IDI风险管理新技术探索——基于InSAR技术的建筑形变风险评估

沈体雁 北京大学政府管理学院

何飞飞 中国人民财产保险股份有限公司

史雪静 北京东方至远科技股份有限公司

崔晓天 中国人民财产保险股份有限公司宁波市分公司

郭飞清 中国人民财产保险股份有限公司

贾智慧 中国矿业大学

针对建筑工程质量通病相对高发的问题，引入工程质量潜在缺陷保险（IDI），通过保险手段对房屋风险进行识别及评估，保障和提高建筑工程质量，为被保险人提供风险保障服务。常规水准测量、GPS等技术难以满足对风险建筑大范围、快速、长期的监测，更无法明确质量责任界定，而雷达遥感（InSAR）可以大面积获取高精度地表形变信息，能同时在宏观和微观尺度为城市风险监测提供技术支持。基于保险在建筑工程质量管控的策略，探索InSAR技术在保险业务中的服务模式，从风险识别、评估、管理决策等方面建立InSAR技术服务于IDI风险管理体系。本文以宁波鄞州区为研究对象，采用InSAR技术进行建筑形变监测及风险分析，为InSAR技术服务工程质量保险起到良好的示范作用，具有重要的应用价值和广阔的应用前景。

一、引言

房屋建筑是人民群众最重要的财产和生活保障，其质量直接关系到广大民众的切身利益。建筑工程质量缺陷一般在工程竣工多年后才会显现，现在大多的房地产商实行“项目公司”制，工程竣工验收后，项目公司也随之解散，难以承担后期的工程质量责任（郑昌勇，2016）。建筑工程质量潜在缺陷保险（Inherent Defects Insurance，IDI）是一种针对因建筑工程潜在缺陷造成建筑物损坏承担赔偿责任的保险。引入工程质量保险制度，完善工程质量保障体系，避免施工企业不承担维修和赔偿责任，消除因责任主体消失或难以履职而导致的业主权益得不到保障的情况，是对传统建筑行业质量监管体系的深入变革，充分利用市场经济手段取代政府政策管控，有助于发挥市场配置建设资源的基础性作用。这要求保险方有足够高准确度、高效的建筑质量风险评估技术。

遥感具有大面积、实时、动态采集地面数据的优势，引入空间信息技术，减少了人为主观性造成的保险理赔方面的纠纷。合成孔径雷达作为一种主动式微波遥感，具有全天时、全天候、穿透能力强、无需设置地面观测站等特性，在此基础上发展起来的合成孔径雷达干涉测量技术（Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR）具有持续监测能力，能不断积累数据，对监测的建筑物对象进行历史回溯，有效、实时、客观地对标的建筑物从规划设计到施工，再到运营维护，直至拆除为止的整个生命周期进行风险监测和评估。基于InSAR的IDI风险管理体系可快速获取大范围内建筑物形变信息，从而判定建筑物标的是否有变形损坏风险，弥补了建筑标的保险应用遇到的质量风险评估技术困难，协助保险公司判定待承保或已承保标的的健康状况。

二、基于InSAR的IDI风险管理体系

（一）IDI IDI简介

工程质量潜在缺陷保险起源于法国，是针对因建筑工程潜在缺陷引起建筑结构发生质量事故，造成该建筑物的损坏，予以赔偿、维修或重置的一种财产保险，其目的是为建筑在施工与使用过程中出现的质量问题提供保障。IDI主要针对建筑物的主体结构进行承保，其中包括：（1）主体结构整体或局部倒塌；（2）基础和主体结构部位出现影响结构安全的裂缝、变形、破损、断裂。承保的期限为10年，一般在建筑工程竣工2年后开始承保，承保前的2年为观察期，能否对建筑主体结构进行有效监测，掌握标的建筑主体结构变化信息，有助于责任界面的划分（代建林、袁勇民、丁连军等，2018）。

目前，世界上开展建筑工程质量保险工作较为成熟的国家主要集中在发达国家和中等发达国家，不少国家已经立法规定建筑物在5至10年内强制实施内在缺陷保险，有些国家虽然未立法，但已经形成自愿投保IDI的市场。2016年，我国上海、深圳等地早已开始探索试行实施IDI保险，截至目前，上海地区2018年累计IDI保险保费收入已达7亿元，承保了约300个项目。但是IDI在我国的发展仍面临许多难题，从提供相关产品的保险公司角度，一方面如果要参与建筑质量强制保险，与投保方如政府部门、建设方及业主间的风险责任鉴定复杂，另一方面与建筑的建设、施工方存在建筑质量信息严重的不对等，进而难以准确进行承保建筑的质量风险评估。

