(深圳市金鼎安全技術有限公司，廣東深圳518034)

隨著國民經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，中國城市建設工程規(guī)模不斷擴大，建設工程的安全問題也愈發(fā)受到人們的重視?；犹墙ㄔO工程中最常見的工程事故，而深基坑作為建設工程中的危險有害因素之一，同時也是重大危險源之一，其安全性絕對不容忽視，一旦發(fā)生坍塌事故，將會給人員生命、經(jīng)濟帶來后果非常嚴重的損失與性質(zhì)非常惡劣的影響。為此有必要認真分析事故原因，總結經(jīng)驗教訓，采取有效的改進措施，才能最大限度地確保深基坑的安全穩(wěn)定性，防止此類事故再次發(fā)生。由此可見，評估、評價深基坑的安全性，對保障經(jīng)濟安全與施工工人的人身安全具有十分重要的意義。

圍繞導致深基坑坍塌的成因剖析，有許多的專家、學者做了深入的研究。劉健[1]等分析了圍護施工缺陷、第三方監(jiān)測管理不到位對深基坑安全的影響。顧辰歡[2]等從坍塌破壞機理角度分析了深基坑坍塌的基因與誘因。張曠成[3]等從巖土工程地質(zhì)角度分析了基坑坍塌事故。何長春[4]編制并分析了基坑坍塌事故造成人員傷亡的事故樹。王洪德[5]等采用數(shù)值分析方法分析了深基坑開挖過程的安全性。

以上這些研究成果為深基坑坍塌事故的原因分析與預防奠定了良好的理論基礎，但事故的發(fā)生，不只是單方面因素所導致，更多的還是多重因素交互與耦合作用的結果[6]。鑒于此，本文從系統(tǒng)安全理論中“人-物-環(huán)境-管理”角度出發(fā)，全面性地分析深基坑坍塌原因并對其安全性進行綜合評價：首先建立了相對較為全面、完善的深基坑坍塌事故樹，并根據(jù)此事故樹，確定了深基坑安全性的評價指標體系；隨后結合深圳市某工程項目當中的深基坑為實例，進行安全評價，以其安全性為研究對象，將該對象詳細具體劃分成為一級評價指標和二級評價指標，再通過專家評估法確定各個指標因素的權重；最后選用模糊數(shù)學理論進行綜合性評價，對該深基坑得出了科學、合理、客觀的有效評價，并對該項目在深基坑施工、管理上提供一定的指導性對策建議。

1 事故樹的概述、確立與分析

1.1 事故樹分析方法

事故樹分析法(Fault Tree Analysis，簡稱FTA)也稱故障樹分析法，它的形狀有點類似于金字塔，又像樹形結構，由上而下，這種結構把事故的結果和原因的聯(lián)系表現(xiàn)得非常清晰。這種方法主要是以事故為根本出發(fā)點，再根據(jù)系統(tǒng)的工藝流程、彼此之間的關系、先后順序，得出整個系統(tǒng)的因果關系網(wǎng)。

在深基坑坍塌事故重大危險源評價過程中，事故樹分析方法發(fā)揮了很重要的作用，它不僅能一目了然地弄清楚導致深基坑坍塌事故的各種因素及邏輯關系，對事故作出全面闡述，而且還可以利用該方法，找出對應的、行之有效的預防措施，為安全評價提供科學、可信的參考依據(jù)的同時，還能有效地控制事故的發(fā)生。

1.2 事故樹的確立

根據(jù)FTA步驟程序的要求，把深基坑坍塌事故作為頂上事件，基于系統(tǒng)安全理論和借鑒相關文獻[10-16]，再通過調(diào)查、分析，得出深基坑坍塌的事故樹，見圖1。

圖1 深基坑坍塌事故樹

1.3 事故樹分析

1.3.1割集與最小割集

如果事故樹中的全部基本事件都發(fā)生，則頂上事件必然發(fā)生。但是，大多數(shù)情況下并不是一定要所有基本事件都發(fā)生，頂上事件才能發(fā)生，而是只要某些基本事件一起發(fā)生就可以導致頂上事件的發(fā)生。

