引黃涵閘改建工程建設安全風險評價

摘要：為了控制工程建設風險，應精準辨識關鍵風險防控因素。針對引黃涵閘改建工程建設期建設安全和工程質量控制問題，采用預先危險性分析法和工作分解法辨識工程安全風險，構建安全風險評價指標體系，提出了指標量化比較方法；在此基礎上構建了基于層次分析的風險評價模型，綜合確定混凝土工程及土方工程為Ⅳ級危險源，需要特別關注。研究成果可為引黃涵閘改建工程建設提供支撐。

關鍵詞：質量控制； 安全管理； 風險量化； 風險評價； 引黃涵閘改建工程

中圖法分類號：TV51

文獻標志碼：A

DOI：10.15974/j.cnki.slsdkb.2024.12.015

文章編號：1006-0081（2024）12-0080-09

0 引 言

受河床下切、河勢變化影響，黃河下游部分引黃涵閘引水能力顯著下降，不能滿足區域用水需求，亟待改建提升。引黃涵閘改建工程建設規模大、工序繁多，復雜的管理和技術問題致使涵閘建設過程中的安全管理和質量控制難度激增［1-3］。開展黃河下游引黃涵閘建設安全風險評價，為高質量推進涵閘改建工程建設保駕護航，是新形勢下工程的客觀需求。

圍繞工程建設期危險源風險評價，諸多學者開展了深入研究。李巋然等［4］針對水利工程風險特點，剖析了水利工程風險層級，針對高中度風險制定有效措施進行防范。陳舒馨等［5］綜合利用層次分析和預先危險性分析方法開展了工程施工過程中的危險性分析，從定性和定量方面全面評估了潛在的風險源，并提出降低建筑施工企業安全風險的一系列措施。吳麗燕［6］從管理學角度出發，以實際工程為例構建了水閘等水利工程施工管理風險評估模型，開展了工程施工風險等級評定并提出了相應的管理措施。孫亞男［7］綜合利用層次分析法與熵值法優勢互補，并利用差異系數修正主觀權重，最終得到合理的權重結果，依據構建的模糊綜合評價模型對項目進行風險評價。魏玉濤［8］對工程施工現場重大危險源采用直接判定法判定，對一般危險源采取作業條件危險性評價法（LEC）進行風險評價，制定了相關的管控措施和應急預案。賈文惠［9］采用案例分析法和專家調查法對風險因素進行識別，基于改進的模糊層次分析法建立水利工程項目風險評價模型進行實證分析，分析表明，基于模糊層次分析法的水利工程建設項目風險評價模型具有科學性和適用性。田靜等［10］基于層次分析法構建水閘安全評價體系，采用反熵權法確定各層級指標的權重，并闡述水閘安全評價的主要步驟和基本流程。陳鐘等［11］采用LS法進行風險評價，分析出風險因素，采取對策性魚骨法，建立LS-FAM模型，優化了評價方法，創新了管控思路。張乃平等［12］根據PPP模式中水利項目的特點，分析其存在的風險因素，利用模糊層次分析法建立風險評價模型，對水利項目中占主導作用的風險因素進行分析，并給出相關的結論和建議。孫銀星等［13-15］以實際工程為例，通過層次分析法對水利工程項目施工風險管理進行分析，提出相關風險防范與化解措施。王銀［16］結合實際工程，運用層次分析法對項目進行風險評價，找出重要風險因素并進行有效控制，最終實現對項目的有效管理。

綜上所述，研究人員圍繞工程建設期危險源風險評價已取得諸多研究成果，但仍存在部分問題有待解決：① 對于涵閘類工程研究較少，研究成果的適用性有待進一步考證；② 已有研究多聚焦于工程施工安全，以防范水利工程施工生產安全事故為核心開展工程建設安全風險評價，忽略了工程質量控制風險評價相關內容。本文針對山東引黃涵閘改建工程建設期建設安全和工程質量問題，在安全風險辨識基礎上，對工程風險源進行量化分析評價，為高質量開展引黃涵閘改建工程建設提供支撐。

