质量监督视角下土石坝质量技术风险评价研究

佘春勇，张 可，吴凯丽

(1.浙江省水利水电工程质量与安全监督管理中心，杭州 310012；2.河海大学商学院，南京 211100；3.河海大学项目管理研究所，南京 211100)

0 引 言

水利工程建设质量事关广大人民群众的切身利益，如何有效监管一直是保障建设目标和政府投资效益的大事。围绕“补短板、强监管”的总基调，浙江水利工程质量政府监管体系现代化及监管能力现代化的需求日趋强烈。工程监督实践中，省、市、县三级质量监督网络已全面建成，并确立了以监督项目法人为核心的“三位一体”监督模式，监督工作已逐步呈现由“重技术、轻行政管理”向“专业技术下的行政管理”转变，由“重施工、监理轻项目法人”向“以监督项目法人为核心”转变，由“重实体质量、轻体系行为”向“体系、行为、实体一体化”转变，依法、科学、规范的监管理念渐入人心。在监管能力建设方面，创新监督方式方法，运用数据分析技术手段，建立水利工程建设质量风险评价体系，尝试和探索质量风险管控，以提高行政效率和监管水平。

目前国内学者对工程质量风险管理及度量方法均开展过相应研究。卫斌[1]提出公路工程推行质量管理标准化、规范化、操作模块化，并提出建设单位、施工单位以及监理单位在质量管理标准化中的主要内容。黄昊[2]认为建筑工程质量管理标准化是工程技术质量、成本、进度、安全文明施工管理标准化的集合体。魏刚[3]从质量管理标准化的内涵、质量管理标准化的要求对工程质量管理标准化进行探讨，以促进建设工程各方责任主体切实履行质量责任，规范工程质量管理活动，提高施工现场质量管理水平。郭汉丁[4]从政府监管视角，构建监督主体、监督内容和监督运行三方面的监督过程标准化体系；以及监督业务决策、监督结果表述和监督绩效评价考核三个方面构成监督决策标准化体系。姜青舫[5]对风险的定义提出了新的数学描述，结合效用理论用数学的方法给出了风险度量的理论方法。邓旭[6]针对目前我国建设项目数据缺乏、质量风险管理工作复杂的特点，通过将灰色理论以及区间贝叶斯模型应用到工程的质量风险识别以及评价决策工作中。赵栋[7]基于“大安全”风险理念，构建国际EPC工程安全风险评价体系，识别安全风险建立国际EPC工程安全风险指标体系，最终构建集成群组AHP法的模糊综合评价模型进行风险评价。姚大鹏、杨明杰、杨佳[8]通过分析砌体结构的具体施工过程，结合砌体结构施工质量的特点，建立了模糊综合评价模型来对施工质量进行评定。

综上所述，尽管有关工程质量风险管理方面的研究成果较多，但是其研究思路、方法主要集中在质量管理体系层面的风险研究，较少涉及基于专项施工、专业技术层面的质量风险评价问题。从政府质量监督角度来看，工程实体质量不仅与管理体系和质量行为相关，还与工程类型、技术参数及施工工艺要求紧密联系。考虑到浙江土石坝数量庞大且质量问题相对突出，而且其质量问题在后期运行过程中可能存在风险和损失的放大效应。为此，本文从政府质量监督的视角，遵循“风险事件-数据分析-风险因素”的研究思路，着重从技术角度探讨土石坝质量专项风险评价指标体系的构建，进一步探讨和补充水利工程质量风险评价的研究角度和研究方法，为各级水利工程质量监督部门提供参考和借鉴。

1 土石坝质量风险技术指标识别

1.1 基于土石坝溃坝事故的质量风险指标识别

(1)坝体施工质量问题引起的重大质量事故分类。本文参考了全国水库垮坝相关资料，借鉴已有研究成果的分析方式，将重大质量事故的形式分为5大类16小类，分别为漫坝、质量问题、管理不当、其他原因、原因不详[9]。其中，由于坝体施工质量问题引起的重大质量事故主要包括坝体渗漏、坝体滑坡、基础渗漏、溢洪道渗漏、溢洪道质量问题、输水洞渗漏等。