所謂割集，是指同時發(fā)生就能導致頂上事件發(fā)生的基本事件的集合。割集是頂上事件發(fā)生的必要充分條件。如果割集內(nèi)所包含的初始原因?qū)斏鲜录陌l(fā)生充分必要，或者說引起頂上事件發(fā)生的最起碼的基本事件的集合，則稱為最小割集。

從最小割集的定義明確看出，每一個最小割集都表示頂上事件發(fā)生的一種可能，事故樹中有幾個最小割集，頂上事件發(fā)生就有幾種可能。由此可見，最小割集表示了系統(tǒng)的危險性，最小割集越多，說明系統(tǒng)危險性越大。

1.3.2結果分析

根據(jù)圖1，可列出結構邏輯函數(shù)式如下:

T=M1M2M3M4=(X1+X2)(X3+X4+X5+

X6+X7+X8+X9)(X10+X11+X12+X13)(X14+X15+X16)

再根據(jù)布爾代數(shù)簡化，得到192組割集，從整理結果可以看出這192組都是最小割集。通過上述計算結果分析可知，深基坑坍塌事故的最小割集有192組，也意味著導致深基坑坍塌造成人員傷亡或財產(chǎn)經(jīng)濟損失的可能性有192種，可見深基坑坍塌事故是很容易發(fā)生的，而用X1，X2，…，X17所對應的每個基本事件，都是導致坍塌事故可能發(fā)生的隱患。

2 模糊數(shù)學綜合評價概述

2.1 模糊數(shù)學綜合評價概念

模糊數(shù)學綜合評價是以模糊數(shù)學為基礎，應用模糊關系合成的原理，將一些模糊、難以量化的且受到多種因素制約的事物或?qū)ο笞鞒龅囊环N總體性、綜合性評價，它在對復雜不確定的因素進行評價時應用極為廣泛。

2.2 評價步驟

模糊數(shù)學綜合評價基本原理是：首先確定評價對象的因素(指標)集、評判集，然后分別確定各個因素(指標)的權重及它們的隸屬度矢量，獲得模糊評判矩陣，最后將模糊評判矩陣與因素的權重矢量進行模糊運算并歸一化，得出具體的評價矩陣，完成總體評價工作。詳細具體步驟如下。

a) 確定評價因素(指標)體系，建立因素集。評價因素(指標)體系是模糊數(shù)學綜合評價的基礎，要能客觀真實地反映評價對象的情況，應遵循一致性、合理性、可比性、獨立性等原則。當評價對象相對復雜，有多種不確定因素時，可根據(jù)因素屬性，將評價因素(指標)體系按層級劃分，建立多級指標體系，從而得到因素集U,其中ui表示第i個評價因素。

U={u1，u2，u3，…，ui}

b) 確定評價對象的評判集。評判集也稱評語集、評價集，是評價者對評價對象可能做出的各種總評價結果集合V，一般由實際需求確定,其中vj表示第j個評價結果。

V={v1，v2，v3，…，vj}

c) 確定評價因素(指標)的權重，建立權向量。權重是以某種數(shù)量形式對比、權衡評價對象中諸因素相對重要程度的量值，即某一因素(指標)在因素中的重要程度。在評價因素(指標)體系中，是否合理的權重直接影響評價的科學性和最終結果。因此如何比較客觀地、科學地確定權重系數(shù)是至關重要的。權重確定的方法有很多種，如專家評估法、AHP層次分析法、加權統(tǒng)計法、頻數(shù)統(tǒng)計法、二元對比法、特爾斐法等，常用的主要是專家評估法和AHP層次分析法。由上述方法可得到權向量A，其中ak表示第k個評價因素的權重，0

A=(a1，a2，a3，…，ak)

d) 進行單因素模糊評價，構造模糊子集，確立模糊矩陣R。上述的單個評價因素ui可以建立單因素評判集ri，它是評判集V上的一個模糊子集。一個評價對象在某個因素ui方面的表現(xiàn)是通過模糊矢量ri來刻畫表現(xiàn)的，故ri也稱為單因素評價矩陣。

ri=(ri1，ri2，…，ri j)

