幸享林

(中國電力建設(shè)集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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水電站廠房設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險管理探討

幸享林

(中國電力建設(shè)集團成都勘測設(shè)計研究院有限公司，四川 成都610072)

水電站廠房是水利水電工程中水工建筑物的重要組成部分，其設(shè)計會受到內(nèi)外部眾多因素影響。根據(jù)當(dāng)前水電站廠房設(shè)計現(xiàn)狀，本文識別了主要的設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險，詳細(xì)分析了各種風(fēng)險的存在形式及對水電站廠房設(shè)計質(zhì)量的影響，提出了切實可行的風(fēng)險應(yīng)對措施，對設(shè)計單位加強水電站廠房設(shè)計質(zhì)量的風(fēng)險控制和確保工程質(zhì)量安全具有借鑒作用。

水電站廠房；設(shè)計質(zhì)量；風(fēng)險；管理

1　概　述

我國是世界水電資源大國，蘊藏著豐富的水電資源，理論蘊藏量達(dá)到6.76億kW，其中技術(shù)可開發(fā)量為4.93億kW，經(jīng)濟可開發(fā)量約為3.78億kW，具有廣闊的開發(fā)前景。鑒于社會國民經(jīng)濟的發(fā)展和國際社會對環(huán)保的嚴(yán)格要求，清潔可再生能源得到越來越廣泛的應(yīng)用，水電資源的開發(fā)也越來越得到重視。最近20 年來，我國水利水電工程建設(shè)得到了高速發(fā)展。根據(jù)國家國民經(jīng)濟和社會發(fā)展“十二五”規(guī)劃和即將組織實施的“十三五”規(guī)劃，水電資源開發(fā)將是我國促進(jìn)經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展的重要動力。

在水電站建設(shè)中，廠房是水電站的重要組成部分。水電站廠房是水能轉(zhuǎn)為電能的生產(chǎn)場所，也是運行人員進(jìn)行生產(chǎn)和活動的場所。其任務(wù)是通過一系列工程措施，將水流平順地引入水輪機，使水能轉(zhuǎn)換成可供用戶使用的電能，并將各種必需的機電設(shè)備安置在恰當(dāng)?shù)奈恢?，?chuàng)造良好的安裝、檢修及運行條件，為運行人員提供良好的工作環(huán)境。同時，河床式廠房還擔(dān)負(fù)著大壩的功能，既是壅水建筑物，又是引水發(fā)電建筑物。因此，水電站廠房是水工、機械及電氣設(shè)備的綜合體，水電站廠房事故相對于其他事故所造成的危害面更廣，經(jīng)濟損失更大，恢復(fù)投產(chǎn)周期更長，造成的人員傷亡更嚴(yán)重。

水電站廠房的質(zhì)量風(fēng)險根據(jù)參建各方的職責(zé)和分工，可以分為設(shè)計風(fēng)險、施工風(fēng)險、建設(shè)管理風(fēng)險、運行管理風(fēng)險等，任何一方的工作差錯和失誤，均可能帶來意想不到的后果，嚴(yán)重威脅到工程的安全，其中設(shè)計風(fēng)險是其他風(fēng)險的前提。本文從提高設(shè)計質(zhì)量的角度對設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險的風(fēng)險管理規(guī)劃、風(fēng)險識別、風(fēng)險應(yīng)對和風(fēng)險監(jiān)控等[1]進(jìn)行了探討。

2　風(fēng)險管理規(guī)劃

水電站廠房設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險管理規(guī)劃是對可能導(dǎo)致?lián)p失的風(fēng)險進(jìn)行識別、預(yù)測、分析和評估，初步提出風(fēng)險應(yīng)對規(guī)劃和風(fēng)險監(jiān)控計劃，以最低成本為項目順利完成提供最大的安全保障。

水電站廠房設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險規(guī)劃，需要專業(yè)負(fù)責(zé)人充分認(rèn)識到項目所處的內(nèi)外部環(huán)境和工程特點，制定出各個設(shè)計階段和部位的風(fēng)險管理計劃，以指導(dǎo)后續(xù)的風(fēng)險管理。

