塔梁同步施工工艺是近几年出现的一种新的斜拉桥施工工艺，是指在主塔施工没有完成以前，就开始主梁的悬臂施工，塔梁施工相互交融，在此过程中同时进行斜拉索的挂索及张拉^[1]。目前绥芬河斜拉桥(2005)、淮安大桥(2005)、马岭河特大桥(2009)、重庆长寿长江公路大桥(2009)、武汉天兴洲大桥(2009)、淠史杭大跨度斜拉桥(2010)、武汉大道跨京广铁路桥(2011)、武汉二七长江大桥(2011)先后都采用塔梁同步施工工艺，在保证施工安全、成桥线形和内力合理的前提下，均在缩短工期和提高经济效益方面取得了显著成效。

塔梁同步施工工艺可以将施工人员与工程作业机械合理安排，与非同步施工相比，塔梁同步施工缩短的工期十分明显，但塔梁同步施工存在高、低空交叉作业情况，而且，塔梁同步施工时主塔整体刚度较弱，上塔柱底面截面压应力储备也较少；另外，施工过程中要保证结构安全，索力控制必须保证主梁线形和主塔偏位达到控制目标，增加了施工控制难度。由于塔梁同步施工工艺所处的施工环境更复杂，对企业施工技术水平、管理能力要求更高，面临的风险更大，因此对塔梁同步施工工艺开展风险研究非常必要。而目前对于塔梁同步施工工艺的研究主要集中在施工方案的介绍^{[1, 2, 3, 4]}、塔梁同步施工工艺的控制研究^{[2, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12]}方面，相关风险研究尚属空白。

塔梁同步施工工艺是一项复杂的系统工程，受到多方面风险因素的影响，为了对这一特殊工艺进行有效的风险管理，本文以河口大桥为例运用解释结构模型分析影响该施工工艺风险因素的产生机理，了解哪些风险属于源头风险，哪些风险属于过程风险、最终风险，为塔梁同步施工风险管理提供依据。

河口大桥是兰州至永靖沿黄河快速通道的重点桥梁工程，为跨越黄河河口水库而设。该桥主桥为双塔双索面结合梁斜拉桥，主跨跨径360 m，边跨177 m；边跨设辅助墩，主桥桥跨布置为(77+100+360+100+77)m，如图 1所示。

图 1 河口大桥桥型布置图(单位：m)Fig. 1 Layout of Hekou bridge type(unit:m)

图选项

河口大桥采用钢筋混凝土A形塔，主梁采用工字钢-混凝土结合梁，结合梁梁高2.83 m(钢主梁中心处)、3.06 m(桥梁中心处)；斜拉索采用平行钢丝束，全桥共56对，按双索面扇形布置。河口大桥位于青藏高原东北边缘，黄河侵蚀堆积河谷阶地，属于地震基本烈度Ⅷ度区，地形较平坦，地势开阔；河谷斜跨宽度约为500 m，河口水电站正常蓄水位1 558 m，通航等级为V级。

大跨径斜拉桥的施工是一项非常复杂的系统工程，露天和高空作业多，受地质环境影响大，而且随着跨径的不断增大，斜拉桥的结构刚度越来越低,柔度不断增大,几何非线性和材料非线性因素对结构的影响变得更为突出。在大跨径斜拉桥的建设过程中，桥梁垮塌等类似的风险事件时有发生，由此所造成的灾难性风险损失巨大。

河口大桥为高烈度地震区修建的大跨度结合梁斜拉桥，我国结合梁斜拉桥虽然已经有20 a左右时间的实践，但基础理论研究相对滞后，高烈度地震区修建的大跨度结合梁斜拉桥很少，存在计算理论与实际误差较大、相关规范不完善的问题。再者河口大桥采用塔梁同步施工工艺，施工工艺复杂，施工过程中主塔整体刚度较弱，存在高、低空交叉作业情况，这些因素都进一步增加了项目的施工风险。

目前斜拉桥施工阶段的风险因素识别有定性分析识别^{[13, 14]}(仅指出在桥梁施工阶段常见的风险因素及事故源)，比较多的是从桥梁结构安全角度分析其风险影响因素^{[15, 16, 17, 18]}，也有部分学者从人员、投资、时间等方面进行风险因素的识别^[19]。这些研究所识别的风险因素存在以下几方面问题：一是风险因素识别不全面，只考虑斜拉桥施工过程中的某一方面风险；二是对风险因素之间的关系没有进行分析。因而在斜拉桥塔梁同步施工风险因素的识别时，应借鉴现有研究的成果，通过专家调查与实际项目的调研，从系统的、动态的角度来识别塔梁同步施工过程中的风险因素,识别的风险因素见表 1。

