常昊天，楊 虎，劉偉寶

(1.水電水利規(guī)劃設(shè)計總院，北京 100120;2.南京水利科學(xué)研究院，江蘇 南京 210029)

中國經(jīng)濟(jì)已進(jìn)入新的發(fā)展時期，大力發(fā)展水電事業(yè)對于優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)和可持續(xù)發(fā)展，具有重要的意義。對水電工程實(shí)施全過程監(jiān)督管理是保障實(shí)體質(zhì)量的重要途徑，主要包括施工單位自檢、監(jiān)理單位檢查、設(shè)計單位質(zhì)量巡查、建設(shè)單位質(zhì)量監(jiān)督檢查、第三方檢測單位質(zhì)量檢測、質(zhì)監(jiān)機(jī)構(gòu)實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查等全過程、多維度的質(zhì)量監(jiān)督模式。

實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查檢測工作中，質(zhì)監(jiān)機(jī)構(gòu)受能源主管部門委托，秉持獨(dú)立、客觀、公正的原則，以相關(guān)法律法規(guī)、工程建設(shè)有關(guān)規(guī)章制度和規(guī)范性文件、國家及行業(yè)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為依據(jù)，針對涉及工程主體結(jié)構(gòu)安全和主要使用功能的建設(shè)實(shí)體、工程所需原材料、機(jī)電設(shè)備等要素進(jìn)行抽查驗(yàn)證，對重點(diǎn)抽查項目和關(guān)鍵部位(環(huán)節(jié))、重要隱蔽工程、質(zhì)量問題突出或者可能存在質(zhì)量缺陷的部位，開展實(shí)體質(zhì)量抽查檢測，基于獲得的抽查驗(yàn)證或抽查檢測結(jié)果，與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和現(xiàn)場驗(yàn)評資料的分析評價，提出評價意見。

獲得水電站實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查結(jié)果后，現(xiàn)階段的通常做法是僅將其與設(shè)計要求進(jìn)行對比，進(jìn)而評判抽查結(jié)果是否滿足設(shè)計要求，所得結(jié)論雖然簡潔，但缺少對抽查結(jié)果分布規(guī)律的深入解讀，更無法對既有驗(yàn)評資料的規(guī)律性甚至真實(shí)性做進(jìn)一步的分析評判。為了對工程質(zhì)量管理、工程實(shí)體質(zhì)量等方面提出更加完善的質(zhì)量監(jiān)督意見和建議，本文結(jié)合大渡河某水電站工程實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查檢測工作，對現(xiàn)階段通常做法進(jìn)行補(bǔ)充和改進(jìn)，將驗(yàn)證性抽查結(jié)果同時與設(shè)計要求和現(xiàn)場驗(yàn)評資料進(jìn)行對比分析，并以箱型圖的方式直觀展示3者之間的關(guān)聯(lián)性，提出分析評價意見。與使用單一的合格率指標(biāo)相比，這種方法包含了更加豐富的信息，能夠更好地為工程質(zhì)量監(jiān)督工作提供技術(shù)支持。

1 檢測和分析方法

1.1 檢測方法和技術(shù)要求

大渡河某水電站樞紐工程由礫石土心墻堆石壩、泄洪建筑物、地下引水發(fā)電系統(tǒng)等建筑物組成，實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查現(xiàn)場檢測工作包括混凝土試塊抗壓強(qiáng)度檢測、錨桿無損檢測、鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)檢測等幾部分主要內(nèi)容，獲得混凝土試塊抗壓強(qiáng)度、錨桿飽滿度、保護(hù)層厚度、鋼筋間距等指標(biāo)的檢測結(jié)果，每項抽查檢測內(nèi)容均依照現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范規(guī)程開展。

1.2 分析評價方法

箱形圖是由美國的統(tǒng)計學(xué)家約翰·圖基(John Tukey)發(fā)明的，它由5個重要的特征值組成：最小值(min)，下四分位數(shù)(Q1)，中位數(shù)(median)，上四分位數(shù)(Q3)，最大值(max)。也可以往箱形圖里面加入平均值(mean)。下四分位數(shù)、中位數(shù)、上四分位數(shù)組成一個“帶有隔間的箱子”。上四分位數(shù)到最大值之間建立一條延伸線，這個延伸線成為“胡須(whisker)”。箱型圖的典型特征值釋義如圖1所示。

