水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型構建

劉子系，費益新，葉雪芬

(1.無錫市水利發(fā)展和安全質量管理中心，江蘇 無錫 214135;2.無錫市水利工程管理中心，江蘇 無錫 214135)

水利工程是關系到民生發(fā)展的重要基建工程，此工程的施工質量與當?shù)鼐用竦沫h(huán)境效益、經濟效益具有直接關系。當前，水利施工管理部分需要控制水利工程建設項目質量，實現(xiàn)基礎職責。對大量的水利施工案例進行分析后發(fā)現(xiàn)，水利工程施工質量關乎工程建設目標。因此，為保證水利工程符合施工要求，按照當前的施工安全評定標準對其進行施工質量管理。隨著基礎施工技術的不斷發(fā)展，水利工程逐漸呈現(xiàn)出大型化、智能化，加強水利工程質量管理成為水利工程技術發(fā)展的迫切要求[1- 2]。只有努力做好水利工程質量管理工作，才能為社會的進步提供充足的推動力。

隨著計算機技術與通信技術的高速發(fā)展，工程建設項目質量管理方法得到了長足發(fā)展。但水利工程規(guī)模日益擴大，水利工程建設條件日趨復雜，為保證水利建設項目成功，獲取經濟效益，根據(jù)水利工程建設要求，構建了多種水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型。但此部分模型忽視了動態(tài)發(fā)展原則與水利工程項目的生命周期性，導致安全監(jiān)督模型的應用效果不佳[3- 4]。針對此問題，構建水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型，對水利工程建設項目質量進行評價，以期對日后的水利工程研究提供參考。

1 水利工程建設項目信息采集

水利工程建設項目質量安全監(jiān)督是一項較為龐大的系統(tǒng)性工程，施工環(huán)節(jié)與參與受眾較多。為滿足施工中各方的要求，在此次模型構建前，完成水利工程建設項目信息采集，為施工項目監(jiān)督提供信息數(shù)據(jù)基礎。此次研究以全生命周期理論[5]為指導理論進行信息采集，結構如圖1所示。

圖1 水利工程建設項目信息采集結構

此次研究將水利工程建設項目的施工過程設定為6個環(huán)節(jié)，分別為立項、設計、招標、施工、運行維護以及拆除。主要采集設計、施工部分的操作信息，將采集到的施工信息劃分為人工、材料、機械、方法以及環(huán)境5部分。將劃分完成的信息存儲到指定的數(shù)據(jù)庫中。為保證信息分類的合理性，使用隸屬度函數(shù)完成信息劃分。具體隸屬函數(shù)計算內容如下：

(1)

式中，ki—水利施工環(huán)節(jié)中的關鍵信息；gi1、gi2、gij、gi(j-1)以及gi(j+1)—此次研究中使用的分段函數(shù)的分段點取值結果。由于每個類型信息的信息特征有所不同，在信息處理過程中需要計算對應的隸屬函數(shù)就可得到不同類型信息的隸屬度。完成施工項目信息采集后，應用此部分信息進行后續(xù)的模型構建。

2 水利工程建設項目質量安全評定

此次研究中，將水利工程建設項目質量安全評價作為基礎。為對水利建設項目進行全生命周期質量安全評價，將水利工程項目劃分為多個等級，具體劃分結果如圖2所示。

圖2 水利工程建設項目劃分圖

假設一個工程項目由a個單位工程組成，每個單位工程由m個分部工程構成，每個分部工程由n個工程單元組成。按照上述等級劃分內容，對每個層級的項目質量安全進行評定。在單位工程評定階段，將每個單位工程的工程質量特征值設定為Ai-j-k；分部工程等級的工程質量特征值設定為Ai-j；工程單元的工程質量特征值設定為Ai。應用上述設定，得到工程項目的綜合工程質量特征值A。與此同時，將以往研究中設定的質量安全評定指標體系與綜合工程質量特征值融合計算，得到工程質量安全評定模型。此次研究中，需要對比各個評定指標的重要性，選擇合適的指標完成此計算過程，此比較矩陣設定如下：

(2)

此矩陣應用條件設定如下：當bmk>bml時，則有bki=0；當bmk

表1 項目質量安全等級劃分標準

將表1內容作為水利工程建設項目質量安全評定等級劃分標準，按照此標準對評定結果進行分析，并將評定結果作為后續(xù)研究的基礎。

3 水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型構建

在前述設定內容的基礎上，構建水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型。為獲取具有整體性的水利項目質量安全監(jiān)督結果，在此研究中引用灰色系統(tǒng)理論[6- 7]將采集到的施工信息與水利工程建設項目質量安全評定結果有機融合，得到最終的安全監(jiān)督結果。