其中rij表示第i個因素的評價對于第j個屬性的隸屬度，∑rij=1。

在構造模糊子集之后，逐個對評價對象從每個因素ui上進行量化，即從單因素來看評價對象對各模糊子集的隸屬度，進而得到模糊關系矩陣R。

e) 計算綜合評價結果。利用合適的模糊合成算子將權向量A與模糊關系矩陣R合成，可得到評價對象的模糊綜合評價結果矢量B。

B=A?R

其中“?”是模糊算子。從體現(xiàn)權重的作用明顯程度、利用R信息的充分程度等方面考慮，最常用的合成模型為：

B=A?R=

(b1,b2,b3,…,bj)

其中bj表示評價對象在評判集中第j個評語的量化結果，也是評價對象從整體上看對第j個評價結果的隸屬度。

f) 對模糊綜合評價結果矢量B進行分析，并對評價結果合理作出綜合評判。

3 實例分析

3.1 工程概況

表1 基坑基本參數(shù)

3.2 建立深基坑安全評價體指標系

結合圖1的深基坑坍塌事故樹，將風險因素“人-物-管理-環(huán)境”劃分為現(xiàn)場作業(yè)、安全管理、合同管理、基坑環(huán)境4個評價指標，再根據(jù)上述事故樹的基本事件，可歸納得出深基坑安全評價指標體系，共包括4個一級評價指標，18個二級評價指標，見圖2。這樣得到因素集U：

U={安全管理(U1)，現(xiàn)場作業(yè)(U2)，基坑環(huán)境(U3)，合同管理(U4)}。

其中，U1、U2、U3、U4可根據(jù)二級指標繼續(xù)展開：U1={安全生產(chǎn)責任制(u11)，安全教育培訓(u12)，安全技術交底(u13)，隱患排查(u14)，應急管理(u15)，管理人員水平(u16)}，U2={圖紙審查(u21)，專項方案(u22)，方案施工(u23)，基坑監(jiān)測(u24)，防護措施(u25)，作業(yè)行為(u26)，人員意識(u27)}，U3={地質(zhì)條件(u31)，天氣因素(u32)，周邊其他環(huán)境(u33)}，U4={合同工期(u41)，轉包分包(u42)}。

建立評判集V={安全(V1)，較安全(V2)，一般(V3)，較危險(V4)，危險(V5)}。

3.3 評價指標的權重確定以及綜合評價

在完成評價指標的選擇以及等級劃分之后， 需要對已選擇的全部評價指標進行權重劃分。深基坑施工以及管理過程中，不同的因素指標在影響其安全穩(wěn)定性上存在差異，因而影響性較大的因素指標權重設定應當較高，影響性較低的因素指標權重設定應當較低。通過專家評估法，由10位專家組成綜合評價小組，現(xiàn)場對各級指標研究、調(diào)查、評判、打分，最終確定其權重和綜合評價，見表2。

圖2 深基坑安全評價指標體系

表2 深基坑安全評價指標的綜合評價

3.4 評價結果

表2中，由綜合評價組對二級指標“安全生產(chǎn)責任制”進行評價，將評價等級結果歸一化處理，可以得到“安全生產(chǎn)責任制”的隸屬度r11=(0.2,0.7,0.1,0,0)。同理，“安全教育培訓”的隸屬度r12=(0.1,0.7,0.2,0,0)；“安全技術交底”的隸屬度r13=(0.1,0.6,0.3,0,0)；“隱患排查”的隸屬度r14=(0,0,0.2,0.5,0.3)；“應急管理”的隸屬度r15=(0,0.3,0.7,0,0)；“管理人員水平”的隸屬度r16=(0,0.4,0.6,0,0)。

由上述結果，進一步可得出一級指標“安全管理”的模糊評價矩陣R1：

再根據(jù)二級權重系數(shù)，建立二級指標的權向量A1=(0.1,0.25,0.2,0.15,0.1,0.2)。這樣將權向量A1與模糊評價矩陣R1進行模糊合成，可以得到一級指標“安全管理”的綜合評價結果矢量B1：

