對在役橋梁風(fēng)險損失量化探究

1、對在役橋梁風(fēng)險損失量化探究摘要：現(xiàn)階段的橋梁風(fēng)險評估大多集中于設(shè)計(jì)和施工階 段，但對運(yùn)營階段的在役橋梁評估的不夠，所以為了評估在 役橋梁的風(fēng)險損失模型，總結(jié)出了導(dǎo)致在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事 件的風(fēng)險因素，定性的概括了橋梁事故按維修程度的損傷分 類。根據(jù)資產(chǎn)評估法給出了橋梁結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、財產(chǎn)的損 失模型，并提出了橋梁重建模型涉及剩余價值及重建成本兩 項(xiàng)費(fèi)用。將支付意愿法的不同行業(yè)人員的生命價值模型引入 了工程風(fēng)險評估領(lǐng)域。在役橋梁風(fēng)險損失模型的建立為在役 橋梁風(fēng)險的評估工作提供了幫助，并為今后的在役橋梁風(fēng)險 損失模型的深入研究給予了參考。abstract： the risk evaluation o

2、f bridge a/t present mostly concentrated in design and construction stage. but still lack assessment of existing bridges in the operation stage in order to assess the loss models of bridge, this paper summarized the factors of risk events occur in existing bridges, generalized the damage classificat

3、ion qualitative based on the degree of servicing in bidge accident, gave the the loss model of bridge structure, accessory structure and property according to the asse t appraisal met hod, proposed that bridge reconstruction model related to the surplus value and the cost of rebuilding two costs， an

4、d introduced the the value of life model of willingness to pay approach different industry personnel into project risk assessment. the establishment of the bridge risk cost model provides help for the bridge risk assessment， and gives reference for future indepth study of the existing bridge risk co

5、st mode1.關(guān)鍵詞：在役橋梁；風(fēng)險事件；損失模型key words: existing bridge ； risk events； loss models中圖分類號:u447文獻(xiàn)標(biāo)識碼：a文章編號:1006-4311(2014) 11-0116-030引言隨著交通事業(yè)的蓬勃發(fā)展及各種高架橋、跨海大橋等大 型復(fù)雜橋梁的施工及投入使用，橋梁在交通網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建中扮 演了重要的角色。與此同時，由于交通量的增加以及社會及 自然環(huán)境的復(fù)雜化、不穩(wěn)定化等因素，使橋梁的風(fēng)險研究面 臨著新的、更巨大的挑戰(zhàn)。而往往是在橋梁的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通 行量大且人們毫無安全防范意識等種種的不利條件下，橋梁 在運(yùn)營期間一旦發(fā)生

6、風(fēng)險事件，各個風(fēng)險主體的損失將是巨 大的。如美國時代周刊在2007年評選出的世界十大塌 橋事故都是發(fā)生在橋梁的運(yùn)營期。因此識別出橋梁在運(yùn)營期 間的風(fēng)險因素，對風(fēng)險損失進(jìn)行有效的評估量測，一方面為 事前應(yīng)對決策提供參考；另一方面在風(fēng)險事件發(fā)生后能快速 確定風(fēng)險損失進(jìn)而采取下一項(xiàng)應(yīng)對措施。可見對在役橋梁風(fēng) 險問題的識別并對其損失模型進(jìn)行研究是非常必要的。1在役橋梁面臨的風(fēng)險因素及風(fēng)險事件發(fā)生后的損傷 程度1.1造成在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件的因素各種潛在的不 確定性都有引發(fā)橋梁事故的可能，從事故學(xué)的角度，任何事 故的發(fā)生都是一個鏈?zhǔn)椒磻?yīng)，是多因素共同作用的結(jié)果，但 總會有一個首要因素，在對在役橋梁的風(fēng)險

