水利基礎設施管理中的風險理念

[] E.C.

1 風險理念

風險理念主要通過使用潛在失穩模式分析(PFMA)和風險分析來闡明風險的驅動因素，包括災害可能性或嚴重性的變化、建筑結構預期性能的變化、風險中人和財產的變化，或者這些因素的組合(這是更常見的)。USACE開發了一個名為大壩安全措施分類(DSAC)的風險分類系統，使得USACE能夠為其管理的大壩建立統一的分類體系、溝通渠道以及降低風險的措施。解決問題的關鍵首先是要更充分地了解風險，采用風險評估的方法來完成這項工作遠比傳統的確定性方法好。

2 決策優化與廣泛溝通

隨著對水利基礎設施及其相關風險和效益認識的提高，風險理念也在運行管理和項目層面上提供了一個改進決策的框架。

在運行管理層面，風險理念提供了一個公平的框架，決定投資行為的相對優先次序和緊迫性。具體體現在：

(1) 水利基礎設施系統必須進行更詳細的風險分析，或者必須反過來對水利基礎設施系統進行例行操作和維護；

(2) 水利基礎設施系統必須面向可行性決策和決定文件；

(3) 水利基礎設施計劃必須面向建設。

在項目層面上，風險評估提供了一種統一的、可靠的評估和比較風險降低措施的方法，并最終協助選擇風險降低策略。USACE采用可容許風險指南，按下列步驟來評估風險降低措施：

(1) 針對個人風險和社會風險，對可將傷亡風險降低到可接受水平的措施和方案進行評估，不符合這些原則的措施和方案一般不予進一步考慮。

(2) 對滿足這些要求的方案，再采用最低合理可行(ALARP)原則進行相互比較，如：成本效率(統計壽命內節省的成本)、效益成本比、成本比例失調、穩健性、韌性和冗余性以及基本的工程管理。

運用風險概念更好地理解項目執行情況和風險源，選擇最佳的降低風險措施，所有獲得的這些信息有利于構建共識和支持。這種共識和支持不僅來自于投資商和受水利基礎設施直接影響的社區，也來自于社會更廣泛的利益相關者。

溝通是優化風險管理中的一項基本要素，因為在水利基礎設施系統以外，如水庫以上的流域和以下的洪泛平原，還有許多區域是業主不能直接控制或行使權力的，而要完全實現降低風險的目標唯有通過受到影響的團體和個人的參與。風險分析對理順大型系統和流域內的各種復雜關系也是有效的，并以一種透明可靠的方式合理解釋氣候變化動因。

3 基礎設施管理研究

風險評估常常以新的視角審視前人的工程成就和水利基礎設施建設的年代，真實地呈現了工程當前存在的風險源，并突顯了近60 a歷史所積累起來的工程實踐經驗和現有標準的不足。通過風險評估，USACE已經確定近一半的項目需要降低風險，投資預算超過200億美元。

3.1 盡早使用最初結果

(1) 第1年的風險評估結果，盡管USACE關注的是粗略性的數字結果，但卻充分表明，重排的優先順序是合理的。風險指引優先順序與前1年發展起來的“顛倒預算”進行了對比，結果表明需作重大調整。由于此前的預算優先順序是經過嚴密審查的，因此擔心有人反對改變優先順序。然而卻發現，以前使用的優選法的局限性是眾所周知的，引入新方法得到公認。研究發現，一些機構把目光盯在了分析而不是決定上，這可能有損信譽。

(2) 在決策制定中，采用風險評估，有時會出現緊急措施增加或減少的情況。為了承諾盡早使用結果，兵團致力于讓優先順序回復到他們需要的狀態，而不過分擔心這是否會改變在某些地方的工作流程和先前的承諾。一方面，應將所有高風險項目納入當前隊列；另一方面，剔除隊列中的低風險項目。在大多數情況下，這種變化在國家政府層面迅速獲得信譽；而在最初反應介于抵制和痛下決心之間的當地項目層面，信譽是逐步建立起來的。