(2)土石坝漫顶事故的施工因素分析。土石坝漫顶失事是指坝前洪水位超过了坝顶高程，洪水溢流而下，水流冲刷坝坡最终导致坝体溃决[10]。理论上漫顶失事与建设过程的质量联系并不紧密，但在相关案例分析中施工质量问题也是造成土石坝漫顶失事的原因之一。国内外土石坝漫顶事故的代表性案例主要包括：1963年8月河北暴雨洪水造成的319座水库溃坝事故、1975年8月河南板桥、石漫滩水库溃坝事件、印度潘希特坝事故等。本文从上述事故的分析报告中，总结出了与施工建设有关的因素。如表1所示。

表1 洪水漫顶事故的施工因素统计Tab.1 Statistics of construction factors of flood overtopping accident

(3)土石渗透事故的施工质量问题分析。土石坝的渗透形式可分为管涌、流土、接触冲刷和接触流失四种，按渗漏现象可分为散浸渗漏和集中渗漏[11]。从理论上分析，除勘察、设计和运行维护问题外，建设过程中存在的清基不彻底、坝料填筑混杂、碾压密实程度较低、旱季节防护措施不当、土料含水量大等都是可能引起坝基和坝体渗漏的原因。从国内外渗透事故案例分析，美国的提堂坝、方坦奈耳坝、河北邱庄土坝等都是渗透问题的代表案例。案例事故分析报告中的施工因素统计见表2。

1.2 基于大坝安全鉴定的质量风险评价指标识别

大坝安全鉴定工作是我国水利行业一项基本管理制度。本文借鉴文献[12]对于524座土石坝的非溃坝性隐患分析，初步提出了符合土石坝安全管理特点的隐患分类，见表3。

表2 渗透事故的建设质量问题统计Tab.2 Construction quality problem statistics of penetration accidents

表3 浙江省土石坝“非溃坝性隐患”分类表Tab.3 Classification list of “non-dam-breaking hidden trouble” of earth-rock DAMS in Zhejiang province

由于文中对案例的分析均来自大坝安全鉴定的成果。因此，这些资料的分类统计可以代表专家们的意见，具有一定的权威性。此外，虽然文中涉及工程大多数修建于20世纪80年代以前，但由于多数工程经过修复后至今仍然还在服务于社会，对其进行研究是很有必要的，同时大坝隐患中所暴露出的设计、施工以及管理环节中的问题也为管理人员带来警示和启发[13]。

1.3 问卷调查

(1)土石坝施工质量初始风险指标。根据《碾压式土石坝施工规范》、全国历年来土石坝的安全与事故案例、浙江省524座土石坝的非溃坝性隐患案例数据等资料，本文对土石坝发生质量事故的问题及其原因进行梳理，去除土石坝非施工阶段的质量风险影响指标，结合质量监督人员与施工技术人员的调查问卷，对初步设计的土石坝问卷指标和描述进行了规范和调整，从而梳理出土石坝施工阶段隐患形式，主要包括裂缝、渗漏及渗透破坏、坝体及岸坡变形破坏几种形式，从而构建土石坝施工质量初始风险指标清单见表4。

(2)土石坝专项质量风险评价指标的确定。本文根据土石坝质量风险产生机理和相关施工规范等，按照土石坝坝肩、坝体和坝基等部位识别风险指标，但这些部位包含许多相互交叉的影响因素，会导致重复性指标的罗列和关键性指标的掩盖。

表4 土石坝施工质量初始风险指标Tab.4 Initial risk index of construction quality of earth-rock dam

续表4 土石坝施工质量初始风险指标

因此，本研究邀请浙江省水利工程质量监督领域的16位高级职称专家，依据浙江水利工程质量监督APP的数据统计分析结果，结合个人实际工作经验，对初始风险指标进行评分，通过指标数据分析，将影响土石坝施工过程中的材料、坝体施工、基础清理及处理和结合部处理4个方面视为最关键因子，图1到图4分别表示各类风险内部指标之间的关联性。

图1 材料风险专家评分分布Fig.1 Material risk expert score distribution

2 土石坝质量风险评价指标体系构建

2.1 土石坝专项质量风险评价指标归并

将上述4类关键因素的相关风险指标进行整理、归类和分析，形成了土石坝施工质量风险指标体系，指标评分标准如图5所示。

指标说明：

(1)材料风险。材料风险包括：坝体料性质风险；坝体料级配风险；反滤料级配风险；块体料使用风险。其中：坝体料性质风险主要指防渗土料(黏性土、砾石土)、过渡料、坝壳砾质土、坝壳砂砾土等填料性质是否稳定，有关力学指标能否满足设计要求。坝体料级配风险主要指坝体料粒径、级配曲线能否符合设计要求。问卷中的指标：坝体填料级配比不符合要求；防渗体级配比不符合要求；筑坝的土料颗粒细度大；砂砾料级配比不良；土料级配比不符合要求。反滤料级配风险主要指护坡反滤料级配不符合要求。

