桥梁运营典型场景安全风险管控策略研究

杨培东, 王月佳, 戴义博, 邹晓芳

(1.招商新智科技有限公司, 北京 100070;2.北京工业大学交通工程重点实验室, 北京 100124)

0 引言

截止到2021年末,全国公路桥梁约96万座、7 000万延米,桥梁数量的迅速增加为交通出行提供了便利,但同时也对桥梁安全风险防控提出了更高的要求. 桥梁路段作为高风险路段类型之一,其运营安全[1-4]和结构安全[5-8]之间会相互作用,进而影响桥梁交通正常运行,甚至产生更为广泛的社会性后果. 因此,亟需从运营安全与结构安全两方面出发,开展市场调研、文献梳理,面向不同类型桥梁深度辨识关键风险要素,进而针对性提出桥梁道路安全风险的靶向管控与治理方案. 为此,需要梳理我国现有典型高风险桥梁特征,总结桥梁交通安全风险普遍影响因素并基于特定典型桥梁甄别重要风险源,分析目前桥梁运营管控过程存在的问题并了解当下主流的道路交通安全主动防控技术及其对桥梁路段的适用性,最终打造典型场景,形成标准化桥梁风险管控解决方案.

在桥梁运营期间不仅有桥梁本身结构方面风险还有桥梁运行方面的动态风险[9-11],桥梁路段的高风险性,特别是在其他风险因素的叠加下,桥梁各方面的运营风险更加突出. 当独柱墩桥桥梁与超载二者风险叠加会导致桥梁倾覆;雾天与车辆未保持安全距离极易引发交通事故;雾天与车速离散二者风险因素的叠加易造成以追尾碰撞为主的交通事故;桥梁有环形隧道或是桥隧组合叠加大流量时极易造成交通拥堵或是交通事故;危化品车辆与车辆未保持安全车距二者风险因素叠加易发生交通事故;危化品车辆与车辆超速二者风险因素叠加易发生交通事故;疲劳驾驶叠加超速风险因素易发生交通事故;桥墩防撞设施不完善叠加船舶撞击时会导致桥墩倒塌.

1 基于扎根理论的桥梁风险要素及防控策略提取

1.1 扎根理论概述

扎根理论(Grounded Theory)是指在经验资料的基础上建立理论,从实际观察入手,从原始资料中归纳出经验概括,然后上升到理论[12]. 扎根理论的研究方法源于格拉斯(Glaser)和施特劳斯(Strauss)2人20世纪60年代在一所医院里对医务人员处理即将去世病人的一项实地观察研究. 将该理论介绍到我国的学者是徐宗国,按徐宗国的理解,扎根理论可被界定为“是1种研究的方法,或者说是1种质的研究风格”.

经过当今学者不断研究,扎根理论的方法论主要有3种,也就是扎根理论的三大流派：Glaser和Strauss的经典扎根理论(Original Version)、Strauss和Corbin的程序化扎根理论(Proceduralised Version)、Charmaz的构建型扎根理论(The Constructivist’s Approach to Grounded Theory)[13].

1)经典扎根理论：Glaser最初提出的原始版本,编码过程分为实质性编码和理论性编码.

2)程序化扎根理论：程序化扎根理论是现在应用最多的1种,编码过程分为开放式编码、主轴式编码和选择式编码.

3)建构型扎根理论：强调研究者对资料提问的能力,并与被研究者互动,对其行为意义进行解释.

扎根理论的研究流程如图1所示.

图1 扎根理论研究流程

1.2 基于扎根理论的访谈问卷设计

根据扎根理论操作程序结合本课题桥梁风险研究得出本课题扎根理论研究流程,如图2所示.

基于扎根理论流程本着目的明确、逻辑清晰、通俗易懂、便于处理、题量适中的原则,考虑到桥梁类型、动静态风险因素、典型风险事件、靶向防控措施等方面设计访谈问卷. 访谈问卷共设计出7个问题,在每个问题中都会给专家一定提示,提示信息与课题前期查阅资料相关联,旨在通过与受访者的正式交谈来获取信息,便于对具体问题或经验的深入探究. 以下列举专家访谈问卷的主要问题：

Q1：在桥梁运营期间,典型的结构风险因素(隐患)有哪些?(如缆索锈蚀、混凝土徐变)

Q2：在桥梁运营期间,典型的运行风险因素(隐患)有哪些?(如恶劣天气、车辆超载)

Q3：以上风险因素(隐患)有哪些与桥梁所属类型(如跨江桥、斜拉桥、钢筋混凝土桥)密切相关?

Q4：桥梁在运营期间可能发生的典型风险事件有哪些?

Q5：以上桥梁风险事件往往是如何发生的?(单个风险因素影响还是多种风险因素叠加影响?)

Q6：目前针对桥梁运营风险的防控措施有哪些?(防控措施是什么?防控措施针对的风险源或风险事件是什么?防控措施需要用到什么设施或设备?)

