基于层次分析法的桥梁检测风险识别

兀云飞 陈德权 沈 俊

(1.中建三局总承包公司路桥分公司，湖北武汉 430000;2.中国市政工程中南设计研究总院有限公司，湖北武汉 430010;3.浙江公路技师学院，浙江 杭州 310023)

0 引言

桥梁在现代城市建设，经济发展过程中扮演了越来越重要的角色。桥梁长年累月的高负荷运载使得一些桥梁的功能开始衰退，各种病害开始显现，基本的安全、舒适、经济的交通需求得不到满足。合理的、定期的检测养护是保证桥梁正常运营的重要手段，桥梁检测能够及时发现桥梁的基本状况和病害，可以推断出桥梁的承载能力，为桥梁的运营提供依据［1］。检测项目中建北桥等13座桥分别为建北桥、丰潭桥、城东桥、中北桥、清泰立交桥、潮王桥、西塘桥、轻纺桥、上闸首公路桥、老德胜桥、新塘路运河桥、袁富立交和康桥路运河桥，桥梁均为钢筋混凝土结构，且位于城市主干道，交通量巨大，进行荷载试验和常规检测都面临各式各样的风险;另一方面，13座桥中的老德胜桥和西塘河桥需要进行荷载试验检测，老德胜桥建成于1970年，建设年代久远，承载能力评估困难，在检测中加载稍有失误就可能造成不可估量的生命财产损失。因此，对该桥梁检测项目进行风险分析很有必要。风险识别是风险分析的第一步工作［2］，风险识别的准确性和科学性为精确的风险评估提供了基础。目前的风险识别大多是定性的评估方法如专家打分，此类识别方法受专家的个体性差异影响较大。本文结合工程实例和半定量的层次分析法进行风险识别，分析出各个风险源的权重，为桥梁检测的风险评估与控制提供参考。

1 桥梁检测风险层次模型

层次分析法起初是于20世纪70年代提出用于分析一些决策类的问题［3］。将其应用于风险分析有以下几个主要步骤:首先建立风险源的层次结构模型，然后从下到上分别对各层风险源两两相互比较建立判断矩阵，最后计算各风险源的权重并判断一致性［4］。本项目检测包括常规检测和荷载试验检测，检测过程中涉及到交通控制、试验加载等不确定因素。根据风险源的可能情况将风险分为意外风险和人为失误。意外风险包括交通失控，地震等自然灾害以及桥梁承载力不足意外垮塌;人为失误包括荷载识别错误，检测模型计算错误以及粘贴应变片时的各种失误等等。具体的风险结构层次如图1所示。

2 各风险权重计算

权重计算的主要步骤如下:首先建立判断矩阵:判断矩阵的各个元素是同一层的两个风险源相比较重要性的一个量化值，用aij表示。a的取值采用目前最为合理的9尺度取值［5］，见表1。假如aij值为5，表示i风险源重要性强于j风险源。显然aij与aji互为倒数。对于a值为2，4，6，8时，表示意义为两个风险源的重要性介于相邻量值之间。

表1 9尺度表

然后计算判断矩阵的最大特征值和特征向量，对特征向量进行归一化处理，归一化的特征向量值就是各个风险占上一层风险的权重值。

图1 桥梁检测风险结构层次图

最后是一致性检验，一致性比率用CR表示，判断矩阵一致性合乎要求需要其值小于0.1，计算式如下:

其中，RI为随机一致性指标，其取值如表2所示;CI为一致性指标，可通过式(2)计算得到;n为相互比较的风险源数量，也就是判断矩阵的阶数。

表2 平均随机一致性指标表

本检查项目中，通过综合专家评判情况桥梁风险判断矩阵，意外事故矩阵以及人为失误矩阵分别为:

运用MATLAB中“eig”命令进行矩阵求解，计算得到各个判断矩阵的最大特征根和归一化的特征向量分别为:

表3 桥梁检测总风险排序

3 结语

层次分析法可以半定量的计算出桥梁检测各个风险源的权重，相比于定性判断，数据更具有说服力。通过层次分析法计算得到模型的计算对于桥梁检测风险影响最为重大，合理精确的桥梁检查模型是下一步的研究重点。

［1］刘沐宇，袁卫国.桥梁无损检测技术的研究现状与发展［J］.中外公路，2002，22(6):34-37.

［2］阮 欣，陈艾荣，石雪飞.桥梁工程风险评估［M］.北京:人民交通出版社，2008:39-153.

［3］许树柏.实用决策方法:层次分析法原理［M］.天津:天津大学出版社，1988.

［4］巩春领.大跨度斜拉桥施工风险分析与对策研究［D］.上海:同济大学，2006.

［5］常 健，张志军.基于层次分析法的桥梁安全综合评价研究［J］.山西建筑，2014，40(2):154-156.