3　風(fēng)險識別

水電站廠房設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險范圍廣、內(nèi)容多，不同的研究角度可以有不同的分類方法。從設(shè)計單位的角度出發(fā)，根據(jù)風(fēng)險的不同來源，大致可分為如下幾種[1]。

3.1項目特定環(huán)境條件風(fēng)險

a.不良地質(zhì)條件。包括地面廠房基礎(chǔ)的軟弱地層、基礎(chǔ)大型斷層、擠壓蝕變帶，廠區(qū)邊坡的深厚覆蓋層、大型斷層、大型地質(zhì)構(gòu)造，地下廠房洞室群的大型斷層、大型結(jié)構(gòu)面、破碎軟弱巖體、高地應(yīng)力和涌水等。

b.附近地質(zhì)災(zāi)害。包括泥石流、滑坡、崩塌、滾石等。各種地質(zhì)災(zāi)害，均可能導(dǎo)致廠區(qū)內(nèi)建筑物損壞、交通中斷，給水電站廠房的結(jié)構(gòu)安全和正常運行造成巨大威脅。

如沙灣水電站廠區(qū)后邊坡為第四系松散堆積體組成的土質(zhì)邊坡，覆蓋層最大厚度約16.30m。邊坡原始坡度約45°～60°，最大坡高約55m，開挖坡比為1∶1.25，中間設(shè)置2層馬道。在施工過程中，因廠房后邊坡內(nèi)的閥室交通洞排水管理不善，直接進(jìn)入了廠區(qū)后邊坡，造成了廠區(qū)后邊坡的變形，局部強降雨又加劇了變形的進(jìn)一步發(fā)展。監(jiān)測數(shù)據(jù)表明：廠區(qū)后邊坡鉛直最大變形達(dá)到1655mm[2]，為避免地質(zhì)災(zāi)害對廠房的影響，廠房位置只能另行選擇。

c.自然災(zāi)害。包括超標(biāo)準(zhǔn)地震、暴雨、洪水等。各種自然災(zāi)害都可能造成水電站廠房等水工建筑物的局部破壞、結(jié)構(gòu)坍塌、漫水、庫區(qū)邊坡失穩(wěn)導(dǎo)致涌浪、漫壩等，各種自然災(zāi)害還可能造成廠房內(nèi)機組設(shè)備損壞。

“5·12”汶川特大地震期間，距震中映秀鎮(zhèn)約300m的映秀灣、漁子溪一級水電站廠區(qū)邊坡垮塌極為嚴(yán)重，巨量崩塌體堆積在坡腳，壅塞河道，形成堰塞湖。河道水位大幅抬升，遠(yuǎn)超電站設(shè)計防洪標(biāo)準(zhǔn)。岷江水從映秀灣水電站無壓尾水洞倒灌入尾水閘門室，通過進(jìn)廠交通洞灌入映秀灣電站地下廠房。河水從漁子溪一級水電站入口高程較低的進(jìn)廠交通洞直接灌入地下廠房內(nèi)，造成漫水淹沒事故。距離震中約7 km的耿達(dá)水電站廠房崩塌體堵塞河道形成堰塞湖，抬高河水位，河水直接從窯洞式廠房端部和尾水閘門室交通聯(lián)系洞灌入廠房。各電站的漫水淹沒事故對水電站廠房結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備均造成了較大破壞。