ISM 法是美国 Warfield 教授于 1973 年为分析复杂社会经济系统相关问题而提出的一种方法。其基本思想是：通过各种创造性技术，提取问题的构成要素。利用有向图、矩阵等工具和计算机技术，对要素及其相互关系等信息进行处理，最后用文字加以解释说明，明确问题的层次和整体结构，提高对问题的认识和理解程度^[20]。

使用ISM 来逐步研究各种风险之间的关系。采用专家咨询法确定24个风险因素之间的关系，建立邻接矩阵A，见式(1)：

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可达矩阵是表示系统要素之间任意次传递性二元关系或有向图上两个节点之间通过任意长的路径可以到达情况的方阵^[20]。可达矩阵M的元素m_ij定义如式(3)所示：

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根据式(2) 求解可达矩阵，方法为：

令

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运用布尔代数运算规则(0+0=0,0+1=1,1+0=1,1+1=1,0×0=0,0×1=0,1×0=0,1×1=1)，通过依次运算后可得：

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可达矩阵M如(7)所示：

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(1)引入有关概念

受要素R_i影响的要素集合定义为要素R_i的可达集SR_i；影响要素的要素集合定义为要素R_i的先行集AR_i；底层要素集B={R_i|S(R_i)∩A(R_i)=A(R_i)}，如果R(r_i)∩A(r_i)=R(r_i)，则为最高级要素。

(2)区域划分

对可达矩阵M进行区域分析，结果如表 2所示。

对于计算出来的底层要素集进行分析，若有属于B的任意两个要素t，t′，当St∩St′≠φ，则要素t和t′属于同一区域；反之，则要素t和t′属于不同区域^[20]。经计算，所有要素属于同一区域。

(3)级别划分

寻找各级最高级要素，根据可达矩阵列出每个因素的SR_i，AR_i，SR_i∩AR_i,找出第1级最高级因素集后,从可达矩阵中划去所有最高级因素所在的行和列；再从余下的可达矩阵中寻找第2级最高级因素集；依此类推,可找出每1级所包含的最高级因素集。这样我们就可以一步一步将不同的风险划分出层次。借助Matlab2010运算得到项目风险因素的级别划分为6个级别：

级别划分结果如图 2所示。

图 2 塔梁同步施工风险因素的解释结构模型Fig. 2 Interpretative structural model of synchronous construction technology of beam and pylon

图选项

根据塔梁同步施工工艺风险系统的解释结构模型可以明确风险的产生机理。从图 2可以看出，24个风险因素可以划分为 6 个层次。根据风险因素的产生机理，可以将这6个层次的风险再划分为客观风险源层、主观风险源层、桥梁结构安全风险源层以及结果风险层。

客观风险源层为图 2中的L₅ 和 L₆ 层。 L₆层风险包括地质风险、气温风险、大风风险、暴雨风险以及地震风险。这5类风险是由项目所处的地理位置决定的，属于项目的客观外部环境，是项目风险产生的深层根源。L₅层风险是设计风险，包括设计理论风险和设计方案风险。相对施工阶段而言，设计风险也是施工阶段多种风险的产生根源，但这两类风险又受客观环境风险的直接影响。在桥梁设计方案已定的情况下，这些风险都可看作塔梁同步施工的深层风险源。

主观风险源为图 2中的L₃和 L₄层。L₄层为管理风险，这里的管理风险包含了一切人为因素带来的风险，比如员工的技术水平风险、管理水平风险、职业道德风险等，这些风险是产生 L₃层风险的直接根源。L₃层风险包括施工监测风险、结构分析模型风险、设备风险、材料风险。施工监测风险、结构分析模型风险直接影响施工控制风险的大小，进而会影响桥梁结构安全；设备风险、材料风险的产生根源在于管理工作的各项不足，也会对桥梁结构安全产生直接影响。这些风险可以划分为主观风险源，也是企业的内部风险。

过程风险层即为图 2中的L₂层：结构安全风险、吊装运输作业风险、高空作业风险、桥跨合龙风险、预制构件安装尺寸误差控制风险、斜拉索施工风险、施工控制风险、临时荷载风险、质量风险，这9类风险属于影响桥梁结构安全的风险，是在客观风险源和主观风险源的综合作用下产生并伴随塔梁同步施工过程发生的风险。

结果风险层即为图 2中L₁层：工期风险、资金风险、人员安全风险。这3类风险是塔梁同步施工过程中各类风险产生的最终结果，这些风险直接影响项目总风险的大小，归结为结果风险。

塔梁同步施工过程中的各种风险因素构成了一个复杂的系统，在系统分析各风险因素之间关系的基础上，利用解释结构模型研究这些风险因素的结构层次关系，在剖析风险产生机理的基础上将风险因素划分为客观风险、主观风险、过程风险源和结果风险4个层次。利用解释结构模型对塔梁同步施工风险关系的分析可以理清风险因素之间的关系，在进行风险管理时，有助于抓住风险管理的关键因素，从源头上进行风险控制，起到事半功倍的效果。