(2)坝体施工风险。坝体施工风险主要指：坝体填筑及附属工程施工风险。包括：铺料厚度控制风险；碾压参数控制风险；填筑层结合部位处理风险；边界控制风险；附属工程施工风险。其中：铺料厚度控制风险主要指：坝体填筑铺料厚度不符合要求。碾压参数控制风险主要指：坝体填筑碾压遍数、含水率、密实度不符合要求。填筑层结合部位处理风险主要指：坝体填筑层结合部位的压实方法及施工质量不合格。边界控制风险主要指：填筑边界范围、坡度不符合要求。

(3)基础清理及处理风险。基础清理及处理风险包括：基础清理风险；基础处理风险。基础清理风险主要指：基础清理不彻底。问卷中的指标是：基础覆盖层清理不到位；筑坝坝基清理不彻底；基础淤泥清理不彻底。基础处理风险主要指：基础缺陷处理不合格。问卷中的指标是：基础处理不合格(导致裂缝)；防渗体基础处理不合格；基础清理不合格(导致滑坡)。

(4)结合部处理风险。结合部处理风险包括：坝体与坝基及岸坡结合风险；坝体与构筑物结合风险。坝体与坝基及岸坡结合风险主要指：坝体与坝基及岸坡连接处理不合格，主要表现是垂直防渗未到隔水层、未到达设计深度；灌浆封孔不严密；坝端与两边岸坡结合处处理不合格；坝体(防渗体)与基础接合面处理不合格；坝肩与岸坡接合面处理不合格；岸坡、坝体接合面防渗处理不合格。坝体与构筑物结合风险主要指：坝体与构筑物结合面处理不合格。主要表现是土石与刚性结构连接处理不合格；坝内埋管与坝体接合不实；上下游翼墙与坝体接头处施工质量差；新建涵管的坝体回填质量差。

图2 坝体施工风险专家评分分布Fig.2 Dam construction risk expert rating distribution

图3 基础清理及处理风险专家评分分布Fig.3 Basic cleaning and handling of risk expert score distribution

图4 结合部处理风险专家评分分布Fig.4 The combined part deals with the distribution of risk expert scores

图5 土石坝施工质量风险指标体系Fig.5 Construction quality risk index system of earth-rock dam

2.2 动态评价指标体系构建

本文根据多位水利专家的意见，拟将现有的指标体系根据施工阶段的变化，重新组合成为全新的动态指标体系，并召集浙江省水利相关专家开展土石坝安全风险指标的德尔菲会议，为相关指标进行评分，计算出不同指标体系的权重。根据现有文献和实际需求，本文将土石坝施工阶段分为“基础施工阶段”、“坝体施工阶段”两个主要阶段，并将“材料风险”、“结合部处理”等恒定风险与“基础处理”、“坝体施工”等动态指标相结合，重新构造两个阶段指标体系，如图6、图7所示。

图6 土石坝基础施工阶段风险指标体系Fig.6 Risk index system for foundation construction of earth-rock dam

图7 土石坝坝体施工阶段风险指标体系Fig.7 The risk index system of earth-rock dam construction stage

2.3 指标权重确定

课题组于2017年5月25日在南京召开水利工程质量风险管理研究专家咨询会议，会议采用德尔菲法对识别和构建的质量风险因子进行权重分析和计算。本次德尔菲法中选择了13位浙江省的水利工程方面的专家，专家组由项目法人、设计、施工、监理、质量监督机构各专家构成，涵盖了风险指标识别所需的各类工程、各类专业的专家。通过三轮德尔菲法问卷，不断调整现有的调查问卷说明与指标体系，最终在第三次中获得变异系数最小的专家打分结果，问卷结果如表5所示。

本文根据第三次德尔菲调查结果，结合文献[14]中的群体决策权重确定方法，得出土石坝在“基础施工阶段”与“坝体施工阶段”风险指标权重如表6和表7。

表5 第三次德尔菲调查问卷结果Tab.5 Results of the third Delphi questionnaire

3 基于灰色系统理论的评价方法

通过已经构建好的土石坝质量技术风险评价指标可以得到评价的等级。评价等级的确定需要充分地考虑人们的思考辨析能力及土石坝建设的实际特点。评价等级的确定一定要充分的考虑人们的思考辨析能力及水利项目建设的实际特点，