錦屏一級水電站樞紐區(qū)在2012年8月29日晚—8月30日凌晨發(fā)生特大暴雨，電站壩址區(qū)雨量觀測站記錄資料表明：壩址區(qū)27h雨量達(dá)到100mm，遠(yuǎn)超電站設(shè)計暴雨標(biāo)準(zhǔn)。持續(xù)強降雨誘發(fā)了大型泥石流等地質(zhì)災(zāi)害，正在施工建設(shè)的錦屏一級水電站施工區(qū)受到嚴(yán)重影響。暴雨泥石流災(zāi)害導(dǎo)致施工區(qū)道路、隧洞、橋梁受到嚴(yán)重破壞，交通、通信、電力全部中斷，部分營地供水中斷；個別部位坡面泥石流造成人員傷亡。洪水泥石流通過進(jìn)廠交通洞涌入廠房內(nèi)，洞內(nèi)路面淤積嚴(yán)重，安裝間處的路面淤積超過60cm，1號機坑內(nèi)底板淤泥積水超過50cm，主變室最大淤積厚度超過60cm。暴雨泥石流自然災(zāi)害導(dǎo)致錦屏一級地下廠房推遲發(fā)電工期約50d。

3.2設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險

a.設(shè)計方案選擇不合理。水電站廠房的設(shè)計分為外部設(shè)計和內(nèi)部設(shè)計，廠房型式對外部設(shè)計影響較大，機組型式對內(nèi)部設(shè)計影響較大。水電站廠房一般可分為地下式、半地下式、岸邊式、河床式、壩后式、壩內(nèi)式(包括溢流式)等各種型式。不同型式的廠房，其外部設(shè)計質(zhì)量控制關(guān)鍵點差別較大。各種類型的廠房，首先都必須做好樞紐布置設(shè)計，充分適應(yīng)樞紐區(qū)的水文條件和地形地質(zhì)條件，使廠房與大壩、引水尾水系統(tǒng)、泄洪消能系統(tǒng)、導(dǎo)截流系統(tǒng)布置協(xié)調(diào)并有機銜接。其次，地下式和半地下式廠房的重點是做好各功能洞室的合理布置、洞室群圍巖開挖支護設(shè)計及廠區(qū)防滲排水設(shè)計，確保洞室圍巖穩(wěn)定；岸邊式廠房的重點是做好位置選擇，避開不良地質(zhì)地段的影響，并做好基礎(chǔ)處理、邊坡開挖支護設(shè)計；河床式廠房的重點是做好固結(jié)灌漿、帷幕灌漿等基礎(chǔ)處理設(shè)計，以及攔沙坎、進(jìn)水渠、進(jìn)水口閘墩、上下游擋水墻、廠壩分割導(dǎo)墻、尾水渠等結(jié)構(gòu)設(shè)計；壩后式廠房的重點是做好基礎(chǔ)處理、下游閘墩擋水結(jié)構(gòu)、尾水渠等結(jié)構(gòu)設(shè)計；壩內(nèi)式廠房的重點是做好與壩工結(jié)構(gòu)的協(xié)調(diào)布置設(shè)計。

水電站廠房內(nèi)部布置有各種機電設(shè)備，其中，水輪發(fā)電機組按其結(jié)構(gòu)特點，又可分為混流式(懸掛式、普通傘式、半傘式、全傘式)、軸流式、貫流式、沖擊式、抽水蓄能式等。不同機組型式的廠房，其內(nèi)部布置的各種機電設(shè)備差異很大，其荷載大小和荷載傳遞方式各不相同。設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計異常復(fù)雜。水電站廠房內(nèi)部結(jié)構(gòu)，需要重點做好起重機承載結(jié)構(gòu)(巖壁吊車梁、預(yù)制吊車梁、承重排架)、流道結(jié)構(gòu)(進(jìn)水口、蝸殼、肘管、尾水管等)、機墩風(fēng)罩結(jié)構(gòu)(上機架基礎(chǔ)、下機架基礎(chǔ)、定子基礎(chǔ)、轉(zhuǎn)子基礎(chǔ))及板梁柱結(jié)構(gòu)等設(shè)計，還需做好大體積混凝土溫控設(shè)計、廠房整體結(jié)構(gòu)靜動力復(fù)核等。

