，该类事故类型也是可能造成重大安全生产事故的典型事故。
（5）淹溺
淹溺事故占6%，易发生在吊装工程、便道便桥施工、桩基工程、梁板临边工程中，该类事故类型也是可能造成重大安全生产事故的典型事故。
（6）触电
触电事故占6%，主要发生在模板工程、吊装工程、桩基工程、基坑开挖、现场拆除工程以及临时工程中，该类事故类型也是可能造成重大安全生产事故的典型事故。
（7）机械伤害
机械伤害事故占5%，易发生在吊装工程、混凝土预制中，该类事故类型也是可能造成重大安全生产事故的典型事故。
（8）其他事故
如放炮、火药爆炸、中毒等所占比例较小，总共不到5%。
从各类事故发生的地点可以看出，桥梁安全事故发生于各项工程项目中，并根据各项工程项目的施工特点而有所不同，但都有可能造成重大安全事故。
图6－2 导致重大安全事故的事故类型分布图
2.重大施工安全事故类型
根据主要事故类型统计，可以得知可引发重大安全生产事故类型的总体分布情况如图6－2所示。
由图6－2可知，坍塌是最容易引起重大安全生产事故的事故类型，占38%，然后依次是高处坠落（27%），物体打击（12%），起重伤害（11%），触电（8%），机械伤害（3%），淹溺（1%）。
3.坍塌与高处坠落事故分布
从图6－1和6－2中的分析可知，坍塌事故引起的人员伤亡和财产损失是最大的，高处坠落事故是桥梁施工最易发生的事故。通过统计分析，在桥梁施工的各个环节中，发生坍塌事故和高处坠落事故的分布如图6－3、图6－4所示。
图6－3 桥梁施工中坍塌事故发生环节示意图
图6－4 桥梁施工中高处坠落事故发生环节示意图
从图6－3、图6－4中可知，坍塌事故与高处坠落事故多发生在脚手架工程、模板与支架工程、拱架工程中，因此这三个工程是桥梁施工中的重大危险源，应该引起足够的重视。
桥梁施工事故与一般安全事故相比，有其自身的特点，通过对桥梁施工事故进行分析和总结，得到事故发生的一般规律，可以有针对性地实施桥梁施工安全风险评估和风险控制，有助于进行安全生产管理和事故预防。
6.1.3 桥梁施工安全风险评估的意义
进行桥梁施工安全风险评估，通过合理的风险对策和措施，避免、减少或控制风险，可以有效地减少人员伤亡及降低事故经济损失，提高工程施工安全可靠性，对桥梁（尤其是大型桥梁）的建设具有非常重要的意义。具体体现在以下几个方面：
1.有利于提升决策科学性
桥梁工程，尤其是大型桥梁工程的复杂性，客观上要求对一些关键问题进行风险评估。桥梁工程决策问题面临决策时间长、决策目标复杂、决策影响面广等问题，仅从工程技术角度出发，往往难以得到令业主和工程参与各方满意的答案。通过开展桥梁施工安全风险研究，综合考虑各种影响，可以使政府和管理部门对桥梁施工中可能面临的各种风险情况及其严重程度有比较全面的了解，并通过合理的风险对策降低不利影响，提高施工质量，从而间接达到提升管理水平、降低决策者压力的目的。
2.有利于保护投资者的利益
通过开展施工安全风险评估，可以使投资者全面了解施工过程中可能经历的风险事态，并预测可能的损失程度，在此基础上，投资者可以制定相应的风险对策，有利于更准确地预测投资回报，更好地保护自身利益。
桥梁安全事故涉及桥梁生命周期内各个阶段，其中施工阶段的安全事故是人们最常见的风险事态。通过开展施工安全风险评估，可以使管理者对施工过程中可能出现的风险事态制定相应的风险对策，从而尽可能减少施工过程的人员伤亡，保证施工人员的人身安全。
6.1.4 桥梁施工安全风险评估的一般流程
桥梁施工阶段安全风险评估的基本组成部分包括风险定义、风险识别、风险估计、风险评价和风险控制五部分。桥梁施工安全风险评估的基本流程如图6－5所示。
1.风险定义
风险定义就是明确进行风险评估的对象，以及进行风险评估的目的，确定研究范围，并根据问题的特点，确定合适的风险量测方式，收集基本的项目资料供后续工作使用。风险定义是风险评估工作的开始，也是显著影响后续工作效率的重要环节。