圖1 箱型圖的典型特征值釋義

由于現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)中總是存在各式各樣的“離群點(diǎn)”，也稱為“異常值”，于是為了不因這些少數(shù)的離群數(shù)據(jù)導(dǎo)致整體特征的偏移，將這些離群點(diǎn)單獨(dú)繪出，將箱形圖中胡須的兩級修改成最小觀測值與最大觀測值。經(jīng)驗(yàn)表明，最大(最小)觀測值設(shè)置為與四分位數(shù)值間距離為1.5個IQR(中間四分位數(shù)極差)，即IQR=Q3-Q1，也就是上四分位數(shù)與下四分位數(shù)之間的差，圖中直觀地表現(xiàn)為箱子的長度。

最小觀測值為min=Q1-1.5×IQR，如果存在離群點(diǎn)小于最小觀測值，則胡須下限為最小觀測值，離群點(diǎn)單獨(dú)繪出。如果沒有比最小觀測值小的數(shù)，則胡須下限為最小值。

最大觀測值為max=Q3+1.5×IQR，如果存在離群點(diǎn)大于最大觀測值，則胡須上限為最大觀測值，離群點(diǎn)單獨(dú)繪出。如果沒有比最大觀測值大的數(shù)，則胡須上限為最大值。

在分析數(shù)據(jù)的時候，箱形圖能夠有效地幫助我們識別數(shù)據(jù)的特征：首先，同一坐標(biāo)軸上，幾批數(shù)據(jù)的箱形圖并行排列，它們的中位數(shù)、尾長、異常值、分布區(qū)間等形狀信息一目了然；其次，在一批數(shù)據(jù)中，哪幾個數(shù)據(jù)點(diǎn)出類拔萃，哪些數(shù)據(jù)點(diǎn)表現(xiàn)不及一般，這些數(shù)據(jù)點(diǎn)放在同類其它群體中處于什么位置，可以通過比較各箱形圖的異常值得出；第三，各批數(shù)據(jù)的四分位距大小，正常值的分布是集中還是分散，觀察各方盒和線段的長短便可明了；最后，每批數(shù)據(jù)分布的偏態(tài)如何，分析中位線和異常值的位置也可估計出來。

2 結(jié)果與討論

2.1 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度抽查

隨機(jī)抽取進(jìn)水口及進(jìn)廠交通洞2個部位各1組混凝土立方體試塊，開展抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，抽查結(jié)果見表1。

由表1可知，抽查結(jié)果全部滿足設(shè)計要求。

表1 某水電站混凝土抗壓強(qiáng)度抽查結(jié)果

借助箱型圖，將進(jìn)水口與進(jìn)廠交通洞2個部位的抽查結(jié)果與已有統(tǒng)計資料進(jìn)行對比分析，分別如圖2—3所示。由于每個部位抽查數(shù)據(jù)量少，故抽查結(jié)果以散點(diǎn)形式繪出。

圖2 進(jìn)水口混凝土強(qiáng)度抽查結(jié)果與統(tǒng)計資料的對比分析

由圖2可以得到如下結(jié)論：統(tǒng)計資料全部滿足設(shè)計要求；抽查結(jié)果全部滿足設(shè)計要求。值得注意的是，圖2中的箱子之上出現(xiàn)了游離于箱體之外的短橫線，這個值被稱為為“異常值”。一批數(shù)據(jù)中的異常值需要引起關(guān)注，忽視異常值或者不加剔除地把異常值包進(jìn)數(shù)據(jù)的分析過程，會對結(jié)果帶來不良影響；重視異常值的出現(xiàn)，分析其產(chǎn)生的原因，常常成為發(fā)現(xiàn)問題進(jìn)而改進(jìn)決策的契機(jī)。

如前文所述，箱形圖定義異常值的標(biāo)準(zhǔn)為小于最小觀測值(Q1-1.5IQR)或大于最大觀測值(Q3+1.5IQR)的值。也就是說，進(jìn)廠交通洞這個部位混凝土抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計資料中存在與整體分布偏離較大的值。由此可見，箱形圖在識別異常值方面有一定的優(yōu)越性。

