陸婷 LU Ting

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湘潭 411100；中南大學(xué)，長沙 410083）

0 引言

地下綜合管廊的建設(shè)是新型城市發(fā)展的大勢所趨，是新型城鎮(zhèn)化進(jìn)程實施推進(jìn)的重要舉措。相對于其他工程的深基坑施工，城市地下綜合管廊深基坑支護(hù)工程由于對周圍環(huán)境環(huán)保要求較高、地處城市繁華地段對于變形控制要求嚴(yán)格等特點(diǎn)，一直屬于綜合管廊項目管理中風(fēng)險較大、難度較高的施工環(huán)節(jié)，也是地下綜合管廊施工管理過程中事故頻出的節(jié)點(diǎn)之一。目前，國內(nèi)外在地下綜合管廊深基坑施工管理研究領(lǐng)域，針對深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)選型方法的研究較多，但基于深基坑開挖節(jié)點(diǎn)和風(fēng)險因素的較少；單純依靠BIM 技術(shù)進(jìn)行施工模擬建模分析的研究不少，但結(jié)合數(shù)值方法對確定新風(fēng)險指標(biāo)的研究與深基坑支護(hù)施工進(jìn)行實時動態(tài)風(fēng)險管理的較少。因此，為了更好地識別地下綜合管廊深基坑支護(hù)風(fēng)險，文章提出了基于AHP 構(gòu)建風(fēng)險評價指標(biāo)體系并采用BIM 平臺進(jìn)行集成管理地下綜合管廊支護(hù)風(fēng)險的研究思路，旨在為城市地下綜合管廊的深基坑支護(hù)施工管理提出更為科學(xué)有效、提質(zhì)降本的風(fēng)險管理實施方案。

1 基于AHP 建立地下綜合管廊深基坑支護(hù)安全風(fēng)險評價方法

1.1 構(gòu)造判斷矩陣aij

式中：aij為風(fēng)險因素Xi、Xj的重要性之比，；1、3、5、7、9 表示因素Xi比因素Xj同等、略微、明顯、強(qiáng)烈、極端重要。

1.2 計算指標(biāo)權(quán)重

文章選取特征向量法計算指標(biāo)權(quán)重，具體操作如下：

式中：特征向量對應(yīng)的是n 個風(fēng)險因素的權(quán)重。

1.3 進(jìn)行一致性檢驗

首先，計算CI 一致性指標(biāo)：

其次，查找隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見表1。

表1 平均隨機(jī)一致性指標(biāo)

最后，計算一致性比率CR：

當(dāng)CR 小于0.1 時，矩陣一致性檢驗通過，否則在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修正。

2 地下綜合管廊深基坑支護(hù)安全風(fēng)險評價AHP 應(yīng)用實例

文章以C 市地下綜合管廊項目為例，該項目位于湘府路濱河段，管廊布置在繁華主干道路北側(cè)綠化帶下，管廊共長2.96 千米。管廊斷面形式為三艙，內(nèi)部凈空尺寸為（2.7 米+2.95 米+1.9 米）*3 米，施工現(xiàn)場周邊毗鄰高層建筑物。

2.1 識別深基坑支護(hù)安全風(fēng)險影響因素

本項目所處位置為地面交通繁忙的主干道，周邊動載較大，基坑開挖深度范圍內(nèi)以粗砂、卵石層為主，地層地質(zhì)情況一般，存在著圍護(hù)結(jié)構(gòu)透水、基坑失穩(wěn)等風(fēng)險。通過項目實地調(diào)查、專家調(diào)研，并參考了理論文獻(xiàn)和深基坑常見風(fēng)險事故等資料，形成了本項目適用的深基坑支護(hù)安全風(fēng)險評價的指標(biāo)體系。具體見表2。

表2 地下綜合管廊深基坑支護(hù)安全風(fēng)險評價指標(biāo)體系

2.2 確定地下管廊深基坑支護(hù)風(fēng)險因素的層次排序指標(biāo)權(quán)重并進(jìn)行一致性檢驗

邀請10 位工程專家及同類工程經(jīng)驗豐富的施工人員出具評判意見，采用1-9 標(biāo)度法對準(zhǔn)則層及指標(biāo)層的風(fēng)險因素進(jìn)行打分，得到判斷矩陣，并進(jìn)行一致性檢驗，繼而對該項目的各類風(fēng)險因素進(jìn)行評級。本項目深基坑支護(hù)風(fēng)險判斷矩陣見表3。

