多模型下的水利工程质量风险评价

何京涛

(辽宁西北供水有限责任公司清河分公司，辽宁 铁岭 112300)

近年来，水利工程建设得到了快速的发展，工程投资显著增加，工程质量管理越来越引起监管部门的重视，特别是对事中与事后监管更为重要。水利工程具有工艺复杂、参建方多、投资额大以及建设周期长等特征，因此建设过程中具有较强的复杂性与动态性风险管理特征。在项目建设全过程中，质量监管部门实现分阶段采取重点监管措施并实时掌握质量风险演变趋势，已成为目前亟需解决的问题。所以，对水利工程各阶段质量风险从政府监管的视角进行评价，并识别出工程项目重点部位和主要风险因子，对于提高监管效率和工程建设质量具有重要意义[1- 2]。

目前，国内外许多学者利用多种理论方法评价了工程建设质量风险，而涉及水利工程建设风险的研究相对较少且具有一定的局限性，主要体现在如下方面：基于业主视角的工程质量风险评价较多，并且风险管理指标体系的针对性较差；还未形成较为系统、成熟的风险评价方法。水利工程质量评价通常缺乏历史数据的支撑，并且项目具有较大的不确定性，因此对于很多因素只能利用专家咨询法评价，而无法做出定量的判断。为了追求自身利益的最大化，施工企业通常会隐瞒真实的施工状况，从而使得监管人员无法获得系统、可靠的有效信息。目前，AHP法、模糊数学法以及蒙特卡罗法为工程质量评价的常用方法，Dikmen等[3]综合运用模糊识别法与图表法对项目风险等级进行了客观评价；Einstein等[4]以隧道成本控制为例，利用计算机软件构建了硬岩隧道模拟模型；Tam等[5]利用模糊层次矩阵对风险因子影响程度进行排序，并识别了影响工程安全的关键性因素；姜树元等[6]基于效用理论描述了风险程度，并提出了风险度量方法；付金强等[7]综合考虑了税收、总成本费用，利用蒙特卡罗法对工程投资风险及影响因素进行了评价；赵栋等[8]基于AHP法和“安全”理念构建了模糊评价模型，综合评价了工程质量风险。

鉴于此，本文在总结分析水利工程管理规定和相关研究成果的基础上，建立了开工前与建设实施两个阶段水利工程质量风险评价指标体系，通过建立科学、有效的多阶段风险评价方法研究工程质量风险问题，并利用群体决策AHP灰色系统法识别了重点监管项目和部位，然后以典型案例验证了指标体系和评价方法的科学性、适用性。

1 构建水利工程质量风险评价指标体系

1.1 初始质量风险因素分析

根据已有研究，可将市政、交通、调水、河道以及大坝等工程质量风险因素划分为项目内、外两个层面，主要包括管理、技术、社会、经济、环境与政治6个方面。这种分类方式涉及范围较广，且比较全面，但是未考虑工程质量与各类因素之间的影响作用。结合质量风险形成的机理，影响工程实体质量的直接影响因素为设计、施工的技术类因素；而管理类因素主要是通过影响个人、参建单位以及约束条件等对工程造成间接性影响，而社会、经济、政治和环境等是通过影响管理类因素对工程造成影响[9]。根据国内外重大水利工程、相关学者代表性观点、各省水利工程建设质量以及国家重点控制大型水利工程等资料数据，并参考建设质量检测报告对水利工程质量风险划分为三大类别。然后通过分析施工现场安全防护、工程实体质量、质量行为以及质量体系识别了风险点。参考了质量监督管理人员的意见，并采取专家座谈的方式最终确定了初始质量风险。

当前，由于机构人员有限、监管项目较多等情况，使得各省质量监督管理部门无法对所有工程项目实现全面的监管。利用大数据理论方法并充分借鉴以往经验，选取质量风险典型指标构建多阶段评价体系，在项目开工前、建设实施中利用质量风险评价预测和提示项目可能发生的方向，对于提高监管效率和工程质量具有重要意义。对工程质量风险指标从建设程序上可以划分为初始设计、施工图设计、施工准备、生产准备、建设实施以及竣工验收6个阶段风险[10]。

综上分析，本文注重分析技术与管理类风险，不对政治风险做深入的研究，并在环境类风险中考虑自然环境、社会经济因素，从而形成环境、管理、技术三个方面的指标体系。然后从质量监督管理的角度选择工程建设开工前、建设实施阶段风险指标，未考虑运行及设计阶段风险因素。

1.2 问卷及数据处理

影响工程质量风险的因素较多，且各因素之间具有一定的关联特性，因此本文通过采取问卷调研和相关分析法，选择了关联性较强的典型指标。首先依据初始风险指标将调查问卷设计为两个部分，即风险指标体系和基本信息。基本信息主要包括参与调查人员的工作年限、工作领域等内容，然后对整体指标依据专家意见完善和修正。问卷调查主要分为开工前与建设实施两个阶段.参与调研的对象主要为工程建设管理专家，共发放问卷200份，收回有效问卷130份。然后对问卷调查数据利用SPSS软件进行因子分析，并选择相关性较高的典型指标，从而构建系统、全面的指标体系。

