多模型下的水利工程質量風險評價

何京濤

(遼寧西北供水有限責任公司清河分公司，遼寧 鐵嶺 112300)

近年來，水利工程建設得到了快速的發(fā)展，工程投資顯著增加，工程質量管理越來越引起監(jiān)管部門的重視，特別是對事中與事后監(jiān)管更為重要。水利工程具有工藝復雜、參建方多、投資額大以及建設周期長等特征，因此建設過程中具有較強的復雜性與動態(tài)性風險管理特征。在項目建設全過程中，質量監(jiān)管部門實現分階段采取重點監(jiān)管措施并實時掌握質量風險演變趨勢，已成為目前亟需解決的問題。所以，對水利工程各階段質量風險從政府監(jiān)管的視角進行評價，并識別出工程項目重點部位和主要風險因子，對于提高監(jiān)管效率和工程建設質量具有重要意義[1- 2]。

目前，國內外許多學者利用多種理論方法評價了工程建設質量風險，而涉及水利工程建設風險的研究相對較少且具有一定的局限性，主要體現在如下方面：基于業(yè)主視角的工程質量風險評價較多，并且風險管理指標體系的針對性較差；還未形成較為系統(tǒng)、成熟的風險評價方法。水利工程質量評價通常缺乏歷史數據的支撐，并且項目具有較大的不確定性，因此對于很多因素只能利用專家咨詢法評價，而無法做出定量的判斷。為了追求自身利益的最大化，施工企業(yè)通常會隱瞞真實的施工狀況，從而使得監(jiān)管人員無法獲得系統(tǒng)、可靠的有效信息。目前，AHP法、模糊數學法以及蒙特卡羅法為工程質量評價的常用方法，Dikmen等[3]綜合運用模糊識別法與圖表法對項目風險等級進行了客觀評價；Einstein等[4]以隧道成本控制為例，利用計算機軟件構建了硬巖隧道模擬模型；Tam等[5]利用模糊層次矩陣對風險因子影響程度進行排序，并識別了影響工程安全的關鍵性因素；姜樹元等[6]基于效用理論描述了風險程度，并提出了風險度量方法；付金強等[7]綜合考慮了稅收、總成本費用，利用蒙特卡羅法對工程投資風險及影響因素進行了評價；趙棟等[8]基于AHP法和“安全”理念構建了模糊評價模型，綜合評價了工程質量風險。

鑒于此，本文在總結分析水利工程管理規(guī)定和相關研究成果的基礎上，建立了開工前與建設實施兩個階段水利工程質量風險評價指標體系，通過建立科學、有效的多階段風險評價方法研究工程質量風險問題，并利用群體決策AHP灰色系統(tǒng)法識別了重點監(jiān)管項目和部位，然后以典型案例驗證了指標體系和評價方法的科學性、適用性。

1 構建水利工程質量風險評價指標體系

1.1 初始質量風險因素分析

根據已有研究，可將市政、交通、調水、河道以及大壩等工程質量風險因素劃分為項目內、外兩個層面，主要包括管理、技術、社會、經濟、環(huán)境與政治6個方面。這種分類方式涉及范圍較廣，且比較全面，但是未考慮工程質量與各類因素之間的影響作用。結合質量風險形成的機理，影響工程實體質量的直接影響因素為設計、施工的技術類因素；而管理類因素主要是通過影響個人、參建單位以及約束條件等對工程造成間接性影響，而社會、經濟、政治和環(huán)境等是通過影響管理類因素對工程造成影響[9]。根據國內外重大水利工程、相關學者代表性觀點、各省水利工程建設質量以及國家重點控制大型水利工程等資料數據，并參考建設質量檢測報告對水利工程質量風險劃分為三大類別。然后通過分析施工現場安全防護、工程實體質量、質量行為以及質量體系識別了風險點。參考了質量監(jiān)督管理人員的意見，并采取專家座談的方式最終確定了初始質量風險。

當前，由于機構人員有限、監(jiān)管項目較多等情況，使得各省質量監(jiān)督管理部門無法對所有工程項目實現全面的監(jiān)管。利用大數據理論方法并充分借鑒以往經驗，選取質量風險典型指標構建多階段評價體系，在項目開工前、建設實施中利用質量風險評價預測和提示項目可能發(fā)生的方向，對于提高監(jiān)管效率和工程質量具有重要意義。對工程質量風險指標從建設程序上可以劃分為初始設計、施工圖設計、施工準備、生產準備、建設實施以及竣工驗收6個階段風險[10]。

綜上分析，本文注重分析技術與管理類風險，不對政治風險做深入的研究，并在環(huán)境類風險中考慮自然環(huán)境、社會經濟因素，從而形成環(huán)境、管理、技術三個方面的指標體系。然后從質量監(jiān)督管理的角度選擇工程建設開工前、建設實施階段風險指標，未考慮運行及設計階段風險因素。

