深基坑生命周期安全性評(píng)價(jià)概念的提出

周志堅(jiān)

（武漢科技大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

1 深基坑工程安全性評(píng)價(jià)方法存在的主要問(wèn)題

土木工程基坑開(kāi)挖與支護(hù)工期長(zhǎng)、施工技術(shù)難度大、現(xiàn)場(chǎng)施工條件復(fù)雜、對(duì)環(huán)境影響控制要求高以及所涉及問(wèn)題的復(fù)雜性和高不確定性等特點(diǎn)。因此，深基坑工程可以說(shuō)是一項(xiàng)高風(fēng)險(xiǎn)工程。隨著社會(huì)生產(chǎn)力的提高和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模和復(fù)雜性日益增大，風(fēng)險(xiǎn)導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)的損失也隨之增大，甚至成為工程成敗的關(guān)鍵。

巖土工程可靠性研究在我國(guó)始于20世紀(jì)70年代末期。近幾年來(lái)，有關(guān)深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)安全評(píng)價(jià)理論和方法越來(lái)越多，在研究開(kāi)挖引起差異沉降的一般方法及安全性判定方法研究的基礎(chǔ)上[1][2]，一些學(xué)者提出了安全性評(píng)價(jià)中的風(fēng)險(xiǎn)值與風(fēng)險(xiǎn)標(biāo)評(píng)價(jià)指標(biāo)[3]，通過(guò)專(zhuān)家調(diào)查法對(duì)基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)分析[2]，利 用 故 障 樹(shù) 分 析 法 分 析 基 坑 工 程[4][5]，并 用 布 爾 代 數(shù) 法 計(jì)算基坑工程失效概率[6]。還有將可信性方法引入到深基坑工程的風(fēng)險(xiǎn)分 析[7]。

（1）沒(méi)有公認(rèn)統(tǒng)一深基坑工程安全性評(píng)價(jià)的方法。雖然近年來(lái)進(jìn)行了大量風(fēng)險(xiǎn)定量分析方法的研究，并且也做了許多工作，取得了一些成果，但距離真正的風(fēng)險(xiǎn)定量分析仍然還有一定的距離。

（2）目前安全性評(píng)價(jià)理論主要應(yīng)用在深基坑工程的施工階段。學(xué)者們雖然對(duì)深基坑工程安全性評(píng)價(jià)做了大量的研究，但是研究成果主要還是對(duì)深基坑施工階段安全性評(píng)價(jià)的應(yīng)用。因?yàn)樯罨庸こ贪碧?，設(shè)計(jì)，施工和使用這四個(gè)工程階段，每個(gè)工程階段都存在著安全性問(wèn)題。

（3）在深基坑施工階段安全評(píng)價(jià)中，沒(méi)有建立完善的安全評(píng)價(jià)的風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)案體系和風(fēng)險(xiǎn)管理的流程。在從事深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理項(xiàng)目時(shí)，主要側(cè)重于對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的識(shí)別和估計(jì)，對(duì)工程中的某一階段或某一部分進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)估計(jì)，得到風(fēng)險(xiǎn)值，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值進(jìn)行排序。其次，在進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的過(guò)程中，只是憑著現(xiàn)有資料和人為取舍來(lái)確定采用何種評(píng)估方法，其結(jié)果缺乏可比性和科學(xué)性。

以上的問(wèn)題突出地反映出我國(guó)在深基坑工程安全性評(píng)價(jià)方面仍處于相對(duì)落后的局面，隨著國(guó)家建設(shè)規(guī)模不斷加大，深基坑工程量和規(guī)模也將增多增大，無(wú)論業(yè)主還是施工方都面臨著日益增加地深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)管理問(wèn)題。因此急需加強(qiáng)對(duì)深基坑工程風(fēng)險(xiǎn)分析方法及管理對(duì)策的研究。

2 深基坑工程LCSA概念的提出

生命周期的概念源自于生物學(xué)。作為嚴(yán)格的生物學(xué)概念，是指具有生命現(xiàn)象的有機(jī)體從出生、成長(zhǎng)、到成熟衰老直至死亡的真?zhèn)€過(guò)程。生物的生命周期共有3個(gè)特征：首先，生命周期是一個(gè)有限的時(shí)間過(guò)程；其次，生命周期具有階段性；一個(gè)完整的生命周期包括出生、成長(zhǎng)、成熟、衰老、死亡五個(gè)階段；第三，生物在整個(gè)生命周期過(guò)程中都會(huì)與外界的環(huán)境進(jìn)行物質(zhì)、能量的交換。隨著社會(huì)發(fā)展與學(xué)科間的融合，生命周期概念逐步引入到經(jīng)濟(jì)、管理、社會(huì)組織和環(huán)境等其他領(lǐng)域，并衍生出一系列基于生命周期思想的理論和研究方法。

