袁東成，張曉光，潘 建，朱 哲

（中國電建集團(tuán)中南勘測設(shè)計研究院有限公司，湖南省長沙市 410014）

0 引言

當(dāng)前水電工程安全評價基本采用預(yù)先危險性分析法和安全檢查表法等定性評價方法以及風(fēng)險矩陣法和自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法等半定量評價方法，這些非定量評價方法存在主觀性強(qiáng)、針對性不強(qiáng)、直觀性不強(qiáng)、對工程的指導(dǎo)性不強(qiáng)等問題，因此，實現(xiàn)定量風(fēng)險評價是水電工程安全評價一直以來的重要目標(biāo)和夙愿。目前水電工程安全評價也只能針對單一風(fēng)險進(jìn)行分級和評價，不能掌握工程整體風(fēng)險水平。因此，實現(xiàn)水電工程定量風(fēng)險評價以及綜合風(fēng)險評價，對于提升水電工程安全評價的科學(xué)性、針對性、直觀性和指導(dǎo)性具有重要意義。

1 水電工程安全評價方法現(xiàn)狀及存在的問題

水電工程安全預(yù)評價長期采用的評價方法是預(yù)先危險性分析法[1]。由于預(yù)先危險性分析法在風(fēng)險等級判定上主要考慮的是風(fēng)險的后果而未考慮風(fēng)險發(fā)生的可能性[2]，因此，經(jīng)過多年摸索，引入了風(fēng)險矩陣法與預(yù)先危險性分析法結(jié)合[3]。采用預(yù)先危險性分析法進(jìn)行風(fēng)險辨識與分析，采用風(fēng)險矩陣法進(jìn)行風(fēng)險等級判定，從而發(fā)揮了兩種評價方法各自的優(yōu)勢，使風(fēng)險等級判定既考慮了風(fēng)險發(fā)生的后果嚴(yán)重程度也考慮了風(fēng)險發(fā)生的可能性，風(fēng)險等級劃分更加合理科學(xué)[4]，思維導(dǎo)圖見圖1。同時，對于自然災(zāi)害的風(fēng)險評價，引入了半定量的自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法，也進(jìn)一步提升了對自然災(zāi)害風(fēng)險評價的科學(xué)性。

圖1 預(yù)先危險性分析法與風(fēng)險矩陣法相結(jié)合的評價方法Figure 1 Evaluation method combining pre hazard analysis method and risk matrix method

水電工程安全驗收評價長期采用的是安全檢查表的定性評價方法[5]。由于安全檢查表只針對已發(fā)生的設(shè)計、施工階段實際與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的符合性，不能實現(xiàn)驗收時已采取安全設(shè)施的情況下對運行期安全風(fēng)險的預(yù)測性評價。因此，通過近年來的摸索，以及水電工程安全驗收相關(guān)編制規(guī)程的修訂，安全驗收評價引入了風(fēng)險矩陣法，實現(xiàn)了安全驗收評價對運行期安全風(fēng)險的預(yù)測性評價，也大大拓寬了安全驗收評價的目的和功能。

雖然水電工程安全評價經(jīng)過多年的摸索，在評價方法上取得了長足的進(jìn)步，評價方法更加合理科學(xué)，也拓寬了評價的目的和功能。但依然存在以下問題：

（1）定性或半定量評價方法存在主觀性強(qiáng)等缺陷。

當(dāng)前水電工程安全評價依然采用的是定性或半定量評價方法。水電工程定量風(fēng)險評價的主要難點在于各風(fēng)險實際發(fā)生的可能性和后果嚴(yán)重程度很難進(jìn)行定量判定，尤其是后果嚴(yán)重程度。非定量評價方法導(dǎo)致水電工程風(fēng)險評價的針對性不強(qiáng)、直觀性不強(qiáng)、對工程的指導(dǎo)性不強(qiáng)等問題，尤其是定性評價方法。即使是半定量的風(fēng)險矩陣法或自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法，在相關(guān)指標(biāo)的判定上也存在主觀性的缺陷，尤其是風(fēng)險的后果嚴(yán)重程度的判定。因此，實現(xiàn)水電工程安全風(fēng)險的定量評價是水電工程安全評價一直以來的重要目標(biāo)和夙愿。