1.3 样本信度检验

由于调研对象的工作经验、岗位、年龄不同，因此对工程质量风险的理解也存在一定差异，本文引入Cronbach a系数值对问卷调查的效度与信度进行检验，系数值越高则调查结果的可靠性、稳定性和一致性越好，两阶段调研结果见表1。

表1 问卷信度统计量

根据表1可知，Cronbach a系数在130份问卷调查中的信度区间为0.715～0.896，由此表明问卷的效度和信度在开工前与建设实施阶段具有较好的可行性与稳定性。根据三类质量风险在开工前与建设实施阶段的KMO和Bartlett检验结果，在技术、管理与环境方面的KMO值均在0.6以上，显著性检验水平均低于0.01，由此表明初始指标体系中的各项指标具有较强的相关性，在因子分析时具有良好的适用性。

1.4 指标体系构建

对开工前、建设实施阶段的各类风险因素利用探索性因子分析法筛选，然后结合水利专家修正意见并按照原始指标与这些因子之间的对应关系重新命名。综合专家意见和问卷调查结果，微调了个别不合理的指标，从而构建了两阶段质量风险评价指标体系，见表2。

表2 水利工程两阶段质量风险指标体系

表2所构建的指标体系基本涵盖了两阶段产生质量风险的因素，开工前的指标重点突出了合同、单位与人员资质、组织结构及管理制度风险，而建设实施阶段重点突出了新工艺及方法、组织管理风险。所建立的指标体系与监督检查的重点内容保持良好的一致性，进一步说明该体系是合理的、科学的，可用于质量风险评价。

2 两阶段质量风险评价法

2.1 指标权重的计算

为避免专家主观偏好对风险评价的影响，本文利用AHP法确定指标权重，从而形成共识性的合理指标权重，主要流程如下：

(1)利用标准化法对问卷调查中专家主观偏好进行去除。假定原指标取值和标准化目标区间分别为[1，r]与[L，R]，然后利用等比例映射的方法将某项指标的评分x映射至标准区间值v，其计算公式如下：

(1)

(2)综合考虑风险指标的专家评分结果，对极端评分进行剔除。某些质量风险指标的多位专家评分容易产生意见分歧，因此对于极端意见可利用序加权平均算子OWA法剔除，方法如下：

wi=Q(i/l)-Q((i-1)/l)

(2)

(3)

式中，α、β—模糊量化算子Q(r)的参数值，取值区间为0～1，其中0.3～0.8、0～0.5、0.5～1.0、0～1.0区间分别代表多数、至一半、尽可能多和全部平均意见。

(3)根据问卷题项标准分和指标体系评分建立映射关系。通过对初始风险指标的汇总、筛选构建了指标体系，然后进一步汇总最终的问卷调查得分，计算各问卷题项的标准分值，利用AHP法和标准分值计算各指标权重。

对开工前质量风险2级指标利用上述方法和计算公式进行求解，可得到指标Wi(i=1，2，3)的向量A=(0.4，0.4，0.2)。由此表明，准则层中3类风险在开工前的权重由大到小依次为管理、技术与环境风险。同理，可分别求得相对应的3级指W1j(j=1，2，3，4)的向量为：A1=(0.2246，0.2485，0.4178，0.1091)；A2=(0.1955，0.3903， 0.2760， 0.1382)；A3=(0.2，0.4，0.4)。人员技术和单位资质为管理风险中权重较高指标，而合同管理和组织结构指标的权重大致相同，该赋权与监督检查工作重点保持良好的一致性。因此，在工程开工前应注重关注勘察技术和设计技术风险。

同理可对建设实施阶段2级指标Wi的权重进行计算，得到权向量B=(0.6，0.2，0.2)，相应的3级指标权向量B1=(0.2336，0.3935，0.2336，0.1393)；B2=(0.6665，0.3335)；B3=(0.2，0.4，0.4)。建设实施阶段准则层中3类风险的权重由大到小依次为管理、技术和环境风险。其中材料设备、施工过程为管理风险中比重较大的因子，由此表明在水利工程建设管理风险中应加强对材料设备的检验。环境风险中以自然环境指标权重最大，而技术风险中以施工工艺及方法风险最大。

2.2 灰色系统理论评价法

根据评价指标Uij和已有研究成果确定相应的评价等级，工程质量风险划分为低、较低、一般、较高、高风险，相应的评价等级为V=(v1，v2，v3，v4，v5)，赋分值依次为1，2，3，4，5。若评分处于相邻的两个区间，对于风险级别可根据评分取值区间确定，相应的赋分依次为1.5～4.5。