如果廠房土建結(jié)構(gòu)設(shè)計人員對各種機電設(shè)備的荷載特性不了解，對機電設(shè)備的荷載傳遞路徑不清楚，則可能導(dǎo)致土建結(jié)構(gòu)與機電設(shè)備布置不協(xié)調(diào)，或承載結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷，而使土建結(jié)構(gòu)和機電設(shè)備相互干擾，甚至影響機電設(shè)備和廠房結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全運行。

b.各設(shè)計專業(yè)配合不當(dāng)。水電站廠房設(shè)計涉及10多個專業(yè)；水電站廠房外部設(shè)計涉及測量、地質(zhì)、水文、壩工、水道、施工、環(huán)保、移民、建筑等多個專業(yè)，需要各專業(yè)密切配合。

內(nèi)外部的多專業(yè)配合，需要充分掌握水電站廠房設(shè)計的有關(guān)資料，包括：地形、工程地質(zhì)與水文地質(zhì)、氣象、水能規(guī)劃、施工組織、科學(xué)試驗、安全監(jiān)測等基本資料及樞紐布置、機電(水輪機的結(jié)構(gòu)及參數(shù)、發(fā)電機的結(jié)構(gòu)及參數(shù)、電氣主接線資料、主變壓器資料、起重機資料)、施工期及運行期荷載、水庫蓄水計劃、電站運行方式等工程設(shè)計資料。在水電站廠房設(shè)計各階段，設(shè)計單位內(nèi)部各專業(yè)必須充分溝通協(xié)調(diào)，以確保廠房布置合理，各結(jié)構(gòu)設(shè)計安全。

c.設(shè)計人員經(jīng)驗不足。水電站廠房設(shè)計的外部條件千變?nèi)f化，機組類型多樣。不同的外部條件和機組型式，需要考慮的因素各不相同，廠房的布置差異較大，結(jié)構(gòu)的受力體系差異也較大。水電站廠房設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)較為復(fù)雜，涉及到的專業(yè)知識較多，如：巖土工程、混凝土結(jié)構(gòu)工程、鋼結(jié)構(gòu)工程、基礎(chǔ)工程、水力學(xué)、土力學(xué)等各種專業(yè)知識。若設(shè)計人員技術(shù)水平或經(jīng)驗有限，往往對廠房的內(nèi)外部條件認(rèn)識不夠，對結(jié)構(gòu)的受力體系理解不充分，對結(jié)構(gòu)的構(gòu)造設(shè)計掌握不牢，沒有充分認(rèn)識和控制各種潛在的風(fēng)險，導(dǎo)致廠房布置不合理或結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷。

3.3參建單位利益相關(guān)風(fēng)險

水電站廠房設(shè)計質(zhì)量，還存在來自設(shè)計方外部利益相關(guān)方的風(fēng)險。

為充分利用國內(nèi)優(yōu)勢技術(shù)資源，當(dāng)遇到超常規(guī)的復(fù)雜地質(zhì)條件和復(fù)雜結(jié)構(gòu)時，設(shè)計單位常委托相關(guān)科研單位協(xié)助開展研究工作。設(shè)計委外成果的及時性、準(zhǔn)確性、可靠性，在一定程度上影響到設(shè)計產(chǎn)品的進(jìn)度和質(zhì)量。同時，在工程建設(shè)過程中，業(yè)主基于某些原因，也可能對設(shè)計產(chǎn)品提出一些要求或變更，設(shè)計單位必須認(rèn)真研究業(yè)主的意見，充分論證，合理采納，確保在不影響工程安全的前提下，盡量滿足業(yè)主的要求。

4　風(fēng)險應(yīng)對措施

識別到各種風(fēng)險，分析其風(fēng)險等級后，有必要提出風(fēng)險應(yīng)對措施，嚴(yán)格控制責(zé)任事故。根據(jù)相關(guān)工程經(jīng)驗，特提出以下幾個方面的風(fēng)險應(yīng)對措施，以切實加強水電站廠房的設(shè)計質(zhì)量控制。