（2）單一風(fēng)險評價不能反映工程整體風(fēng)險水平。

目前水電工程安全評價只能實現(xiàn)對各評價單元的單一風(fēng)險的評價。通過風(fēng)險矩陣法或自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法得出各單一風(fēng)險的風(fēng)險等級，可以直觀了解水電工程各評價單元存在哪些風(fēng)險因素及各風(fēng)險因素的嚴(yán)重程度，但是對于工程的整體風(fēng)險水平卻無法掌控。綜合風(fēng)險評價實現(xiàn)的主要難點在于水電工程風(fēng)險種類較多，目前暫未有一種評價方法可以實現(xiàn)對大量風(fēng)險因素的綜合評價。此外，由于安全預(yù)評價的主要目的之一是為工程新建在安全上是否可行得出結(jié)論，因此，得出工程施工期和運行期綜合風(fēng)險等級對于安全預(yù)評價作出評價結(jié)論具有決定性的意義。對于安全驗收評價，在竣工驗收的關(guān)鍵節(jié)點上，對工程運行期綜合風(fēng)險等級的判定也可以為工程運行期的風(fēng)險評估提供參考，并可以為驗收后續(xù)采取相關(guān)措施降低綜合風(fēng)險水平提供直觀、重要的借鑒和參考。

2 水電工程定量綜合風(fēng)險評價方法研究

針對前述水電工程安全評價存在的非定量評價以及單一風(fēng)險評價的局限，以及實現(xiàn)定量評價和綜合風(fēng)險評價存在的難點及重要意義，為實現(xiàn)水電工程定量綜合風(fēng)險評價，提出以下解決方法和思路。

（1）引入模糊數(shù)學(xué)方法，并以評價單元為評價對象。

模糊數(shù)學(xué)方法可以實現(xiàn)對多個因素的綜合評價[6]，但是評價對象不能太多，否則模糊關(guān)系矩陣及權(quán)重集合的計算量過大[7]。而水電工程安全風(fēng)險種類較多，直接以各風(fēng)險為評價對象不太現(xiàn)實[8]。因此，以各評價單元為評價對象可以順利解決這個問題。

（2）巧妙結(jié)合風(fēng)險矩陣法，模糊關(guān)系矩陣通過單一風(fēng)險分級結(jié)果求得。

模糊數(shù)學(xué)方法的模糊關(guān)系矩陣一般通過專家打分法求得，但是專家打分法存在主觀性強(qiáng)的缺陷[9]。水電工程安全評價引入模糊數(shù)學(xué)方法后，以各評價單元為評價對象，而各評價單元通過風(fēng)險矩陣法等可以求得評價單元各單一風(fēng)險的風(fēng)險等級。單一風(fēng)險的風(fēng)險等級，可以反映單元各風(fēng)險等級的占比情況，因此，可以將模糊數(shù)學(xué)方法與風(fēng)險矩陣法巧妙結(jié)合。模糊關(guān)系矩陣可以采用風(fēng)險矩陣法等求得的單一風(fēng)險等級結(jié)果歸一化求得，這樣不僅解決了模糊關(guān)系矩陣常規(guī)采用專家打分法的主觀性缺陷，同時充分考慮了單一風(fēng)險分級結(jié)果反映的風(fēng)險等級占比情況，更貼合實際，也實現(xiàn)了從風(fēng)險矩陣法的單一風(fēng)險評價到綜合風(fēng)險評價的完美銜接。