1 工程特性及風險清單

1.1 工程特性

山東引黃涵閘改建工程涉及山東沿黃河7市13縣（市、區）共22座涵閘工程，分兩批建設。首批12座涵閘于2022年開工建設，第二批10座于2023年開工建設，總工期36個月。山東引黃涵閘改建工程具有點多面廣、整體建設規模大、地質條件復雜等特點，主要表現在以下兩方面。

1.1.1 施工環境復雜、管理難度大

（1） 施工場地分散。工程涉及包括菏澤、濟寧、聊城、德州、淄博、濱州、東營等地在內的多個縣市，施工場地分散。

（2） 作業面狹窄。黃河下游引黃涵閘是用來引水的低水頭水工建筑物，結構整體呈帶狀分布，作業面狹窄。

（3） 高空作業。在涵閘改建過程中，存在拆除、吊裝等高空作業，需設專人進行安全監護，現場管理難度大。

（4） 用電安全。涵閘改建過程中多作業并行，用電負荷大，且現場多為臨時用電，安全保證措施有待完善。

（5） 交叉作業。涵閘施工工序復雜，作業面狹窄，存在交叉作業，加之拆除和安裝等高空作業較多，工程安全生產問題尤為突出。

1.1.2 技術問題多、工程安全風險管控難度大

（1） 施工圍堰問題。老閘拆除施工期間，圍堰肩負著臨時擋水作用，對其填筑質量要求較高。

（2） 基坑降水問題。工程所在區域地下水水位較淺，基坑底部一般低于地下水水位，基坑降水難度大。

（3） 土石結合部問題。穿堤涵閘與堤防土石結合部和涵閘上部回填土均存在碾壓質量控制難度大等問題。

（4） 石方問題。引黃涵閘上、下游連接段通常采用漿砌石護坡，為保證在后期運行過程中上、下游連接段避免出現漿砌石開裂、勾縫砂漿脫落等問題，應在改建過程中加強質量管理。

（5） 混凝土施工質量控制問題。混凝土從原材料到養護涉及多個施工環節，受實際施工地點、時間或環境等因素制約，連續均衡的施工較難保證，施工技術水平要求高。

（6） 金屬結構和啟閉機安裝問題。受改建工程作業面狹窄、交叉作業多等因素限制，金屬結構和啟閉機安裝帶來諸多困難。同時，鋼閘門在潮濕且高含沙運行環境中易發生銹蝕，導致結構使用壽命降低，在建設過程中有效提高鋼閘門防腐能力、延長其使用壽命也是涵閘改建過程中需考慮的關鍵問題。

1.2 工程建設風險清單

風險清單是指施工過程中潛在的可能導致工程出現質量問題或安全問題的危險源［17］。風險清單上應逐一列出潛在的危險源，并標明危險源的層級和屬性。同時考慮到引黃涵閘改建工程數量較多，風險清單應具有代表性和普適性。

前期研究基于預先危險性分析法和工作分解法對引黃涵閘改建工程進行了安全風險源和質量風險源的辨識分析，并建立了山東引黃涵閘改建工程風險清單，具體如表1所示。

2 風險評價指標體系構建及量化

2.1 風險評價指標體系構建

進行風險綜合分析的前提是構建風險評價指標體系，精確比較已辨識出的危險源風險大小，制定科學合理的指標體系不可或缺。此外，需明確指標體系構建的原則：系統性、科學性、簡潔可操作性、相對獨立性、動態性。

基于以上原則，將危險源與評價指標一一對應，可以得出依據風險清單構建出的水閘工程施工危險源風險評價指標體系。圖1所示即為創建的整個體系，具體可細分為以下4個等級，層級間遞進從屬關系見圖2。

一級指標：總目標層，即引黃涵閘改建工程管理安全和工程質量安全（A）。

二級指標：中間層，包括環境（B1）、人為（B2）、管理（B3）和技術（B4）。

三級指標：中間層，包括水文地質（C11）、氣候及天氣條件（C12）等；建設、監理等單位人員的安全管理能力（C2l）、施工項目部主要管理人員的專業技術水平和安全管理能力（C22）等；施工組織（C31）、管理制度（C32）等；土方填筑質量控制（C41）、石方施工質量控制（C42）等。

