水电站厂房设计质量风险管理探讨

幸享林

(中国电力建设集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都　610072)



水电站厂房设计质量风险管理探讨

幸享林

(中国电力建设集团成都勘测设计研究院有限公司，四川 成都610072)

水电站厂房是水利水电工程中水工建筑物的重要组成部分，其设计会受到内外部众多因素影响。根据当前水电站厂房设计现状，本文识别了主要的设计质量风险，详细分析了各种风险的存在形式及对水电站厂房设计质量的影响，提出了切实可行的风险应对措施，对设计单位加强水电站厂房设计质量的风险控制和确保工程质量安全具有借鉴作用。

水电站厂房；设计质量；风险；管理

1　概　述

我国是世界水电资源大国，蕴藏着丰富的水电资源，理论蕴藏量达到6.76亿kW，其中技术可开发量为4.93亿kW，经济可开发量约为3.78亿kW，具有广阔的开发前景。鉴于社会国民经济的发展和国际社会对环保的严格要求，清洁可再生能源得到越来越广泛的应用，水电资源的开发也越来越得到重视。最近20 年来，我国水利水电工程建设得到了高速发展。根据国家国民经济和社会发展“十二五”规划和即将组织实施的“十三五”规划，水电资源开发将是我国促进经济社会持续健康发展的重要动力。

在水电站建设中，厂房是水电站的重要组成部分。水电站厂房是水能转为电能的生产场所，也是运行人员进行生产和活动的场所。其任务是通过一系列工程措施，将水流平顺地引入水轮机，使水能转换成可供用户使用的电能，并将各种必需的机电设备安置在恰当的位置，创造良好的安装、检修及运行条件，为运行人员提供良好的工作环境。同时，河床式厂房还担负着大坝的功能，既是壅水建筑物，又是引水发电建筑物。因此，水电站厂房是水工、机械及电气设备的综合体，水电站厂房事故相对于其他事故所造成的危害面更广，经济损失更大，恢复投产周期更长，造成的人员伤亡更严重。

水电站厂房的质量风险根据参建各方的职责和分工，可以分为设计风险、施工风险、建设管理风险、运行管理风险等，任何一方的工作差错和失误，均可能带来意想不到的后果，严重威胁到工程的安全，其中设计风险是其他风险的前提。本文从提高设计质量的角度对设计质量风险的风险管理规划、风险识别、风险应对和风险监控等[1]进行了探讨。

2　风险管理规划

水电站厂房设计质量风险管理规划是对可能导致损失的风险进行识别、预测、分析和评估，初步提出风险应对规划和风险监控计划，以最低成本为项目顺利完成提供最大的安全保障。

水电站厂房设计质量风险规划，需要专业负责人充分认识到项目所处的内外部环境和工程特点，制定出各个设计阶段和部位的风险管理计划，以指导后续的风险管理。

3　风险识别

水电站厂房设计质量风险范围广、内容多，不同的研究角度可以有不同的分类方法。从设计单位的角度出发，根据风险的不同来源，大致可分为如下几种[1]。

3.1项目特定环境条件风险

a.不良地质条件。包括地面厂房基础的软弱地层、基础大型断层、挤压蚀变带，厂区边坡的深厚覆盖层、大型断层、大型地质构造，地下厂房洞室群的大型断层、大型结构面、破碎软弱岩体、高地应力和涌水等。

b.附近地质灾害。包括泥石流、滑坡、崩塌、滚石等。各种地质灾害，均可能导致厂区内建筑物损坏、交通中断，给水电站厂房的结构安全和正常运行造成巨大威胁。

如沙湾水电站厂区后边坡为第四系松散堆积体组成的土质边坡，覆盖层最大厚度约16.30m。边坡原始坡度约45°～60°，最大坡高约55m，开挖坡比为1∶1.25，中间设置2层马道。在施工过程中，因厂房后边坡内的阀室交通洞排水管理不善，直接进入了厂区后边坡，造成了厂区后边坡的变形，局部强降雨又加剧了变形的进一步发展。监测数据表明：厂区后边坡铅直最大变形达到1655mm[2]，为避免地质灾害对厂房的影响，厂房位置只能另行选择。

c.自然灾害。包括超标准地震、暴雨、洪水等。各种自然灾害都可能造成水电站厂房等水工建筑物的局部破坏、结构坍塌、漫水、库区边坡失稳导致涌浪、漫坝等，各种自然灾害还可能造成厂房内机组设备损坏。