保险公司对建筑质量进行风险管理，就是对风险进行识别、分析和评估，并采取措施对风险加以控制，使损失最小化（王挺、周红波、陆鑫，2006）。因此，保险公司要有准确度足够高的科学技术，能识别潜在的建筑质量风险，进而制定适合不同风险等级的风险管理策略。传统水准测量、GPS等技术需要在目标区域进行测量点布设，耗费大量人力物力，并且在一些危险目标区域很难实施布设或完全不能布设，无法实现大范围、快速、长期对存在质量缺陷的建筑的监测，故而无法对潜在风险进行有效的评估。而通过查验建筑结构、材质及修建年限的方式判断住宅质量的方法，一方面工作量大、缺乏技术支撑；另一方面也面临建设、施工方故意隐瞒建材、不予配合，进而产生与保险方信息不对等的状况。这种查验建筑结构的方法也难以给出建筑质量风险客观、准确的评估。

因此，建筑物安全隐患排查、研究建筑基础和主体结构损坏的现象、分析其触发机理并实现快速准确的趋势预测已经成为非常迫切的任务。我们需要对目标区内所有建筑物进行全覆盖、长时间、连续和高精度的形变监测与风险分析。

（二）雷达遥感技术在IDI IDI中的应用

雷达遥感技术（InSAR）属于非接触式测量的范畴，其沉降测量基本原理如下图所示。在监测过程中，雷达置于卫星上，对目标场景进行照射，重访周期最高可达几天/次。如果在两次观测时间段内，目标点由A位置移动到B位置，即可通过雷达信号相位数据的变化，获取目标点的沉降信息，测量精度可高达mm量级（对于X波段的卫星雷达）。

▶图1 InSAR形变测量基本原理示意图

PS-InSAR（Persistent Scatterer Interferometric Synthetic Aperture Radar）即“永久散射体合成孔径雷达干涉测量”，是基于InSAR技术，通过识别选取具有稳定散射特性的相干点目标，并分析这些PS点相位来反演形变信息。其中，PS点指对雷达波的后向散射较强，并且在时序上较稳定的各种地物目标，如建筑物与构筑物的顶角、桥梁、栏杆、裸露的岩石等目标。雷达获取影像不受时间和环境的制约，可以进行连续观测，重访效率高。同时，丰富的存档数据使得InSAR技术能够回溯目标点历史的形变状态，通过历史形变信息掌握目标的形变规律，或者分析目标点在历史上是否发生过重大形变，最终结合近期形变趋势判断目标点的危险程度。

一般而言，已经竣工的新建筑或是既有建筑，始终暴露在形变的风险中，建筑周边的重大工程施工、自然灾害、气象灾害风险因素等，都有可能引发形变风险事件的发生。地铁工程、深基坑工程等虽是在岩土体内部进行的，但无论其埋深大小，开挖施工都不可避免地会对周围土层产生扰动，造成地层位移与变形，从而引起地面沉降（或隆起），危及邻近建筑物设施的安全。因此，在区域或单体建筑形变风险形成过程中，危险性、易损性和过程风险控制能力指数是必不可少的。

▶图2 基于InSAR技术的建筑工程质量保险服务模式

▶图3 基于InSAR技术的建筑工程质量保险风险管理体系

利用InSAR技术针对既有或潜在承保标的的建筑物进行定期的形变监测、风险分析与风险预警，对大面积区域进行全面监测，搜索整个目标区域的建筑质量风险点，提供建筑目标变化的趋势性信息，为潜在质量风险的预警提供数据支持；提供建筑目标的历史变化数据，为已发生灾害的原因分析提供数据验证。一方面为承保前建筑质量进行评估与预测，帮助保险部门合理做出相应的判断及决策；另一方面监测承保中的建筑，承保建筑标的一旦发生建筑质量问题，可以直接由保险公司提供资金，介入后续全部维修处置工作，有效解决当前物业保修金使用中存在的耗时久、程序烦等难题，也有利于缓解相关政府部门直接面对社会矛盾纠纷的局面。InSAR技术的引入，为城市整体区域及单体建筑目标的安全监测提供数据保障与技术手段，为IDI保险的风险管理与大规模应用推广提供技术支持。

风险管理是指面临风险进行的风险识别、风险估测、风险控制，以减少风险负面影响的决策及行动过程。基于风险管理流程，以减缓风险、成本最小化、成长推广为目标，结合InSAR与IDI搭建建筑工程质量保险风险管理体系。建筑形变风险管理的不同阶段对应InSAR建筑形变监测预警技术的不同服务功能。在风险识别中，使用基于InSAR的建筑系统安全技术，识别有风险的建筑；在风险评估中，使用InSAR建筑形变风险定级结合保险从经济角度对建筑潜在损失定级，可以得到对建筑最终的风险定级结果；根据风险评估结果，服务于风险决策，并在风险管理阶段，对建筑形变风险持续监测与预警，服务于风险控制；在后续的风险评价与检查中，可提供定期的建筑质量风险报告，协助保险公司为其客户提供后续增值服务，协助业务推广。

