劉碧萍， 劉祖容， 龍湖榮

(1.廣西大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院， 南寧 530004； 2.廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 南寧 530004)

隨著城市用地的日趨緊張，高層建筑建設(shè)不斷發(fā)展；地下空間日益得到充分利用，城市中涌現(xiàn)出諸多的深基坑開(kāi)挖工程。但由于深基坑的風(fēng)險(xiǎn)因素多，涉及的專(zhuān)業(yè)工程類(lèi)別較廣且施工難度大，基坑工程事故時(shí)有發(fā)生，這不僅延誤工期，還會(huì)造成巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡。2019年4月?lián)P州古運(yùn)新苑拆遷安置小區(qū)的基坑坍塌事故，造成5人死亡，1人受傷；2017年深圳福田區(qū)3號(hào)線(xiàn)3期南延工程基坑土方坍塌，造成1人受傷，3人死亡，直接經(jīng)濟(jì)損失345萬(wàn)元。因此，對(duì)深基坑工程進(jìn)行有效的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理至關(guān)重要。國(guó)內(nèi)外研究人員對(duì)基坑的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)及管理進(jìn)行了相關(guān)的研究，并取得了一定的研究成果。Choi等[1]利用可靠性原理對(duì)基坑工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。Xu[2]、Huchzermeier[3]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)分析的基坑工程管理。劉耀明等[4]將模糊綜合評(píng)價(jià)法用于EPC隧道項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。斯建寧[5]基于集對(duì)理論與模糊層次分析法構(gòu)建了深基坑風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，并通過(guò)計(jì)算驗(yàn)證了該模型的適用性。劉波等[6]建立模糊層次評(píng)價(jià)模型，通過(guò)特征根法計(jì)算不同風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重系數(shù)，再進(jìn)行敏感度分析并制定出風(fēng)險(xiǎn)控制措施。曾小明等[7]分析了某地鐵項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)源，運(yùn)用層次分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并針對(duì)不同的風(fēng)險(xiǎn)源提出了對(duì)策。周紅波等[8]利用故障樹(shù)分析法找出風(fēng)險(xiǎn)因素，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)敏感性分析確定了關(guān)鍵風(fēng)險(xiǎn)因素。黃建華等[9]基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)模糊綜合分析法對(duì)基坑的圍護(hù)工程進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。王峰等[10]采用層次分析法確定風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重，由模糊綜合評(píng)價(jià)法確定各風(fēng)險(xiǎn)因素等級(jí)，并提出針對(duì)性措施。陳紹清等[11]利用事故樹(shù)建立模型，通過(guò)層次分析法計(jì)算權(quán)重及排序，對(duì)地鐵深基坑坍塌事故進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)分析。

綜上分析，許多學(xué)者常使用層次分析法、模糊層次分析法或故障樹(shù)分析法進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以上方法有一個(gè)共同的缺點(diǎn)即主觀(guān)性較強(qiáng)。采用層次分析法解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)，判斷矩陣的構(gòu)造往往不滿(mǎn)足一致性條件，雖然很多學(xué)者提出了諸多的修正辦法，如采用特征向量、遺傳算法等優(yōu)化，使得修正后的矩陣都能滿(mǎn)足一致性條件，但不同的方法計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重不一致，甚至?xí)虿捎貌煌姆椒ㄊ沟靡恍┲笜?biāo)相互矛盾。郭亞軍[12]基于層次分析法進(jìn)行改進(jìn)而提出G1法，該方法無(wú)需構(gòu)造判斷矩陣，可避免一致性檢驗(yàn)不一致的情況發(fā)生[13]，以提高結(jié)果準(zhǔn)確度。

深基坑開(kāi)挖是一項(xiàng)復(fù)雜的工程，存在著諸多風(fēng)險(xiǎn)因素，系統(tǒng)地識(shí)別出潛在風(fēng)險(xiǎn)，至關(guān)重要，但前人在該領(lǐng)域的研究主要側(cè)重于運(yùn)用不同的方法對(duì)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，卻弱化了前期的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別。故本文將采用WBS-RBS方法將深基坑施工分解成詳細(xì)的工序并細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)因素，系統(tǒng)地識(shí)別出主要風(fēng)險(xiǎn)因素，再運(yùn)用G1法計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)值，進(jìn)而確定各工序的風(fēng)險(xiǎn)值。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

1.1 風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

由于深基坑工程結(jié)構(gòu)復(fù)雜，涉及專(zhuān)業(yè)類(lèi)型較多，影響因素也較多，故通過(guò)WBS-RBS方法將復(fù)雜的工程項(xiàng)目與風(fēng)險(xiǎn)因素分別分解成比較簡(jiǎn)單的基本單元，再將以上兩者進(jìn)行耦合，確定不同施工項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)因素。

WBS-RBS法風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的具體步驟[14]：1) 根據(jù)深基坑施工步驟分解成詳細(xì)的工序，建立WBS工作結(jié)構(gòu)；2) 以深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為依據(jù)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行分解，構(gòu)成RBS風(fēng)險(xiǎn)結(jié)構(gòu)；3) 以WBS為列，RBS為行構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別矩陣。