4.1強化設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險意識

根據(jù)《中華人民共和國建筑法》《建設(shè)工程質(zhì)量管理條例》和《中華人民共和國安全生產(chǎn)法》，參與工程項目建設(shè)、勘察、設(shè)計、施工、監(jiān)理、施工圖審查、檢測、監(jiān)測及建筑材料生產(chǎn)供應(yīng)等的單位和相關(guān)責(zé)任人員，實行質(zhì)量責(zé)任終身制。質(zhì)量責(zé)任主體單位及其法定代表人和相關(guān)責(zé)任人員，因工程建設(shè)期內(nèi)違反工程質(zhì)量管理規(guī)定，造成參與的工程項目發(fā)生質(zhì)量事故或交付使用后工程地基基礎(chǔ)、主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)質(zhì)量事故以及嚴(yán)重質(zhì)量問題的，均應(yīng)按照國家法律法規(guī)和有關(guān)規(guī)定對工程質(zhì)量負(fù)相應(yīng)的終身責(zé)任。

水電站廠房工程受地形地質(zhì)條件影響很大，自身結(jié)構(gòu)異常復(fù)雜，內(nèi)外部影響因素眾多，存在的質(zhì)量風(fēng)險較多。各設(shè)計人員必須在思想上高度重視工程質(zhì)量安全，以如履薄冰的危機意識，充分認(rèn)識到工程質(zhì)量安全的重要性，遵照有關(guān)法律法規(guī)，根據(jù)現(xiàn)行國家和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求，認(rèn)真識別可能存在的風(fēng)險，積極應(yīng)對風(fēng)險，嚴(yán)控責(zé)任風(fēng)險，確保工程質(zhì)量。

4.2強化質(zhì)量管理體系建設(shè)

為應(yīng)對產(chǎn)品設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險，設(shè)計單位必須強化內(nèi)部質(zhì)量管理體系建設(shè)。水利水電工程規(guī)模大、工期長、投資多，其設(shè)計過程中涉及的專業(yè)面廣，需要多專業(yè)、各層次人員協(xié)同配合。因此，必須建立設(shè)計質(zhì)量保證體系，健全設(shè)計文件的審核、會簽、批準(zhǔn)制度，做好過程控制，明確設(shè)計、校核和審查各級崗位的職責(zé)，同時，做好設(shè)計產(chǎn)品抽查與復(fù)查制度，加大質(zhì)量檢查獎懲力度，才能充分發(fā)揮設(shè)計單位的團隊合作精神，同心協(xié)力，提供優(yōu)質(zhì)設(shè)計產(chǎn)品。

加強設(shè)計策劃和評審工作。在設(shè)計初期，通過技術(shù)策劃，暴露工程技術(shù)重點和難點，提前識別設(shè)計質(zhì)量風(fēng)險，同時理清解決思路，指出風(fēng)險控制的努力方向，為下步工作打下基礎(chǔ)；在設(shè)計過程中，對關(guān)鍵重大技術(shù)問題，按有關(guān)規(guī)定，適時組織生產(chǎn)處、項目部和院技術(shù)經(jīng)濟委員會評審，特別重大問題提交上級有關(guān)部門咨詢和審查。通過各級各部門技術(shù)專家的把控，解決各種技術(shù)問題，確保設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量。

4.3提高專業(yè)技術(shù)水平

了解已建和在建工程的技術(shù)特點和各種事故，盡快熟悉和掌握其關(guān)鍵技術(shù)，充分分析各種事故或質(zhì)量缺陷的原因，加強技術(shù)交流，及時總結(jié)經(jīng)驗教訓(xùn)，才能避免在設(shè)計工作中犯類似錯誤。

設(shè)計人員自身應(yīng)強化專業(yè)知識學(xué)習(xí)，虛心向?qū)＜艺埥?，逐步積累工程經(jīng)驗，切實提高業(yè)務(wù)水平。通過對重大關(guān)鍵技術(shù)問題的攻關(guān)，提高解決復(fù)雜技術(shù)問題的能力。俗話說，最大的風(fēng)險是不知道有風(fēng)險。某些工程常常因?qū)?xì)部結(jié)構(gòu)或構(gòu)造設(shè)計不重視，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)設(shè)計缺陷或錯誤。因此，設(shè)計人員既要攻關(guān)重大關(guān)鍵技術(shù)問題，又要培養(yǎng)耐心和細(xì)心，注意細(xì)部結(jié)構(gòu)和構(gòu)造設(shè)計。

