IDI風(fēng)險管理新技術(shù)探索
——基于InSAR技術(shù)的建筑形變風(fēng)險評估

沈體雁 北京大學(xué)政府管理學(xué)院

何飛飛 中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司

史雪靜 北京東方至遠(yuǎn)科技股份有限公司

崔曉天 中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司寧波市分公司

郭飛清 中國人民財產(chǎn)保險股份有限公司

賈智慧 中國礦業(yè)大學(xué)

針對建筑工程質(zhì)量通病相對高發(fā)的問題，引入工程質(zhì)量潛在缺陷保險（IDI），通過保險手段對房屋風(fēng)險進(jìn)行識別及評估，保障和提高建筑工程質(zhì)量，為被保險人提供風(fēng)險保障服務(wù)。常規(guī)水準(zhǔn)測量、GPS等技術(shù)難以滿足對風(fēng)險建筑大范圍、快速、長期的監(jiān)測，更無法明確質(zhì)量責(zé)任界定，而雷達(dá)遙感（InSAR）可以大面積獲取高精度地表形變信息，能同時在宏觀和微觀尺度為城市風(fēng)險監(jiān)測提供技術(shù)支持?；诒ｋU在建筑工程質(zhì)量管控的策略，探索InSAR技術(shù)在保險業(yè)務(wù)中的服務(wù)模式，從風(fēng)險識別、評估、管理決策等方面建立InSAR技術(shù)服務(wù)于IDI風(fēng)險管理體系。本文以寧波鄞州區(qū)為研究對象，采用InSAR技術(shù)進(jìn)行建筑形變監(jiān)測及風(fēng)險分析，為InSAR技術(shù)服務(wù)工程質(zhì)量保險起到良好的示范作用，具有重要的應(yīng)用價值和廣闊的應(yīng)用前景。

一、引言

房屋建筑是人民群眾最重要的財產(chǎn)和生活保障，其質(zhì)量直接關(guān)系到廣大民眾的切身利益。建筑工程質(zhì)量缺陷一般在工程竣工多年后才會顯現(xiàn)，現(xiàn)在大多的房地產(chǎn)商實行“項目公司”制，工程竣工驗收后，項目公司也隨之解散，難以承擔(dān)后期的工程質(zhì)量責(zé)任（鄭昌勇，2016）。建筑工程質(zhì)量潛在缺陷保險（Inherent Defects Insurance，IDI）是一種針對因建筑工程潛在缺陷造成建筑物損壞承擔(dān)賠償責(zé)任的保險。引入工程質(zhì)量保險制度，完善工程質(zhì)量保障體系，避免施工企業(yè)不承擔(dān)維修和賠償責(zé)任，消除因責(zé)任主體消失或難以履職而導(dǎo)致的業(yè)主權(quán)益得不到保障的情況，是對傳統(tǒng)建筑行業(yè)質(zhì)量監(jiān)管體系的深入變革，充分利用市場經(jīng)濟(jì)手段取代政府政策管控，有助于發(fā)揮市場配置建設(shè)資源的基礎(chǔ)性作用。這要求保險方有足夠高準(zhǔn)確度、高效的建筑質(zhì)量風(fēng)險評估技術(shù)。

遙感具有大面積、實時、動態(tài)采集地面數(shù)據(jù)的優(yōu)勢，引入空間信息技術(shù)，減少了人為主觀性造成的保險理賠方面的糾紛。合成孔徑雷達(dá)作為一種主動式微波遙感，具有全天時、全天候、穿透能力強(qiáng)、無需設(shè)置地面觀測站等特性，在此基礎(chǔ)上發(fā)展起來的合成孔徑雷達(dá)干涉測量技術(shù)（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）具有持續(xù)監(jiān)測能力，能不斷積累數(shù)據(jù)，對監(jiān)測的建筑物對象進(jìn)行歷史回溯，有效、實時、客觀地對標(biāo)的建筑物從規(guī)劃設(shè)計到施工，再到運(yùn)營維護(hù)，直至拆除為止的整個生命周期進(jìn)行風(fēng)險監(jiān)測和評估。基于InSAR的IDI風(fēng)險管理體系可快速獲取大范圍內(nèi)建筑物形變信息，從而判定建筑物標(biāo)的是否有變形損壞風(fēng)險，彌補(bǔ)了建筑標(biāo)的保險應(yīng)用遇到的質(zhì)量風(fēng)險評估技術(shù)困難，協(xié)助保險公司判定待承?；蛞殉斜?biāo)的的健康狀況。