1.2 風(fēng)險(xiǎn)值的確定

風(fēng)險(xiǎn)值由事故發(fā)生的概率與損失相乘而得[15]，然而該公式僅是考慮事故發(fā)生概率及事故造成的損失，未考慮勞動(dòng)者與風(fēng)險(xiǎn)的密切程度。勞動(dòng)者在工作中不僅關(guān)心事件發(fā)生的概率大小及后果的嚴(yán)重性，更加關(guān)注風(fēng)險(xiǎn)是否會(huì)威脅到自身安全[16]。格雷厄姆(K.J.Graham)和金尼(G.F.Kinney)認(rèn)為進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)衡量應(yīng)將勞動(dòng)者與風(fēng)險(xiǎn)密切程度考慮在內(nèi)，故提出了一種更加全面的風(fēng)險(xiǎn)衡量方法[17]，即風(fēng)險(xiǎn)值(D)由事故發(fā)生的概率(L)、勞動(dòng)者處于風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境中的概率(E)及事故造成的損失(C)決定。

D=L·E·C

(1)

由式(1)可計(jì)算得到WBS-RBS耦合矩陣中作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)的風(fēng)險(xiǎn)值。

1.3 G1法確定權(quán)重系數(shù)

設(shè)X1，X2，…，Xm(m≥2)是經(jīng)過(guò)指標(biāo)類(lèi)型一致化和無(wú)量綱化處理的m個(gè)極大型指標(biāo)。

1) 確定序關(guān)系

按照X1>X2>…>Xm將評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行排序，相對(duì)重要的指標(biāo)排在前面。

2) 確定Xk-1與Xk間的比值

表1 賦值參考

3) 計(jì)算權(quán)重系數(shù)λk

(2)

λk-1=λk*rkk=s，s-1，…，2

(3)

公式(2)的證明見(jiàn)文獻(xiàn)[8]。

1.4 總風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算

由式(1)得到各風(fēng)險(xiǎn)因素的風(fēng)險(xiǎn)值D，通過(guò)G1法計(jì)算得到各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重系數(shù)λk，則矩陣作業(yè)單元的總風(fēng)險(xiǎn)值由下式得到：

(4)

式中：Di代表第i個(gè)作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)值；λij和Dij分別表示第i個(gè)作業(yè)單元第j種風(fēng)險(xiǎn)的權(quán)重系數(shù)及風(fēng)險(xiǎn)值；n表示第i個(gè)作業(yè)單元中的風(fēng)險(xiǎn)數(shù)量。

2 案例分析

2.1 工程概況

南寧市地鐵5號(hào)線(xiàn)的乘車(chē)站——金凱路站，其結(jié)構(gòu)形式為地下2層單柱雙跨矩形結(jié)構(gòu)，地勢(shì)起伏大，總體上西高東低，車(chē)站主體長(zhǎng)200 m，寬19.7 m，深16.8 m，地下埋設(shè)有天燃?xì)?、污水管道，基坑施工區(qū)域周?chē)?chē)流量大。完工后的的基坑及周?chē)h(huán)境如圖1所示。

1) 水文地質(zhì)條件

該地鐵站地層分布自上而下分別為：第①層為素填土，以粘性土為主，含大量砂礫，層厚1.00 m～2.80 m；第②層為粘土，局部有粉質(zhì)粘土，層厚1.00 m～3.10 m；第③層為泥巖，局部夾粉質(zhì)泥質(zhì)及粉砂巖薄巖，為古近系巖層，層厚24.4 m～29.4 m。根據(jù)勘察結(jié)果，該場(chǎng)地穩(wěn)定水位埋深在9.30 m～10.20 m。

圖1 完工后的基坑

2) 基坑排水

基坑土方開(kāi)挖前進(jìn)行坑內(nèi)降水，設(shè)有20口降水井，梅花形布置。井底位于基坑底面以下不少于3 m。管井井徑600 mm，采用Φ250 mm，t=5 mm的PVC排水管，使地下水位降至坑底0.5 m以下，四周開(kāi)挖截水溝。

3) 基坑支護(hù)

該基坑采用地下連續(xù)墻，3道支撐組成的支護(hù)體系，其中第1道為800 mm×800 mm的鋼筋混凝土支撐，第2、第3道為Φ609 mm，壁厚t=6 mm的鋼支撐，如圖2所示?；娱_(kāi)挖采用明挖法施工，遵循“先上后下、先撐后挖、分層開(kāi)挖、嚴(yán)禁超挖”的原則進(jìn)行作業(yè)。

單位：mm

2.2 WBS-RBS法風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

1) 建立WBS施工單元分解結(jié)構(gòu)。根據(jù)明挖基坑的施工流程，將該車(chē)站主體開(kāi)挖分解成5個(gè)作業(yè)單元：地下降水A1、地下連續(xù)墻施工A2、基坑開(kāi)挖A(yíng)3、地基加固A4、主體結(jié)構(gòu)施工A5。

