杭州某深基坑工程施工安全风险评价

曹凌坚，郑长江，周钢祥，刘开富

（1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310005；2.宁波建工工程集团有限公司，浙江 宁波 315040；3.浙江理工大学学院，浙江 杭州 310018）

杭州某深基坑工程施工安全风险评价

曹凌坚1，郑长江2，周钢祥2，刘开富3

（1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310005；2.宁波建工工程集团有限公司，浙江 宁波 315040；3.浙江理工大学学院，浙江 杭州 310018）

在深基坑施工风险的分析基础上，简单介绍了风险评价常用的层次分析法及其优缺点，并对风险发生的概率、后果及风险水平三个方面列出了评判的标准；然后结合杭州某深基坑工程施工情况，从基坑开挖、施工现场状况、地下水处理及施工监测等几个方面列出了可能会出现的危险源，最后结合层次分析法进行分级权重打分，并计算得到其风险度，得知该工程所属风险等级在可接受范围内，只需采取相关的安全防范管理措施即可（现场反馈结果表明效果明显）。这说明采用层次分析法进行深基坑工程施工风险评价具有很好的可行性。

深基坑施工；风险；层次分析法；风险评价

高层建筑的发展以及地下工程的建设引发的基坑施工问题屡见不鲜。基坑施工过程引发的事故影响恶劣，造成的经济损失较大，不但可能延误工期，更可能造成施工人员的伤亡，如2008年的杭州地铁湘湖基坑事故［1］。基坑工程施工过程中存在许多不确定因素，潜在的安全风险也有很多。风险所涉及到的风险因素，是指促使某一特定风险事故发生或增加其发生的可能性或扩大其损失程度的原因或条件［2］。

随着基坑工程不断出现在公众的视野中，完善风险分析理论从而降低事故发生概率的问题越来越受到重视。国内外学者对风险及基坑施工的分析进行了很多研究。Einstein［3］指出了隧道工程风险分析的特点和应遵循的理念，并用可靠度方法对岩石隧道进行风险分析；Casagrande［4］提出了关于地基工程和土工计算风险的一些基本问题；Frendenihal［5］指出了选择破坏概率时的标准。彭锦等［6-8］提出了不确定理论及其公理化体系，综述了概率论的研究成果，明确了此后的研究目标和研究方向；黄宏伟等［9］将可信性风险分析方法引入到深基坑工程的风险分析评估当中，并以实例来说明深基坑工程开挖的总体风险该如何评定；黄宏伟等［10］通过地下工程建设对风险管理进行了研究，对风险的定义、发生机理及风险的管理研究方向进行了探讨；毛金萍等［11］用事故树对深基坑支护结构方案进行了风险分析，利用可靠度方法计算基坑支护系统的失效概率，并假定损失与初期投入成正比，最后综合考虑总费用，得到最佳的支护方案［11］。

一般来说，可以通过风险辨识、风险估计和风险评价这三个步骤来对风险的危害进行识别以及对风险本身进行评估。本文将首先介绍风险评价中常用的层次分析法，然后简单介绍基坑施工安全风险评价流程及相应的标准，最后结合杭州某深基坑工程施工的实际情况进行施工风险分析和评价。

1 层次分析法简介

层次分析法是一种定性和定量相结合的、系统化、层次化的分析方法。它将一个复杂的目标进行分解，简化为多个子目标，再将这些小目标分为多个层次指标，即将目标事件按总目标、各层子目标、评价指标直至具体的因素的顺序分解为不同的层次结构∶即整体事件的风险—影响因素分类—影响因素—影响因素的权重。这种方法的优点是在数学方面运用并不晦涩难懂，又不一味地单靠逻辑推理来判断，而是把两者有机地结合起来，把一个复杂的目标事件进行分解，便于接受，同时将难以决策的目标事件简化为多层次单目标问题后，易于理解，最后进行简单的数学运算，得出预期的结果。计算方法较为简便，得出的结果简单明确，便于决策者理解。同样，它的缺点也十分明显，主要是定量数据较少，而定性成分居多。但实际考虑问题中，许多过程并不能通过简单的数字来表达一切，层次分析法更接近于人脑决策，虽带有定性色彩，但更贴近实际运用。

本文采用层次分析法对目标事件进行分层分析，并参考边亦海等［12］研究中可信性方法的运用，采用风险度（r）来衡量基坑工程中所发生事故的概率及事故发生的后果严重程度，其中，风险度取决于风险发生概率fP及发生后的严重程度fC 。其关系可以表示为：

