基于定量化指標(biāo)體系的水閘安全綜合評價方法研究

閆鳳新，李 瑞

（天津市永定河管理處，天津 300131）

1 前言

水閘作為我國水利基礎(chǔ)設(shè)施的組成部分，在防洪、排澇、灌溉、供水、擋潮、航運和水力發(fā)電等方面發(fā)揮著重要的作用。目前，全國水利部門管理的大、中型水閘共3 700 余座，大多數(shù)水閘已運行30 余年，部分水閘存在著閘室不穩(wěn)定、滲流不穩(wěn)定、沉降、地震破壞和工程老化等問題，普遍進入病險期，其中一部分水閘不能滿足安全控制運用的要求。上世紀(jì)90年代以來，水利部門加大對病險水閘的安全鑒定和除險加固的投資，為規(guī)范水閘安全鑒定工作，水利部先后頒布了 《水閘安全鑒定規(guī)定》（SL214-1998）和《水閘安全鑒定管理辦法》，為水閘安全鑒定工作提供操作標(biāo)準(zhǔn)。該規(guī)范及管理辦法對水閘安全鑒定工作的主要工作程序、內(nèi)容和水閘安全類別作了明確規(guī)定，由專家組根據(jù)調(diào)查分析、安全檢測和復(fù)核計算三項成果，在綜合分析各項安全分析評價內(nèi)容基礎(chǔ)上，以專家鑒定的形式提出水閘安全鑒定結(jié)論，并評定水閘安全類別。

水閘安全鑒定結(jié)論是上級部門科學(xué)決策的依據(jù)，制約今后工程設(shè)計、投資建設(shè)和運行管理等各項工作，必須嚴肅對待。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范要求，在安全檢測和復(fù)核分析成果基礎(chǔ)上，以《水閘安全鑒定規(guī)定》和《水閘安全鑒定管理辦法》為依據(jù)，建立一套評價指標(biāo)體系，研究水閘評價指標(biāo)的量化標(biāo)準(zhǔn)和度量方法，為鑒定專家提供客觀的評價數(shù)據(jù)，將極大地提高水閘安全鑒定組織單位對水閘安全鑒定的準(zhǔn)確性和工作效率，同時還可為上級決策部門提供科學(xué)合理的決策依據(jù)，有效地指導(dǎo)水閘安全鑒定工作。

2 水閘安全綜合評價指標(biāo)體系

2.1 指標(biāo)體系建立的原則

指標(biāo)體系，是指為完成一定研究目的而由若干個相互聯(lián)系的指標(biāo)組成的指標(biāo)群。指標(biāo)體系的建立不僅要明確指標(biāo)體系有哪些指標(biāo)組成，更應(yīng)明確指標(biāo)之間的相互關(guān)系，即指標(biāo)結(jié)構(gòu)。

安全評價的核心問題是確定評價指標(biāo)體系，而指標(biāo)體系是否科學(xué)、合理直接關(guān)系到安全評價的質(zhì)量，因此指標(biāo)體系必須科學(xué)地、客觀地、合理地并盡可能全面地反映影響系統(tǒng)安全的所有因素。據(jù)此，評價指標(biāo)體系應(yīng)堅持目的性、完整性、可操作性和可比性原則。

2.2 指標(biāo)體系的建立

結(jié)合大量水閘調(diào)研資料，在對影響水閘安全的主要因素進行深入研究的基礎(chǔ)上，甄選出最具代表性的指標(biāo)，按照指標(biāo)體系建立的原則性要求，結(jié)合水閘安全綜合評價實際工作的需要，建立了一套科學(xué)合理的水閘安全評價指標(biāo)體系。水閘安全綜合評價指標(biāo)體系，如圖1 所示。