提高設(shè)計技術(shù)水平的另一方法，是開展三維可視化協(xié)同設(shè)計。通過三維可視化協(xié)同設(shè)計，將設(shè)計產(chǎn)品以虛擬的形式展示，使復(fù)雜的視圖關(guān)系直觀和動態(tài)化，并可進(jìn)行數(shù)據(jù)的自動校驗和計算、優(yōu)化設(shè)計，減少錯漏碰缺，提高設(shè)計的合理性和正確性。通過三維協(xié)同設(shè)計，使廠房布置能夠適應(yīng)地形、地質(zhì)條件，并與大壩、引水系統(tǒng)、尾水系統(tǒng)等外部條件充分協(xié)調(diào)，使廠房內(nèi)部布置能夠適應(yīng)機電設(shè)備的要求。

4.4加強內(nèi)外部溝通協(xié)調(diào)

水電站廠房是水利水電工程中牽涉專業(yè)最多的水工建筑物。設(shè)計單位內(nèi)部各專業(yè)之間應(yīng)針對水電站廠房的內(nèi)外部條件，加強專業(yè)間的溝通協(xié)調(diào)。

協(xié)調(diào)水工與機電各專業(yè)之間的內(nèi)部條件，保證了廠房內(nèi)部布置合理，細(xì)部結(jié)構(gòu)安全。設(shè)計單位內(nèi)部各專業(yè)之間的溝通協(xié)調(diào)，既能保證布置合理和機構(gòu)安全，又能減少施工期的相互干擾，方便施工和運行管理。

協(xié)調(diào)水工與水文、地質(zhì)、施工等外部專業(yè)條件，保證了廠房建筑物整體布置合理，整體結(jié)構(gòu)安全。特別要注意與工程參建其他各方的溝通協(xié)調(diào)，與上級技術(shù)主管部門、業(yè)主、施工單位的溝通。通過各種咨詢審查會議，獲得咨詢審查部門的技術(shù)支持和指導(dǎo)；通過現(xiàn)場技術(shù)交底，清晰說明設(shè)計方案，充分展示設(shè)計意圖，強調(diào)施工技術(shù)要求。同時，設(shè)計人員還應(yīng)充分了解現(xiàn)場實際的施工組織設(shè)計，如：施工布置、施工方法、施工進(jìn)度計劃等，熟悉工程實際建設(shè)的全過程，才能有效識別施工期各階段可能存在的質(zhì)量風(fēng)險，通過強調(diào)施工技術(shù)要求、調(diào)整設(shè)計方案、建議調(diào)整施工組織設(shè)計等相關(guān)措施，提前做好風(fēng)險應(yīng)對措施。只有在咨詢審查部門的技術(shù)支持和指導(dǎo)下，通過設(shè)計、業(yè)主、施工、監(jiān)理等各方的充分配合和協(xié)作，才能確保工程的順利推進(jìn)，保證工程質(zhì)量。

5　結(jié)　語

由于外部條件和內(nèi)部條件的復(fù)雜性，水電站廠房設(shè)計涉及專業(yè)眾多、風(fēng)險眾多。各種不同的風(fēng)險，均可能對水電站廠房工程質(zhì)量帶來較大威脅。設(shè)計人員必須堅持質(zhì)量第一的理念，強化風(fēng)險意識，有效識別可能的風(fēng)險，提高風(fēng)險應(yīng)對水平，積極采取風(fēng)險應(yīng)對措施，有效控制各種風(fēng)險，避免工程質(zhì)量事故，真正做到工程設(shè)計產(chǎn)品的“安全可靠、經(jīng)濟合理、技術(shù)先進(jìn)”。

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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