Q7：据您所知,目前针对桥梁的运营风险及防控是否有已成文的标准或相关资料可借鉴?如果是,有哪些?

1.3 面向多元群体的访谈对象选择

在访谈对象的选择过程中,本研究面向高校学者、运营管理人员及工程养护人员等多元群体,其中4位来自某桥梁隧道研究中心,2位来自某公路设计院,2位来自高校,2位来自某养护部门,2位来自市政路桥公司,12位访谈专家毕业院校有西南交通大学、北京工业大学以及同济大学,专家来自不同毕业院校不同工作单位,使本课题专家访谈人员多元化,访谈结果会更全面.

1.4 桥梁风险要素及防控策略提取汇总

整理专家访谈问卷反馈情况将12位专家对问卷问题的回复进行汇总,梳理前5个有关桥梁风险问题的反馈内容,提取每道题答案内容的出现频次.

对于问题1,桥梁运营期间典型的静态风险因素专家访谈结果统计情况见图3,由图3看出专家对桥梁绳索问题的提及次数最高,疲劳和锈蚀也占较高比例,专家对于混凝土炭化、混凝土锈胀、桥梁长大下坡、不良地质风险因素提及次数不是很高,但此统计结果受专家在访谈过程中侧重点不同而有所偏移,提及次数少并不代表此风险因素在实际桥梁运营期发生频率低.

图3 针对问题1专家访谈结果统计

对于问题2,桥梁运营期间典型的动态风险因素专家访谈结果统计情况如图4所示,由图4看出专家对动态风险因素关注度最高的是风因素,超载和船舶撞击的关注度较高,对于河道挖沙、地下工程穿越也有所提及.

图4 针对问题2专家访谈结果统计

针对问题3,风险因素与桥梁所属类型的相关性专家访谈结果情况进行统计绘制柱状图如图5所示,可看出对于跨江、跨海桥主要风险因素为船舶撞击,对于斜拉桥、悬索桥主要风险因素有缆索风险和风致风险,钢筋腐蚀风险主要是钢桥风险因素,独柱墩桥主要风险因素是桥梁倾覆,预应力类桥梁主要风险因素是预应力的损失. 具体不同类别桥梁相关风险如图5所示.

图5 针对问题3专家访谈结果统计

针对问题4,桥梁在运营期间可能发生的典型风险事件对专家访谈结果进行统计,专家对桥梁倾覆和桥梁坍塌的关注度最高,其次是不均匀沉降、桥面断裂和涉及爆炸火灾类的交通事故,对绳索断裂、危化品腐蚀、地震损毁以及结构落梁提及次数较低,但并不代表此类风险事件现实状态下发生频率低,具体统计柱状图如图6所示.

图6 针对问题4专家访谈结果统计

针对问题5,桥梁风险事件往往是由单个风险因素影响还是多种风险因素叠加影响发生的对专家进行访谈,12位专家一致认为桥梁风险事故一般为多因素叠加形成的,但也有受单个因素影响造成桥梁风险事件的情况,具体统计饼状图如图7所示.

图7 针对问题5专家访谈结果统计

对于后2个问题有关桥梁运营风险的防控措施和桥梁运营风险及防控可借鉴的相关标准或资料的访谈结果个体差异性较大,不适合用表格的方式展现,因此对后2个问题专家访谈反馈情况进行描述汇总.

根据专家普遍反馈情况,可将桥梁防控大体分为运营管理和风险防控2个方面.

1)运营管理

在风险防控管理方面应秉承合理设计、严格建设质量、科学运营管理、及时养护维修原则,作为桥梁管养单位要制定风险管理和隐患排查工作制度,编制风险辨识手册,为了掌握桥梁的内在状况,必须从建桥做起,桥梁养护管理部门必须参加到桥梁方案审查和初步设计审查工作中. 目的有2个：①为了解设计概貌;②坚持方案和设计中必须考虑到便于养护的问题,管理部门可建立桥梁养护技术档案,此档案属养护台帐性档案,按照维护、小修、大中修分类分别列入档案,同时按各类养护措施反映出养护技术特点、投资期、用工数、作业年月,依此作为各个时间的经济技术分析资料之一. 坚持有计划、有步骤进行桥梁承载力测试,掌握桥梁承载力数据.

2)风险防控

对于结构风险依靠定期检测和日常巡视,在对结构风险辨识分析的基础上,结合桥梁结构特点,制定风险防控措施. 如桥梁运行监控、桥梁健康档案管理、落实安全风险评估. 监测分为外部监测和内部监测,外部监测主要是应用图像识别,根据桥梁监测的图像信息监测桥梁外部设施完好程度以及桥面交通运行状况等;内部监测主要利用超声波监测器等仪器对桥梁内部进行监测,主要查看桥面内部以及箱梁内部相关风险.