B1=A1?R1=

利用上述同樣的方法，其他3個一級指標“現(xiàn)場作業(yè)”“基坑環(huán)境”“合同管理”的對應綜合評價結果B2、B3、B4也可以確定出來：

通過計算，最終得出深圳市某污水處理廠提標改造工程的深基坑綜合評價結果矢量B：

B=A?R=

根據(jù)最大隸屬度準則可知，該項目的深基坑安全性評價結果為“較危險”等級。

3.5 建議

針對上述評價結果為“較危險”，并結合現(xiàn)場實際以及專家組對指標因素的評判，該項目參建各方應當在深基坑施工過程中，需要予以高度重視，并采取預防措施加強防控。

a) 從技術對策上，基坑開挖和使用期間每天派專人做好隱患巡查，如果發(fā)現(xiàn)異常應及時通知相關負責人。巡查內(nèi)容包括: 土體有無裂縫、沉降或滑移; 基坑有無管涌、流砂等。施工中如遇強降雨，應該及時對現(xiàn)場基坑坑壁進行巡查，發(fā)現(xiàn)有松動、裂縫的部位進行安全防護，及時消除安全隱患；由于地下土質(zhì)因素，基坑四周應設置截水溝，防止地表水溢流；若坑底有局部積水，應開挖排水明溝和集水坑，并盡快抽干積水；基坑四周范圍內(nèi)嚴禁堆載重物，做好圍護；搭設人員上下安全通道，設置防護欄桿，欄桿上張設密目式安全網(wǎng)，并設置醒目的重大危險源告知和安全警示標語；在基坑圍護頂面布置垂直位移及水平位移監(jiān)測點，加強基坑位移監(jiān)測。

b) 從管理角度上，施工單位應首先建立、健全各種規(guī)章制度，嚴格按照設計和規(guī)范的要求編制施工組織設計。開挖過程中，嚴禁亂挖、超挖，若遇地質(zhì)情況不符，應立即停止施工，并會同相關單位現(xiàn)場會勘處理；其次加強行業(yè)自律，嚴禁違法轉包、分包。工程經(jīng)過層層轉包、分包之后，承包人的利潤空間會越來越小，在這種情況下承包人在安全管理上的投入也會大打折扣，甚至將工程分包給一些根本不具備相應資質(zhì)的包工頭，這樣必然會在深基坑施工現(xiàn)場出現(xiàn)安全措施落實不到位、安全責任不明確的現(xiàn)象，從而為施工安全帶來很大的安全隱患。從表2可以看出，施工作業(yè)人員的現(xiàn)場作業(yè)行為、安全意識情況與施工單位的安全教育、技術交底不相匹配，這說明施工單位對安全教育、技術交底只流于形式、走走過場，因此應當切實開展安全教育培訓，真正提高作業(yè)人員安全防護意識和自我保護能力，建立和完善應急救援體系應急預案，開展有針對性的應急救援預案演練，不斷提高應急反應能力、救援熟練程度。

4 結語

a) 本文從人的不安全行為、物的危險狀態(tài)、環(huán)境的不良因素、管理上的缺陷等4個方面建立了較為全面、完善的深基坑坍塌事故樹，并確定了深基坑安全性的4個一級評價指標，18個二級評價指標。通過理論分析與案例驗證可知，模糊數(shù)學模型能較準確判斷深基坑的安全性，這樣既可幫助參建各方對深基坑進行風險管控，也有利于建設安全主管部門對其的重點監(jiān)督檢查。

b) 通過上述實例清楚地看到，模糊數(shù)學理論在深基坑安全評價上不僅具有一定的可行性，而且還有著較大的實用意義。它將深基坑的評價在主觀和客觀上能相對統(tǒng)一，對一些難以避免的模糊概念用量化表示。這是安全檢查表法和事故樹分析法等安全評價方法所不能實現(xiàn)的。

c) 隨著工程實踐的不斷豐富，筆者所述的評價指標體系在將來還會有進一步的完善與改進，希望本文能為其他研究者提供參考和幫助。