將采集到的實時施工信息整理為數(shù)列的形式，寫作zi={zi(1)，zi(2)…zi(n)}；與此同時，將每個施工環(huán)節(jié)的安全評定結果數(shù)據(jù)也整理為數(shù)列的形式，寫作z0={z0(1)，z0(2)…z0(n)}，計算2個數(shù)列之間的關聯(lián)系數(shù)σi(k)與關聯(lián)度Wi。在一般情況下，關聯(lián)度Wi越大，則2個序列的變化趨勢越接近；反之，2個序列的變化趨勢越不一致。對多個關聯(lián)算法進行分析后，將關聯(lián)度整理為關聯(lián)系數(shù)R與關聯(lián)向量Q相乘的方式，在此計算過程中得到關聯(lián)系數(shù)矩陣：

(3)

式中，δ2(k)—各施工環(huán)節(jié)施工質量之間的關聯(lián)系數(shù)。根據(jù)此關聯(lián)度計算環(huán)節(jié)，將原有的單環(huán)節(jié)水利工程項目質量安全評定過程動態(tài)化連接，得到動態(tài)水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型。

由于此動態(tài)模型中存在不同的數(shù)量級與量綱，需要構建分析矩陣進行無量綱化處理[8]。具體處理過程設定如下：

(4)

式中，si(l)—第i個環(huán)節(jié)的項目質量安全評定關聯(lián)度；s0(l)—第1個環(huán)節(jié)的項目質量安全評定關聯(lián)度；F—不同施工環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)度的最大極差；f—不同施工環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)度的最小極差；Δi(l)—施工環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)系數(shù)的絕對值。對前述計算內容進行整理，應用到質量安全監(jiān)督過程。而后，對上文中設定的內容與計算環(huán)節(jié)進行整理，將其與原有的安全監(jiān)督模型融合，以此實現(xiàn)水利工程建設項目質量安全監(jiān)督管理。

4 實驗論證分析

此次研究構建了水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型，為證實此模型具有實際應用價值，構建實驗分析環(huán)節(jié)對應用效果進行對比分析。

4.1 工程概況

此次研究中，將某泵閘工程作為研究對象，此工程位于江蘇無錫，由一座電排站與一座自排閘組成，主要用于防洪、排澇以及改善城市內水質環(huán)境。水利工程實況如圖3所示。

圖3 實驗工程實景

由于此工程項目施工需要一定的時間，因此將項目分為2期施工，并統(tǒng)計分析工程項目中的主要工程量，見表2。

表2 水利工程主要工程量統(tǒng)計表

表2中數(shù)據(jù)為此次實驗數(shù)據(jù)的來源。除表2數(shù)據(jù)外，還獲取了部分施工參數(shù)。

(1)電排站排澇設計流量為100m3/s，裝機功率為11.0MW，泵站規(guī)模屬于大(2)型，泵站等級為II等。

(2)自排閘凈寬20m，為7孔，單孔寬4.0m，設計流量為100m3/s。此工程項目采用泵閘一體化設計，選用立式軸流泵，機組臺數(shù)設定為5臺，每臺額定流量為30m3/s。

使用文中模型以及其他2種選定的模型對采集到的施工信息進行整理分析，測定文中模型的應用效果。

4.2 實驗操作環(huán)節(jié)設定

此次實驗將數(shù)據(jù)庫軟件作為基礎，采集工程項目中的施工數(shù)據(jù)導入軟件中，為實驗操作過程提供數(shù)據(jù)基礎。對比多種數(shù)據(jù)庫軟件，此次實驗選用SQL Server 2016作為后臺數(shù)據(jù)庫。為了更好地完成本次實驗，保證實驗的可控性，設定水利工程建設項目質量安全評定指標，見表3。

表3 水利施工質量安全評定指標體系

將表3中指標作為項目質量安全評定與監(jiān)督的基礎，應用此指標對采集到的施工信息進行分析。本次實驗選取文中模型、基礎模型以及多源信息監(jiān)督模型對選定的工程進行安全監(jiān)督，并設定相應的模型應用評價指標對不同模型的應用效果進行分析。