二、基于InSAR的IDI風(fēng)險管理體系

（一）IDI IDI簡介

工程質(zhì)量潛在缺陷保險起源于法國，是針對因建筑工程潛在缺陷引起建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生質(zhì)量事故，造成該建筑物的損壞，予以賠償、維修或重置的一種財產(chǎn)保險，其目的是為建筑在施工與使用過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題提供保障。IDI主要針對建筑物的主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行承保，其中包括：（1）主體結(jié)構(gòu)整體或局部倒塌；（2）基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)部位出現(xiàn)影響結(jié)構(gòu)安全的裂縫、變形、破損、斷裂。承保的期限為10年，一般在建筑工程竣工2年后開始承保，承保前的2年為觀察期，能否對建筑主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效監(jiān)測，掌握標(biāo)的建筑主體結(jié)構(gòu)變化信息，有助于責(zé)任界面的劃分（代建林、袁勇民、丁連軍等，2018）。

目前，世界上開展建筑工程質(zhì)量保險工作較為成熟的國家主要集中在發(fā)達(dá)國家和中等發(fā)達(dá)國家，不少國家已經(jīng)立法規(guī)定建筑物在5至10年內(nèi)強(qiáng)制實施內(nèi)在缺陷保險，有些國家雖然未立法，但已經(jīng)形成自愿投保IDI的市場。2016年，我國上海、深圳等地早已開始探索試行實施IDI保險，截至目前，上海地區(qū)2018年累計IDI保險保費(fèi)收入已達(dá)7億元，承保了約300個項目。但是IDI在我國的發(fā)展仍面臨許多難題，從提供相關(guān)產(chǎn)品的保險公司角度，一方面如果要參與建筑質(zhì)量強(qiáng)制保險，與投保方如政府部門、建設(shè)方及業(yè)主間的風(fēng)險責(zé)任鑒定復(fù)雜，另一方面與建筑的建設(shè)、施工方存在建筑質(zhì)量信息嚴(yán)重的不對等，進(jìn)而難以準(zhǔn)確進(jìn)行承保建筑的質(zhì)量風(fēng)險評估。

保險公司對建筑質(zhì)量進(jìn)行風(fēng)險管理，就是對風(fēng)險進(jìn)行識別、分析和評估，并采取措施對風(fēng)險加以控制，使損失最小化（王挺、周紅波、陸鑫，2006）。因此，保險公司要有準(zhǔn)確度足夠高的科學(xué)技術(shù)，能識別潛在的建筑質(zhì)量風(fēng)險，進(jìn)而制定適合不同風(fēng)險等級的風(fēng)險管理策略。傳統(tǒng)水準(zhǔn)測量、GPS等技術(shù)需要在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行測量點布設(shè)，耗費(fèi)大量人力物力，并且在一些危險目標(biāo)區(qū)域很難實施布設(shè)或完全不能布設(shè)，無法實現(xiàn)大范圍、快速、長期對存在質(zhì)量缺陷的建筑的監(jiān)測，故而無法對潛在風(fēng)險進(jìn)行有效的評估。而通過查驗建筑結(jié)構(gòu)、材質(zhì)及修建年限的方式判斷住宅質(zhì)量的方法，一方面工作量大、缺乏技術(shù)支撐；另一方面也面臨建設(shè)、施工方故意隱瞞建材、不予配合，進(jìn)而產(chǎn)生與保險方信息不對等的狀況。這種查驗建筑結(jié)構(gòu)的方法也難以給出建筑質(zhì)量風(fēng)險客觀、準(zhǔn)確的評估。

因此，建筑物安全隱患排查、研究建筑基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)損壞的現(xiàn)象、分析其觸發(fā)機(jī)理并實現(xiàn)快速準(zhǔn)確的趨勢預(yù)測已經(jīng)成為非常迫切的任務(wù)。我們需要對目標(biāo)區(qū)內(nèi)所有建筑物進(jìn)行全覆蓋、長時間、連續(xù)和高精度的形變監(jiān)測與風(fēng)險分析。