四級指標：方案層，包括地下水對混凝土的腐蝕（D111）、地下水對鋼筋的磨蝕（D112）等；專職管理人員配備情況（D211）、人員專業技術水平（D212）等；施工組織方案編制（D311）、施工特、重、難點分析（D312）等；圍堰布設位置（D411）、圍堰填筑材料（D412）、防滲處理措施（D413）、邊坡穩定（D414）；啟閉配套設施調試（D488）。

2.2 風險評價指標量化

風險指標的量化是工程安全風險評價的前提。風險評價指標體系中的指標有定性因素和定量因素兩種類型，然而定量因素之間往往存在差異化量綱，導致不同指標間可比性較差，不利于各級指標風險大小的衡量，需采用一定方法完成對指標的統一量化。

工程經驗豐富的專家及一線施工人員可較好地把握工程建設過程中各級風險及風險相對大小，因此，采用專家打分法進行風險指標量化評分不僅可以充分發揮專家的經驗和知識，還容易操作、可適應性強。與此同時，考慮到邀請專家的局限性，通過大數據技術對涉及工程建設風險評價的資料進行相關內容挖掘，具體見圖3。本次數據采集以互聯網采集為主，利用Crawler、DPI等工具，按照一定的規則自動地抓取知網、萬方、百度文庫等文獻數據庫中相關文字和圖表等信息。

對采集的數據進行歸一化處理，依據工程特征對危險源進行等級劃分，第一級“很好”，對應分值為（0.8，1.0］，該等級情況下危險源對工程基本無影響；第二級“較好”，對應分值為（0.6，0.8］，該等級情況下危險源對工程存在一定輕微影響，需要注意；第三級“較差”，對應分值（0.4，0.6］，該等級情況下危險源對工程存在較大影響，應及時采取一定措施進行干預；第四級“差”，對應分值為（0.2，0.4］，該等級情況下危險源對工程存在嚴重影響，應立即采取干預措施，預防重大事故發生；第五級“極差”，對應分值為［0，0.2］，該等級情況下意味著危險源對工程安全影響極其嚴重，應立即停工檢查整改。通過歸一化處理，將所有指標統一為具有可比性的量化指標，評分值的大小直接反映風險情況，分值越高代表的風險等級越小。

3 引黃涵閘改建工程建設安全風險評價

3.1 風險評價模型

3.1.1 指標權重的確定

水利工程施工中存在諸多影響施工安全以及工程質量安全的因素，并且它們對工程安全性的影響程度存在明顯的不同，因此針對某一子系統中同級的多個指標，采用給每一個指標賦予權重的方法來凸顯不同指標間的差異性［15］。針對施工期危險源風險評價指標，本文采用層次分析法計算各個指標的權重。所謂層次分析法確定風險指標權重，即首先建立從上到下的多層次風險指標體系，最上層是目標層，接著是準則層，最后是方案層，每一層有若干評價指標，且下層的評價指標是上層評級指標的組成部分；接著對每一層進行評價指標的分級，通常目標層自成一級，為一級評價指標，準則層的評價指標按需要可分多個級別，一般是二級評級指標，方案層則是最后級別的評價指標； 最后結合大數據挖掘的專家意見，采用一定流程和方法，從最上層開始，從上到下依次確定各級風險評價指標的權重。以下是采用層次分析法確定各個指標權重的詳細步驟。

（1） 評估因子的選定。設評估指標的數量為P，則有

u={u1，u2，…，up}（1）

（2） 構造判定矩陣。構造判定矩陣時，采用數字1～9及其倒數作為元素相對重要的比例標度，并賦予各個標度互不相同的含義，詳見表2。解決實際問題時，便可依據標度的含義確定判定矩陣中的標度數值，即有S=（uij）p×p。

2，4，6，8為上述相鄰判斷的中間值

（3） 判定矩陣的計算。計算判定矩陣S的最大特征根，得到λmax，并計算出最大特征根λmax對應的特征向量A，同時對照特征向量，按照評價指標的重要性大小確定各個指標的權系數W。