因此，從圖2還可進(jìn)一步地得到：抽查結(jié)果落在統(tǒng)計資料最大值和最小值的范圍之內(nèi)；抽查結(jié)果未落在統(tǒng)計資料最大觀測值與最小觀測值之間，這意味著其與統(tǒng)計資料整體分布偏離較大。綜上可知，進(jìn)水口混凝土試塊抗壓強(qiáng)度抽查結(jié)果與統(tǒng)計資料的符合性一般。

同樣地，從圖3可以得到，進(jìn)廠交通洞混凝土抗壓強(qiáng)度的統(tǒng)計資料全部滿足設(shè)計要求；抽查結(jié)果全部滿足設(shè)計要求；抽查結(jié)果落在統(tǒng)計資料最大值與最小值的范圍之內(nèi)，抽查結(jié)果落在統(tǒng)計資料上四分位數(shù)與下四分位數(shù)之間。綜上可知，進(jìn)廠交通洞混凝土試塊抗壓強(qiáng)度抽查結(jié)果與統(tǒng)計資料的符合性較好。

圖3 進(jìn)廠交通洞混凝土強(qiáng)度抽查結(jié)果與統(tǒng)計資料的對比分析

2.2 錨桿無損抽查

采用彈性波反射原理及彈性波在復(fù)雜邊界的傳播、散射、反射和衰減的特性，對壩肩、主廠房、主變室、尾調(diào)室、洞式溢洪道、放空洞、深孔泄洪洞和豎井泄洪洞錨桿的質(zhì)量進(jìn)行抽查，共抽查46根。限于篇幅，此處僅以主廠房和尾調(diào)室錨桿的抽查結(jié)果為例，見表2。

由表2可知，主廠房共抽查5根錨桿，其中1根錨桿的注漿飽滿度小于設(shè)計值，4根錨桿的注漿飽滿度滿足設(shè)計要求；尾調(diào)室共抽查6根錨桿，其中1根錨桿的注漿飽滿度小于設(shè)計值，5根錨桿的注漿飽滿度滿足設(shè)計要求。此外，很難再從表2中直觀地得出抽查結(jié)果的分布規(guī)律。

表2 某水電站注漿飽滿度抽查結(jié)果

借助箱型圖，將主廠房和尾調(diào)室這兩個部位飽滿度的抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料進(jìn)行對比分析，分別如圖4—5所示。

由圖4可以得到：驗(yàn)評資料與設(shè)計要求相比，合格率較高；抽查結(jié)果與設(shè)計要求相比，合格率較高，為80%；抽查結(jié)果5個測點(diǎn)全部落在驗(yàn)評資料最大值和最小值范圍之內(nèi)，也全部落在最大觀測值和最小觀測值之間，這說明抽查數(shù)據(jù)中沒有出現(xiàn)像圖2所示的與驗(yàn)評資料整體分布偏離較大的異常值；抽查結(jié)果3/5落在驗(yàn)評資料上、下四分位范圍之間。綜上可知，主廠房錨桿注漿飽滿度的抽查結(jié)果與該部位驗(yàn)評資料的符合性較好。

圖4 主廠房錨桿飽滿度抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料的對比分析

同樣地，由圖5可以得到：驗(yàn)評資料與設(shè)計要求相比，合格率為100%；抽查結(jié)果與設(shè)計要求相比，合格率較高為83%；抽查結(jié)果6個測點(diǎn)中，有5/6落在驗(yàn)評資料最大值和最小值范圍之內(nèi)，僅有1/6落在驗(yàn)評資料最大觀測值和最小觀測值范圍之內(nèi)，這說明抽查數(shù)據(jù)有5/6與驗(yàn)評資料整體分布偏離較大；抽查結(jié)果未落在驗(yàn)評資料上、下四分位范圍之間。綜上可知，尾調(diào)室錨桿注漿飽滿度的抽查結(jié)果與該部位驗(yàn)評資料的符合性一般。

圖5 尾調(diào)室錨桿飽滿度抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料的對比分析

2.3 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)抽查

采用電磁感應(yīng)法和雷達(dá)法對進(jìn)水口柵墩、進(jìn)水口閘墩、交通洞等3個部位的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行抽查，獲得保護(hù)層厚度和鋼筋間距檢測結(jié)果。根據(jù)DL/T 5169—2013《水工混凝土鋼筋施工規(guī)范》鋼筋保護(hù)層厚度允許偏差為±1/4設(shè)計值，鋼筋間距允許偏差為±0.1設(shè)計值。