7、事件進(jìn)行分析歸 納時，均根據(jù)其首要因素。造成橋梁風(fēng)險事件的因素有很多，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)2-3 歸納有設(shè)計(jì)原因、施工原因、材料原因、維護(hù)原因、外部原 因及其他原因。設(shè)計(jì)及施工階段的因素可以通過規(guī)范設(shè)計(jì)和 施工過程來避免；而材料原因是受氣候和環(huán)境的影響，導(dǎo)致 材料性能發(fā)生變化，造成橋梁失效事故，但是這一風(fēng)險因素 可以在設(shè)計(jì)階段合理規(guī)避；維護(hù)原因是管理單位對橋梁的檢 測、維護(hù)及加固不到位造成的橋梁風(fēng)險事故；外部原因則是 指不可抗力如地震、洪災(zāi)等引起的橋梁事故；其他原因是以 上原因之外的更具偶然性的因素，如人為蓄意破壞。除去設(shè)計(jì)施工不當(dāng)和材料的因素，對各種造成橋梁在運(yùn) 營期發(fā)生風(fēng)險事件的因素重新歸納總結(jié)后

8、，可分為自然風(fēng)險 因素和人為風(fēng)險因素。自然因素主要有洪水、地震、泥石流、 腐蝕事故等，人為因素有養(yǎng)護(hù)、管理、過載、技術(shù)等。詳細(xì) 分類如表1所示。重大事故發(fā)生時通常會導(dǎo)致一系列后續(xù)事故的發(fā)生，比 如遇到大風(fēng)或者地震事故時，可能會導(dǎo)致車輛、船只碰撞事 故的發(fā)生，即事故的鏈?zhǔn)椒磻?yīng)。1.2風(fēng)險事件發(fā)生后橋梁的損傷程度損傷程度能夠衡 量事故的嚴(yán)重程度，在橋梁風(fēng)險事故分析中常用定性的損傷 程度分類。根據(jù)文獻(xiàn)資料，kumalasari (kumalasari, 2003) 4將橋梁事故損傷程度分為部分損傷、部分倒塌、全部倒 塌和損傷程度不明確。fu c. c和burhouse5把橋梁的損傷 程度分為三個等級

9、：一級，有擦痕；二級，有小裂縫但不影 響橋梁繼續(xù)使用，不需要立即維修；三級，影響橋梁正常使 用，需要立即維修。綜合以上兩種分類方式，將橋梁損傷程 度按維修程度分為：不需維修。無明顯損傷跡象，不需要 維修處理。需要維修。次要構(gòu)件有損傷，需要維修，但不 影響正常使用。立即維修。主要構(gòu)件損傷，需要立即維修, 不能夠正常使用。倒塌。結(jié)構(gòu)全部倒塌，需要重建。2在役橋梁風(fēng)險損失模型因橋梁運(yùn)營期的風(fēng)險事故有極大的不確定性，自然因素 造成的風(fēng)險無法避免，而人為因素造成的風(fēng)險可以控制，也 是必須要控制的。在風(fēng)險評估中，風(fēng)險的兩大重要因素是風(fēng) 險損失及風(fēng)險概率，而風(fēng)險值表示為風(fēng)險事件發(fā)生概率和風(fēng) 險事件發(fā)生損失的

10、乘積的形式：vr=pr xlr (1)vr為風(fēng)險值；pr風(fēng)險事件概率；lr風(fēng)險損失。因此對在役橋梁風(fēng)險事件發(fā)生的損失模型的建立是非 常必要的。風(fēng)險損失分為經(jīng)濟(jì)損失和非經(jīng)濟(jì)損失兩類。經(jīng)濟(jì) 損失有橋梁結(jié)構(gòu)損傷、橋梁附屬結(jié)構(gòu)損傷、橋上流動財產(chǎn)損 傷、其它經(jīng)濟(jì)損失；非經(jīng)濟(jì)損失有生命損傷、環(huán)境影響和社 會影響三種。經(jīng)濟(jì)損失可以直接估算，非經(jīng)濟(jì)損失難以直接估算，釆 用后果當(dāng)量化的方法轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)損失。lr=lb+ls+lp+lo+ll+le+lw (2)lb橋梁結(jié)構(gòu)損失；ls橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失；lp橋上流動 財產(chǎn)損失；lo其它經(jīng)濟(jì)損失；l1生命損傷；le環(huán)境影響； lw社會影響。2.1橋梁結(jié)構(gòu)損失模型根據(jù)對橋