表3 項目深基坑支護(hù)風(fēng)險判斷矩陣

2.3 結(jié)果分析及風(fēng)險防范措施

計算特征向量相對權(quán)重見表4。

表4 深基坑支護(hù)風(fēng)險評價層次總排序指標(biāo)權(quán)重

①由表4 可知，施工風(fēng)險X2對本項目影響最大，此指標(biāo)的四個二級指標(biāo)中影響力從大到小為：圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工技術(shù)風(fēng)險X24、支護(hù)不及時X23、土方開挖X21、圍護(hù)結(jié)構(gòu)透水引起的事故風(fēng)險X22，特征向量權(quán)重均大于0.1。因此，現(xiàn)場管理中，應(yīng)嚴(yán)格把握圍護(hù)結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量，切實落實技術(shù)質(zhì)量責(zé)任制，遵循“分層開挖、先撐后挖、隨挖隨支”的準(zhǔn)則，及時支護(hù)，避免違規(guī)操作。澆筑樁體、地下連續(xù)墻的混凝土強(qiáng)度必須達(dá)到設(shè)計要求，重點(diǎn)監(jiān)測好圍護(hù)結(jié)構(gòu)形變、支撐內(nèi)力、基坑內(nèi)外地下水位、地下管線滲漏情況等，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄分析與風(fēng)險預(yù)測。②影響其次的是管理風(fēng)險X1，該指標(biāo)的二級指標(biāo)中設(shè)計風(fēng)險X12、勘察風(fēng)險X11影響相對較大（特征向量權(quán)重分別為0.0825、0.0811）；人員安全意識風(fēng)險X13、交叉施工風(fēng)險X15、組織協(xié)調(diào)及應(yīng)急能力風(fēng)險X14影響相對較?。ㄌ卣飨蛄繖?quán)重分別為0.0627、0.0622、0.06171）。勘察設(shè)計出現(xiàn)問題對深基坑支護(hù)的影響主要存在于設(shè)計圖紙與現(xiàn)場施工情況不完全符合，造成設(shè)計可能達(dá)不到既定的受力要求，這就更需要施工方做好施工現(xiàn)場的深基坑結(jié)構(gòu)受力監(jiān)測，有疑義之處及時與監(jiān)理、勘察設(shè)計方進(jìn)行溝通，及時發(fā)現(xiàn)風(fēng)險源頭進(jìn)行防控。③環(huán)境因素風(fēng)險X3是三個一級指標(biāo)中影響最小的，附近環(huán)境擾動風(fēng)險X33、不良地質(zhì)條件風(fēng)險X32、自然災(zāi)害和不可抗力風(fēng)險X31的影響遞減（特征向量權(quán)重分別為0.0781、0.0682、0.04040）。環(huán)境因素風(fēng)險中，應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)關(guān)注附近環(huán)境擾動風(fēng)險，對周邊距離建筑物較近的基坑邊緣及附近擾動土層進(jìn)行技術(shù)處理加固；探查基坑周邊的管線，對基坑周圍管線進(jìn)行保護(hù)。

3 建立基于BIM 的AHP 風(fēng)險管理信息系統(tǒng)

在深基坑結(jié)構(gòu)支護(hù)施工過程中，使用BIM 技術(shù)進(jìn)行現(xiàn)場管理，不僅能加強(qiáng)業(yè)主方、勘察設(shè)計方、施工監(jiān)理方的技術(shù)交流與協(xié)同，也能讓現(xiàn)場的施工管理方更好地進(jìn)行精細(xì)化管理，把控風(fēng)險、預(yù)防事故。

3.1 創(chuàng)建深基坑BIM 三維模型

首先可利用主流BIM 軟件如Revit 軟件對項目進(jìn)行BIM 三維建模：先進(jìn)行參數(shù)化族庫的創(chuàng)建，為深基坑的各類結(jié)構(gòu)構(gòu)件的創(chuàng)建打好基礎(chǔ)；再分別進(jìn)行周邊環(huán)境建模、地質(zhì)建模和項目主體建模。項目主體模型應(yīng)包括管廊主體結(jié)構(gòu)、各個獨(dú)立分艙，且模型精度等級必須達(dá)到LOD300以上（住建部《建筑工程施工信息模型應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 51235-2017）。為了更好地反應(yīng)深基坑支護(hù)的施工全過程，BIM 模型應(yīng)該細(xì)化到鋼筋混凝土支撐建模、圍護(hù)結(jié)構(gòu)地下連續(xù)墻建模、格構(gòu)柱建模等，必要時可結(jié)合具體項目對BIM 模型進(jìn)行深化和二次開發(fā)。

3.2 搭設(shè)BIM 集成信息平臺

完成BIM 三維模型后，進(jìn)一步集成各方數(shù)據(jù)，搭設(shè)BIM 集成信息平臺。地下綜合管廊施工涉及到的技術(shù)方案復(fù)雜、交叉施工多、參與人員眾多，BIM 集成信息平臺與云計算技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)項目生命周期各個階段的全程管理與應(yīng)用整合，除最核心的施工模擬（生成施工模擬動畫視頻、VR 體驗施工現(xiàn)場等）、物資管理（物資材料二維碼溯源追蹤與出入庫等）、進(jìn)度管理（實時監(jiān)控計劃進(jìn)度與實際進(jìn)度差值等）、現(xiàn)場施工質(zhì)量管理（施工平面布置、可視化施工安全交底等）、成本管理（BIM5D 實時成本管控）、安全管理之外，還可以集成GIS 攝影數(shù)據(jù)，形成包括業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、報表數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)的項目工程信息數(shù)據(jù)庫。