“5·12”汶川特大地震期间，距震中映秀镇约300m的映秀湾、渔子溪一级水电站厂区边坡垮塌极为严重，巨量崩塌体堆积在坡脚，壅塞河道，形成堰塞湖。河道水位大幅抬升，远超电站设计防洪标准。岷江水从映秀湾水电站无压尾水洞倒灌入尾水闸门室，通过进厂交通洞灌入映秀湾电站地下厂房。河水从渔子溪一级水电站入口高程较低的进厂交通洞直接灌入地下厂房内，造成漫水淹没事故。距离震中约7 km的耿达水电站厂房崩塌体堵塞河道形成堰塞湖，抬高河水位，河水直接从窑洞式厂房端部和尾水闸门室交通联系洞灌入厂房。各电站的漫水淹没事故对水电站厂房结构和机电设备均造成了较大破坏。

锦屏一级水电站枢纽区在2012年8月29日晚—8月30日凌晨发生特大暴雨，电站坝址区雨量观测站记录资料表明：坝址区27h雨量达到100mm，远超电站设计暴雨标准。持续强降雨诱发了大型泥石流等地质灾害，正在施工建设的锦屏一级水电站施工区受到严重影响。暴雨泥石流灾害导致施工区道路、隧洞、桥梁受到严重破坏，交通、通信、电力全部中断，部分营地供水中断；个别部位坡面泥石流造成人员伤亡。洪水泥石流通过进厂交通洞涌入厂房内，洞内路面淤积严重，安装间处的路面淤积超过60cm，1号机坑内底板淤泥积水超过50cm，主变室最大淤积厚度超过60cm。暴雨泥石流自然灾害导致锦屏一级地下厂房推迟发电工期约50d。

3.2设计质量风险

a.设计方案选择不合理。水电站厂房的设计分为外部设计和内部设计，厂房型式对外部设计影响较大，机组型式对内部设计影响较大。水电站厂房一般可分为地下式、半地下式、岸边式、河床式、坝后式、坝内式(包括溢流式)等各种型式。不同型式的厂房，其外部设计质量控制关键点差别较大。各种类型的厂房，首先都必须做好枢纽布置设计，充分适应枢纽区的水文条件和地形地质条件，使厂房与大坝、引水尾水系统、泄洪消能系统、导截流系统布置协调并有机衔接。其次，地下式和半地下式厂房的重点是做好各功能洞室的合理布置、洞室群围岩开挖支护设计及厂区防渗排水设计，确保洞室围岩稳定；岸边式厂房的重点是做好位置选择，避开不良地质地段的影响，并做好基础处理、边坡开挖支护设计；河床式厂房的重点是做好固结灌浆、帷幕灌浆等基础处理设计，以及拦沙坎、进水渠、进水口闸墩、上下游挡水墙、厂坝分割导墙、尾水渠等结构设计；坝后式厂房的重点是做好基础处理、下游闸墩挡水结构、尾水渠等结构设计；坝内式厂房的重点是做好与坝工结构的协调布置设计。

水电站厂房内部布置有各种机电设备，其中，水轮发电机组按其结构特点，又可分为混流式(悬挂式、普通伞式、半伞式、全伞式)、轴流式、贯流式、冲击式、抽水蓄能式等。不同机组型式的厂房，其内部布置的各种机电设备差异很大，其荷载大小和荷载传递方式各不相同。设备的多样性和复杂性，导致结构设计异常复杂。水电站厂房内部结构，需要重点做好起重机承载结构(岩壁吊车梁、预制吊车梁、承重排架)、流道结构(进水口、蜗壳、肘管、尾水管等)、机墩风罩结构(上机架基础、下机架基础、定子基础、转子基础)及板梁柱结构等设计，还需做好大体积混凝土温控设计、厂房整体结构静动力复核等。

如果厂房土建结构设计人员对各种机电设备的荷载特性不了解，对机电设备的荷载传递路径不清楚，则可能导致土建结构与机电设备布置不协调，或承载结构设计缺陷，而使土建结构和机电设备相互干扰，甚至影响机电设备和厂房结构的稳定安全运行。

b.各设计专业配合不当。水电站厂房设计涉及10多个专业；水电站厂房外部设计涉及测量、地质、水文、坝工、水道、施工、环保、移民、建筑等多个专业，需要各专业密切配合。