大型桥梁一般都具有健康监测系统,对桥梁信息进行实时监测,对于量大面广类桥梁不适宜安装健康监测系统桥梁,要对桥梁可进行定期监测,定期做桥梁实验,规避风险隐患,以及一些日常监测,查看桥梁日常状态. 对于突发偶然风险,如车辆撞桥增加提示和防护设施,临近桥梁穿越做好工前检测评估和专项保护方案,桥下火灾加强巡视和监控,消除火灾隐患.

防灾减灾措施(抗震措施、抗风措施、性能提升措施等),每一类措施有其相应的防范对象,如地震落梁事件、地震下桥梁垮塌事件、洪灾下桥墩冲刷事件、风灾下拉吊索振动事件等. 可通过监控设施、助航标志、照明设施等对灾情进行提前防范. 气动控制措施,通常安装在断面外部,修正断面,通过附加装置如导流板、抑流板,改变桥梁断面;机械控制措施,通常安装在箱梁内部,会用到TMD(调谐质量阻尼器,),一般用于跨径较小的桥梁,普遍认可的 1种机械控制措施.

对于防控设备方面,安装软隔离防撞措施水马,沿着检修道或者护栏布设,增设桥墩防撞缓存装置、增加防船撞预警系统、提高桥梁抗倾覆能力等技术措施,安装除湿机用于主缆、箱梁除湿,避免腐蚀对桥梁的危害,也可用锌块来防腐蚀也称为牺牲阳极保护措施. 设计养护前期进行一些干预、材料先进、预防性养护(如针对混凝土碳化,加防腐涂料);设置交通标志牌限制车辆超高超重;增加放落梁设施防止结构落梁;改造独柱墩;涂装防火腐/水物质.

专家在访谈中提到的标准规范整理见表1.

表1 专家访谈桥梁标准规范汇总

2 桥梁典型场景动静态风险靶向防控策略

基于扎根理论开展线上与线下相结合的专家深度访谈,据此充分借鉴行业经验,提取桥梁风险因素及防控策略,构建桥梁典型场景,并通过文献资料以及行业专家意见梳理总结出存在于桥梁本体各结构部件及所处环境中或有明显规律可循的风险因素为静态风险,桥梁本体各结构部件之外的无明显规律可循但却会加剧桥梁结构损坏或导致交通事故的风险因素为动态因素,并梳理出桥梁动静态风险总体防控策略.

2.1 桥梁典型场景动静态风险

据桥梁风险文献资料以及专家访谈意见反馈情况将风险事件按照发生概率分为低中高3个等级,对风险事件的分级主要依据是文献查询梳理过程中文献提及情况、参考专家访谈过程中专家经验意见以及相关桥梁新闻报道情况. 3种等级风险因素耦合形成风险事件,对风险事件的分级情况主要依据是当2个相同等级风险因素耦合时风险事件取风险因素同等级;当2个相邻等级风险因素耦合时风险事件取风险因素二者中的较高等级,将风险事件取较高等级更好地对其进行研究,不会出现纰漏;当最低等级与最高等级风险因素耦合时风险事件取中等等级. 具体风险因素耦合形成风险事件等级情况.

G低×G低=L低

(1)

G低×G中=L中

(2)

G低×G高=L中

(3)

G中×G中=L中

(4)

G中×G高=L高

(5)

G高×G高=L高

(6)

式中,G为风险因素等级;L为耦合形成的风险事件等级.

汇总不仅考虑动态风险和静态风险叠加形成风险事件,还考虑静态风险与静态风险叠加以及动态风险间相互叠加形成风险事件. 最终基于桥梁风险文献资料以及专家访谈意见反馈情况提取出8种桥梁典型场景,汇总情况见表2.

表2 桥梁典型场景动静态风险

2.2 桥梁动静态风险靶向防控策略

对桥梁最为典型且发生概率较高的风险事件,同时考虑其动静态风险致因,从运营管理、主动防控2方面提出风险防控措施. 运营管理部分主要涉及事件后及时处置,包括从事件发生到最终完成处置的全链路响应流程;主动防控部分主要涉及事件前主动预防,旨在降低安全风险,减小事件或事故发生率,主要包括防控精度、信息采集、传统交通安全设施与新型ITS设备的融合、布设及发布内容设计等模块,最终形成桥梁动静态风险靶向式防控策略,如图8所示.

图8 总体防控思路

3 结论

基于扎根理论开展线上与线下相结合的专家深度访谈,据此充分借鉴行业经验,提取桥梁风险因素及防控策略,更多地从工程实践与应用的角度为后续桥梁动静态风险辨识及靶向防控措施的提出奠定基础. 针对桥梁最为典型且发生概率较高的风险事件,同时考虑其动静态风险致因,以差异化、多模态防控为思路,从运营管理与主动防控两方面提出风险防控措施,并构建桥梁风险防控策略库,便于防控措施的选取与应用,有助于提升桥梁整体交通运行安全水平.