聯立式（2）～（3）計算得到最大特征值λmax。

（4） 一致性檢驗，采用的計算指標為

當λmax=n時，CI=0，而一般情況下λmaxgt;n，故CI≥0。CI越小，則判斷矩陣的一致性越好。

（5） 一致性驗證如下：

RI取值和矩陣階數n有關，詳見表3。

CR值的大小和判斷矩陣的一致性好壞呈負相關關系，即CR值越小一致性越好。如果CR＜0.1，則可認為判斷矩陣的一致性可以接受；否則需要對判斷矩陣進行修正。

3.1.2 構建判別矩陣并求解權重

參考大數據挖掘專家反饋的調查結果，對每個指標項目的重要度單獨進行對比，最后將所有專家的對比結果進行匯總。運用層次分析法求出指標權重，構造準則層環境（B1）、人為（B2）、管理（B3）及技術（B4）的判斷矩陣S=（uiij）p×p，如表4所示。

采用Matlab，計算判斷矩陣S的最大特征根λmax=4，計算一致性檢驗指標CI：

計算一致性驗證指標CR：

綜上，層次分析排序合理，通過一致性檢驗和驗證。計算結果見表5。

重復以上計算步驟，依次得到危險源三級評價指標權重、危險源四級評價指標權重。

3.2 安全風險評價結果

3.2.1 專家權威性權重計算

不同專家由于從業年限、具體從事工種、就業部門的不同，對某一施工工序通常有不同的認知，同時由于專家受教育程度等原因，對風險指標評價的科學性、客觀性也可能會存在差異，綜合情況下可能會導致對于同一風險因素給出不同評價等級。對專家進行權重差異化分析，是減少專家專業知識儲備、閱歷、工程經驗等對分析結果影響的一種有效手段。專家權重具體包括所在單位、技術職稱、從業時間、學歷情況、對水閘施工的了解程度5個方面，詳見表6。

為便于數據整理，在此采用加權平均法計算每位專家的權重。首先，將某一專家的5項權重值相加記為Yi，這樣所有專家5項權重值之和Yi構成的集合用Y表示；然后，對Y中所有元素歸一化處理，可得到每位專家的權威性權重值Vi。Vi構成的集合用V表示。

現提出一種“綜合安全評分”的方法，即通過考慮同一子系統中各種因素影響后，依據評分高低判定風險的大小（評分取值0～1，越高風險越小）。通過綜合利用專家評分、專家權重與風險指標權重三重數據，計算得出不同級別下的各個風險因素指標的安全評分，并對其進行風險評級，繼而完成對整個工程的安全風險評價。

由指標層向總目標層逐級推進計算，采用專家權重和專家打分數據計算指標層的綜合安全評分；依據某一上層指標子系統里所包含的下層指標的權重和綜合安全評分計算上層指標的綜合安全評分。