内外部的多专业配合，需要充分掌握水电站厂房设计的有关资料，包括：地形、工程地质与水文地质、气象、水能规划、施工组织、科学试验、安全监测等基本资料及枢纽布置、机电(水轮机的结构及参数、发电机的结构及参数、电气主接线资料、主变压器资料、起重机资料)、施工期及运行期荷载、水库蓄水计划、电站运行方式等工程设计资料。在水电站厂房设计各阶段，设计单位内部各专业必须充分沟通协调，以确保厂房布置合理，各结构设计安全。

c.设计人员经验不足。水电站厂房设计的外部条件千变万化，机组类型多样。不同的外部条件和机组型式，需要考虑的因素各不相同，厂房的布置差异较大，结构的受力体系差异也较大。水电站厂房设计的关键技术较为复杂，涉及到的专业知识较多，如：岩土工程、混凝土结构工程、钢结构工程、基础工程、水力学、土力学等各种专业知识。若设计人员技术水平或经验有限，往往对厂房的内外部条件认识不够，对结构的受力体系理解不充分，对结构的构造设计掌握不牢，没有充分认识和控制各种潜在的风险，导致厂房布置不合理或结构设计缺陷。

3.3参建单位利益相关风险

水电站厂房设计质量，还存在来自设计方外部利益相关方的风险。

为充分利用国内优势技术资源，当遇到超常规的复杂地质条件和复杂结构时，设计单位常委托相关科研单位协助开展研究工作。设计委外成果的及时性、准确性、可靠性，在一定程度上影响到设计产品的进度和质量。同时，在工程建设过程中，业主基于某些原因，也可能对设计产品提出一些要求或变更，设计单位必须认真研究业主的意见，充分论证，合理采纳，确保在不影响工程安全的前提下，尽量满足业主的要求。

4　风险应对措施

识别到各种风险，分析其风险等级后，有必要提出风险应对措施，严格控制责任事故。根据相关工程经验，特提出以下几个方面的风险应对措施，以切实加强水电站厂房的设计质量控制。

4.1强化设计质量风险意识

根据《中华人民共和国建筑法》《建设工程质量管理条例》和《中华人民共和国安全生产法》，参与工程项目建设、勘察、设计、施工、监理、施工图审查、检测、监测及建筑材料生产供应等的单位和相关责任人员，实行质量责任终身制。质量责任主体单位及其法定代表人和相关责任人员，因工程建设期内违反工程质量管理规定，造成参与的工程项目发生质量事故或交付使用后工程地基基础、主体结构出现质量事故以及严重质量问题的，均应按照国家法律法规和有关规定对工程质量负相应的终身责任。

水电站厂房工程受地形地质条件影响很大，自身结构异常复杂，内外部影响因素众多，存在的质量风险较多。各设计人员必须在思想上高度重视工程质量安全，以如履薄冰的危机意识，充分认识到工程质量安全的重要性，遵照有关法律法规，根据现行国家和行业标准的要求，认真识别可能存在的风险，积极应对风险，严控责任风险，确保工程质量。

4.2强化质量管理体系建设

为应对产品设计质量风险，设计单位必须强化内部质量管理体系建设。水利水电工程规模大、工期长、投资多，其设计过程中涉及的专业面广，需要多专业、各层次人员协同配合。因此，必须建立设计质量保证体系，健全设计文件的审核、会签、批准制度，做好过程控制，明确设计、校核和审查各级岗位的职责，同时，做好设计产品抽查与复查制度，加大质量检查奖惩力度，才能充分发挥设计单位的团队合作精神，同心协力，提供优质设计产品。

加强设计策划和评审工作。在设计初期，通过技术策划，暴露工程技术重点和难点，提前识别设计质量风险，同时理清解决思路，指出风险控制的努力方向，为下步工作打下基础；在设计过程中，对关键重大技术问题，按有关规定，适时组织生产处、项目部和院技术经济委员会评审，特别重大问题提交上级有关部门咨询和审查。通过各级各部门技术专家的把控，解决各种技术问题，确保设计产品质量。