限于篇幅，此處僅將進(jìn)水口閘墩的3個測區(qū)共計30個測點(diǎn)的抽查結(jié)果分別列于表3—4。

由表3可知，5#尾水洞鋼筋保護(hù)層厚度共檢測100點(diǎn)，合格91點(diǎn)，合格率91%。由表4知，5#尾水洞鋼筋間距共檢測100點(diǎn)，合格80點(diǎn)，合格率80%。

表3 某水電站進(jìn)水口閘墩鋼筋保護(hù)層厚度抽查結(jié)果

表4 某水電站進(jìn)水口閘墩鋼筋間距檢測結(jié)果

同樣地借助箱型圖，將抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料進(jìn)行對比分析，如圖6—7所示。由于每個部位抽查數(shù)據(jù)量較多，已有驗(yàn)評資料和抽查結(jié)果均以箱型圖的形式展示于圖中。需要指出的是，本次抽查是混凝土澆筑后實(shí)體檢測鋼筋保護(hù)層厚度與鋼筋間距，驗(yàn)評資料為混凝土澆筑前鋼筋間距以及鋼筋與模板間的保護(hù)層厚度。

由圖6可以得到：驗(yàn)評資料與設(shè)計要求相比，全部合格，總體合格率為100%；抽查結(jié)果與設(shè)計要求相比，總體合格率為67%，且箱體未出現(xiàn)偏離較大的異常值，整體分布較為集中；2-2號閘墩的抽查結(jié)果全部合格，抽查結(jié)果四分位箱體基本落在驗(yàn)評資料四分位箱體的范圍之內(nèi)，表明抽查結(jié)果與已有驗(yàn)評資料的符合性較好；1-2號閘墩的抽查結(jié)果全部合格，抽查結(jié)果的四分位箱體與驗(yàn)評資料四分位箱體存在交叉區(qū)域，但整體位于驗(yàn)評資料四分位箱體以下，表明抽查結(jié)果與已有驗(yàn)評資料的符合性一般；3-1號閘墩的抽查結(jié)果全部不合格，抽查結(jié)果的四分位箱體整體高于驗(yàn)評資料四分位箱體，且兩者之間偏離較大，表明抽查結(jié)果與已有驗(yàn)評資料的符合性較弱。

圖6 某水電站進(jìn)水口閘墩保護(hù)層厚度抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料的對比分析

同樣地，由圖7可以得到：驗(yàn)評資料與設(shè)計要求相比，總體合格率較高；抽查結(jié)果與設(shè)計要求相比，總體合格率較高，且箱體未出現(xiàn)偏離較大的異常值，整體分布較為集中；1-2號閘墩、2-2號閘墩、3-1號閘墩的抽查結(jié)果的四分位箱體與各自對應(yīng)部位的驗(yàn)評資料四分位箱體存在交叉區(qū)域，但整體位于驗(yàn)評資料四分位箱體以下，表明這些部位的抽查結(jié)果與已有驗(yàn)評資料的符合性一般。

圖7 某水電站進(jìn)水口閘墩鋼筋間距抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料的對比分析

3 結(jié)語

在開展水電工程實(shí)體質(zhì)量驗(yàn)證性抽查結(jié)果的分析評價工作時，使用基于箱型圖的統(tǒng)計分析工具能夠更加有效地幫助我們識別數(shù)據(jù)的特征，判斷數(shù)據(jù)集的數(shù)據(jù)離散程度和偏向，直觀地展示抽查結(jié)果與驗(yàn)評資料各自的分布規(guī)律以及兩者之間的相關(guān)性，因此與使用單一的合格率指標(biāo)相比，包含了更加豐富的信息，從而使政府監(jiān)管部門能依靠有限的抽檢組次獲得工程質(zhì)量行為和質(zhì)量記錄的更全面把握。如果能夠建立反映實(shí)測數(shù)據(jù)與驗(yàn)評資料數(shù)據(jù)離散和偏向的數(shù)學(xué)表達(dá)，將會更加有利于指導(dǎo)工程建設(shè)質(zhì)量的監(jiān)督工作。