3.2 確定風險驅動因素

遺憾的是，一旦工程貼上了“老化”的標簽，就意味著存在大量的缺陷，與材料隨著時間正常退化無關。在兵團檔案中，大多數風險驅動因素可以歸屬于以下3類之一：

(1) 與基礎設施或其基礎存在缺陷有關，不論是自然存在的，擬或是施工時實際造成的(最普遍的是內部侵蝕)；

(2) 洪水災害和地震災害背景下的學科發展變化，不論是科學信息改進驅動的，還是分析模型升級驅動的；

(3) 增加洪泛區的潛在后果。

雖然確實存在與老化相關的影響，如堿骨料反應(AAR)和閘門系統移動部件的通常退化，但在美國這些都沒有成為主要的風險驅動因素。

4 風險管理的新方法

在USACE，實現風險管理的關鍵是決定建立一種新的、小型的全國性組織，來幫助總體規劃的制定和實施機構做出決策，鼓勵他們通過培訓、政策制定和方法論的發展而在更廣泛的領域具有競爭力。USACE新設立的能夠踐行風險理念的治理機構有：

(1) 風險管理中心(RMC)。其總辦事處設在丹佛、匹茲堡和路易斯維爾，旨在促進風險評估、評價、計劃管理、政策發展，保持風險評估的最佳實踐、技術支持、數據管理，并為USACE大壩和堤防安全項目管理培訓人才。

(2) 映像、建模和后評估成果中心(MMC)。這是一個矩陣型機構，總部設在維克斯堡和堪薩斯城。MMC提供先進的統一淹沒映像、水文和水力模型，應用于風險評估、關鍵基礎設施評估、緊急行動計劃和USACE水資源管理系統的后評估成果，包括與成果相關聯的模型開發和培訓。

(3) 大壩安全修復專家托管中心(MCX)和區域修復生產中心(PC)。MCX位于西弗吉尼亞州亨廷頓，PC位于7個USACE所在地，最近履行監督并負責大壩和堤防安全項目的審查、質量流程、設計與施工成果。團隊組成如下：①大壩和堤防安全監督組(DSOG和LSOG)。這些虛擬團隊由USACE每個技術與計劃機構的專家組成，每年舉辦4次會議，為事務所提供風險特性和降低風險措施方面的建議。②政策和程序組。這些虛擬和臨時團隊由來自整個機構的政策專家組成，制定有關風險理念的綜合性的新政策。

將風險理念作為一種方法，USACE能更好地理解傳統定型的標準，并在應用過程中對其進行修正，而不是取而代之。許多傳統的工程標準是建立在“極限狀態”基礎上的，并結合安全系數來說明效果、不確定性和保守性，兩個常見的例子是滲流的整體穩定和出溢比降。USACE發現，嚴格執行這些標準來評估現有的水利基礎設施，既可以導致處理措施極度保守，又可以導致偏危險。主要是因為確定性方法是被設計，而不是評估開發出來的，因此在使用中應注意下列問題：

(1)基于“極限狀態”的分析方法通常僅考慮可導致破壞的事件樹部分，而未充分考慮破壞的全序列、機理或模式，以及使事件的每一部分或序列或多或少可能發生破壞的屬性和跡象等。

(2) 缺陷的存在，不論是天然存在的，擬或是人為造成的，很難使用傳統的方法來評估或考慮，因為它們往往依賴于概化的橫斷面和材料屬性。

(3)指南和設計手冊中廣泛使用的確定性方法，會導致工程師，尤其是缺乏經驗的工程師變成過程主義者，過分依賴這樣的指南和方法，忽略了在風險分析、確定性分析與設計方面必須具有的判斷性思維。