（3）通過層次分析法求得模糊權(quán)重集合。

模糊權(quán)重集合需求得各評價單元的權(quán)重，常規(guī)采用專家打分或者經(jīng)驗求得，同樣存在主觀性強(qiáng)的缺陷。為解決這個問題，可以采用層次分析法求得各評價單元的權(quán)重作為模糊權(quán)重集合[10][11]。層次分析法的風(fēng)險因素互判矩陣可以通過各單一風(fēng)險等級結(jié)果的各風(fēng)險等級占比進(jìn)行判斷，也一定程度上解決了風(fēng)險互判矩陣一般通過經(jīng)驗求得的主觀性缺陷。

（4）模糊綜合風(fēng)險評價集合采用單一風(fēng)險評價的風(fēng)險接受準(zhǔn)則。

通過模糊綜合風(fēng)險評價集合采用風(fēng)險矩陣法和自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法的風(fēng)險接受準(zhǔn)則，可以實現(xiàn)模糊數(shù)學(xué)方法與風(fēng)險矩陣法或自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法的風(fēng)險評價結(jié)果的完美銜接，即模糊綜合風(fēng)險評價集合的評價指標(biāo)分別對應(yīng)風(fēng)險矩陣法的重大風(fēng)險、較大風(fēng)險、一般風(fēng)險和低風(fēng)險（自然災(zāi)害風(fēng)險分級分別對應(yīng)極高風(fēng)險、高風(fēng)險、中風(fēng)險、低風(fēng)險），從而實現(xiàn)模糊數(shù)學(xué)方法與風(fēng)險矩陣法或自然災(zāi)害風(fēng)險分級方法的風(fēng)險評價結(jié)果的完美結(jié)合，攻克評價方法結(jié)合的關(guān)鍵障礙。

3 水電工程定量綜合風(fēng)險評價的應(yīng)用及效果

目前，水電工程定量綜合風(fēng)險評價在安全預(yù)評價和安全驗收評價均得到了應(yīng)用。

3.1 在安全預(yù)評價中的應(yīng)用——以木蘭抽水蓄能電站工程為例

根據(jù)木蘭抽水蓄能電站工程安全預(yù)評價報告相關(guān)結(jié)論，在單一風(fēng)險等級判定的基礎(chǔ)上，求得的運行期模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表見圖2。其中，在求模糊關(guān)系矩陣時，進(jìn)行了一個簡化處理，即各評價單元的各風(fēng)險因素的內(nèi)部權(quán)重默認(rèn)相同。求得風(fēng)險權(quán)重集合A={0.0322，0.1502，0.0691，0.1502，0.0691，0.0322，0.0162，0.1502，0.0162，0.0162，0.0691，0.2290}，進(jìn)而求得模糊綜合評價集合B={0，0.2470，0.3765，0.3765}。若對評價集合進(jìn)行賦值，假設(shè)風(fēng)險度極值為100，設(shè)v1=90，v2=70，v3=50，v4=30，則E=90×0+70×0.2470+50×0.3765+30×0.3765= 47.41 ＜v3，因此，判定本工程運行期綜合風(fēng)險等級為v4低風(fēng)險。

圖2 運行期模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表Figure2 Fuzzy relationship matrix and weight calculation and consistency check table during operation period

為計算方便，根據(jù)施工期風(fēng)險特點將施工期劃分幾個單元：建構(gòu)筑物單元［含導(dǎo)流、潰堰、坍塌、涌（透）水、圍巖失穩(wěn)、邊坡失穩(wěn)、渣場料場失穩(wěn)風(fēng)險］；施工作業(yè)單元（含火災(zāi)、爆炸、爆破、高處墜落、物體打擊、電傷害、機(jī)械傷害、車輛傷害、起重傷害、淹溺、作業(yè)環(huán)境不良風(fēng)險）；施工工序單元（含水庫蓄水事故、高壓灌漿事、大件運輸事故風(fēng)險）；自然災(zāi)害單元（含地震、地質(zhì)災(zāi)害、臺風(fēng)、暴雨、洪水災(zāi)害、森林火災(zāi)、雷擊風(fēng)險）；施工規(guī)劃及管理單元（含施工總布置缺陷、施工安全管理缺陷風(fēng)險）。同理求得施工期的模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表見圖3。求得模糊綜合風(fēng)險評價集合B={0，0.4643，0.4643，0.0714}。對評價集合進(jìn)行賦值，假設(shè)風(fēng)險度極值為100，設(shè)v1=90，v2=70，v3=50，v4=30，則E=90×0+70×0.4643+50×0.4643+30×0.0714=57.858 ＜v2，因此，判定施工期綜合風(fēng)險等級為v3一般風(fēng)險。