2) 建立RBS風(fēng)險(xiǎn)因素分解結(jié)構(gòu)。深基坑開(kāi)挖涉及到不同專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域，地下管線(xiàn)繁多，該車(chē)站在開(kāi)挖過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素經(jīng)過(guò)分解如表2所示，分一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素層、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素層，共包含16個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素。用Bj(j=1，2，…，16)代表風(fēng)險(xiǎn)因素。

表2 金凱路站基坑施工風(fēng)險(xiǎn)因素

3) 構(gòu)建WBS-RBS矩陣。以WBS為列，RBS為行，建立如表3所示的矩陣。為了直觀(guān)表達(dá)不同施工階段可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)因素判斷時(shí)采用數(shù)值的方式表示，0表示該施工單元不產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)或風(fēng)險(xiǎn)值極小，其他不同的數(shù)值則表示該施工單元發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事件的風(fēng)險(xiǎn)大小。通過(guò)矩陣既可全面了解工程項(xiàng)目概況，也可清晰看到不同風(fēng)險(xiǎn)因素對(duì)各施工單元的影響程度。

2.3 確定風(fēng)險(xiǎn)值

深基坑在開(kāi)挖過(guò)程中涉及到眾多不同專(zhuān)業(yè)類(lèi)型，該工程地下管道較多，故筆者結(jié)合實(shí)際情況，采用格雷厄姆和金尼提出的LEC風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法，通過(guò)邀請(qǐng)專(zhuān)家打分確定L、E、C的取值，由式(1)計(jì)算得出風(fēng)險(xiǎn)值D。結(jié)果如表3所示。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分如表4所示，其依據(jù)見(jiàn)文獻(xiàn)[15]。

2.4 計(jì)算權(quán)重系數(shù)

筆者以基坑開(kāi)挖A(yíng)3為例來(lái)說(shuō)明該方法的應(yīng)用。根據(jù)表2建立的施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，運(yùn)用G1法確定風(fēng)險(xiǎn)因素指標(biāo)的權(quán)重，邀請(qǐng)5位專(zhuān)家根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合表2風(fēng)險(xiǎn)因素的重要度進(jìn)行排序并對(duì)rk賦值，由式(2)、式(3)計(jì)算一級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重、二級(jí)風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重及綜合權(quán)重，結(jié)果如表5所示。通過(guò)分析可知，綜合權(quán)重高的施工風(fēng)險(xiǎn)因素其風(fēng)險(xiǎn)值也高，故該模型的評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性較高。

2.5 總風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算及結(jié)果分析

由式(4)和表5中各風(fēng)險(xiǎn)因素的綜合權(quán)重及相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)值，計(jì)算得到作業(yè)單元A3的風(fēng)險(xiǎn)值Di=109.80,根據(jù)表4中的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分，屬于Ⅲ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，需要整改。結(jié)合表4及表5可以看出，基坑開(kāi)挖的主要風(fēng)險(xiǎn)如表6所示。

表3 WBS-RBS耦合矩陣

表4 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

參照作業(yè)單元A3計(jì)算流程，可得到其他作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)值及風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，如表7所示。

從表7中可知，深基坑開(kāi)挖過(guò)程中，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注地下連續(xù)墻施工A2，基坑開(kāi)挖A(yíng)3，主體結(jié)構(gòu)施工A5，而對(duì)應(yīng)的主要風(fēng)險(xiǎn)因素如表8所示。

由表7及表8可找出施工過(guò)程中存在的主要風(fēng)險(xiǎn)因素。通過(guò)對(duì)風(fēng)險(xiǎn)因素的分析與處理，可提高施工風(fēng)險(xiǎn)管理水平，有效防止事故發(fā)生。為降低深基坑開(kāi)挖造成的經(jīng)濟(jì)損失和事故發(fā)生，應(yīng)從以下幾方面加強(qiáng)管理：

表5 基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)因素權(quán)重及風(fēng)險(xiǎn)值

表6 基坑開(kāi)挖主要風(fēng)險(xiǎn)因素及預(yù)防措施

表7 各作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

表8 較高風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)作業(yè)工序的主要風(fēng)險(xiǎn)因素

1) 加強(qiáng)對(duì)施工人員的崗前培訓(xùn)、安全教育知識(shí)培訓(xùn)，提高作業(yè)人員風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)。

2) 認(rèn)真做好技術(shù)交底，嚴(yán)格作業(yè)人員按圖紙施工。

3) 強(qiáng)化監(jiān)理單位的監(jiān)理責(zé)任，加強(qiáng)基坑監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)束語(yǔ)

1) 采用WBS-RBS耦合矩陣分析法，使得風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別指標(biāo)更加全面、詳細(xì)。

2) 利用G1法計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重值，可有效將定性分析和定量評(píng)價(jià)相融合，減少了計(jì)算量及主觀(guān)因素，并大大提高了計(jì)算的可靠度。

3) 通過(guò)在實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用，表明運(yùn)用該模型進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)有效可行，可供今后深基坑開(kāi)挖風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別與評(píng)價(jià)參考。