安全評(píng)價(jià)應(yīng)貫穿于深基坑工程與系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行和退役整個(gè)生命周期的各個(gè)階段。從此定義可以看出：安全評(píng)價(jià)的目的是為了找出存在的危險(xiǎn)及可能產(chǎn)生的后果；在此基礎(chǔ)上應(yīng)提出相應(yīng)的安全對(duì)策;并且貫穿于工程的各個(gè)階段。但是目前各種安全評(píng)價(jià)的方法存在很大的缺陷。一般安全評(píng)價(jià)的方法對(duì)工程的安全性評(píng)價(jià)是局部、階段性的，主要是對(duì)施工階段的安全性評(píng)價(jià)，缺少對(duì)整個(gè)生命周期（即從搖籃到墳?zāi)梗┌踩栽u(píng)價(jià)。需要對(duì)現(xiàn)有深基坑工程安全性評(píng)價(jià)方法進(jìn)行改進(jìn)。

筆者對(duì)深基坑安全因素分析的基礎(chǔ)上，提出深基坑工程生命周期安全性評(píng)價(jià)的概念。生命周期安全性評(píng)價(jià)（Life Cycle Safety Assessment，LCSA）是對(duì)整個(gè)深基坑工程或深基坑工程某項(xiàng)生產(chǎn)活動(dòng)從可行性研究、勘探、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工和使用到最終處置即整個(gè)生命周期（即從搖籃到墳?zāi)梗┌踩宰鞒龇治雠c評(píng)價(jià)。

3 生命周期安全評(píng)價(jià)的目的

生命周期安全評(píng)價(jià)的目的是查找、分析和預(yù)測(cè)深基坑工程中存在的危險(xiǎn)、有害因素及可能導(dǎo)致的危險(xiǎn)、危害后果和程度，提出合理可行的安全對(duì)策措施，指導(dǎo)危險(xiǎn)源監(jiān)控和事故預(yù)防，以達(dá)到最低事故率、最少損失和最優(yōu)的安全投資效益。

（1）提高系統(tǒng)本質(zhì)安全化程度。通過(guò)生命周期安全評(píng)價(jià)，對(duì)深基坑工程的設(shè)計(jì)、建設(shè)、使用等過(guò)程中存在的事故和事故隱患進(jìn)行系統(tǒng)分析，針對(duì)事故和事故隱患發(fā)生的可能原因事件和條件，提出消除危險(xiǎn)的最佳技術(shù)措施方案，特別是從設(shè)計(jì)上采取相應(yīng)措施，設(shè)置多重安全屏障，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的本質(zhì)安全化，做到即使發(fā)生誤局部錯(cuò)誤操作或局部故障時(shí)，深基坑工程存在的危險(xiǎn)因素也不會(huì)導(dǎo)致重大事故發(fā)生。

（2）實(shí)現(xiàn)全過(guò)程安全控制。在深基坑工程設(shè)計(jì)前進(jìn)行生命周期安全評(píng)價(jià)，可避免選用不安全的工藝流程和危險(xiǎn)的原材料以及不合適的設(shè)備、設(shè)施，避免安全設(shè)施不符合要求或存在缺陷，并提出降低或消除危險(xiǎn)的有效方法。系統(tǒng)設(shè)計(jì)后進(jìn)行生命周期安全評(píng)價(jià)，可查出設(shè)計(jì)中的缺陷和不足，及早采取改進(jìn)和預(yù)防措施。深基坑工程建成后進(jìn)行生命周期安全評(píng)價(jià)，可了解深基坑工程的現(xiàn)實(shí)危險(xiǎn)性，為進(jìn)一步采取降低險(xiǎn)性的措施提供依據(jù)。

（3）建立系統(tǒng)安全的最優(yōu)方案，為決策提供依據(jù)。通過(guò)生命周期安全評(píng)價(jià)，可確定深基坑工程存在的危險(xiǎn)源及其分布部位、數(shù)目，預(yù)測(cè)系統(tǒng)發(fā)生事故的概率及其嚴(yán)重度，進(jìn)而提出應(yīng)采取的安全對(duì)策措施等。決策者可以根據(jù)評(píng)價(jià)結(jié)果選擇深基坑工程安全最優(yōu)方案和進(jìn)行管理決策。

（4）為實(shí)現(xiàn)安全技術(shù)、安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化和科學(xué)化創(chuàng)造條件。通過(guò)對(duì)設(shè)備、設(shè)施或系統(tǒng)在生產(chǎn)過(guò)程中的生命周期安全性是否符合有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范相關(guān)規(guī)定的評(píng)價(jià)，對(duì)照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范找出存在的問(wèn)題和不足，實(shí)現(xiàn)安全技術(shù)和安全管理的標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化。

4 基坑工程LCSA的特點(diǎn)