圖3 施工期模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表Figure3 Fuzzy relationship matrix and weight calculation and consistency check table during construction period

由上可見，運行期綜合風(fēng)險等級為低風(fēng)險，施工期綜合風(fēng)險等級為一般風(fēng)險的評價結(jié)論是符合工程實際的，可見方法的應(yīng)用效果較好。

在安全預(yù)評價中應(yīng)用的評價方法思維導(dǎo)圖見圖4。

圖4 安全預(yù)評價方法思維導(dǎo)圖Figure4 Mind map of safety pre evaluation methods

3.2 在安全驗收評價中的應(yīng)用——以構(gòu)皮灘水電站通航建筑物工程為例

根據(jù)構(gòu)皮灘水電站通航建筑物工程安全驗收評價報告相關(guān)結(jié)論，在單一風(fēng)險等級判定的基礎(chǔ)上，求得的運行期模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表見圖5。求得風(fēng)險權(quán)重集合A={0.0814，0.0814，0.0320，0.0814，0.0814，0.2454，0.0320，0.0320，0.3328}，進(jìn)而求得模糊綜合評價集合B={0，0.1090，0.4455，0.4455}。若對評價集合進(jìn)行賦值，假設(shè)風(fēng)險度極值為100， 設(shè)v1=90，v2=70，v3=50，v4=30， 則E=90×0+70×0.1090+50×0.4455+30×0.4455=43.27 ＜v3，因此，判定運行期綜合風(fēng)險等級為v4低風(fēng)險。

圖5 運行期模糊關(guān)系矩陣和權(quán)重計算及一致性檢驗表Figure5 Fuzzy relationship matrix and weight calculation and consistency check table during operation period

由上可見，運行期綜合風(fēng)險等級為低風(fēng)險的評價結(jié)論是符合工程實際的，可見方法的應(yīng)用效果較好。

在安全驗收評價中應(yīng)用的評價方法思維導(dǎo)圖見圖6。

圖6 安全驗收評價方法思維導(dǎo)圖Figure6 Mind map of safety acceptance evaluation methods

4 結(jié)論

本文對當(dāng)前水電工程安全評價的評價方法現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行了深入分析，在此基礎(chǔ)上對水電工程定量風(fēng)險評價進(jìn)行了探索和研究。提出了引入模糊數(shù)學(xué)方法和層次分析法實現(xiàn)定量綜合風(fēng)險評價的方法和思路，細(xì)節(jié)上的創(chuàng)造性處理巧妙實現(xiàn)了模糊數(shù)學(xué)方法與風(fēng)險矩陣法的單一風(fēng)險評價的完美銜接，并解決了模糊數(shù)學(xué)方法及層次分析法相關(guān)環(huán)節(jié)一般通過專家打分法存在的主觀性缺陷。并且在相關(guān)工程安全驗收評價中得到了成功應(yīng)用，對照工程實際，評價結(jié)果科學(xué)可信，也得到了評審專家的高度認(rèn)可。

本文通過引入模糊數(shù)學(xué)方法和層次分析法，并與風(fēng)險矩陣法創(chuàng)造性的結(jié)合，首次實現(xiàn)了水電工程定量綜合風(fēng)險評價，開啟了水電工程安全評價從定性或半定量風(fēng)險評價及單一風(fēng)險評價到定量綜合風(fēng)險評價的新篇章，對于提升水電工程安全評價的科學(xué)性、針對性、直觀性及指導(dǎo)性具有突破性意義。