圖1 水閘安全綜合評價指標(biāo)體系

指標(biāo)體系按照組成水閘整體的各個主要部分以及各自承擔(dān)的主要工程和部位進行分類，將主體混凝土建筑物、附屬建筑物、下部基礎(chǔ)、金屬設(shè)備、觀測設(shè)施5 項設(shè)為一級指標(biāo)。二級指標(biāo)按照同樣的標(biāo)準(zhǔn)對一級指標(biāo)進行細化，三級指標(biāo)根據(jù)二級指標(biāo)的性質(zhì)按照可量化要求選取反映相應(yīng)二級指標(biāo)主要特征的指標(biāo)。

在對水閘主要結(jié)構(gòu)進行評價的基礎(chǔ)上，提出了復(fù)合計算的評價指標(biāo)，將水閘的功能性指標(biāo)和結(jié)構(gòu)指標(biāo)同時作為考量水閘安全性的指標(biāo)。復(fù)核計算中的一級指標(biāo)對應(yīng)的二級指標(biāo)反映了實現(xiàn)水閘功能和自身安全的主要特征。

2.3 指標(biāo)體系的賦權(quán)

水閘工程安全綜合評價采用打分制，滿分為100 分。根據(jù)水閘調(diào)研工作和咨詢專家意見，對主體混凝土建筑物、附屬建筑物、下部基礎(chǔ)、金屬設(shè)備、觀測設(shè)施5 項一級指標(biāo)及對應(yīng)的二級、三級指標(biāo)進行賦分，各級指標(biāo)賦分情況如圖1 所示（三級指標(biāo)僅列出代表性指標(biāo)）。

2.4 指標(biāo)體系的量化標(biāo)準(zhǔn)

水閘工程安全綜合評價6 項指標(biāo)反映了工程各部分不同方面的安全性要求，有些指標(biāo)是可以度量的，如材料強度、抗滑穩(wěn)定安全系數(shù)、裂縫寬度及數(shù)量等； 有些指標(biāo)是無法精確度量的，如欄桿破損程度、混凝土表面狀況、啟閉系統(tǒng)的控制能力等。下面對各類指標(biāo)的量化方法進行簡要說明。

（1）可度量類指標(biāo)：以混凝土強度為例說明可度量類指標(biāo)的量化方法?；炷翉姸鹊脑u定以工程現(xiàn)場檢測推定的混凝土強度值（fx）和原設(shè)計或《水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（DL/T5057-1996）規(guī)定的混凝土強度（fc）的比值（f）作為評價指標(biāo)。

指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)如下：

（2）不可度量類指標(biāo)：以欄桿破損程度為例說明不可度量類指標(biāo)的量化方法。欄桿作為工作橋和交通橋的組成部分，對保護橋上行人安全起到重要作用。

指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)如下：

a 級 結(jié)構(gòu)完整，無松動，個別構(gòu)件出現(xiàn)微細裂紋安全評價系數(shù)0.8～1.0

b 級 少數(shù)構(gòu)損、脫落，5%以內(nèi)構(gòu)件有松動、裂縫、剝落 安全評價系數(shù)0.6～0.8

c 級 15%以內(nèi)構(gòu)件缺失、開裂、剝落、露筋、銹蝕、破損、脫落 安全評價系數(shù)0.4～0.6

d 級 15%以上構(gòu)件嚴重損壞、錯位、變形、脫落、殘缺 安全評價系數(shù)0～0.4

（3）復(fù)核計算指標(biāo)：水閘的復(fù)核計算包括過流能力、防洪能力、抗滑穩(wěn)定、抗震穩(wěn)定、防滲穩(wěn)定、消能防沖能力6 項二級指標(biāo)。

以過流能力為例說明復(fù)核計算指標(biāo)的量化方法。水閘過流能力的評定以實際最大過閘流量與規(guī)劃最大過閘流量的之比（Q）為評價指標(biāo)。