（1）生命周期安全性評(píng)價(jià)面向的是整個(gè)工程系統(tǒng)。整個(gè)工程系統(tǒng)是指基坑工程的可行性研究、勘探、初步設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、施工和使用到終處置的全過(guò)程。生命周期安全性評(píng)價(jià)對(duì)工程系統(tǒng)的每個(gè)階段都視為其評(píng)價(jià)對(duì)象。從工程系統(tǒng)角度，以往的安全性評(píng)價(jià)焦點(diǎn)常常局限在施工階段和使用階段，而忽視了可行性研究階段，勘探階段等。一些綜合性的安全性評(píng)價(jià)結(jié)果表明，重大的安全壓力與工程系統(tǒng)的各個(gè)階段環(huán)節(jié)有密切有關(guān)系。從以施工安全評(píng)價(jià)向全過(guò)程的生命周期評(píng)價(jià)是深基坑工程安全評(píng)價(jià)發(fā)展的必然要求。

（2）生命周期安全性評(píng)價(jià)是對(duì)一項(xiàng)工程“從搖籃到墳?zāi)埂钡娜^(guò)程的評(píng)價(jià)。生命周期安全性評(píng)價(jià)對(duì)整個(gè)工程系統(tǒng)從可行性研究階段到最終處置階段的生命周期有關(guān)的質(zhì)量安全問(wèn)題的全過(guò)程進(jìn)行分析，先從每個(gè)階段來(lái)找質(zhì)量不安全的因素以及解決的方法；然后，綜合各種因素分析，運(yùn)用合理的安全評(píng)價(jià)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。這樣綜合地考慮了成本造價(jià)、資源利用、工藝水平、環(huán)境影響和質(zhì)量安全等問(wèn)題。

（3）生命周期安全性評(píng)價(jià)是一種系統(tǒng)性的、定量化的評(píng)價(jià)的方法。生命周期安全性評(píng)價(jià)以系統(tǒng)的思維方式去評(píng)價(jià)基坑工程整個(gè)生命周期中每個(gè)環(huán)節(jié)中所需要注意的各種安全問(wèn)題，定量評(píng)價(jià)這些安全問(wèn)題因素在整個(gè)安全體系中重要性的比重指標(biāo)。通過(guò)這些比重指標(biāo)，準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)其安全等級(jí)，提高安全概率，保證深基坑工程的安全。

（4）生命周期安全性評(píng)價(jià)是一種充分考慮了環(huán)境影響的評(píng)價(jià)方法。生命周期安全性評(píng)價(jià)注重研究系統(tǒng)在自然資源的影響、非生命生態(tài)系統(tǒng)的影響和人類(lèi)健康影響領(lǐng)域內(nèi)的環(huán)境影響，從這些分散的環(huán)境影響因素找出影響評(píng)價(jià)各種因素指標(biāo)，運(yùn)用一定的計(jì)算模型進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。在進(jìn)行深基坑工程生命周期安全評(píng)價(jià)時(shí)，通過(guò)這些影響指標(biāo)可以清楚地考慮了環(huán)境的影響因素，做到對(duì)環(huán)境影響降低到最低水平。

（5）生命周期安全性評(píng)價(jià)是一種開(kāi)放性的評(píng)價(jià)體系。生命周期安全性評(píng)價(jià)是開(kāi)放性的體系，其方法論也是持續(xù)改進(jìn)、不斷進(jìn)步的。生命周期安全性評(píng)價(jià)涉及到數(shù)學(xué)、化學(xué)、物理、統(tǒng)計(jì)學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)、生態(tài)學(xué)和環(huán)境學(xué)等知識(shí)和理論。所以自然學(xué)科和管理學(xué)科中的先進(jìn)理論成果都可以借鑒和吸收，都可以作為其安全性評(píng)價(jià)理的知識(shí)和理論。

5 結(jié)語(yǔ)

LCSA將是一種在深基坑工程安全性評(píng)價(jià)方面具有巨大潛力的安全、嶄新的影響評(píng)價(jià)理論工具，它是對(duì)深基坑工程的整個(gè)生命周期過(guò)程的設(shè)計(jì)、施工、使用安全和環(huán)境影響等多方面的信息綜合考慮，在保證質(zhì)量安全的情況下可提出環(huán)境安全負(fù)荷改善的措施和建議，具有可持續(xù)發(fā)展的特征。雖然由于LCSA本身處在研究的初級(jí)階段，還沒(méi)有看到發(fā)揮它應(yīng)有的作用，但隨著研究的深入，其理論不斷地完善，LCSA一定會(huì)成為深基坑工程安全評(píng)價(jià)的新工具。

[1]楊國(guó)偉.深基坑及其鄰近建筑保護(hù)研究[D]上海：同濟(jì)大學(xué)，2001.

[2]高文華，楊林德，沈蒲生.基坑變形預(yù)測(cè)與周?chē)h(huán)境保護(hù)[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)，2001，（4）：555-559.

[3]陳龍.軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工期風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)價(jià)研究[D].上海：同濟(jì)大學(xué)，2004.