水電站廠房設計質(zhì)量風險管理探討

幸享林

(中國電力建設集團成都勘測設計研究院有限公司，四川 成都　610072)

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水電站廠房設計質(zhì)量風險管理探討

幸享林

(中國電力建設集團成都勘測設計研究院有限公司，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，其設計會受到內(nèi)外部眾多因素影響。根據(jù)當前水電站廠房設計現(xiàn)狀，本文識別了主要的設計質(zhì)量風險，詳細分析了各種風險的存在形式及對水電站廠房設計質(zhì)量的影響，提出了切實可行的風險應對措施，對設計單位加強水電站廠房設計質(zhì)量的風險控制和確保工程質(zhì)量安全具有借鑒作用。

水電站廠房；設計質(zhì)量；風險；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，理論蘊藏量達到6.76億kW，其中技術可開發(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)保的嚴格要求，清潔可再生能源得到越來越廣泛的應用，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)將是我國促進經(jīng)濟社會持續(xù)健康發(fā)展的重要動力。

在水電站建設中，廠房是水電站的重要組成部分。水電站廠房是水能轉為電能的生產(chǎn)場所，也是運行人員進行生產(chǎn)和活動的場所。其任務是通過一系列工程措施，將水流平順地引入水輪機，使水能轉換成可供用戶使用的電能，并將各種必需的機電設備安置在恰當?shù)奈恢茫瑒?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，河床式廠房還擔負著大壩的功能，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，恢復投產(chǎn)周期更長，造成的人員傷亡更嚴重。

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

2　風險管理規(guī)劃

水電站廠房設計質(zhì)量風險管理規(guī)劃是對可能導致?lián)p失的風險進行識別、預測、分析和評估，初步提出風險應對規(guī)劃和風險監(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。

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

3　風險識別

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

3.1項目特定環(huán)境條件風險

a.不良地質(zhì)條件。包括地面廠房基礎的軟弱地層、基礎大型斷層、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)構造，地下廠房洞室群的大型斷層、大型結構面、破碎軟弱巖體、高地應力和涌水等。

b.附近地質(zhì)災害。包括泥石流、滑坡、崩塌、滾石等。各種地質(zhì)災害，均可能導致廠區(qū)內(nèi)建筑物損壞、交通中斷，給水電站廠房的結構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到1655mm[2]，為避免地質(zhì)災害對廠房的影響，廠房位置只能另行選擇。

c.自然災害。包括超標準地震、暴雨、洪水等。各種自然災害都可能造成水電站廠房等水工建筑物的局部破壞、結構坍塌、漫水、庫區(qū)邊坡失穩(wěn)導致涌浪、漫壩等，各種自然災害還可能造成廠房內(nèi)機組設備損壞。

“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，遠超電站設計防洪標準。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構和機電設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雨量達到100mm，遠超電站設計暴雨標準。持續(xù)強降雨誘發(fā)了大型泥石流等地質(zhì)災害，正在施工建設的錦屏一級水電站施工區(qū)受到嚴重影響。暴雨泥石流災害導致施工區(qū)道路、隧洞、橋梁受到嚴重破壞，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。洪水泥石流通過進廠交通洞涌入廠房內(nèi)，洞內(nèi)路面淤積嚴重，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。暴雨泥石流自然災害導致錦屏一級地下廠房推遲發(fā)電工期約50d。

3.2設計質(zhì)量風險

a.設計方案選擇不合理。水電站廠房的設計分為外部設計和內(nèi)部設計，廠房型式對外部設計影響較大，機組型式對內(nèi)部設計影響較大。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，其外部設計質(zhì)量控制關鍵點差別較大。各種類型的廠房，首先都必須做好樞紐布置設計，充分適應樞紐區(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計及廠區(qū)防滲排水設計，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，并做好基礎處理、邊坡開挖支護設計；河床式廠房的重點是做好固結灌漿、帷幕灌漿等基礎處理設計，以及攔沙坎、進水渠、進水口閘墩、上下游擋水墻、廠壩分割導墻、尾水渠等結構設計；壩后式廠房的重點是做好基礎處理、下游閘墩擋水結構、尾水渠等結構設計；壩內(nèi)式廠房的重點是做好與壩工結構的協(xié)調(diào)布置設計。

水電站廠房內(nèi)部布置有各種機電設備，其中，水輪發(fā)電機組按其結構特點，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備差異很大，其荷載大小和荷載傳遞方式各不相同。設備的多樣性和復雜性，導致結構設計異常復雜。水電站廠房內(nèi)部結構，需要重點做好起重機承載結構(巖壁吊車梁、預制吊車梁、承重排架)、流道結構(進水口、蝸殼、肘管、尾水管等)、機墩風罩結構(上機架基礎、下機架基礎、定子基礎、轉子基礎)及板梁柱結構等設計，還需做好大體積混凝土溫控設計、廠房整體結構靜動力復核等。

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

b.各設計專業(yè)配合不當。水電站廠房設計涉及10多個專業(yè)；水電站廠房外部設計涉及測量、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計的有關資料，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、科學試驗、安全監(jiān)測等基本資料及樞紐布置、機電(水輪機的結構及參數(shù)、發(fā)電機的結構及參數(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計資料。在水電站廠房設計各階段，設計單位內(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，各結構設計安全。

c.設計人員經(jīng)驗不足。水電站廠房設計的外部條件千變?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，結構的受力體系差異也較大。水電站廠房設計的關鍵技術較為復雜，涉及到的專業(yè)知識較多，如：巖土工程、混凝土結構工程、鋼結構工程、基礎工程、水力學、土力學等各種專業(yè)知識。若設計人員技術水平或經(jīng)驗有限，往往對廠房的內(nèi)外部條件認識不夠，對結構的受力體系理解不充分，對結構的構造設計掌握不牢，沒有充分認識和控制各種潛在的風險，導致廠房布置不合理或結構設計缺陷。