指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)如下：

3 水閘安全綜合評價方法

3.1 二級指標(biāo)分值和系數(shù)的計算

水閘工程綜合安全評價的6 個一級指標(biāo)中主體混凝土建筑物、附屬建筑物、下部基礎(chǔ)、閘門和啟閉機及電氣設(shè)備、觀測設(shè)施5 個一級指標(biāo)的評價以分數(shù)的形式表示，分值分別為Mi（i=1，2，…，5），對應(yīng)二級指標(biāo)分值分別為Mij（i=1，2，…，5；j=1，2，…，n），其中n 為二級指標(biāo)個數(shù)，的計算方法為：構(gòu)成該二級指標(biāo)的各級子指標(biāo)賦分值乘以該子指標(biāo)的安全評價系數(shù)后再累加求和。

復(fù)核計算指標(biāo)的安全評價以系數(shù)的形式表示，由過流量、防洪能力、抗滑穩(wěn)定性、抗?jié)B穩(wěn)定性、抗震能力、消能防沖能力6 個二級指標(biāo)構(gòu)成。二級指標(biāo)的系數(shù)為γi（i =1，2，…，6）。

3.2 評分方法及步驟

第一步，按照指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)確定主體混凝土結(jié)構(gòu)、附屬結(jié)構(gòu)、下部基礎(chǔ)、金屬結(jié)構(gòu)及電氣設(shè)備、觀測設(shè)施5 個一級指標(biāo)所包含的二級指標(biāo)的評分，將其累加即得到水閘安全狀態(tài)總分值

第二步，按照指標(biāo)評價標(biāo)準(zhǔn)確定復(fù)核計算一級指標(biāo)所包含的二級指標(biāo)的安全評價系數(shù)，將其累乘即得到水閘安全狀態(tài)總系數(shù)

水閘工程安全性的評價結(jié)論為：

最終評價得到的水閘工程安全綜合評價分為A、B、C、D 4 個等級，用模糊語言表示即為良好、一般、差、較差。A 級表示水閘安全性或評價指標(biāo)滿足國家現(xiàn)行規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）或設(shè)計要求，無影響正常運行的缺陷，按正常維護即可保證正常工作，不必采取其他措施；B 級表示水閘安全性或評價指標(biāo)略低于國家現(xiàn)行規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）或設(shè)計要求，存在局部較輕的損壞或缺陷，經(jīng)維修后可正常使用；C 級表示水閘安全性或評價指標(biāo)不滿足國家現(xiàn)行規(guī)范（標(biāo)準(zhǔn)）或設(shè)計要求，影響正常使用，但不至于隨時發(fā)生事故，應(yīng)采取措施處理方可正常使用；D 級表示水閘安全性或評價指標(biāo)嚴重不滿足國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)（規(guī)范） 或設(shè)計要求，存在嚴重安全問題，隨時有發(fā)生事故的可能性，必須立即采取措施。

4 水閘安全綜合評價實例

選取寧車沽防潮閘、薊運河防潮閘、海河二道閘和九丈窩分洪閘為計算實例，根據(jù)水閘工程的現(xiàn)狀調(diào)查、安全檢測、復(fù)核分析計算成果資料，基于水閘工程安全綜合評價方法對上述四閘進行水閘安全綜合評價，并將其結(jié)論進行對照，其結(jié)果見表1。

表1 水閘安全綜合評價實例

5 結(jié)論

按照層次分析法的基本原理，建立一套系統(tǒng)的水閘安全綜合評價指標(biāo)體系，將水閘的功能性指標(biāo)和結(jié)構(gòu)指標(biāo)同時作為考量水閘安全性的指標(biāo)，創(chuàng)新性地提出了帶有復(fù)合計算的水閘安全綜合評價方法，使評價方法更加全面、科學(xué)。之后，進行了實例驗證，評價結(jié)果與基于傳統(tǒng)專家經(jīng)驗法的鑒定結(jié)論相吻合，說明了本評價方法和指標(biāo)體系是與傳統(tǒng)評價標(biāo)準(zhǔn)相一致的，其評價結(jié)果可為實際工程提供參考。