11、梁損傷程度分類，有 不同損傷程度的損失模型： 橋梁基本無損傷時，橋梁不需維修。 構(gòu)件損傷，橋梁需要維修：lb=hcli (3)cli為第個構(gòu)件的恢復(fù)費(fèi)用。參考資產(chǎn)評估中的成本評估方法：c1=c - b (4)c構(gòu)件的重置成本，即修復(fù)或者重建構(gòu)件所需的費(fèi)用(如 涉及設(shè)計(jì)、監(jiān)理等費(fèi)用，均含在此項(xiàng))；b構(gòu)件的成新率， 即新舊程度的比率，3 = (n-n)/nx 100%, n規(guī)定使用年 限，已使用年限。風(fēng)險事件發(fā)生后，橋梁各個構(gòu)件的損失程度不一，考慮 到結(jié)構(gòu)的損失率。a為結(jié)構(gòu)的損失率a e0, 1,上(4) 式變?yōu)椋篶1=c a 0(5)構(gòu)件損傷，橋梁需要維修時的損失模型為：lb=hci a i b

12、 i (6) 橋梁需要重建：一座橋梁的建造耗資大，用時長，且 與公眾的利益密切相關(guān)。因此橋梁重建時的風(fēng)險損失應(yīng)考慮 兩部分，橋梁的剩余價值及重建橋梁的成本。lb=lcc+vs (7)lcc橋梁的全壽命成本。用全壽命成本的方法來衡量橋 梁的投資已經(jīng)被廣泛重視，在聯(lián)邦基礎(chǔ)設(shè)施投資指南 (principles of federal inderal infrastructure investment)中規(guī)定"基礎(chǔ)設(shè)施的投資應(yīng)用全壽命方法來衡 量”全壽命成本的表達(dá)式：lcc=dc+cc+mc+rc+uc+sv (8)dc為設(shè)計(jì)費(fèi)用，cc為建設(shè)費(fèi)用，mc為維護(hù)費(fèi)用，rc為 風(fēng)險費(fèi)用，uc為用戶費(fèi)

13、用，sv為殘值。vs為在役橋梁的剩余價值，根據(jù)固定資產(chǎn)的平均年限折 舊法，以橋梁結(jié)構(gòu)的失效概率作為折舊率，得到基于可靠度 的在役橋梁剩余價值模型6：vs=k (v-cc) (9)k=c»-l (1-p)(10)k為在役橋梁可靠度指標(biāo)，v為在役橋梁的初始價值， cc為在役橋梁的拆除費(fèi)用，p為結(jié)構(gòu)失效概率。2.2橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失模型同樣按照成本評估法估算 附屬結(jié)構(gòu)損失，公式為ls=hc2i (11)c2i為第i項(xiàng)附屬設(shè)施的恢復(fù)費(fèi)用，(/為附屬設(shè)施重置 成本，可根據(jù)物價指數(shù)估算法得到，入為物價變動指數(shù)，v 為資產(chǎn)初始值，其他符號意義同前。c2=c' a b (12)c = (1+入

14、)xv (13)橋梁附屬結(jié)構(gòu)損失模型為ls=h (1+ x i) vi a i 3 i (14)橋上流動財產(chǎn)損失模型理論同公式(14),但在實(shí)際應(yīng) 用中，由于通過橋上的車輛數(shù)量多，計(jì)算起來較繁瑣，可以 先進(jìn)行分類再計(jì)算lp二(1+入i) vi a i - b i ji (15)ji為橋上第i種受損的流動財產(chǎn)數(shù)量，其它符號意義同 刖o2.3其它經(jīng)濟(jì)損失 其它經(jīng)濟(jì)損失為因橋梁維修加固或 者重建而間接造成的經(jīng)濟(jì)損失，如用戶成本7,具體包括 橋梁施工使客貨運(yùn)輸成本提高cy1、使附近相關(guān)公路交通擁 擠造成的損失cy2、貨物延長在途時間的損失cy3、旅客延 長在途時間的損失cy4、增加交通事故及貨損事故而

15、造成的 損失cy5、通行能力降低對相關(guān)產(chǎn)業(yè)造成的損失cy6。lo二cy1+cy2+cy3+cy4+cy5+cy6 (16)2.4生命損傷損失模型生命損傷損失包括人員死亡損 失cd及人員傷殘損失ch。ll=cd+ch (17)人員死亡損失包括價值及創(chuàng)造價值，根據(jù)文獻(xiàn)8,因 為個人是社會中的一份子，個人為自己創(chuàng)造的價值就是為整 個社會創(chuàng)造的價值的一部分，所以人的生命價值等于個人在 預(yù)期的剩余工作年限里為個人和社會創(chuàng)造的價值。而創(chuàng)造價 值與其所在的行業(yè)有關(guān)，因此根據(jù)不同的行業(yè)，生命價值公 式如下v二(18)得到在事故中人員死亡的損失模型為cd=hvh (19)v為j行業(yè)中a年齡人的生命價值；yj為評