(4)確定性方法不太容易以明顯的方式考慮不確定性。在確定超高和有條件地不漫頂的概率方面就是一個例證，風險分析在捕獲、展示和描述這種不確定性中非常有效。

5 基于風險的決策

使用風險分析方法的一個顯著好處是將批判性思維重新引入到水利基礎設施問題的解決上來，包括認識到決策最終受很多因素的影響，尤其是考慮相對優先級和緊迫性時。決策者應盡量避免視風險評估為簡單的數字法，而是應在比較各種數值解的基礎上做出決策。風險分析結果即不能代替決策，也不能代替批判性思維，而是為決策制定提供許多影響因素和指導性意見的背景資料。

5.1 降低風險的后評價和非結構性解決方案

對于許多機構來說，引入風險分析中的后評價，尤其是當它涉及生命喪失時，是一個介于傳統的工程或科學學科之間的新領域。因此，它對鼓勵水利工程師和從事后評估的科學家、經濟學家、社會學家之間進行跨學科的知識交流非常重要。一個強大的跨學科后評價方法是極其重要的，尤其是它涉及到開發降低風險的措施，即一個結構性和非結構性的綜合措施。因為后評價涉及人的行為，它本質上更加具有不確定性和復雜性，需要社會學的理解。在許多地方，后果加重是最大的風險驅動因素，如果不予以控制，風險就會加大。針對水情的實際情況，在考慮并宣傳風險降低戰略中，了解后果尤為重要。

5.2 打造一個新的“超級多面手”

像許多機構一樣，USACE致力于在工程和科學領域培養專家，這些專家在各自的學科范圍內變得更加嫻熟，解決了許多設計和施工上存在的問題。盡管永遠需要這樣的專業化隊伍，但是風險評估不僅要求深刻認識風險分析實踐，而且要求對一、兩個不同的主要學科專家級的了解，并對所有與風險評估有關的工程和科學學科可做到融會貫通。正因如此，在一個機構中培養資格更老、資歷更深的“風險超級人才”，充實風險評估團隊，是非同尋常的。

5.3 風險評估與決策相稱

因為風險評估面向決策，因此在決定風險評估投入水平和細節程度上，考慮決策的屬性、重要性和優先級是非常重要的。在運行管理過程中，USACE使用多級風險評估，將投入、定量程度和風險評估成本與受其影響的決策相融合，應用了以下原則：

(1) 檔案初步篩選的風險評估。檔案初步篩選的風險評估是對簡化的、普通的固定破壞模式進行的風險評估，得出的是半定量的相對風險結論。篩選級評估是非常有用的，它可以將檔案分類，高風險項目需要立即采取措施，低風險項目不需要馬上關注，大量的“中間模糊類”需要進一步研究。檔案初步分類后，就不再使用這種方法，但這是USACE了解水利基礎設施風險現狀的重要的第一步，也是在水利基礎設施管理中引入風險理念和技能的重要的第一步。

(2) 水利基礎設施定期和持續的風險評估。這一評估要專門確定潛在的破壞模式，得出的也是半定量結論，用來驗證初步的風險分類，審核風險降低的過渡措施，確定優先處理的相對順序，推進最關鍵項目的風險評估。定期和持續的風險評估對梳理在初步篩選風險評估中分類為“中間模糊類”的水利基礎設施是非常有用的，按慣例每10 a就應針對所有名錄中列出的水利基礎設施開展一次風險評估。

(3) 問題評價研究的風險評估。這是一種全定量化的評估，按優先次序對風險最高的大壩施行評估，確認任何可處理的風險驅動因素與性質，建立基線風險，為繼續整改報告打下基礎。

(4) 水利基礎設施整改報告的風險評估。這一風險評估主要基于問題評價研究，但通常包括填補關鍵信息數據缺口和不確定因素、風險驅動因素的更詳細評估，對照可容許風險指導方針，作為評價風險減少方案的基礎，使用ALARP原則與其他選項對比。結果被用來確定大壩加固(設計與施工)的優先級和緊迫性。

