基于风险思维模型的水利工程质量管控方法

刘建红

(江西省水利水电开发有限公司，江西 南昌 330046)

人类生存与发展离不开水资源的供给，因此水资源一直是基础性资源之一，但是水资源在满足人们生产、生活需求的同时，也给人们带来了许多自然灾害问题，据调查，2017年全国洪涝灾害年均损失率为0.26%，全国农作物受灾面积5.196×106hm2，成灾面积2.781×106hm2，受灾人口0.55亿人，因灾死亡316人，失踪39人，倒塌房屋14万间，县级以上城市受淹104个，直接经济损失2143亿元，其中水利设施直接经济损失345亿元[1]。在此背景下，如何有效地调配水资源至关重要。水利工程是指为了控制、调节和利用自然界的地面水和地下水，以达到除害兴利的目的而兴建的各种工程，具体包括修筑堤防，兴建水库，建造水闸，利用蓄滞、分洪区，建立排水系统等。目前已经修筑完成并投入使用的较为著名的水利工程有都江堰、大运河、三峡大坝等[2]。此外，还有许多正在修筑或待修筑的水利工程，这些工程与民生息息相关，因此工程质量必须得到保证。

目前水利工程质量管控是一项重大工作，包括风险识别、质量评估和管控方法提出等，风险造成工程质量问题，工程质量问题带动管控方法的提出，其中前两者均为管控方法的提出服务。目前管控方法可以依据各种风险评估模型来提出和实施，如层次分析法、模糊综合评价法以及熵权法等，但是这些方法得出的结论并不是很准确，导致管控效果没有达到预期，工程质量指数不高[3～5]。针对上述情况，本文研究一种新的基于风险思维模型的水利工程质量管控方法，该方法分为三部分：首先识别威胁工程质量的风险，然后构建工程质量风险思维模型，评估工程质量，再然后根据工程评估结果，提出管控方法，最后对管控前后水利工程质量指数进行计算，并与3种传统管控方法的管控效果进行对比，验证管控方法的有效性，结果表明：本文方法管控后，水利工程质量指数要高于3种传统管控方法应用后水利工程质量指数，说明本文方法的管控效果更好，为人民生命财产安全提供了一定的保障。

1 基于风险思维模型的水利工程质量管控方法研究

水利工程主要为水资源开发与利用服务的，不仅起到防止洪涝灾害对作用，还起到灌溉、发电、围垦、水土保持等重要作用，是一项民生工程，关系着人们的生命财产安全，因此工程质量必须达到标准，要保证水利工程质量达到标准，管控是必不可少的一项工作。然而，管控需要有针对性，缺乏针对性的管控会浪费大量资源和成本，且还拖慢工程施工进度，因此实施管控方法前，进行水利工程质量评估是有必要的，即分析工程哪一方面没有达到标准，从而提出针对性措施进行处理，提高工程质量[6]。

为研究基于风险思维模型的水利工程质量管控方法，本文以某中小型水利工程为例，进行分析。水利工程质量管控方法研究流程如图1所示。

图1 水利工程质量管控方法研究流程

整个水利工程质量管控方法研究中所需要的数据集来自中国水利工程协会官网以及通过相关人员亲自采集而形成。此外，由于研究过程复杂，需要利用计算机进行辅助，将整个过程进行编程，自动模拟计算。

1.1 水利工程风险识别

水利工程质量评估和管控方法提出是以风险识别为前提和条件的，因此水利工程风险识别至关重要。水利工程风险识别，简单的说就是分析出影响水利工程质量的因素，具体过程包括收集资料、分析不确定性、确定风险事件、编制风险识别报告等几部分，如图2所示[7]。

图2 水利工程风险识别流程

目前对于工程风险的识别有很多研究，如分解分析法、检查表法、图解法、德尔菲法等，其特点见表1。

表1 工程风险的识别方法和特点分析

在上述4种方法中，德尔菲法最为常用。德尔菲法，也被称为专家调查法，是采用背对背的通信方式征询专家小组成员的预测意见，经过几轮征询，使专家小组的预测意见趋于集中，最后做出符合市场未来发展趋势的预测结论，具体过程如图3所示[8]。

图3 德尔菲法流程

1.2 工程质量风险思维模型构建

构建工程质量风险思维模型是水利工程质量管控的核心和重点，主要过程是通过上述章节得到的影响工程质量的风险因素构建模型，包括指标选择、权重计算和等级判断等环节，下面进行具体分析[9]。