2.风险识别
风险识别，也称危险源辨识，是根据风险定义中确定的研究对象、研究范围和研究目的，发现潜在的风险事态、明确分析重点的过程。风险识别是一个非常重要的环节，只有准确识别风险因素，才能使风险评价结果趋于合理，使风险控制发挥最大的作用。风险识别方法包括：现场观察、询问与交流、查阅有关记录、获取外部信息、工作任务分析、安全检查表、危险与可操作性研究、事件树分析、故障树分析、工作安全分析法等。在实际危险源辨识工作中，可考虑采用以上2种或几种方法相结合。
图6－5 桥梁施工安全风险评估基本流程
风险识别环节往往需要借助较多的经验完成，应该重视不同领域参与专家（包括结构、安全等领域）以及业主和相关设计人员的风险交流。
3.风险估计
风险估计是风险评估的主要工作。通常来说，风险估计包括三个方面的工作：风险概率估计、风险损失估计和风险量测。
（1）风险概率估计
2010年交通运输部发布了《关于在初步设计阶段实行公路桥梁和隧道工程安全风险评估制度的通知》（交公路发〔2010〕175号），给出了《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南（试行）》，该文件将工程安全风险发生概率等级分为5级，各等级判断标准见表6－1。
风险源发生概率可采取专家调查法、概率分析法、层次分析法、事故树法、模糊综合评价法等方法进行确定。根据工程不同阶段的特点，可选择1种方法或者多种方法相结合确定风险源发生概率。
表6－1 风险发生概率等级判断标准
注：1.Pf为概率值，当概率值难以取得时，可用年发生频率代替。
2.风险发生概率等级应优先采用定量判断标准。当无法进行定量计算时，可采用定性判断标准。
（2）风险损失估计
参照《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南（试行）》，风险损失等级分为1、2、3、4、5级。应按人员伤亡等级、经济损失等级及环境影响等级等因素确定。当多种损失同时产生时，应采用就高原则确定风险损失等级。
人员伤亡等级的判断标准见表6－2。风险源发生概率可采取专家调查法、概率分析法、层次分析法、事故树法、模糊综合评价法等方法进行确定。根据工程不同阶段的特点，可选择1种方法或者多种方法相结合确定风险源发生概率。
表6－2 人员伤亡等级判断标准
注：1.参考国务院《生产安全事故报告和调查处理条例》和《企业职工伤亡事故分类标准》。
2.“以上”包含本数，“以下”不包含本数，下同。
经济损失等级的判断标准见表6－3。风险损失一般采用专家调查法确定，也可采用层次分析法、事故树法、模糊综合评价法等方法确定。
表6－3 经济损失等级判断标准
注：1.参考国务院《生产安全事故报告和调查处理条例》。
2.对总造价较低的工程，如石拱桥等，可采用相对经济损失进行判定。
（3）风险量测
采用风险等级作为风险量测指标。一般来说，风险等级由风险发生概率和风险损失共同决定。具体确定方法是：
风险等级＝风险发生概率×风险损失
式中：“×”表示风险发生概率和风险损失的级别的组合。
《公路桥梁和隧道工程设计安全风险评估指南》中采用风险等级表确定风险等级，共分为4级，如表6－4所示。
表6－4 风险等级表
此外，风险等级的确定还有很多其他方法，最常用的包括模糊综合评判、蒙特卡洛方法等，将在6.1.5节进行具体的介绍。
4.风险评价
风险评价是基于风险估计的结果（即风险等级），考虑风险承担者的风险态度和风险能力，对风险程度形成具体评价结果。考虑表6－4，将风险等级分为4级，其各自对应的风险评价如表6－5所示。
表6－5 风险等级评价表
如表6－5所示，风险评价结果大致上可以分为3种：可接受、有条件接受和不可接受。其中风险有条件接受和不可接受都需要采取相应的风险控制措施。