三、InSAR技术建筑形变风险评估分析

InSAR建筑形变监测利用建筑物矢量框选取建筑范围内的PS点后，通过机器学习方法，自动学习数据中的内在结构和规律，从而进行智能识别，获得新的经验和知识，对真实世界中的事件做出决策和预测。InSAR数据在空间维和时间维都具有大数据的特征，能够为目标正常形变行为规律研究提供训练样本。由于InSAR技术在测量长时间范围内PS点的形变时有如下特点：（1）测得的形变量是多重因素共同作用的结果，某些形变因素（如热胀冷缩）可能不会对建筑物安全造成影响；（2）形变趋势可能会随时间发生变化，不同时间段的趋势会受到外力的影响而发生改变，而近期内的形变突然加速是最重要的关注点。因此，为了更好地实现近期实时的预警功能，先将形变量分解，消除与安全因素无关的形变分量，然后检测形变趋势变化，识别近期形变发生突变的区域。

建筑物自身受形变的影响程度评估主要考虑三方面指标：（1）建筑物最大累计形变量；（2）建筑物近期最大形变速率；（3）建筑物累计倾斜量（由不均匀沉降导致）。其中建筑物的最大累计形变量和近期最大形变速率都能够通过InSAR技术直接获取，而建筑物的累计倾斜量是由其不均匀形变而导致的倾斜信息。分析每项影响建筑物安全性的因素后，就能对建筑物风险进行综合评估。

四、应用示范

本文以宁波鄞州区作为研究区，基于COSMO-SkyMed卫星系统获取的鄞州区2015年5月至2017年12月间30期3米分辨率的条带模式下的长时间雷达干涉图像序列，利用PS-InSAR技术，提取了鄞州区的地表形变信息。表1显示了其InSAR数据的基本参数信息。

根据PS-InSAR结果，鄞州监测区域共提取到225515个PS点，每个PS点都包括三维位置信息、平均形变速率信息和形变历史信息。2015年5月至2017年12月，研究区域的PS点平均形变速率如图4所示。PS点形变值为负（红色），表示该点沿沉降方向形变；PS点形变值为正（蓝色），表示PS点沿隆起方向形变。

▶图4 鄞州区平均形变速率图

▶图5 鄞州区建筑风险评估结果

▶图6 现代百货广场影像图

鄞州区共有9505栋建筑，对每栋建筑进行最大形变量、最大近期形变速率、差异形变量、最大近期差异形变速率、累计倾斜量等指标进行计算，从而进行风险评估分析。监测结果中2016栋建筑上未监测到PS点，A级建筑为6921栋，B级建筑为456栋，C级建筑为112栋，D级建筑为0栋。其中，

（1）0级——白色，表示该建筑未监测到PS点，导致建筑上未监测到PS点的原因：其一，受雷达照射方向的影响；其二，受其他建筑物或物体遮挡；其三，在监测时间内发生建设或修建；

（2）A级——绿色，表示该建筑安全；

（3）B级——黄色，表示该建筑值得被关注；

（4）C级——橙色，表示该建筑应重点关注；

（5）D级——红色，表示建筑需立即进行现场监测。

选择现代百货广场商用楼为例进行形变风险分析与评估，图6橙色区域的建筑为现代百货广场，位于宁波市鄞州区兴宁路368号，2015年5月至2017年12月监测期间该建筑监测的PS点形变速率如图7所示，监测期间该建筑的最大累计形变量为-65.10mm，最大近期形变速率为-2.15mm/month。

▶图7 百货广场PS点形变速率图

▶表1 现代百货广场建筑形变指标信息

▶图9 现代广场建筑关键形变曲线

该建筑上监测到2个关键点的差异形变量为-11.90mm，累计倾斜量为-0.40‰，其形变指标信息如表1所示。从倾斜曲线来看，倾斜不大，但是该建筑累计形变量超过50mm，房屋呈现整体下沉，在监测期末，继续保持沉降趋势，长期发育会带来安全隐患，因此该建筑值得重点关注。通过InSAR技术手段，可以掌握建筑物的历史形变信息、存在风险情况，可协助保险公司在建筑承保前做出市场判断。如果进行IDI承保，在承保期内，需要进行连续的、定期的形变监测与风险分析，并对承保的建筑进行实地现场勘察，确认是否有主体结构变化导致的裂缝、沉降，以采取及时的风险防范措施实现IDI保险风险管理与控制。

▶图8现代广场建筑关键点位置

五、总结

本文主要以宁波鄞州区为例，探索IDI风险管理新技术，InSAR技术能够对大面积范围内的建筑进行形变监测及风险分析，为IDI保险业务提供风险监测评估和灾损评估技术支持，通过技术创新推动完善行业体系建构，加强风险控制，减低建筑目标出现风险的概率，使IDI风险管理技术发展多元化，并朝着全面化与专业化的方向发展。