4.3提高专业技术水平

了解已建和在建工程的技术特点和各种事故，尽快熟悉和掌握其关键技术，充分分析各种事故或质量缺陷的原因，加强技术交流，及时总结经验教训，才能避免在设计工作中犯类似错误。

设计人员自身应强化专业知识学习，虚心向专家请教，逐步积累工程经验，切实提高业务水平。通过对重大关键技术问题的攻关，提高解决复杂技术问题的能力。俗话说，最大的风险是不知道有风险。某些工程常常因对细部结构或构造设计不重视，导致结构设计缺陷或错误。因此，设计人员既要攻关重大关键技术问题，又要培养耐心和细心，注意细部结构和构造设计。

提高设计技术水平的另一方法，是开展三维可视化协同设计。通过三维可视化协同设计，将设计产品以虚拟的形式展示，使复杂的视图关系直观和动态化，并可进行数据的自动校验和计算、优化设计，减少错漏碰缺，提高设计的合理性和正确性。通过三维协同设计，使厂房布置能够适应地形、地质条件，并与大坝、引水系统、尾水系统等外部条件充分协调，使厂房内部布置能够适应机电设备的要求。

4.4加强内外部沟通协调

水电站厂房是水利水电工程中牵涉专业最多的水工建筑物。设计单位内部各专业之间应针对水电站厂房的内外部条件，加强专业间的沟通协调。

协调水工与机电各专业之间的内部条件，保证了厂房内部布置合理，细部结构安全。设计单位内部各专业之间的沟通协调，既能保证布置合理和机构安全，又能减少施工期的相互干扰，方便施工和运行管理。

协调水工与水文、地质、施工等外部专业条件，保证了厂房建筑物整体布置合理，整体结构安全。特别要注意与工程参建其他各方的沟通协调，与上级技术主管部门、业主、施工单位的沟通。通过各种咨询审查会议，获得咨询审查部门的技术支持和指导；通过现场技术交底，清晰说明设计方案，充分展示设计意图，强调施工技术要求。同时，设计人员还应充分了解现场实际的施工组织设计，如：施工布置、施工方法、施工进度计划等，熟悉工程实际建设的全过程，才能有效识别施工期各阶段可能存在的质量风险，通过强调施工技术要求、调整设计方案、建议调整施工组织设计等相关措施，提前做好风险应对措施。只有在咨询审查部门的技术支持和指导下，通过设计、业主、施工、监理等各方的充分配合和协作，才能确保工程的顺利推进，保证工程质量。

5　结　语

由于外部条件和内部条件的复杂性，水电站厂房设计涉及专业众多、风险众多。各种不同的风险，均可能对水电站厂房工程质量带来较大威胁。设计人员必须坚持质量第一的理念，强化风险意识，有效识别可能的风险，提高风险应对水平，积极采取风险应对措施，有效控制各种风险，避免工程质量事故，真正做到工程设计产品的“安全可靠、经济合理、技术先进”。

[1]蒋峰.水电勘测设计风险管理体系的构建与实践[J].水电站设计,2014(1):67-69.

[2]尚锋,崔志芳,闫思泉.沙湾水电站厂房后坡变形体地表三维监测分析[J].资源环境与工程,2009(5):712-716.

[3]王冬霞.灰色系统理论用于水电工程项目风险管理的研究[D].哈尔滨工业大学,2006.

[4]朱聪,顾罡宇,曹力力.水电项目前期勘察设计阶段风险体系构建与评价方法研究[J].西北水电,2014(5):100-103.

[5]李芬花.水利水电工程系统的风险评估方法研究[D].华北电力大学,2011.

[6]张睿.水电工程项目风险管理的探索与实践[D].西南财经大学,2007.

Discussion on the risk management of hydropower station plant design quality

XING Xianglin

(PowerChinaChengduEngineeringCorporationLimited,Chengdu610072,China)

Hydropower station plant is an important part of hydraulic structures in water resources and hydropower engineering. Its design is affected by many internal and external factors. In the paper, main design quality risks are recognized according to the current status of hydropower station plant design. The existence forms of various risks and influence on hydropower station plant design quality are analyzed in detail. Feasible measures to deal with risks are proposed. There is reference role for design units to strengthen the risk control of hydropower station plant design quality and ensure engineering quality safety.

hydropower station plant; design quality; risk; management

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2016.04.006

TV731

A

1673-8241(2016)04- 0022- 05