5.4 臨時降低風險措施

在將風險分析應用于水利基礎設施管理的早期階段，USACE才明白，檔案中主要需要投資的是那些可能幾十年才能得以解決的問題。針對這一情況，并遵循公眾安全至高無上的原則，臨時降低風險措施(IRRM)首先在風險最高的項目上得到實施，盡管是臨時的，但可以立即實施，同時制定長久的結構性措施，并確定優先投資方向。已實施的常用IRRM包括限制水庫運行水位、改變運行模式、簡單的臨時結構性措施，以及對受影響民眾進行風險教育并提高他們的風險意識。通常，這些措施是利益相關者可見的，因為他們與中止授權利益息息相關,如水力發電收入、娛樂和供水效益等。

6 失效模式分析與綜合風險分析

在風險理念給基礎設施管理帶來的所有改變中，潛在失效模式分析(PFMA)可能是最重要和最有影響力的，因為它為亟待解決的問題提供了一個清晰的視角，即驅動風險的關鍵因素預期顯現。一個問題能被清楚地理解，就可以更容易地加以解決。PFMA迫使工程師考慮結構如何破壞，與在設計和施工時的想法形成鮮明的對比。因此，由熟悉項目的工程師和操作人員組成的這個多元化集團，將創造性思維和批判性思維結合起來，就成為風險評估依托的架構基礎。

孤立使用風險理念，描繪出的只能是一副黯淡的水利基礎設施畫面，因為他們只關注出了什么問題：過去的錯誤、遺漏、缺陷、實踐狀態的變化，以及靜態的基礎設施面對瞬息萬變的動態世界的挑戰。采取降低風險行動的主要理由是水利基礎設施為社會提供了極大利益。水利基礎設施要贏得并持續贏得投資，其價值必須得到彰顯，說明為什么水利基礎設施對社會很重要。基礎設施直接關系到人們的生活質量、經濟、就業和貿易，USACE的政策是促進基礎設施的公平討論，基于水利基礎設施給國家帶來的利益和價值，聯邦政府完全應該對其進行巨額投資。以下列出了其部分價值。

(1)減少洪水損失。USACE的基礎設施保護著2 500多萬人免受頻繁洪水的威脅,在降低與洪水相關的損失中釋放出了巨大的利益，包括保護沿海岸3萬多億美元的財產, 每年防止內陸洪水災害所造成的230多億美元的損失。僅在2011年,大壩和堤防基礎設施就避免了1 410億美元的潛在損失，這一數字幾乎相當于一年中對基礎設施的原始資本投資。

(2)航運。在美國，進出口的95%是通過水路交付的，即通過內陸航運(船閘、大壩和渠道)和USACE管理的港口設施。其中包括全部出口農產品的60%，最近預測未來20 a全球對糧食的需求將增長35%，水利基礎設施對全球糧食供應將有直接幫助。

(3)水電。USACE管理的發電廠是美國最大的可再生能源生產基地，對限制二氧化碳排放起到了重要作用，是全美第五大電力供應商。

(4)娛樂。每年超過3.7億人進入與大壩相關的USACE娛樂設施，使得USACE成為美國最大的戶外水上娛樂供應商。

(5)供水。在美國，每人每天使用的水超過305 L，水庫蓄有足夠的淡水，可供應9 600多萬人使用。

7 未來前景

風險理念使得人們能更透徹地了解基礎設施的發展和管理中涉及的決策。這種變化以根本的和積極的方式影響著機構的每一個單元、人員、政策和流程。USACE主辦的兩次大型國際風險研討會已經證明，風險理念在提高水利基礎設施管理方面已經落后于其他領域，如醫療、運輸、環保產業。不管怎樣，在美國經濟的關鍵時期，風險分析將有助于人們更好地了解面臨的挑戰。這將使投資決策更加可信和穩妥，需求溝通更加有效。隨著大壩相關的社會、經濟、環境和政治挑戰的加劇，風險理念會日益顯示出其重要性，在大壩給社會釋放效益的過程中，選擇更可靠的、更合理的方法和對策。