3.3參建單位利益相關風險

水電站廠房設計質(zhì)量，還存在來自設計方外部利益相關方的風險。

為充分利用國內(nèi)優(yōu)勢技術資源，當遇到超常規(guī)的復雜地質(zhì)條件和復雜結構時，設計單位常委托相關科研單位協(xié)助開展研究工作。設計委外成果的及時性、準確性、可靠性，在一定程度上影響到設計產(chǎn)品的進度和質(zhì)量。同時，在工程建設過程中，業(yè)主基于某些原因，也可能對設計產(chǎn)品提出一些要求或變更，設計單位必須認真研究業(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　風險應對措施

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

4.1強化設計質(zhì)量風險意識

根據(jù)《中華人民共和國建筑法》《建設工程質(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、勘察、設計、施工、監(jiān)理、施工圖審查、檢測、監(jiān)測及建筑材料生產(chǎn)供應等的單位和相關責任人員，實行質(zhì)量責任終身制。質(zhì)量責任主體單位及其法定代表人和相關責任人員，因工程建設期內(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、主體結構出現(xiàn)質(zhì)量事故以及嚴重質(zhì)量問題的，均應按照國家法律法規(guī)和有關規(guī)定對工程質(zhì)量負相應的終身責任。

水電站廠房工程受地形地質(zhì)條件影響很大，自身結構異常復雜，內(nèi)外部影響因素眾多，存在的質(zhì)量風險較多。各設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，充分認識到工程質(zhì)量安全的重要性，遵照有關法律法規(guī)，根據(jù)現(xiàn)行國家和行業(yè)標準的要求，認真識別可能存在的風險，積極應對風險，嚴控責任風險，確保工程質(zhì)量。

4.2強化質(zhì)量管理體系建設

為應對產(chǎn)品設計質(zhì)量風險，設計單位必須強化內(nèi)部質(zhì)量管理體系建設。水利水電工程規(guī)模大、工期長、投資多，其設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，必須建立設計質(zhì)量保證體系，健全設計文件的審核、會簽、批準制度，做好過程控制，明確設計、校核和審查各級崗位的職責，同時，做好設計產(chǎn)品抽查與復查制度，加大質(zhì)量檢查獎懲力度，才能充分發(fā)揮設計單位的團隊合作精神，同心協(xié)力，提供優(yōu)質(zhì)設計產(chǎn)品。

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

4.3提高專業(yè)技術水平

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

設計人員自身應強化專業(yè)知識學習，虛心向?qū)＜艺埥?，逐步積累工程經(jīng)驗，切實提高業(yè)務水平。通過對重大關鍵技術問題的攻關，提高解決復雜技術問題的能力。俗話說，最大的風險是不知道有風險。某些工程常常因?qū)毑拷Y構或構造設計不重視，導致結構設計缺陷或錯誤。因此，設計人員既要攻關重大關鍵技術問題，又要培養(yǎng)耐心和細心，注意細部結構和構造設計。

提高設計技術水平的另一方法，是開展三維可視化協(xié)同設計。通過三維可視化協(xié)同設計，將設計產(chǎn)品以虛擬的形式展示，使復雜的視圖關系直觀和動態(tài)化，并可進行數(shù)據(jù)的自動校驗和計算、優(yōu)化設計，減少錯漏碰缺，提高設計的合理性和正確性。通過三維協(xié)同設計，使廠房布置能夠適應地形、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)部布置能夠適應機電設備的要求。

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。設計單位內(nèi)部各專業(yè)之間應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，細部結構安全。設計單位內(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，整體結構安全。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支持和指導；通過現(xiàn)場技術交底，清晰說明設計方案，充分展示設計意圖，強調(diào)施工技術要求。同時，設計人員還應充分了解現(xiàn)場實際的施工組織設計，如：施工布置、施工方法、施工進度計劃等，熟悉工程實際建設的全過程，才能有效識別施工期各階段可能存在的質(zhì)量風險，通過強調(diào)施工技術要求、調(diào)整設計方案、建議調(diào)整施工組織設計等相關措施，提前做好風險應對措施。只有在咨詢審查部門的技術支持和指導下，通過設計、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，保證工程質(zhì)量。

5　結　語

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

[1]蔣峰.水電勘測設計風險管理體系的構建與實踐[J].水電站設計,2014(1):67-69.

[2]尚鋒,崔志芳,閆思泉.沙灣水電站廠房后坡變形體地表三維監(jiān)測分析[J].資源環(huán)境與工程,2009(5):712-716.

[3]王冬霞.灰色系統(tǒng)理論用于水電工程項目風險管理的研究[D].哈爾濱工業(yè)大學,2006.

[4]朱聰,顧罡宇,曹力力.水電項目前期勘察設計階段風險體系構建與評價方法研究[J].西北水電,2014(5):100-103.

[5]李芬花.水利水電工程系統(tǒng)的風險評估方法研究[D].華北電力大學,2011.

[6]張睿.水電工程項目風險管理的探索與實踐[D].西南財經(jīng)大學,2007.

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