（二）雷達(dá)遙感技術(shù)在IDI IDI中的應(yīng)用

雷達(dá)遙感技術(shù)（InSAR）屬于非接觸式測量的范疇，其沉降測量基本原理如下圖所示。在監(jiān)測過程中，雷達(dá)置于衛(wèi)星上，對目標(biāo)場景進(jìn)行照射，重訪周期最高可達(dá)幾天/次。如果在兩次觀測時間段內(nèi)，目標(biāo)點由A位置移動到B位置，即可通過雷達(dá)信號相位數(shù)據(jù)的變化，獲取目標(biāo)點的沉降信息，測量精度可高達(dá)mm量級（對于X波段的衛(wèi)星雷達(dá)）。

?圖1 InSAR形變測量基本原理示意圖

PS-InSAR（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar）即“永久散射體合成孔徑雷達(dá)干涉測量”，是基于InSAR技術(shù)，通過識別選取具有穩(wěn)定散射特性的相干點目標(biāo)，并分析這些PS點相位來反演形變信息。其中，PS點指對雷達(dá)波的后向散射較強(qiáng)，并且在時序上較穩(wěn)定的各種地物目標(biāo)，如建筑物與構(gòu)筑物的頂角、橋梁、欄桿、裸露的巖石等目標(biāo)。雷達(dá)獲取影像不受時間和環(huán)境的制約，可以進(jìn)行連續(xù)觀測，重訪效率高。同時，豐富的存檔數(shù)據(jù)使得InSAR技術(shù)能夠回溯目標(biāo)點歷史的形變狀態(tài)，通過歷史形變信息掌握目標(biāo)的形變規(guī)律，或者分析目標(biāo)點在歷史上是否發(fā)生過重大形變，最終結(jié)合近期形變趨勢判斷目標(biāo)點的危險程度。

一般而言，已經(jīng)竣工的新建筑或是既有建筑，始終暴露在形變的風(fēng)險中，建筑周邊的重大工程施工、自然災(zāi)害、氣象災(zāi)害風(fēng)險因素等，都有可能引發(fā)形變風(fēng)險事件的發(fā)生。地鐵工程、深基坑工程等雖是在巖土體內(nèi)部進(jìn)行的，但無論其埋深大小，開挖施工都不可避免地會對周圍土層產(chǎn)生擾動，造成地層位移與變形，從而引起地面沉降（或隆起），危及鄰近建筑物設(shè)施的安全。因此，在區(qū)域或單體建筑形變風(fēng)險形成過程中，危險性、易損性和過程風(fēng)險控制能力指數(shù)是必不可少的。

?圖2 基于InSAR技術(shù)的建筑工程質(zhì)量保險服務(wù)模式

?圖3 基于InSAR技術(shù)的建筑工程質(zhì)量保險風(fēng)險管理體系

利用InSAR技術(shù)針對既有或潛在承保標(biāo)的的建筑物進(jìn)行定期的形變監(jiān)測、風(fēng)險分析與風(fēng)險預(yù)警，對大面積區(qū)域進(jìn)行全面監(jiān)測，搜索整個目標(biāo)區(qū)域的建筑質(zhì)量風(fēng)險點，提供建筑目標(biāo)變化的趨勢性信息，為潛在質(zhì)量風(fēng)險的預(yù)警提供數(shù)據(jù)支持；提供建筑目標(biāo)的歷史變化數(shù)據(jù)，為已發(fā)生災(zāi)害的原因分析提供數(shù)據(jù)驗證。一方面為承保前建筑質(zhì)量進(jìn)行評估與預(yù)測，幫助保險部門合理做出相應(yīng)的判斷及決策；另一方面監(jiān)測承保中的建筑，承保建筑標(biāo)的一旦發(fā)生建筑質(zhì)量問題，可以直接由保險公司提供資金，介入后續(xù)全部維修處置工作，有效解決當(dāng)前物業(yè)保修金使用中存在的耗時久、程序煩等難題，也有利于緩解相關(guān)政府部門直接面對社會矛盾糾紛的局面。InSAR技術(shù)的引入，為城市整體區(qū)域及單體建筑目標(biāo)的安全監(jiān)測提供數(shù)據(jù)保障與技術(shù)手段，為IDI保險的風(fēng)險管理與大規(guī)模應(yīng)用推廣提供技術(shù)支持。