16、估基準(zhǔn)年 份j行業(yè)的個人產(chǎn)值；ws為個人在年齡x時當(dāng)年的預(yù)期失業(yè) 率；p為個人從年齡a存活到年齡x的概率；g為預(yù)期個 人產(chǎn)值增長率；i為貼現(xiàn)利率；b為預(yù)期退休年齡。人員傷殘損失應(yīng)包括醫(yī)療、誤工、護(hù)理、交通、住宿、 住院伙食補(bǔ)助、營養(yǎng)、殘疾賠償金等，這里只選擇主要損失, 醫(yī)療、誤工和殘疾賠償金三項(xiàng)。ch= (ct+cl+co) i (20)2.5環(huán)境損失模型由于修建橋梁所用的材料對環(huán)境沒 有太大的危害性，且在役橋梁發(fā)生風(fēng)險事件之后對環(huán)境的污 染與破壞也很小，一般情況下都是可修復(fù)的。對于在役橋梁 發(fā)生風(fēng)險事件造成環(huán)境的損失應(yīng)根據(jù)所處具體環(huán)境估算 9,表示為下式le二cz+cj+cf (21) cz

17、為直接環(huán)境 損失，如對農(nóng)業(yè)、漁業(yè)的破壞等；cj為間接環(huán)境損失，如對 旅游業(yè)的影響；cf為環(huán)境治理恢復(fù)的費(fèi)用。2.6社會損失模型社會損失是橋梁事故發(fā)生對政治、 經(jīng)濟(jì)、文化所造成的影響，會對民眾心理、公共安全感以及 政府公信力產(chǎn)生一定的負(fù)面影響，雖具有很大的主觀性，但 與橋梁損失、人員傷亡、環(huán)境損失有關(guān)。公式如下lw= w v (lb+ls+lp+lo+ll+le) (22)3為受社會環(huán)境影響產(chǎn)生的放大或縮小的系數(shù)10； v 為受損傷程度影響造成的公共安全感及政府公信力下降系 數(shù)。3總結(jié)在風(fēng)險評估中，風(fēng)險損失評估工作涉及范圍廣，大大增 加了評估工作量，因此在對風(fēng)險損失進(jìn)行評估時，應(yīng)根據(jù)風(fēng) 險事件的

18、特點(diǎn)及評估的需要適當(dāng)選擇主要損失，忽略次要損 失。風(fēng)險損失模型不僅可用于風(fēng)險事件發(fā)生后對風(fēng)險損失進(jìn) 行快速評估的工作中，還可以用于風(fēng)險事件的事前控制，在 對風(fēng)險識別的基礎(chǔ)上計(jì)算風(fēng)險損失，通過得到的風(fēng)險損失值 是否在風(fēng)險承擔(dān)者可接受的范圍內(nèi)來決策某項(xiàng)決策的實(shí)施 與否。同時隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，可以通過在計(jì)算機(jī)程序 內(nèi)預(yù)設(shè)風(fēng)險發(fā)生所需的各項(xiàng)條件來模擬某項(xiàng)風(fēng)險事件的發(fā) 生，再利用風(fēng)險損失模型計(jì)算模擬事件發(fā)生后的損失。由于 風(fēng)險事件的多樣化，造成風(fēng)險損失的多樣化，而有一部分的 風(fēng)險損失是難以量化并且難以評估的。風(fēng)險損失的評估是風(fēng) 險評估工作中的重要部分，因此風(fēng)險損失模型的建立還需要 更深入的研究與細(xì)化。參考文獻(xiàn)：1 張磊橋梁風(fēng)險評估體系與公路舊橋風(fēng)險控制措施 研究j管理論壇，2012, 30： 178-180.2 湯紅霞.面向結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險評估的橋梁事故分類研 究j公路交通科技，20