水闸安全类别划分影响因素及工程质量分级优化方法

范向前，刘决丁,2，葛 菲，韩浩田

（1.南京水利科学研究院，210024，南京；2.天津大学，300350，天津）

水闸作为水利工程中不可或缺的水工建筑物，对防洪保安全、调控水资源、蓄水灌溉及优化生态等具有重要意义。目前，我国流量大于5 m3/s的水闸有10万余座，但大部分水闸主要建成于20 世纪的七八十年代，随着使用年限的增加，水闸均出现了不同程度结构老化、设备落后以及防洪能力不足的问题，且原有的设计标准和技术已不再满足现有规范的要求。为规范水闸的安全评价工作，保障其正常运行，2008 年水利部印发了《水闸安全鉴定管理办法》（水建管〔2008〕214 号），指出水闸实行定期安全鉴定制度，初次安全鉴定应在工程竣工验收后5 年内进行，随后每隔10 年开展一次全面安全鉴定。

针对我国现有的庞大水闸数量，以及对水闸安全鉴定频次的要求，水闸安全鉴定工作十分重要。目前，我国水闸安全鉴定工作主要依据《水闸安全评价导则》（SL 214—2015），导则将水闸安全类别分为四大类。但在实际执行过程中，由于受到工程安全检测质量结论等方面的影响，在水闸安全鉴定会上，专家组成员对水闸安全类别的判定常常存在异议，为水闸安全类别的评价工作及后续的水闸管理工作带来了一系列问题。为此，本文结合实际情况，分析了水闸安全类别划分关键影响因素，并基于水闸工程质量检测结果，介绍水闸工程质量分级优化方法。

一、《水闸安全评价导则》中的相关规定

现行《水闸安全评价导则》指出，在开展水闸安全评价工作中，应包括四个方面的内容，分别为：现状调查、安全检测、安全复核和安全评价。现状调查为最基本的工作，主要是收集全面、真实的工程技术资料，全面检查现场的工程现状，重点检查工程的薄弱及隐蔽部位；安全检测是对水闸的闸室段、上下游河道及连接段、闸门、启闭机等有关挡水建筑物的检测，为工程维护或者除险加固提供指导性建议，为安全复核提供符合工程实际的参数；安全复核是按照现场安全检测的结果，复核水闸的防洪标准、渗流安全、结构安全、抗震安全、金属结构安全及机电设备安全等各项指标；安全评价是基于现状调查、安全检测、安全复核三个方面的研究工作，对水闸开展整体综合评价和判断。

根据《水闸安全评价导则》中水闸安全类别的划分：运用指标已达到设计标准，未发现影响水闸正常运行的缺陷，进行常规维修养护即可保证正常运行的水闸可划分为一类闸；运用指标基本达到设计标准，工程存在一定损坏部位，经过大修后能够达到正常运行标准的水闸可划分为二类闸；运用指标达不到设计标准，工程存在严重损坏部位，经过除险加固后才能达到正常运行标准的水闸可划分为三类闸；运用指标不能达到设计标准，且工程存在严重的安全问题，必须降低标准运用或报废重建的水闸可划分为四类闸。

二、水闸安全类别划分影响因素

1.工程安全检测质量对水闸分级的影响

依据《水闸安全评价导则》，只有当工程安全检测质量与安全性分级均为A 级的水闸，方可评定为一类闸。而水闸工程安全检测质量分级中指出：检测结果均满足标准要求，运行中不存在质量缺陷，且现状完全满足运行要求的，评定为A级；检测结果基本满足标准要求，运行中存在部分质量缺陷但不影响工程安全的，评定为B级；检测结果大部分不能满足标准要求，或工程运行中发现严重质量问题，且对工程安全存在严重隐患的，评定为C 级。在水闸工程的安全评价实际工作中，水闸工程质量分级存在一定困难，往往某一处检测的缺陷会被放大或缩小，而忽略了局部问题对整体的影响，从而导致对水闸的安全等级判定不准确。

例如在现场检测过程中会发现，部分水闸经过一段时间运行后，存在一些质量缺陷（闸门锈蚀、机电设备老旧、上下游翼墙局部裂缝渗水、闸墩等水位变动区混凝土老化等），依据工程安全检测质量分级中的相关规定，该类水闸工程质量属于基本满足标准要求，工程安全检测质量应评定为B级。参考水闸安全类别分级标准，水闸最高只可评定为二类闸。对于二类水闸，《水闸安全评价导则》指出，需要经大修后，方可正常运行。而上述提到的闸门锈蚀、机电设备老旧、上下游翼墙局部裂缝渗水、闸墩等水位变动区混凝土老化问题，只需要常规养护和维修即可保证正常运行，并不需要进行大修，水闸安全类别分级应为一类闸。这一结论同水闸工程安全检测质量分级相矛盾，建议需要进一步优化水闸工程安全检测质量分级标准。

2.水闸主要功能变化对水闸分级的影响

由于早年填海造陆等原因，我国部分沿海地区在原有沿海挡潮闸下游入海口处又新建了挡潮闸。原有挡潮闸不仅失去了其原有挡潮功能，又因位居新建挡潮闸的上游，成为了一座“阻水闸”，严重影响新建挡潮闸功能的发挥。

结合水闸运行管理需求，原有挡潮闸没有必要开展水闸安全鉴定工作，即可报废拆除。但是作为水闸主要组成部分的交通桥，依然发挥着重要功能，为周围居民的出行带来巨大便利，难以直接报废拆除。因此，为解决上述问题，管理部门须依据相关规定，继续开展水闸安全鉴定工作。

