工程設計者應該樹立工程風險防範的設計理念

RISK factors and risk prevention should be CONSIDERed in the design of projects

作為工程設計者，你是保守的？還是冒進的？大多數工程設計人員，從不認為自己的設計方案是保守的，也不認為是冒進的，而是公正的，符合規範要求的。一些設計者認為，隻要遵循規程規範和建設工程強製性標準的要求進行設計，工程就應該是安全的，而且是經濟的。即便發生意外，出現工程事故，也與設計者無關，要麼是天災，不可抗力，要麼是其他非設計工況的客觀因素，要麼就是施工質量沒有滿足設計要求。事情真的如此簡單嗎？

改革開放之前，建設工程設計強調“安全可靠、經濟合理”，尤其強調“多、快、好、省”，不斷要求 “做好第二篇文章”。而如今，國家富強、經濟社會發展了，建設工程的設計原則又增添了新的內涵，即“安全可靠、經濟合理、技術先進、資源節約、環境友好”。安全是前提，是基礎，沒有安全，就沒有效益，甚至導致災難。然而，世界上不存在絕對安全的工程。這就要求設計者樹立“工程風險”的設計理念，在上述設計原則的基礎上，必須做到“風險可控”。

對具體的建設工程而言，不能簡單地用“安全”和“不安全”來作具有科學意義的評價。因為無論是在經濟實力上、還是在客觀認識水平上，人類還沒有能力預測和防範一切自然災難。因此，工程實踐中，也不需要不惜一切代價確保建築物在任何情況下都不會發生破壞。根據風險產生的可能性和災害後果的嚴重性，確保“風險可控”，針對可能出現的各種不利工況，提出相應的設計安全標準，這才是明智的選擇。我認為。當前，建設工程設計的目標就是在工程滿足功能要求的前提下，力求以最小的代價，獲得滿足設計安全標準的基本要求。實際上，設計安全標準還不是實際建設工程真實的可靠度標準，建設工程真實的安全性還取決於設計荷載及其組合的合理性、工程施工質量和運行維護水平。

討論工程設計安全標準，不能脫離一個國家的經濟發展水平和工程技術水平。發達國家的經濟實力強、工程技術水平高，總體上，建設工程的設計安全標準較高，而且建築施工管理嚴格，工程品質能夠得到保證，加上運行維護到位，因此，實際建設工程的可靠度標準更高。人們生活和工作在高標準的建築中，優越感油然而生。我國是一個發展中的國家，城鄉二元結構明顯，經濟社會發展極不均衡，工程設計與施工的技術水平也有差距，工程質量安全標準似乎也呈現出二元結構，這一點特別值得警惕。台風暴雨中一些小型水庫的潰壩以及大量存在的病險水庫，大都位於農村，不僅建設質量差而且缺乏管理，對當地經濟社會發展構成嚴重危害和威脅，不蒂為一顆顆隱身的“定時炸彈”。

衡量工程技術和管理的水平，需要依賴工程實踐經驗的積累和提煉，並形成係統化、標準化和程序化的工作流程及其控製體係，使之成為工程設計和施工的法規，並在新的工程實踐中持續改進和提高。建設工程強製性技術標準是設計和施工必須遵循的最低要求，容不得半點馬虎。我認為，設計施工一體化的好處，不在於修改設計以利於施工，而隻是在設計方案的比選中加重技術方案實施難易程度的權重。評價工程設計與施工的水平，首先看它是否有利於提高工程可靠度，其次，是否有利於提高工程效益，第三，是否方便施工，易於保證工程質量，降低成本並有利於運行維護管理。雖然是新技術，國際領先水平而且很複雜，但不能帶來工程可靠度和工程效益的改進，這樣的技術是沒有實用價值的。

從工程設計方法的進步而言，最早的設計方法一定是模仿，有意地或無意地，仿自然而改造自然，模仿是學習的基礎。然後，在大量模仿的基礎上，通過總結經驗教訓，就形成了經驗設計方法；經驗設計方法與基礎理論和工程技術的結合，就有了半經驗半理論的設計方法；隨著工程經驗的積累和現代工程科學技術的進一步發展，半經驗半理論的設計方法將逐漸進步到具有更多理論指導和更加合理完善的設計方法。諸如金屬材料工程、航空航天工程和民用建設工程中，廣泛采用的可靠度設計方法，就是基於概率理論指導的設計方法。核電站設計采用的風險分析，就是基於災變理論（或災害鏈理論）指導的設計方法。設計方法的進步和飛躍，正是人類對客觀事物認識的深化和規律的把握，這種進步和飛躍是永無止境的。認識到這一點就應該知道，任何設計方法總存在一些缺陷。哈爾濱陽明灘大橋的垮塌，超載固然是誘因，但更應該檢討的是結構和構件的設計工況與設計方法。

