大跨径斜拉桥施工安全风险研究现状分析

摘  要：斜拉桥是由承压的塔、受拉的索和承弯的梁体组合起来的一种结构体系。由于施工环境恶劣、施工工序多、施工工艺复杂，大跨径斜拉桥在整个施工过程中将面临各种风险，极易出现各种事故。一旦发生事故，其带来的损失是巨大的，有时甚至是灾难性风险后果。因此，对大跨径斜拉桥施工安全风险进行分析和评价便显得尤为重要。该文通过对国内外斜拉桥施工安全风险研究现状进行分析，总结出我国斜拉桥风险管理方面存在的问题并提出建议。
关键词：斜拉桥、施工安全风险、研究现状
    一、引言
    随着社会的进步和我国改革开放的发展，近几年国家投入了巨额资金来加快交通设施的建设，作为公路及城市交通基础设施建设的重要组成部分的桥梁建设也得到迅速发展，而作为我国大跨径桥梁最流行桥型之一的斜拉桥更是有了前所未有的发展。近年来，我国斜拉桥建设已经迈入世界先进水平，在各方面都获得了很大发展，先后建成了一批具有世界级难度的大跨径斜拉桥，如：苏通大桥（主跨1088米）、香港昂船洲大桥（主跨1018米）、南京长江三桥（主跨648米）、南京长江二桥（主跨628米）、武汉白沙洲长江大桥（主跨618米）、青州闽江大桥（主跨605米）、上海杨浦大桥（主跨602米）、上海徐浦大桥（主跨590米）。如今，在世界前十大斜拉桥中，中国占据了大半江山。2008年6月，世界最大跨度的斜拉桥苏通大桥正式通车，更是标志着我国斜拉桥建设技术进入世界前列。
    但是，大跨径斜拉桥本身工程投资大、技术复杂、工程点多线长面广、工程寿命周期长，一旦发生事故后果严重。在大跨径斜拉桥的建设和使用过程中，桥梁垮塌等类似的风险事件时有发生，如昆明新机场在建桥梁垮塌、栾川县潭头镇汤营大桥倒塌、湖南省凤凰县在建的堤溪沱江大桥发生倒塌、九江大桥坍塌、广东信宜市石岗嘴大桥突然坍塌等，由此所造成的灾难性风险损失巨大，因此必须高度重视并有效解决。
    二、国内外研究现状
    2.1国外研究现状
    国际上对桥梁风险的分析已有了多年的历史，根据各种桥梁风险的特点，各国都已取得了丰富的经验，已总结出诸如调查和专家打分法、层次分析法、模糊数学法、人工神经网络法、统计和概率法、敏感性分析法、蒙特卡罗模拟法、CIM（公共信息）模型和影响图等方法，并取得了以处理随机不确定性问题的PERT（计划评审技术）、GERT（图形评审技术）、VERT（风险评审技术）为典型代表的诸多成果。
    Pontis 桥梁管理系统主要针对公路交通网络中中小桥梁的管理与维护，目前已广泛应用于美国各州的公路桥梁管理工作。J．de Brito 等于1994年针对混凝土桥开发了桥梁管理专家系统，Ichizou Mikami等建立了修复钢桥裂缝的专家系统。H．G．Melhem和Senaka Aturaliya采用专家系统工具CLIPS (C Language Integrated Production System)建立了桥梁总体评估程序。Hitoshi Furuta等1996年采用遗传算法(Genetic Algorithms)与神经网络(Neural Networks)相结合的方法开发了桥梁损伤模糊评估专家系统。Sexsmith 研究了基于风险管理的脚手架等桥梁施工临时设施安全系数的确定方法。Ossama A. Abdou 指出施工是一个受复杂的合同控制的过程并且涉及到几个层次上的复杂关系,在施工过程中有很多的风险。一般来说,有3 种施工风险,涉及到施工费用、工期和设计。
    总之，国外主要研究技术风险、设备质量风险和可靠性工程等问题，其研究内容逐步向系统化、专业化方向发展，而学术界的争论主要集中在风险评价方法上，各种方法均有其利弊。
    2.2国内研究现状
    我国从上世纪50年代开始，开展了极限状态设计法的研究和讨论，并用数理统计法研究荷载、材料强度的概率分布，确定超载系数及材料(钢筋、混凝土)强度匀质系数。在50年代末和60年代初，开展了结构安全度问题的讨论，70年代，我国针对规范制定包括公路桥梁和铁路桥梁等设计规范时，也对结构安全度问题作了大量的调查研究工作。80年代开始编制了概率理论为基础的极限状态设计方法、基于可靠度设计理论的结构设计规范。在桥梁建设中，各类桥型的桥梁施工监控技术的广泛应用，对于确保我国大跨径桥梁的建设成功发挥了重要作用。1995年，铁道部大桥局设计院研制了桥梁数据库系统对不同类型桥梁设计数据进行储存、分类和检索。王永平等提出用损伤度来度量桥梁结构或构件的损伤程度，并采用模糊数学原理，建立了桥梁使用性能的模糊综合评估体系和桥梁评估的专家系统。系统知识库通过对众多专家的咨询和对专家经验的整理分析获得，而且系统也有了一定的机器学习功能。陆雅兴等在“上海市公路路面——桥梁管理系统”研究中，引入桥梁缺损状况指数BCI(Bridge Condition Index)作为桥梁缺损状况评价指标，建立BCI的计算模型，通过主客观相结合的方法标定了模型的各项参数。潘黎明等采用层次分析、综合评估法并应用模糊理论和人工神经网络方法进行桥梁安全评估。
    目前，国内一些大型桥梁的建设也引入了风险评价和管理的思想及概念，如杭州湾大桥和崇明越江通道工程。杭州湾大桥基于其海上施工的工程特点和超大规模，将杭州湾大桥可能遇到的风险分为自然灾害风险(风暴，潮流及波浪灾害风险；暴雨及内涝，地震及海啸风险、雷击风险和意外事故风险(船舶碰撞风险，桥梁结构施工风险，主要施工设备风险，管理及责任风险等等)，并将上述风险进行了定性评价，为将要采取的风险管理措施提供依据。上海崇明越江通道工程主要就技术的可行性和工程的可造性方面进行风险分析，提出了风险防范措施。开展了河势演变风险评估，抗风、抗震、船撞、耐久性、施工等l7个专题的工程风险研究，以期定量确定本项目工程方案的抗风险能力，提出执行风险管理计划的实施措施。
    近几年在桥梁建设和使用中，频频发生的桥梁垮塌等风险事件所造成的灾难性风险损失，已经引起包括桥梁学术界在内的各方的高度重视。1996年工程安全问题开始受到重视，2003年后，桥梁安全及耐久性问题引起重视，在桥梁建设中根据其特殊风险问题，桥梁专家也开始尝试展开风险评价工作。根据风险源的不同，有学者将斜拉桥的施工风险划分为施工质量风险、施工组织风险、施工技术风险和环境影响风险，并指出施工技术风险是其中最为突出的风险因素。然而，在桥梁设计和施工技术上，属于我国自主创新的技术少，我国与世界先进国家在桥梁设计和工程施工技术，包括施工监控技术等方面，差距在缩小，现在还略微滞后（有专家估计目前落后10年左右）。目前，虽然我国的大跨径斜拉桥建设已处于世界先进水平，但是由于起步较晚，在大跨径斜拉桥风险分析与控制上，我国与国际上相比却落后了近30年。