1.2.1模型指标选取

影响该水利工程质量的风险因素有很多，贯穿工程的始终，包括工程准备阶段的风险、工程施工阶段的风险、工程结束阶段的风险等，而这些大的风险因素下又包括若干个小的指标。这些指标之间有的功能是重复的，因此需要对这些指标进行综合处理，即将多个指标通过处理转化为少数几个综合性的指标，具体流程如图4所示[10]。

图4 模型指标数据处理流程

数据指标经处理后，最后得到的各阶段的评价因素见表2。

以上指标代表了对工程不同方面的影响，量纲等级不同，无法进行后续指标之间的处理和计算，因此需要消除指标间中量纲，即把数据映射到0～1范围之内处理，目前，消除量纲的方法有很多，但大体分为3类：规范化方法、正规化方法(标准

表2 水利工程质量风险指标体系

化方法)、归一化方法，不同处理方法各有各的优势及缺点[11]。下面进行具体介绍。

(1)规范化处理

(1)

式中，max—指标的最大值；min—指标的最小值。这种方法有个缺陷就是当有新数据加入时，可能导致max和min的变化，需要重新定义。

(2)正规化处理

(2)

(3)归一化处理

(3)

1.2.2指标权重计算

指标权重是指与被测对象相关的各个考察指标在整体中价值高低和相对重要程度以及所占比例的大小量化值[12]。对于指标的计算有很多方法，如层次分析法、熵权法、因子分析方法以及专家咨询方法等。以上这些方法均存在一些局限性，因此在这里将专家咨询方法和层次分析法相结合，先是利用专家咨询方法确定初始权数，然后利用层次分析法对初始权值进行处理，最后对权值进行一致性检验，具体过程如下。

(1)专家咨询方法确定初始权数

专家咨询方法基本思路如下：先组织评估专家，然后各个专家各自给出自己的判断数据，最后将这些专家的判断数据综合起来，得到初始权重值，具体过程如图5所示[13]。

图5 专家咨询方法权重计算流程

(2)层次分析法计算最终指标权值

层次分析法是对定性问题进行定量分析的一种简便、灵活而又实用的多准则决策方法，基本流程如图6所示[14]。

图6 层次分析法计算最终指标权值流程

在上述研究的基础上，对指标进行实际权重计算,得到的结果见表3。

表3 最终指标权值结果

1.2.3等级判断

将上述得到的结果与表4中的质量评估等级进行对比。

表4 质量评估等级

根据上述结果可知，该水利工程质量总体质量偏向于优良，达到了工程标准，但是也存在一些问题，即在项目前期和施工阶段均存在一些问题，主要包括一是工程项目参与人员素质不高，缺少高水平的管理人才；二是工程前期勘测设计不规范；三是施工阶段施工操作规范程度不高。根据上述描述，在水利工程质量管控时，需要针对这3方面提出相应的解决措施，例如建立一支稳定的高素质监理队伍，提高项目参与人员素质；做好前提工程设计工作，在丰富资料的基础上设计更为完善的建设规划；必须贯彻落实相应的法律法规、技术标准以及操作规范，安排专业人员进行指导和培训[15]。

1.3 工程质量指数评估

为测试本文管控方法的有效性，对管控处理后的水利工程质量进行质量指数计算，该指数范围为0～1，且越靠近1，质量越好。指数计算在matlab平台上进行。

计算过程如下：

步骤1：利用mewff函数编写指数计算程序，并输入工程质量相关数据和设定相关参数。

步骤2：对程序进行初始化操作。

步骤3：选择一部分数据，利用trainlm函数程序训练。

步骤4：最后将测试数据输入到编写好的计算程序中，利用matlab软件中的Sim函数进行指数计算。

表5为本文管控方法实施后，该水利工程的质量指数。

表5 工程质量指数

接着利用引言中提出的3种传统方法再次对该工作进行管控，并进行工程质量指数评估，结果见表5。

从表5可知，本文管控方法的作用下，评估出来的工程质量指数为0.924，要高于3种传统管控方法应用后，评估出来的工程质量指数，从而证明本文方法更为有效和合理。

2 结语

综上所述，水利工程与民生息息相关，因此必须保证工程质量达到合格标准。为此，针对3种传统管控方法存在的针对性不足，导致管控效果差的问题，提出一种新的基于风险思维模型的水利工程质量管控方法。该方法经测试，工程质量指数提高，证明了本文方法的有效性。