風(fēng)險管理是指面臨風(fēng)險進(jìn)行的風(fēng)險識別、風(fēng)險估測、風(fēng)險控制，以減少風(fēng)險負(fù)面影響的決策及行動過程。基于風(fēng)險管理流程，以減緩風(fēng)險、成本最小化、成長推廣為目標(biāo)，結(jié)合InSAR與IDI搭建建筑工程質(zhì)量保險風(fēng)險管理體系。建筑形變風(fēng)險管理的不同階段對應(yīng)InSAR建筑形變監(jiān)測預(yù)警技術(shù)的不同服務(wù)功能。在風(fēng)險識別中，使用基于InSAR的建筑系統(tǒng)安全技術(shù)，識別有風(fēng)險的建筑；在風(fēng)險評估中，使用InSAR建筑形變風(fēng)險定級結(jié)合保險從經(jīng)濟(jì)角度對建筑潛在損失定級，可以得到對建筑最終的風(fēng)險定級結(jié)果；根據(jù)風(fēng)險評估結(jié)果，服務(wù)于風(fēng)險決策，并在風(fēng)險管理階段，對建筑形變風(fēng)險持續(xù)監(jiān)測與預(yù)警，服務(wù)于風(fēng)險控制；在后續(xù)的風(fēng)險評價與檢查中，可提供定期的建筑質(zhì)量風(fēng)險報告，協(xié)助保險公司為其客戶提供后續(xù)增值服務(wù)，協(xié)助業(yè)務(wù)推廣。

三、InSAR技術(shù)建筑形變風(fēng)險評估分析

InSAR建筑形變監(jiān)測利用建筑物矢量框選取建筑范圍內(nèi)的PS點后，通過機(jī)器學(xué)習(xí)方法，自動學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)中的內(nèi)在結(jié)構(gòu)和規(guī)律，從而進(jìn)行智能識別，獲得新的經(jīng)驗和知識，對真實世界中的事件做出決策和預(yù)測。InSAR數(shù)據(jù)在空間維和時間維都具有大數(shù)據(jù)的特征，能夠為目標(biāo)正常形變行為規(guī)律研究提供訓(xùn)練樣本。由于InSAR技術(shù)在測量長時間范圍內(nèi)PS點的形變時有如下特點：（1）測得的形變量是多重因素共同作用的結(jié)果，某些形變因素（如熱脹冷縮）可能不會對建筑物安全造成影響；（2）形變趨勢可能會隨時間發(fā)生變化，不同時間段的趨勢會受到外力的影響而發(fā)生改變，而近期內(nèi)的形變突然加速是最重要的關(guān)注點。因此，為了更好地實現(xiàn)近期實時的預(yù)警功能，先將形變量分解，消除與安全因素?zé)o關(guān)的形變分量，然后檢測形變趨勢變化，識別近期形變發(fā)生突變的區(qū)域。

建筑物自身受形變的影響程度評估主要考慮三方面指標(biāo)：（1）建筑物最大累計形變量；（2）建筑物近期最大形變速率；（3）建筑物累計傾斜量（由不均勻沉降導(dǎo)致）。其中建筑物的最大累計形變量和近期最大形變速率都能夠通過InSAR技術(shù)直接獲取，而建筑物的累計傾斜量是由其不均勻形變而導(dǎo)致的傾斜信息。分析每項影響建筑物安全性的因素后，就能對建筑物風(fēng)險進(jìn)行綜合評估。

四、應(yīng)用示范

本文以寧波鄞州區(qū)作為研究區(qū)，基于COSMO-SkyMed衛(wèi)星系統(tǒng)獲取的鄞州區(qū)2015年5月至2017年12月間30期3米分辨率的條帶模式下的長時間雷達(dá)干涉圖像序列，利用PS-InSAR技術(shù)，提取了鄞州區(qū)的地表形變信息。表1顯示了其InSAR數(shù)據(jù)的基本參數(shù)信息。