表6 土石坝基础施工阶段风险指标权重表Tab.6 Table of risk index weight in foundation construction stage of earth-rock dam

表7 土石坝坝体施工阶段风险指标权重表Tab.7 Table of risk index weight of earth-rock dam construction stage

因此5个等级可赋值为1,2,3,4,5，依次表示 “低”、“较低”、“一般”、“较高”、“高”风险，评分在某个区间时，可以设置评分的取值区间来确定该分数的风险级别，见表8。

表8 风险评分等级表Tab.8 Risk rating scale

邀请t位土石坝建设领域的专家对项目动态风险指标评分，将专家的评分进行统计汇总，构造评价矩阵如下：

(1)

式中：dijt表示第t位水利专家对第Uij指标给出的打分。

因为各位专家对同一质量风险指标的理解均有差异，只能得到一个灰数的白化值。要真实的反映项目建设过程中的风险情况就要明确灰数的白化权函数、要评估的灰类级别和灰类的灰数。参照风险评分5个级别得到5个明确的评价灰类。

第1灰类低风险(h=1),设灰数⊗1∈[0,1,2]，白化权函数f1：

(2)

第2灰类较低风险(h=2),设灰数⊗2∈[0,2,4] ，白化权函数f2：

(3)

第3灰类一般风险(h=3),设灰数⊗3∈[0,3,6]，白化权函数f3：

(4)

第4灰类较高风险(h=4),设灰数⊗4∈[0,4,8]，白化权函数f4：

(5)

第5灰类高风险(h=5),设灰数⊗5∈[0,5,10]，白化权函数f5：

(6)

对质量风险的二级指标Uij做综合评价：Bi=Ai×Ri=(bi1,bi2,bi3,bi4,bi5),从而可以计算一级指标Ui对5个评价灰类的灰色评价权矩阵R:

R=[B1,B2,B3,B4,B5]T

对质量技术风险的一级指标Ui做综合评价，得到评价结果为：

B=A×R=(b1,b2,b3,b4,b5)

最后由各灰类等级值向量C=(1,2,3,4,5),计算出评价项目的综合风险评价值：

W=B×CT

根据最终W值的大小来判断工程的质量风险水平高低，可进一步将W的值带入白化权函数中做验证。

4 案例研究

A水库是一座以供水、防洪为主，兼顾灌溉、发电及改善河道水环境等综合利用的中型水库。水库集雨面积64.5 km2，总库容32 060 000 m3，坝型为混凝土面板堆石坝，最大坝高61 m，坝长276 m，配套电站总装机容量3 600 kW，工程概算投资9.9 亿元。大坝工程2017年8月28日开工，截至2018年3月1日的质量监督检查显示，该工程基础施工阶段的质量技术风险指标存在以下问题，如表9所示。

表9 A土石坝工程基础施工阶段质量技术风险指标Tab.9 A quality and technical risk index of foundation construction stage of earth-rock dam project

请5名土石坝建设方面专家，根据A水库工程的质量技术问题对质量风险指标进行评分，得到评价矩阵D。

根据风险等级确定5个评价灰类，利用灰色多层次评价理论，将每个评价者的评分看成一个灰数，得出项目质量风险U下风险指标Ui对各灰类的灰色评价权矩阵R。

再由表7计算的质量技术风险指标权重，得出诸A土石坝工程的综合评价权向量B=bij·R=(0.134,0.173,0.484,0.522,0.413)。

最后计算A水库工程的灰色综合评价值为C=B·VT=7.85，介于7～9之间，说明基础施工阶段，该面板堆石坝质量计算风险水平相对较高，应进一步加强监管力度。

5 结 论

本文针对水利工程类型众多以及不同工程类型质量风险的特殊性问题，通过对国内外水利工程质量风险管理的总结、多轮次专家调查访谈，构建出土石坝的专项质量风险评价指标体系。这些指标体系能够识别和评价的工程实际技术应用、实体质量方面的微观风险，与普适性指标体系相互补充和印证。这些专项质量风险评价指标体系能够为质量监督活动提供技术支撑作用。本文采用的多模型融合的方法来对水利工程建设质量风险进行评价，建立专项质量风险和整体质量风险的动态化综合性的评价模型，并通过案例研究表明了本文提出的方法能够较好地评价工程质量风险状态。

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