橋梁、房屋以及水利水電工程的結構設計大都采用屬於半經驗半理論的設計方法。這種方法假定作用（或荷載）、抗力和結構幾何參數等設計變量均為定值，計算的抗力與計算的作用之比，稱之為安全係數；隻要計算的安全係數大於或等於規範規定的最小安全係數，則認為結構是安全的。實際上，設計者還要考慮建築物、結構、構件和材料之間的關係，確保它們之間的可靠性是相互匹配和協調的。諸不知，人類還無法預知地區暴雨洪水、地震地質災害以及極端氣溫氣候條件，基於室內試驗和以往經驗的材料強度等抗力參數，基於數值計算分析方法的結構靜動力響應等作用參數也存在不確定性，也即變異性、模糊性和不可知性，加上工程設計所依據的地質學、水力學、岩土力學、材料力學、結構力學、彈塑性力學、斷裂力學、損傷力學、數值模擬分析等基礎性學科尚不完備。認識到這一點，就需要從留有餘地出發，偏安全，偏“保守”地選擇設計方案。

工程設計所以要分階段進行、實現招標投標和設計谘詢審查等，除了基本建設管理的規定外，也是符合人的認識規律和項目的風險控製的。從預可行性研究，到可行性研究，初步設計，再到招標設計和施工圖設計，隨著設計工作的深入，設計方案的利弊愈加清晰可辨，工程量和工程投資的計算也就愈加準確。那些僅僅依靠概念設計或者預可行性研究設計就開展投標施工的項目，既沒有設計谘詢，也沒有設計審查，必然帶來較大風險。在工程設計的初級階段，設計者由於對工程建設條件的認識不足，或限於設計方案研究比較的深度，為彌補可能的疏漏，投資估算中需要留足基本預備費。研究設計越深入，發現的問題越多，設計方案也就可以做得越完善，雖然可能增加建設成本，但可以降低基本預備費費率，規避建設風險。無論如何，基本預備費是不可缺少的，其中，就包含一部分風險費用。2009年～2010年，中國鐵建承包的沙特麥加輕軌項目，基於項目概念設計，工程量計算失誤，造成41億元巨虧，教訓深刻。

從工程的全生命周期而言，設計隻是工程的孕育階段，施工才是工程的成長階段，而到了運行階段，則是工程的旺盛生命期，如果維護得當，工程可以長期服役（超過100年）。工程安全的本質取決於工程設計，但也離不開管理，包括工程的施工管理和運行管理。切記，設計者承擔工程安全的終身責任，務要對工程的施工和運行提出相應的要求。正如當前購買家用電器設備，總是附有一本厚厚的使用說明書，其實，這是值得工程設計者學習的。

試想，如果工程沒有按照設計圖紙和施工技術要求進行施工，存在偷工減料、以次充好，甚至弄虛作假的情況，工程質量又怎能滿足設計要求，設計者又怎能擔負工程安全的責任。同樣，如果沒有按照設計要求進行運行調度，或者沒有對已經發現的工程質量缺陷及時進行補強加固，在遭遇極端條件情況下，又怎能保證工程的安全。從這個意義上講，工程設計既要合理，也要傾向“保守”，適當留有餘地，才能增強其抵禦不可預見的災害的能力。

發達國家設計生產高、精、尖產品，強調“免維護”。海上風機組“免維護”、汽車鉛酸蓄電池“免維護”、筆記本電腦“免維護”。免維護體現的是高超精湛的先進技術。隻有精湛的技術和精心的工藝，才能使產品和工程“免維護”。免維護的產品和工程，全生命周期的投資效益最優。不過，大型工程的建築物和設施設備全部做到免維護，其實很困難，技術上做不到，經濟上也不劃算。但是哪些結構、哪些設施設備“免維護”還是可以研究和推行的。譬如在一些不發達的地區修建工程，考慮到維護管理成本高或缺乏相應的管理技術，工程設計和建設寧可“皮實”一些，以便經得起折騰，而不會很快廢棄。國家在西藏地區投資修建了一批太陽能工程和小型水利水電工程，因工程質量不高，又缺少維護管理，不到使用壽命，就基本不能發揮設計功能。從這個意義上講，工程設計要高質量，高標準，因此，也需要傾向“保守”。

從工程風險分析而言，河流梯級開發的各個梯級之間，通過河道水流相互聯係，如果上遊梯級出現潰壩，而水流動能不能受控，就可能形成一連串連鎖反應，造成災難性後果，這就是多米諾骨牌效應。流域梯級電站分布多，情況複雜，涉及上遊與下遊、幹流與支流、大中型與中小型、不同的開發任務和開發主體、不同的管理方式和管理水平等。風險因子多，相互關聯，有些風險是可預警預防的，有些是難以預料和難以控製的，因此，從風險防控角度分析，工程設計還需要係統考慮，留有餘地，防止出現多米諾效應，以增強工程的抗風險能力。

以上僅是個人觀點，未必正確。特別值得提醒的是，工程設計者要具有工程風險意識。在工程設計之中，除應遵循國家法律法規和技術標準外，還應自覺地開展風險識別、風險分析、應急預案和風險防控對策措施的研究，以進一步完善設計方案，包括施工技術要求和運行維護管理要求。但請再想一想，作為工程設計者，你是保守的？還是冒進的？

作者：周建平 為中國水電工程顧問集團公司副總經理