5.风险控制
风险控制是根据风险评价结果对风险事态进行事前处理及控制的过程。风险控制包括风险决策和风险监控两部分。风险决策是根据风险评价的结果，从风险对策集合中选定合适的对策处置风险；而风险监控是指对潜在风险事态进行检测，并适时启动有关风险控制措施的过程。风险控制对策根据风险从大到小排列主要包括风险规避、风险转移、风险缓解和风险自留4类。
（1）风险规避
风险规避是通过方案改变、参数改变来消除风险发生以及风险发生后可能产生的损失。风险规避是对风险评价结果不可接受的一种对策。
（2）风险转移
风险转移是以一定的代价将某风险的结果连同风险对应的权利和责任转移给他方。风险转移并不能消除风险，但是通过第三方的介入能降低自身风险。风险转移是风险隶属性在风险决策中的体现：对某方是风险事态，但对其他风险承受者可能并不是不能接受的。风险转移是对风险评价结果有条件接受的一种对策。
（3）风险缓解
风险缓解是通过某种手段将风险降低到可接受的程度。风险缓解是风险管理中常用的对策，也是对风险评价结果有条件接受的一种对策。
（4）风险自留
风险自留是一种项目主体自行承担风险后果的一种风险应对策略。一般来说，风险自留建立在风险评价结果是可接受的基础之上。
6.风险交流
风险交流是贯穿于整个评估过程的长期工作，其目的是通过研究者与相关人员（业主、使用者、其他领域专家）进行广泛、深入的交流，以明确研究目的、风险因素等风险评估中遇到的问题。考虑到不同利益集团可能对风险的感受和认识角度不同，进行风险交流将有助于相关专家、工程师、设计师与业主、使用者及其他风险承担者之间达成共识，从而有效地降低和控制风险。
施工阶段安全风险评估流程与标准的风险评估流程差别不大，需要解决的问题是结合桥梁施工过程中的具体问题，系统地将已有的桥梁工程与风险科学研究成果结合起来，达到提高对桥梁、尤其是大型桥梁施工过程具体风险事态的表达、理解和控制的目的。
6.1.5 风险估计方法
桥梁施工阶段的安全风险因素涉及多方面，这些因素对风险发生的影响往往是不确定的、模糊的，难以用经典数学公式来进行计算。在已有的可以处理这类问题的风险估计方法中，最为常用的是专家打分法、层次分析法、故障树分析法、蒙特卡罗法和模糊综合评判法等。
1.专家打分法
专家打分法是一种最常用、最简单且易于应用的风险估计方法。使用专家打分法进行桥梁施工安全风险评估的步骤如下：
（1）在风险识别的基础上，列出风险调查表。
（2）选择有经验的专家，对风险因素或风险事件的重要性进行评价。
（3）对专家意见进行分析汇总，将统计结果反馈给大家。
（4）专家根据反馈结果修正自己的意见。
（5）经过多轮匿名征询和意见反馈，形成最终分析结论。
使用专家打分法应注意以下几个问题：
（1）选取专家应来自各相关领域，有较高权威性和代表性，人数应该相当。
（2）多轮打分后统计方差如果不能趋于合理，应当慎重使用专家打分法结论。
2.层次分析法
层次分析法（简称AHP法）是20世纪70年代由美国学者T.L.Saaty提出的一种定量与定性相结合的多方案或多目标的决策方法。层次分析法灵活简洁，一度在经济学、管理学中得到广泛应用。使用层次分析法进行桥梁施工安全风险分析的步骤如下：
（1）建立层次结构模型
在风险识别的基础上，将有关的风险因素按照不同属性自上而下地分解成若干层次，同一层的诸因素从属于上一层的因素或对上层因素有影响，同时又支配下一层的因素或受到下层因素的作用。
（2）构造判断矩阵
由专家调查法依据风险发生概率对同一层次不同因素在桥梁施工安全风险中的重要程度进行比较和分析，构造判断矩阵。例如某一层指标有两个，其判断矩阵为：
式中：Aij——i因素相对于j因素的重要程度，其取值由九分位法来确定，如表6－6所示。