1.2 問卷及數據處理

影響工程質量風險的因素較多，且各因素之間具有一定的關聯特性，因此本文通過采取問卷調研和相關分析法，選擇了關聯性較強的典型指標。首先依據初始風險指標將調查問卷設計為兩個部分，即風險指標體系和基本信息。基本信息主要包括參與調查人員的工作年限、工作領域等內容，然后對整體指標依據專家意見完善和修正。問卷調查主要分為開工前與建設實施兩個階段.參與調研的對象主要為工程建設管理專家，共發(fā)放問卷200份，收回有效問卷130份。然后對問卷調查數據利用SPSS軟件進行因子分析，并選擇相關性較高的典型指標，從而構建系統(tǒng)、全面的指標體系。

1.3 樣本信度檢驗

由于調研對象的工作經驗、崗位、年齡不同，因此對工程質量風險的理解也存在一定差異，本文引入Cronbach a系數值對問卷調查的效度與信度進行檢驗，系數值越高則調查結果的可靠性、穩(wěn)定性和一致性越好，兩階段調研結果見表1。

表1 問卷信度統(tǒng)計量

根據表1可知，Cronbach a系數在130份問卷調查中的信度區(qū)間為0.715～0.896，由此表明問卷的效度和信度在開工前與建設實施階段具有較好的可行性與穩(wěn)定性。根據三類質量風險在開工前與建設實施階段的KMO和Bartlett檢驗結果，在技術、管理與環(huán)境方面的KMO值均在0.6以上，顯著性檢驗水平均低于0.01，由此表明初始指標體系中的各項指標具有較強的相關性，在因子分析時具有良好的適用性。

1.4 指標體系構建

對開工前、建設實施階段的各類風險因素利用探索性因子分析法篩選，然后結合水利專家修正意見并按照原始指標與這些因子之間的對應關系重新命名。綜合專家意見和問卷調查結果，微調了個別不合理的指標，從而構建了兩階段質量風險評價指標體系，見表2。

表2 水利工程兩階段質量風險指標體系

表2所構建的指標體系基本涵蓋了兩階段產生質量風險的因素，開工前的指標重點突出了合同、單位與人員資質、組織結構及管理制度風險，而建設實施階段重點突出了新工藝及方法、組織管理風險。所建立的指標體系與監(jiān)督檢查的重點內容保持良好的一致性，進一步說明該體系是合理的、科學的，可用于質量風險評價。

2 兩階段質量風險評價法

2.1 指標權重的計算

為避免專家主觀偏好對風險評價的影響，本文利用AHP法確定指標權重，從而形成共識性的合理指標權重，主要流程如下：

(1)利用標準化法對問卷調查中專家主觀偏好進行去除。假定原指標取值和標準化目標區(qū)間分別為[1，r]與[L，R]，然后利用等比例映射的方法將某項指標的評分x映射至標準區(qū)間值v，其計算公式如下：

(1)

(2)綜合考慮風險指標的專家評分結果，對極端評分進行剔除。某些質量風險指標的多位專家評分容易產生意見分歧，因此對于極端意見可利用序加權平均算子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)的參數值，取值區(qū)間為0～1，其中0.3～0.8、0～0.5、0.5～1.0、0～1.0區(qū)間分別代表多數、至一半、盡可能多和全部平均意見。

(3)根據問卷題項標準分和指標體系評分建立映射關系。通過對初始風險指標的匯總、篩選構建了指標體系，然后進一步匯總最終的問卷調查得分，計算各問卷題項的標準分值，利用AHP法和標準分值計算各指標權重。

對開工前質量風險2級指標利用上述方法和計算公式進行求解，可得到指標Wi(i=1，2，3)的向量A=(0.4，0.4，0.2)。由此表明，準則層中3類風險在開工前的權重由大到小依次為管理、技術與環(huán)境風險。同理，可分別求得相對應的3級指W1j(j=1，2，3，4)的向量為：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)。人員技術和單位資質為管理風險中權重較高指標，而合同管理和組織結構指標的權重大致相同，該賦權與監(jiān)督檢查工作重點保持良好的一致性。因此，在工程開工前應注重關注勘察技術和設計技術風險。

同理可對建設實施階段2級指標Wi的權重進行計算，得到權向量B=(0.6，0.2，0.2)，相應的3級指標權向量B1=(0.2336，0.3935，0.2336，0.1393)；B2=(0.6665，0.3335)；B3=(0.2，0.4，0.4)。建設實施階段準則層中3類風險的權重由大到小依次為管理、技術和環(huán)境風險。其中材料設備、施工過程為管理風險中比重較大的因子，由此表明在水利工程建設管理風險中應加強對材料設備的檢驗。環(huán)境風險中以自然環(huán)境指標權重最大，而技術風險中以施工工藝及方法風險最大。

2.2 灰色系統(tǒng)理論評價法

根據評價指標Uij和已有研究成果確定相應的評價等級，工程質量風險劃分為低、較低、一般、較高、高風險，相應的評價等級為V=(v1，v2，v3，v4，v5)，賦分值依次為1，2，3，4，5。若評分處于相鄰的兩個區(qū)間，對于風險級別可根據評分取值區(qū)間確定，相應的賦分依次為1.5～4.5。