根據(jù)PS-InSAR結(jié)果，鄞州監(jiān)測區(qū)域共提取到225515個PS點，每個PS點都包括三維位置信息、平均形變速率信息和形變歷史信息。2015年5月至2017年12月，研究區(qū)域的PS點平均形變速率如圖4所示。PS點形變值為負(fù)（紅色），表示該點沿沉降方向形變；PS點形變值為正（藍(lán)色），表示PS點沿隆起方向形變。

?圖4 鄞州區(qū)平均形變速率圖

?圖5 鄞州區(qū)建筑風(fēng)險評估結(jié)果

?圖6 現(xiàn)代百貨廣場影像圖

鄞州區(qū)共有9505棟建筑，對每棟建筑進(jìn)行最大形變量、最大近期形變速率、差異形變量、最大近期差異形變速率、累計傾斜量等指標(biāo)進(jìn)行計算，從而進(jìn)行風(fēng)險評估分析。監(jiān)測結(jié)果中2016棟建筑上未監(jiān)測到PS點，A級建筑為6921棟，B級建筑為456棟，C級建筑為112棟，D級建筑為0棟。其中，

（1）0級——白色，表示該建筑未監(jiān)測到PS點，導(dǎo)致建筑上未監(jiān)測到PS點的原因：其一，受雷達(dá)照射方向的影響；其二，受其他建筑物或物體遮擋；其三，在監(jiān)測時間內(nèi)發(fā)生建設(shè)或修建；

（2）A級——綠色，表示該建筑安全；

（3）B級——黃色，表示該建筑值得被關(guān)注；

（4）C級——橙色，表示該建筑應(yīng)重點關(guān)注；

（5）D級——紅色，表示建筑需立即進(jìn)行現(xiàn)場監(jiān)測。

選擇現(xiàn)代百貨廣場商用樓為例進(jìn)行形變風(fēng)險分析與評估，圖6橙色區(qū)域的建筑為現(xiàn)代百貨廣場，位于寧波市鄞州區(qū)興寧路368號，2015年5月至2017年12月監(jiān)測期間該建筑監(jiān)測的PS點形變速率如圖7所示，監(jiān)測期間該建筑的最大累計形變量為-65.10mm，最大近期形變速率為-2.15mm/month。

?圖7 百貨廣場PS點形變速率圖

?表1 現(xiàn)代百貨廣場建筑形變指標(biāo)信息

?圖9 現(xiàn)代廣場建筑關(guān)鍵形變曲線

該建筑上監(jiān)測到2個關(guān)鍵點的差異形變量為-11.90mm，累計傾斜量為-0.40‰，其形變指標(biāo)信息如表1所示。從傾斜曲線來看，傾斜不大，但是該建筑累計形變量超過50mm，房屋呈現(xiàn)整體下沉，在監(jiān)測期末，繼續(xù)保持沉降趨勢，長期發(fā)育會帶來安全隱患，因此該建筑值得重點關(guān)注。通過InSAR技術(shù)手段，可以掌握建筑物的歷史形變信息、存在風(fēng)險情況，可協(xié)助保險公司在建筑承保前做出市場判斷。如果進(jìn)行IDI承保，在承保期內(nèi)，需要進(jìn)行連續(xù)的、定期的形變監(jiān)測與風(fēng)險分析，并對承保的建筑進(jìn)行實地現(xiàn)場勘察，確認(rèn)是否有主體結(jié)構(gòu)變化導(dǎo)致的裂縫、沉降，以采取及時的風(fēng)險防范措施實現(xiàn)IDI保險風(fēng)險管理與控制。

?圖8現(xiàn)代廣場建筑關(guān)鍵點位置

五、總結(jié)

本文主要以寧波鄞州區(qū)為例，探索IDI風(fēng)險管理新技術(shù)，InSAR技術(shù)能夠?qū)Υ竺娣e范圍內(nèi)的建筑進(jìn)行形變監(jiān)測及風(fēng)險分析，為IDI保險業(yè)務(wù)提供風(fēng)險監(jiān)測評估和災(zāi)損評估技術(shù)支持，通過技術(shù)創(chuàng)新推動完善行業(yè)體系建構(gòu)，加強(qiáng)風(fēng)險控制，減低建筑目標(biāo)出現(xiàn)風(fēng)險的概率，使IDI風(fēng)險管理技術(shù)發(fā)展多元化，并朝著全面化與專業(yè)化的方向發(fā)展。