式中：fiP为第i个风险事故发生的概率；

Cfj为第 j类风险事故发生的严重程度；

2 基坑施工安全风险评价流程及标准

安全风险评价的过程将直接影响整个工程的风险管理，进而影响风险分析的准确程度，对风险的识别和评估也有着举足轻重的作用。图1为风险分析流程图；图中简单描述了风险分析过程中应当做到的几个步骤，其中排除影响较小的危险源是为了降低工作量，对于无关轻重的因素就不再作分析，以提高风险分析的效率。但是要注意的是，在条件允许的情况下，风险分析时要尽可能做到“宁滥勿缺”，并把所有的危险源都罗列其中。

图1 风险分析流程图

进行风险评估之前，必须建立一个与基坑工程要求及规模相适应的分级标准，来评估对应风险事故发生概率及其产生破坏的程度，并以此作为基础对风险进行分级，以便于采取不同的措施来应对不同的级别风险。在进行风险分级时，应当根据基坑工程所确立的风险目标及风险可接受标准，从概率、后果、风险三方面来进行分级［13］；相应的分级见表1～3。

表1 事故发生概率

表2 事故发生后果

表3 风险水平分级

参考以上的标准，首先对危险源进行分析，采用专家调查打分等估值方式得到风险分析的基础数据，并根据兰守奇［2］所述的模糊理论进行分析，来获得危险源的相对权重及概率估值等；然后，计算得到这些危险源会引发的安全事故在整个基坑施工中会发生的概率及发生后的权重比，再利用层次分析法计算得到目标事件的风险度，按照表3的风险水平分级对目标事件采用相应的对策。进行风险评估时，应做到全面性、客观性、系统性、科学性等原则，同时做到可操作性强等特点，以确保整个评判因素不出现遗漏，并保持客观的评价态度，从而得到一个层次分明、结构合理、概念明确清晰的风险评价结果。

3 某基坑施工安全风险评价分析

本文结合杭州某排桩内支撑结构深基坑的施工安全风险进行分析；采用专家调查打分的方法，对深基坑工程施工中可能出现的危险源及风险事故进行分析，然后进行综合评价，得到一个综合的结果。最后，采用本文前述的层次分析法的计算公式进行计算，得到基坑工程的总体风险，对比前文中的风险度（r），判断所属的风险等级。

3.1 工程概况

杭州某工程的地下室大面积开挖深度为6.05～6.85 m，局部电梯井坑中坑高差2.40 m；围护结构采用直径700 mm 间距900 mm 的排桩，内支撑采用一道钢筋混凝土支撑；基坑周围以粉质黏土及淤泥质黏土为主，基坑开挖会引起土体较大变形；坑底部分置于局部混粉土粉砂的淤泥质黏土中，坑底土会有一定的回弹，可能对基坑支护结构、周围邻近已有建筑物、地下管线等产生不利影响。地下水埋深较浅，位于地面下0.1～0.5 m。

3.2 风险评估

3.2.1 危险源辨析

结合基坑的实际情况，本文从基坑开挖、地下水处理、现场的施工管理及质量监管、施工监测等方面出现的危险源进行辨析，施工期的风险因素主要包括：

1）自然因素有如台风、暴雨、洪水、高温等；

2）事故因素有如火灾、传染病等；

3）环境因素有如不明的地质条件、地下水环境的变化、噪音、泥浆等废液、废气、废渣污染等；

4）施工本身因素包括建设主管部门监督人员、业主管理人员、监理人员、监测人员、施工技术与管理人员及工人的品行不端、能力不够、责任心不强。

原材料和成品半成品材料质量不合格、施工设备质量不合格等。

新技术、新方法的应用失败，施工工艺的落后，施工技术与方案不合理，施工进度不合理。

以上风险因素可能造成的风险事故见表4。

表4 风险事故发生概率及权重

3.2.2 风险估计

1）用专家调查法估计深基坑施工风险发生的概率及损失。在多个专家对同一个风险事件评价时，需要对多个专家的估计结果进行综合分析。根据专家的资历、职称、学历、经验、影响力等确定专家的权重，根据公式（4）对事件进行风险计算，得到事故发生的概率和损失及相应的权重分别见表 4、表5。

式中：Pfi为专家对第i个风险事故的综合评价结果；

wik为第k个专家在评价第i个风险事故时的权重；

Eik为第k个专家在评价第i个风险事故时的评价结果。

2）根据风险事故的复杂程度、专家的受教育程度及经验、分析数据的可靠性及完整性和概率分析方法的适用性等，基于兰守奇［2］提出的专家估值的确信程度（本例假定不同专家对同一风险事故、损失估值的确信程度相同）确定，如表4中风险事故“基坑渗漏”发生概率为0.28的确信程度描述为“非常接近（VC）0.28”，其他事故的发生概率见表4。