4.3 模型應用評價指標

在進行此次研究前，對此類型的實驗進行了大量的分析，并選定下述3組指標作為模型應用評價指標。具體指標設定如下。

(1)施工信息隸屬度。通過對比此指標確定模型信息處理能力，此次實驗中按照全生命周期理論劃分為立項、設計、招標、施工、運維以及拆除6部分，通過隸屬度計算函數(shù)確定不同模型的信息隸屬度。

(2)不同環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)性。按照全生命周期理論將目標水利工程項目設定為6個環(huán)節(jié)，并對不同環(huán)節(jié)進行單環(huán)節(jié)安全質量監(jiān)督，綜合此部分監(jiān)督結果，得到整體施工工程安全監(jiān)督結果。使用整體施工工程安全監(jiān)督結果計算各個環(huán)節(jié)監(jiān)督結果與其的關聯(lián)度，確定安全監(jiān)督過程的動態(tài)性。

(3)隱患監(jiān)督識別能力。項目質量安全監(jiān)督模型的應用效果不僅體現(xiàn)在水利工程的整體監(jiān)督，更需要具備隱患監(jiān)督識別能力。為此，此次實驗在每個環(huán)節(jié)增加20條隱患信息，使用不同的模型進行采集與識別，通過比對隱患信息數(shù)據(jù)量的形式，對其不同模型的隱患監(jiān)督識別能力。

對上述設定指標進行整理，將其作為實驗中的模型應用評定指標，應用此部分指標對不同模型的應用效果進行評定，確定文中模型的安全監(jiān)督能力。

4.4 實驗結果分析

按照上文中設定的實驗操作環(huán)節(jié)與模型應用評價指標，得到下述實驗結果。由各模塊實驗結果分析結果，確定文中模型的應用效果。施工信息隸屬度如圖4所示。

圖4 施工信息隸屬度

由圖4可知，文中模型與其他2種模型的應用效果存在明顯的差異。文中模型對采集到的信息進行分析處理后，信息隸屬度相對較高，說明此模型的信息處理能力較好。與文中模型相比，其他2種模型采集分析處理信息后，信息與信息類別之間的隸屬度相對較低，可見此模型的數(shù)據(jù)處理效果較差。上述實驗結果表明，文中模型的信息處理能力相對較佳。

不同環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)性實驗結果如圖5所示。

圖5 不同環(huán)節(jié)項目質量安全評定關聯(lián)性實驗結果

對圖5中圖像進行分析可以得出，不同模型應用后各環(huán)節(jié)的安全評定關聯(lián)性存在差異。文中模型應用后，各環(huán)節(jié)評定結果與整體安全監(jiān)督結果具有較高的關聯(lián)程度，說明文中模型具有極高的整體性與動態(tài)性。與文中模型相比，其他2種模型的關聯(lián)度相對較低，模型不具備動態(tài)性，且整體性相對較低。整理上述實驗結果可以確定，文中模型的安全監(jiān)督整體性相對較高。

隱患識別效果實驗結果如圖6所示。

圖6 隱患識別效果實驗結果

由圖6可知，不同的安全監(jiān)督模型隱患識別能力有所不同。文中模型的安全隱患識別能力明顯優(yōu)于其他模型。此次實驗中共在使用信息中增加120條隱患信息，文中模型可有效識別119條，基礎模型僅識別60條，多源信息模型可識別100條。通過對比此結果可以看出，文中模型的隱患識別效果優(yōu)于其他2種模型。對上述實驗結果進行整理分析可看出，文中模型的安全監(jiān)督能力與安全隱患監(jiān)督模型均優(yōu)于當前市面上可應用模型。

5 結語

針對當前水利工程建設項目質量安全監(jiān)督過程中出現(xiàn)的問題，在此次研究中提出了水利工程建設項目質量安全監(jiān)督模型。此模型在設計的過程中增加了動態(tài)分析部分以及全生命周期理論，進一步提升了模型監(jiān)督管理能力，保證此模型可滿足水利工程管理要求。由于此次研究時間有限，僅對原有模型的應用不足進行分析，提出針對性優(yōu)化措施。本次實驗過程中僅對某中小型水利工程進行了實驗測定，以此驗證文中模型具有實際應用效果。在后續(xù)的研究中，還需將其應用到更多的水利工程中，以此保證此模型在多種水利工程中具有安全監(jiān)督能力，推動水利工程監(jiān)督管理技術的發(fā)展。