（1） 四級指標綜合安全評分計算。本文中，四級指標指的是方案層中的所有以“D加數字”表示的風險因素。

設有n位專家對風險項目進行打分，則

式中：R（Di）為方案層中以“D加數字”表示的第i項的安全評分；

Vj表示專家專業知識儲備、閱歷、工程經驗等賦予的不同評價權重；

Nij為第j位專家對第i項危險源的評分。

（2） 三級指標綜合安全評分計算。本文中，三級指標指的是準則層中多個以“C加數字”表示的風險因素。設三級指標Ck子系統里共包含m個四級子項目，則

式中：R（Ck）為準則層中以“C加數字”表示的第k項的安全評分；

WDi為方案層中以“D加數字”表示的第i個四級子項目的權重。

（3） 二級指標綜合安全評分計算。本文中，二級指標指的是準則層中的環境因素、人為因素、管理因素、技術因素（以“B加數字”表示）。

設二級指標Bl子系統里共包含q個三級子項目，則

式中：R（Bl）為準則層中以“B加數字”表示的第l項的安全評分；

Wck為準則層中以“C加數字”表示的第k個三級子項目的權重。

（4） 一級指標綜合安全評分計算。本文中，一級指標指的是目標層——引黃涵閘改建工程管理安全和工程質量安全（以“A”表示）。

設一級指標A共包含t個二級子項目，則

式中：R（A）為目標層的安全評分；

WBl為準則層中以“B加數字”表示的第l個二級子項目的權重。

（5） 風險等級和危險源等級，見表7。

各種危險源的特征：

① 極度危險源，對工程造成毀滅性災害，不能繼續作業。

② 重度危險源，對工程造成重大影響并導致重大經濟損失，必須立即整改。

③ 中度危險源，對工程造成較大影響并影響工程進度，需要整改。

④ 一般危險源，對工程造成一般影響，需要注意。

⑤ 輕度危險源，對工程局部造成輕微影響，可以接受。

3.2.2 計算結果

根據大數據挖掘的4級指標得分結果，計算得到引黃涵閘改建工程建設安全風險評價指標體系中四級指標的綜合安全評分，并進行危險源評級，評級結果見表8。

根據表8計算得到水閘工程施工三級指標的綜合安全評分，具體見表9。

最后根據表10數據計算出一級指標的安全評分為0.81，風險等級為5級，根據計算結果得到結論如下。

（1） 施工技術（B4）危險源對水閘工程施工質量安全影響最大，施工管理（B3）次之，施工環境（B1）和人員（B2）兩者影響最小。對引黃涵閘改建工程而言，施工技術類（B4）危險源屬于Ⅳ級危險源，需要特別關注。

（2） 施工技術（B4）危險源中，基礎處理（C44）、混凝土工程（C45）及土方工程（C46）對作業安全影響最大，混凝土工程（C45）及土方工程（C46）屬于Ⅳ級危險源，需要特別關注。

（3） 混凝土工程（C45）危險源的風險主要由原材（D451）和澆筑質量（D454）引發；土方工程（C46）危險源的風險主要由黏粒含量（D461）和壓實度（D464）引發，需要把控建筑原材的合格率，加強進出場質量檢測。

（4） 指標體系中同一因素里大多數同級指標 具有相差較大的權重值，說明各個指標的影響程度存在明顯差異，凸顯主次，有利于把握風險防控時的防控重點。

4 結 論

針對山東引黃涵閘改建工程建設過程中工程質量管理和安全管控難度較大問題，開展了風險辨識及評價研究，得到主要結論如下。

（1） 施工技術危險源對水閘工程施工質量安全影響最大，施工管理次之，施工環境和人員兩者影響最小。

（2） 施工技術危險源中，基礎處理、混凝土工程及土方工程對作業安全影響最大，混凝土工程及土方工程屬于Ⅳ級危險源，需要特別關注。

（3） 混凝土工程危險源的風險主要由原材和澆筑質量引發；土方工程危險源的風險主要由黏粒含量和壓實度引發，需要把控建筑原材的合格率，加強進出場質量檢測。

本文研究過程中采用的指標權重確認方法盡管通過專家身份權重劃分削弱了專家的主觀性，但仍需進一步優化以提高結果的準確性。

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［17］ 孫亞男.基于全壽命周期的水利工程PPP項目風險評價方法研究［D］.宜昌：三峽大學，2020.

Safety risk assessment of Yellow River Diversion Culvert Sluice Reconstruction Project

Abstract：

Accurately identifying key risk prevention and control factors is an important prerequisite for achieving high-quality control of engineering construction risks.Focusing on the construction safety and engineering quality control during the construction period of the Yellow River Diversion Sluice Reconstruction Project，the pre-hazard analysis method and work breakdown method were used to identify engineering safety risks，a safety risk evaluation index system was constructed，and a quantitative comparison method of indicators was proposed.On this basis，a risk assessment model based on analytic hierarchy process was constructed to comprehensively determine that the concrete engineering and earthwork engineering were classified as level IV hazards，which require special attention.The research results can provide a referrnce for the high-quality construction of the Yellow River Diversion Sluice Reconstruction Project.

Key words：

quality control； security management； risk quantification； risk assessment； Yellow River Diversion Culvert Sluice Reconstruction Project