某项指标风险发生概率越高，则重要程度越大。此外，二级指标权重的确定方法与一级指标相同。
表6－6 九分位的相对重要的比例标度
（3）对各指标权重系数进行计算
各指标的权重数值如下：
（4）对判断矩阵进行一致性检验
矩阵的一致性比率CR判定公式如下：
式中：λmax＝
，为判断矩阵的最大特征根；
RI——平均随机一致性指标。
当CR＜0.1时，便认为判断矩阵具有可接受的一致性，否则，需重新调整判断矩阵。
采用AHP法进行风险分析，得到的是指标权重或方案排序。因此，如果是对某一个特定方案进行评价，以判断其风险大小，单独采用层次分析法并不能完全解决这一问题，需要与其他方法相结合。
3.故障树分析法
20世纪60年代初，随着载人宇航飞行，洲际导弹的发射，以及原子能、核电站的应用等尖端和军事科学技术的发展，都需要对一些极为复杂的系统，做出有效的可靠性与安全性评价，故障树分析法就是在这种情况下产生的。
故障树分析法（简称FTA）是一种演绎的逻辑分析方法，它在风险分析中的重要作用主要遵循从结果找原因的原则，将风险形成的原因由总体到部分按树枝形状逐步细化，分析风险及其产生原因之间的因果关系。即在前期预测和识别风险的基础上，运用逻辑推理的方法，沿着风险产生的路径，求出风险发生的概率，并能提供各种控制风险因素的方案。故障树的定量分析，首先是确定基本事件的发生概率，然后由故障树图，通过一定的数学计算方法，求出顶上事件的发生概率。
4.蒙特卡罗法
蒙特卡罗方法于20世纪40年代美国在第二次世界大战中研制原子弹的“曼哈顿计划”中，由计划的成员S.M.乌拉姆和J.冯·诺伊曼首先提出。该方法是通过随机变量的统计实验随机模拟求解数学、物理、工程技术问题近似解的数学方法，也称随机模拟方法。采用蒙特卡罗方法进行桥梁施工安全风险分析的基本步骤如下：
（1）根据实际问题，构造模拟的数学模型，即构建相应的功能函数，也就是风险后果与风险因素之间的函数关系。各个风险因素之间是相互独立的，且服从各自的概率分布。
（2）根据模型的特点，进行相应的概率分布的多次重复抽样，得到风险后果值的多个随机数。
（3）当抽样次数足够多时，将抽样模拟结果进行统计处理，计算出风险后果的统计特征量，如概率分布、累计概率分布、期望值、方差、标准差等。
（4）得出结论，即风险量测结果。
蒙特卡罗方法被认为是风险评估的一种经济有效的方法，可以得到较为客观可靠的结果，但要得到准确的风险状态概率分布，必须以大量的统计数据为基础，而目前在国内这些数据的获取是比较困难的，因此限制了该方法的应用。
5.模糊综合评判法
模糊综合评判法（简称FCE）是对受多个因素影响的事物做出全面、有效分析的一种综合评价方法。FCE法突破了精确数学的逻辑和语言，强调了影响事物因素中的模糊性，较为深刻地划分了事物的客观属性。采用模糊综合评判法进行桥梁施工安全风险分析的基本步骤如下：
（1）建立评判对象因素集
按照评价主体的不同，将评价指标划分为多个子集U＝｛U1，U2，…，Um｝，其中Ui表示影响评判对象的因素，这里指的是风险因素。
（2）建立评语集
评语集是评价者对评价对象所做出的各种可能的评判结果的集合，F＝｛f1，f2，…，fn｝为每一因素所处状态的n种评判。
（3）构造评价矩阵
对Ui（i＝1，2，…，m）作单因素评价，得到Ui对fj（j＝1，2，…，n）的隶属度rij，进而得到Ui的单因素评判集：ri＝（ri1，ri2，…，rin）。由m个评价因素构造出的评价矩阵如下：
（4）综合评判
结合各指标的权重和模糊关系矩阵，求出综合评价集B＝（b1，b2，…，bn），通过比较b1，b2，…，bn来最终确定估计结果。具体的计算方法如下：
式中：w1w2…wm——U1，U2，…，Um的权重。
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