3.3 BIM 集成平臺嵌入兩個業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行風(fēng)險管控

為了更便于項目管理方管控施工風(fēng)險，除BIM5D 常規(guī)核心功能外，在深基坑支護(hù)BIM 信息平臺上可再嵌入兩個模塊：深基坑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊、深基坑支護(hù)風(fēng)險分析評估模塊。

3.3.1 深基坑結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)監(jiān)測模塊 通過在施工現(xiàn)場設(shè)置傳感設(shè)備及人工儀器檢測等方式，選取基坑周邊合適的觀測點(diǎn)位，統(tǒng)計不同工況下的項目周邊環(huán)境安全、巖土勘測、支護(hù)結(jié)構(gòu)形變、裂縫、位移、工程材料管理等實際觀測數(shù)據(jù)，并將其錄入系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，再進(jìn)行數(shù)值分析、模擬計算與狀態(tài)實時監(jiān)控。鑒于BIM 技術(shù)的可視性，項目管理方通過BIM 平臺，能采用觀察模型的方式，實時監(jiān)測施工現(xiàn)場各部位的數(shù)據(jù)信息。不同的構(gòu)件在BIM 模型中也都有獨(dú)立的編碼可定位和查詢。通過對實測數(shù)值與BIM 平臺模擬數(shù)值的比較，施工方可預(yù)測基坑及支護(hù)變形發(fā)展，通過結(jié)果來預(yù)估基坑事故易發(fā)時間點(diǎn)和支護(hù)薄弱點(diǎn)，指導(dǎo)工程安全進(jìn)行。通過實時監(jiān)測，施工方也可以科學(xué)地分析數(shù)值優(yōu)選支護(hù)方案的實際效果，及時調(diào)整施工方案。

當(dāng)施工現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)高于閾值時候，BIM平臺可自動發(fā)出預(yù)警提示信息，這也將成為風(fēng)險分析模塊風(fēng)險因素識別的依據(jù)。BIM 平臺的監(jiān)測數(shù)據(jù)預(yù)警機(jī)制可以實現(xiàn)對關(guān)鍵技術(shù)施工環(huán)節(jié)、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)、高頻出現(xiàn)事故施工環(huán)節(jié)的重點(diǎn)監(jiān)控，能有效地識別風(fēng)險源頭，及早進(jìn)行干預(yù)，防止風(fēng)險擴(kuò)大，確保風(fēng)險處于可控狀態(tài)之中。

3.3.2 深基坑支護(hù)風(fēng)險分析模塊 深基坑支護(hù)風(fēng)險分析模塊則是提供風(fēng)險分析的功能，施工方可在BIM 平臺數(shù)據(jù)庫各方信息（包括數(shù)據(jù)預(yù)警信息）基礎(chǔ)上，綜合專家、施工經(jīng)驗豐富技術(shù)人員的意見，錄入風(fēng)險因素指標(biāo)，平臺可按照上文中所述的層次分析法自動構(gòu)建判斷矩陣并進(jìn)行一致性檢驗，給出風(fēng)險因素相對權(quán)重，為施工方提供深基坑支護(hù)風(fēng)險監(jiān)測參考。施工方可通過風(fēng)險分析評估結(jié)果，對施工方案進(jìn)行調(diào)整、對管理措施進(jìn)行優(yōu)化，發(fā)現(xiàn)問題并第一時間進(jìn)行整改。通過整改措施，降低安全風(fēng)險，并更新BIM 平臺結(jié)構(gòu)監(jiān)測數(shù)據(jù)，如此反復(fù)循環(huán)，再進(jìn)行下一輪的風(fēng)險分析，以形成實時的、動態(tài)的長效監(jiān)控機(jī)制閉環(huán)?；贐IM 的AHP 風(fēng)險管理信息管理系統(tǒng)的具體路徑如圖1 所示。

圖1 深基坑BIM 信息管理系統(tǒng)工作路徑圖

4 結(jié)語

影響地下綜合管廊深基坑支護(hù)安全的風(fēng)險因素非常多，錯綜復(fù)雜。項目所選取的支護(hù)方案不同、項目所處于的施工環(huán)境不同、項目的設(shè)計和施工單位技術(shù)實力不同，都會成為影響深基坑支護(hù)安全的不穩(wěn)定因素。文章所構(gòu)建的一套基于BIM 和AHP 進(jìn)行地下管廊深基坑風(fēng)險分析評估信息系統(tǒng)，可針對不同的項目構(gòu)建安全風(fēng)險指標(biāo)評價體系，對地下綜合管廊深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)風(fēng)險因素進(jìn)行實時評估分析，并得到相應(yīng)的技術(shù)與管理對策，可更有效率地為地下綜合管理深基坑支護(hù)項目管理方提供建議與參考。