对工程项目2个阶段的风险指标邀请t位专家进行打分，并统计汇总各专家赋分值，构建相应的评价矩阵，如下所示：

(4)

不同专家对于同一项质量风险指标的理解存在一定差异，因此可考虑采用一个灰数的白化值反映建设项目的风险情况，其中灰类的灰数、级别以及白化权函数为风险评价是否准确、合理的关键。根据5个不同风险级别可得到相应的评价灰类，1～5灰类风险白化权函数分别如下所示：

综合评价各2级指标Uij的质量风险，则有Bi=Ai×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)，然后构建对应于5个灰类的1级指标Ui的灰色评价矩阵R，即R=[B1，B2，B3，B4，B5]T。综合评价工程建设质量一级指标，结果为B=A×R=(b1，b2，b3，b4，b5)，最后根据各灰类等级值向量C=(1，2，3，4，5)对项目综合风险评价值进行计算，公式如下：

W=B×CT

(5)

然后根据最终的W值的大小对水利工程质量风险水平的高低进行判断，并利用白化权函数对W值做进一步检验。

3 实例应用

3.1 工程概况

辽宁省某水库位于辽河下游干流，总积水面积为16.48万km2，总库容1.85亿m3，防洪库容1.60亿m3。工程主要由穿坝建筑物、泄洪闸、大坝等组成，共布置16孔泄洪闸，大坝为混凝土重力坝，坝长42.6km，坝顶宽6m、最大坝高12.1m，是一座具有工农业供水、水力发电和防洪排涝等功能的大型水利枢纽工程。工程区属于大陆性气候，年均温度8℃，年均降水量721.9mm，降雨主要集中在7—9月份，春秋多风，夏季寒冷漫长。由于该工程建设周期长、投入资金多、工程规模大，并担负着农业灌溉、工业和城市生活用水等多个目标，因此被列入辽宁省重点建设大型水利项目。

水利工程质量与安全监督部门先后对该项目进行了多次的监督检查活动，并高度重视项目的质量监管工作。将项目开工前、建设实施两阶段的指标体系分别与质监部门对该水库工程质量检查通报意见进行对比，从而得到质量风险因素[11- 12]。

3.2 质量风险分析

然后按照文中所述步骤和计算公式，分别得到2级指标的灰色评价矩阵，见表3。

表3 灰色评价矩阵

然后利用公式Bi=Ai×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)可计算综合评价值。

B1=A1×R1=(0.0158，0.0882，0.2664，0.3312，0.2980)

B2=A2×R2=(0.1905，0.2196，0.2218，0.2006，0.1674)

B3=A3×R3=(0.2365，0.2383，0.2075，0.1747，0.1427)

利用上述计算结果最终可得到工程质量风险，即W=B×CT为3.2468。该水利工程在开工前的风险值处于3～4范围，由此表明具有较高的质量风险，因此在项目实施过程中应加强对施工方案的准备和项目组织管理的控制。同理，可得到建设实施阶段的质量风险值为3.3625，相对于开工前阶段质量风险增大，其原因可能是在开工前监督单位提出的材料检验、人员资质等问题，建设单位未及时落实和更改，从而造成建设实施阶段的质量风险有所提升。因此，管理部门应对参建各方的质量管理职责开展多次监督检查活动，督促各方各尽其责，确保项目无安全事故发生，从而保证水利工程的顺利建设和运行。事实表明，本文所构建的指标体系和计算方法能够较好的反映工程项目的质量风险，研究成果可为提高监督部门的工作效率和工程质量提供一定参考依据。

4 结论

(1)本文根据国内外重大水利工程、相关学者代表性观点、各省水利工程建设质量以及国家重点控制大型水利工程等资料数据，并参考建设质量检测报告对水利工程质量风险划分为3大类别。然后通过分析施工现场安全防护、工程实体质量、质量行为以及质量体系，识别了风险点，并采取专家座谈的方式及参考质量监督管理人员意见，最终确定了初始质量风险。

(2)为避免专家主观偏好对风险评价的影响，本文利用AHP法确定指标权重，从而形成共识性的合理指标权重。其中人员技术和单位资质为管理风险中权重较高的指标，而合同管理和组织结构指标的权重大致相同，该赋权与监督检查工作重点保持良好的一致性。因此，在工程开工前应注重关注勘察技术和设计技术风险。

(3)辽宁省某水利工程在开工前的风险值处于3～4范围，表明具有较高的质量风险，因此在项目实施过程中应加强对施工方案的准备和项目组织管理的控制。同理，可得到建设实施阶段的质量风险值为3.3625，相对于开工前阶段质量风险增大，其原因可能是在开工前监督单位提出的材料检验、人员资质等问题，建设单位未及时落实和更改，从而造成建设实施阶段的质量风险有所提升。