3.政策导向对水闸分级的影响

在水闸安全类别划分中，受国家政策规划影响，某些水闸仍具备比较高的利用价值，如工程价值、社会价值以及生态价值等。尽管缺乏相应技术标准使得这类水闸在实际工程中较难执行鉴定，但由于《水闸安全评价导则》中的划分标准存在一定的模糊区（如检测结果如何做到满足标准要求或水闸运行中发现的质量缺陷具体是如何评定的等），使得水闸的安全类别存在很大的人为因素。比如，部分水闸运行管理单位为了保证水闸供水功能的持续发挥，尽可能多地获得国家投资，可能会将实际可以评定为一类闸的水闸工程评定为需要进行大修的二类闸，或者将需要进行除险加固的三类闸，将其评定为需要报废重建的四类闸。此外，水闸安全评定级别受当地政府资金配套能力和资金到位情况的影响也较大。

三、水闸工程质量分级优化方法

在水闸安全类别划分过程中，应具体问题具体分析，并从成本预算、配套资金等方面完善管理办法，慎重考虑是否要进行除险加固或者报废重建。鉴于目前水闸分级存在问题，建议可以适当细化《水闸安全评价导则》，在水闸分类概念以及检测结果等级划分中考虑水闸的实际情况，根据实际的检测指标来评价是否满足运行要求，为此提出水闸安全类别划分优化方法。

1.安全类别划分体系

针对上述相关分析，检测结果对安全类别划分的影响较大。因此，针对目前评价过程中专家主观性强、权重无固定标准和影响要素多等问题，根据水闸所在的地理位置、运行功能以及气候变化等各项因素对水闸工程的影响，全面划分水闸工程类别，确定水闸工程安全类别划分体系，如图1 所示。

图1 水闸工程安全类别划分体系

水闸工程安全类别划分体系设定总目标为水闸工程质量，然后将其分解为土石结构的性能、混凝土结构的性能、金属闸门的安全性、启闭机的可靠性、监测设施的有效性以及附属设施的专项测试6 个子系统，依据《水闸安全评价导则》的具体要求再将其子系统分解为若干个要素，进而构造安全类别划分因子集，应用层次分析法构造相应的权重集，得到每个指标在其本组的相对重要程度。

根据综合评价的结果，按照《水闸安全评价导则》的相关要求将其分为A、B、C、D 四个等级。其中，A级对应的是一类闸，B 级对应的是二类闸，C 级对应的是三类闸，D 级对应的是四类闸。值得注意的是，对于 A 级和 B 级又将其细分为 A+、A-、B+、B-，在评分为95～100 时，水闸的运用指标完全达到设计标准，可直接评为一类闸；在评分为90～95 时，水闸存在部分不影响正常运行的缺陷，经过常规维修养护后达到设计标准，仍可评为一类闸；在评分为80～90 时，水闸工程存在一定损坏，需要大修，评为二类闸；评分为70～80时，水闸工程经大修后需要重新进行评审，基本达到设计标准后可评为二类闸。

2.模糊综合评价模型

合理确定权重，将同一层次的工程质量指标放在一个可比较的体系中，能清晰地看出各个指标对水闸整体质量的重要程度，而模糊综合评价法能够处理主观和客观平衡的问题。在模糊综合评判的过程中，包括六大元素，分别为：因素集、评语集、模糊矩阵、因素权重向量、模糊算子和评判结果向量。首先依据模糊映射函数f获取因素集至评语集V之间的映射关系，再建立水闸安全类别划分的模糊矩阵。

3.模糊综合评价步骤

充分考虑水闸各参数对水闸性能的影响程度，根据各部分功能的权重对水闸进行安全类别划分，其模糊综合评价步骤为：

①针对具体水闸工程的参评要素以及各项功能的重要性邀请相关专家进行独立评分。

②依据多位专家给出的评分构造特征向量，该部分的权重矩阵为主观权重。

③根据水闸运行的实际状况和工程建设的相关资料来构造客观权重，获取各项参评因子的客观权重。

④将主观权重矩阵与客观权重乘积得到综合权重矩阵。

⑤根据综合权重矩阵和安全类别模糊矩阵的乘积计算模糊算子。

⑥运用加权平均法计算模糊算子，并选用一个点值作为水闸安全类别划分的综合值。

⑦选取不同专家分值 x1、x2、…xm为 m 个评价等级赋分，从而根据加权平均法获得水闸的模糊评价值F。

⑧根据F 值隶属的等级给予科学的评判，充分利用模糊数据信息的量化法并考虑参评对象的整体特性，从而系统且客观地反映水闸工程运行的实际情况。

四、结 语

①针对水闸安全类别划分存在的局限性和模糊性，本文从工程安全检测质量、水闸主要功能变化和政策导向三个方面阐述了目前水闸安全类别划分存在的问题，建议在水闸分类概念以及检测结果等级划分中考虑水闸的实际情况，综合考虑工程价值、社会价值以及生态价值等各项因素，根据实际的检测指标和经济成本来评价是否满足运行要求。

②考虑目前水闸在工程质量分级方面存在一定困难，建议《水闸安全评价导则》适当细化工程质量部分，尤其是针对一、二类闸的划定，允许水闸在适当维修养护后再进行分级，完善水闸工程的经费管理办法，增加经济性评价。

③基于水闸工程质量的检测结果，介绍了水闸工程安全类别划分的优化方法，综合应用模糊数学法和层次分析法来实现水闸工程质量指标的量化，并根据量化指标细化一、二类闸的划分，客观准确地反映水闸工程的运行状态，为水闸工程安全类别划分及其正常运行管理提供决策依据。