對工程項目2個階段的風險指標邀請t位專家進行打分，并統(tǒng)計匯總各專家賦分值，構建相應的評價矩陣，如下所示：

(4)

不同專家對于同一項質量風險指標的理解存在一定差異，因此可考慮采用一個灰數的白化值反映建設項目的風險情況，其中灰類的灰數、級別以及白化權函數為風險評價是否準確、合理的關鍵。根據5個不同風險級別可得到相應的評價灰類，1～5灰類風險白化權函數分別如下所示：

綜合評價各2級指標Uij的質量風險，則有Bi=Ai×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)，然后構建對應于5個灰類的1級指標Ui的灰色評價矩陣R，即R=[B1，B2，B3，B4，B5]T。綜合評價工程建設質量一級指標，結果為B=A×R=(b1，b2，b3，b4，b5)，最后根據各灰類等級值向量C=(1，2，3，4，5)對項目綜合風險評價值進行計算，公式如下：

W=B×CT

(5)

然后根據最終的W值的大小對水利工程質量風險水平的高低進行判斷，并利用白化權函數對W值做進一步檢驗。

3 實例應用

3.1 工程概況

遼寧省某水庫位于遼河下游干流，總積水面積為16.48萬km2，總庫容1.85億m3，防洪庫容1.60億m3。工程主要由穿壩建筑物、泄洪閘、大壩等組成，共布置16孔泄洪閘，大壩為混凝土重力壩，壩長42.6km，壩頂寬6m、最大壩高12.1m，是一座具有工農業(yè)供水、水力發(fā)電和防洪排澇等功能的大型水利樞紐工程。工程區(qū)屬于大陸性氣候，年均溫度8℃，年均降水量721.9mm，降雨主要集中在7—9月份，春秋多風，夏季寒冷漫長。由于該工程建設周期長、投入資金多、工程規(guī)模大，并擔負著農業(yè)灌溉、工業(yè)和城市生活用水等多個目標，因此被列入遼寧省重點建設大型水利項目。

水利工程質量與安全監(jiān)督部門先后對該項目進行了多次的監(jiān)督檢查活動，并高度重視項目的質量監(jiān)管工作。將項目開工前、建設實施兩階段的指標體系分別與質監(jiān)部門對該水庫工程質量檢查通報意見進行對比，從而得到質量風險因素[11- 12]。

3.2 質量風險分析

然后按照文中所述步驟和計算公式，分別得到2級指標的灰色評價矩陣，見表3。

表3 灰色評價矩陣

然后利用公式Bi=Ai×Ri=(bi1，bi2，bi3，bi4，bi5)可計算綜合評價值。

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)

利用上述計算結果最終可得到工程質量風險，即W=B×CT為3.2468。該水利工程在開工前的風險值處于3～4范圍，由此表明具有較高的質量風險，因此在項目實施過程中應加強對施工方案的準備和項目組織管理的控制。同理，可得到建設實施階段的質量風險值為3.3625，相對于開工前階段質量風險增大，其原因可能是在開工前監(jiān)督單位提出的材料檢驗、人員資質等問題，建設單位未及時落實和更改，從而造成建設實施階段的質量風險有所提升。因此，管理部門應對參建各方的質量管理職責開展多次監(jiān)督檢查活動，督促各方各盡其責，確保項目無安全事故發(fā)生，從而保證水利工程的順利建設和運行。事實表明，本文所構建的指標體系和計算方法能夠較好的反映工程項目的質量風險，研究成果可為提高監(jiān)督部門的工作效率和工程質量提供一定參考依據。

4 結論

(1)本文根據國內外重大水利工程、相關學者代表性觀點、各省水利工程建設質量以及國家重點控制大型水利工程等資料數據，并參考建設質量檢測報告對水利工程質量風險劃分為3大類別。然后通過分析施工現場安全防護、工程實體質量、質量行為以及質量體系，識別了風險點，并采取專家座談的方式及參考質量監(jiān)督管理人員意見，最終確定了初始質量風險。

(2)為避免專家主觀偏好對風險評價的影響，本文利用AHP法確定指標權重，從而形成共識性的合理指標權重。其中人員技術和單位資質為管理風險中權重較高的指標，而合同管理和組織結構指標的權重大致相同，該賦權與監(jiān)督檢查工作重點保持良好的一致性。因此，在工程開工前應注重關注勘察技術和設計技術風險。

(3)遼寧省某水利工程在開工前的風險值處于3～4范圍，表明具有較高的質量風險，因此在項目實施過程中應加強對施工方案的準備和項目組織管理的控制。同理，可得到建設實施階段的質量風險值為3.3625，相對于開工前階段質量風險增大，其原因可能是在開工前監(jiān)督單位提出的材料檢驗、人員資質等問題，建設單位未及時落實和更改，從而造成建設實施階段的質量風險有所提升。