3）取置信水平k，则模糊区间的最小值和最大值分别为隶属函数曲线与直线f（u）=0.9的两个交点的横坐标。如风险事故“基坑渗漏”“非常接近0.28”曲线与f （u）=0.9两个交点的横坐标可以由兰守奇［2］文中的公式求出，该风险事故置信水平为0.9时的概率范围为［0.266，0.294］。同理可以求出其他风险事故的概率范围和损失范围，分别见表4、表5。

4）根据公式（2）和表4求得深基坑施工期总事故发生概率的估计值=0.213和事故发生概率的模糊区间［0.187，0.239］；由公式（3）和表5求得事故损失的估计值Cf=0.304和损失的模糊区间［0.275，0.332］。

5）将求得的fP和fC 及其相应最小值、最大值分别带入公式（1），得到风险度452.0= r，最大风险度和最小风险度分别为

由表3的风险分级可知，该基坑的施工安全风险为二级，属于可以接受的风险范畴，但需要进行相应的管理审视。这需要通过在现场提升相应的管理水平，采取相应的安全管理措施。根据工程的实际反映看效果十分明显；这说明采用该方法具有很好的可行性。

表5 后果及权重

4 结 语

本文在风险概念及风险分析的文献分析基础上，简单介绍了风险评价常用的层次分析法及其优缺点，并对风险发生的概率、后果及风险水平三个方面列出了评判的标准及风险评价过程中的注意事项；最后结合杭州某深基坑工程的实际情况，从基坑开挖、施工现场状况、地下水处理及施工监测等几个方面列出了可能会出现的危险源，经过采用层次分析法进行分级权重打分，并计算得到其风险度，得知该工程所属风险等级在可接受范围内，只要采取相关的安全防范管理措施即可（现场反馈结果看效果十分明显）。这说明采用该方法具有很好的可行性。

［1］ 张旷成， 李继民. 杭州地铁湘湖站“ 08.11.15”基坑坍塌事故分析［J］. 岩土工程学报， 2010， 32（增刊1）∶ 338-342.

［2］ 兰守奇，张庆贺. 基于模糊理论的深基坑施工期风险评估［J］. 岩土工程学报， 2009， 31 （4）∶ 648-652.

［3］ Einstein. Risk and risk analysis in rock engineering ［J］. Tunneling and Underground Space Technology， 1996， 11（2）∶ 141-155

［4］ Casagrande A. Role of the "calculated risk" in earthwork and foundation engineering ［J］. Geotechnical Special Publication， 2002， 118∶ 1040-1079.

［5］ Frendenihal. Assessing and ranking program risk［J］. Air Force Journal of Logistics， 1998， 25∶16-19.

［6］ 刘宝碇， 彭锦. 不确定理论教程［M］. 北京∶ 清华大学出版社， 2004.

［7］ 彭锦， 刘宝碇. 不确定规划的研究现状与发展前景［J］. 运筹与管理， 2002， 11（ 2）∶ 1-10.

［8］ 彭锦， 饶从军. 基于可信性理论的模糊风险分析∶理论、方法及应用［C］// 第五届中国不确定系统年会论文集. 北京：清华大学数学科学系，2007.

［9］ 黄宏伟， 边亦海. 深基坑工程施工中的风险管理［J］. 地下空间与工程学报， 2005（4）∶ 611-614.

［10］ 黄宏伟， 彭铭， 胡群芳. 上海长江隧道工程风险评估研究［J］. 地下空间与工程学报， 2009， 5（1）∶ 182-187.

［11］ 毛金萍， 钟建驰， 徐伟. 深基坑支护结构方案的风险分析［J］. 建筑施工， 2003， 25（4）∶ 249-252.

［12］ 边亦海， 黄宏伟， 李剑. 可信性方法在深基坑施工期风险分析中的应用［J］. 地下空间与工程学报， 2006， 2（1）∶ 70-73.

［13］ 何锡兴， 周红波， 姚浩. 上海某深基坑工程风险识别与模糊评估［J］. 岩土工程学报， 2006， 28（增刊1）∶ 1912-1915.

Risk Evaluation of Construction Safety for a Deep Foundation Pit in Hangzhou

CAO Lingjian， ZHENG Changjiang， ZHOU Gangxiang， LIU Kaifu

TU473.2

A

1008-3707（2016）08-0018-04

2016-04-07

中华人民共和国住房和城乡建设部科技开发项目：深基坑工程施工安全危险源分析及监控管理对策研究（2013-k3-14）

曹凌坚（1976—），男，浙江杭州人，高级工程师，从事建设工程检测鉴定、咨询工作。