基于生命周期評價的深基坑支護(hù)方案選擇的探討

裴堯堯

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

1 概述

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種臨時性結(jié)構(gòu)，在保證基坑自身以及臨近工程環(huán)境安全的前提下必須考慮其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性[1]。當(dāng)前國內(nèi)深基坑工程己有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了許多深基坑施工的新技術(shù)，取得了較大進(jìn)步，如地下連續(xù)墻、排樁支護(hù)、錨固支護(hù)、深層攪拌支護(hù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)、逆做法施工等等。支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇都要結(jié)合土質(zhì)條件、基坑深度、地下水情況等因地制宜的實(shí)施，應(yīng)該根據(jù)不同支護(hù)類型的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件，科學(xué)合理地選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案。常規(guī)設(shè)計下最重要的控制條件是基坑的穩(wěn)定性、地面變性的控制、環(huán)境因素、地下水的控制[2]。但大多情況下支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇都忽略了能源的過度消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此，本文引入生命周期評價（LCA）理論，嘗試從技術(shù)、能源、經(jīng)濟(jì)等角度全面的分析，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇、改善優(yōu)化設(shè)計提出更高更合理的要求，做到環(huán)境能耗低，污染少，實(shí)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一項重大舉措，對構(gòu)建節(jié)約型社會、國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有長遠(yuǎn)的意義。

2 生命周期評價（LCA）的概念和引入

生命周期評價（LCA）是國際上評價一個產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期階段——從原材料的提取和加工，到產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、市場營銷、使用、再使用到產(chǎn)品維護(hù)，直至再循環(huán)到最終處置對環(huán)境影響的工具。LCA的特點(diǎn)在于：它是一種全過程評價，涉及產(chǎn)品或行為的原材料采集、加工、產(chǎn)品制造、使用消費(fèi)、回收利用以及廢物處理全部生命周期；它是一種系統(tǒng)的、定量化的評價，以系統(tǒng)的思維來研究產(chǎn)品或行為在整個生命周期中對環(huán)境產(chǎn)生的影響量物質(zhì)和的使用以及所釋放物質(zhì)對環(huán)境的影響，辨識和評價改善環(huán)境影響的機(jī)會；它是一種充分重視環(huán)境影響的評價，強(qiáng)調(diào)分析產(chǎn)品或行為在其生命周期各個階段中對環(huán)境產(chǎn)生的影響，包括能源利用、土地占用、以及環(huán)境污染等等，最后以總量形式來反映產(chǎn)品或行為的環(huán)境影響；它是一種開放性的評價，生命周期評價是先進(jìn)的環(huán)境管理思想，只要有助于實(shí)現(xiàn)這種思想，任何方法都為其所用。

若將深基坑支護(hù)工程作為一種有持續(xù)意義的建筑產(chǎn)品，不同的支護(hù)方案對能源、環(huán)境影響有不同的效應(yīng)，那么LCA就是在對同一工程不同支護(hù)方案整個生命周期中對其有關(guān)的各類技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境信息進(jìn)行匯集、分析和評價的一種系統(tǒng)方法。

3 LCA在深基坑支護(hù)方案選擇中的應(yīng)用

將生命周期評價運(yùn)用于針對深基坑支護(hù)能耗和對環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，從其設(shè)計、施工、使用、維護(hù)到廢棄，從節(jié)能環(huán)保這兩個準(zhǔn)則出發(fā)對支護(hù)方案進(jìn)行對比評價，選擇資源消耗低、壞境影響小的友好型支護(hù)或?qū)σ堰x支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。目前，深基坑支護(hù)方案選擇的LCA案列非常的少，國內(nèi)幾乎沒有。

3.1 生命周期評價的技術(shù)框架

圖1為深基坑方案選擇的LCA技術(shù)框架，一個完整的LCA評價框架分為目的與范圍的確定、清單分析、影響評價和改善評價四個階段。LCA的最終目標(biāo)是通過確定產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)荷，比較產(chǎn)品的環(huán)境性能優(yōu)劣，可對產(chǎn)品重新進(jìn)行設(shè)計，或者做方案對比，在以上基礎(chǔ)上不斷完善和改進(jìn)。

圖1 深基坑支護(hù)方案選擇的LCA技術(shù)框架圖

3.2 深基坑支護(hù)方案選擇的生命周期評價（LCA）

（1）目的和范圍的確定。目的和范圍的確定是為開展LCA研究提供一個初步計劃，它說明開展LCA的目的和意圖、研究結(jié)果的可能應(yīng)用領(lǐng)域，確定LCA的研究范圍、保證研究的廣度、深度與要求的目標(biāo)一致。深基坑支護(hù)方案選擇的LCA評價目標(biāo)就是讓深基坑支護(hù)設(shè)計者明確使用生命周期評價方法的目的，或者根據(jù)生命周期評價的結(jié)果確定如何進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計或改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、節(jié)能、環(huán)保三方面的最優(yōu)化配置組合。深基坑支護(hù)類型選擇的生命周期評價的評價內(nèi)容，將其按照功能分析的方法劃分為若干功能單元，選擇與環(huán)境相關(guān)的主要功能部件通常包括設(shè)計單位、施工管理單位、維護(hù)監(jiān)測單位等進(jìn)行評價。將評價結(jié)果進(jìn)行對比，選擇能源環(huán)境友好型支護(hù)方案，并在此基礎(chǔ)上做出優(yōu)化和改善評價。

（2）清單分析。清單分析是生命周期評價的核心和關(guān)鍵，是量化和評價所研究的產(chǎn)品、工藝或活動整個生命周期階段資源和能量使用以及環(huán)境釋放的過程。是對產(chǎn)品、工藝過程或者活動等研究對象整個生命周期階段的能源使用以及向環(huán)境排放廢物等進(jìn)行定量分析的技術(shù)過程。一旦產(chǎn)品的LCA評價目標(biāo)和范圍確定以后，針對產(chǎn)品的整個生命周期，詳細(xì)列出各個階段（前期勘察和設(shè)計、建設(shè)施工、施工管理、維護(hù)監(jiān)測）的各種輸入輸出清單。對每一種支護(hù)方案模型建立功能單元樹和生命周期過程流程圖，以及建立他們之間的關(guān)系。

（3）影響評價。影響評價是對清單分析中環(huán)境影響做定量或定性的描述和評價，由三部分組成：影響分析、特征化和量化評價。其目的是根據(jù)清查分析后說提供的物料、能源消耗數(shù)據(jù)以及各種排放數(shù)據(jù)對產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響進(jìn)行評估。列出表1。

表1 深基坑支護(hù)方案主要階段影響評價

（4）改善評價。①通過使用生命周期評價方法，同時依據(jù)專業(yè)人員的判斷和獲得的數(shù)據(jù)來獲取相關(guān)影響因素的篩選步驟，估計最優(yōu)化支護(hù)類型生命周期中具體階段可能產(chǎn)生的影響，制定相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。②利用生命周期評價方法，可識別出產(chǎn)品或活動在能源消耗、環(huán)境污染方面的不足之處，對具體環(huán)節(jié)做出改善和優(yōu)化。③方案的比選，列出同一工程的多種可行方案，利用清單分析中的信息、影響評價中的結(jié)果，細(xì)節(jié)到各個環(huán)節(jié)，找出設(shè)計方案的優(yōu)缺點(diǎn)，做出綜合評判，做出可行性改進(jìn)。

4 LCA對深基坑支護(hù)方案選擇應(yīng)用的思考

作為新的環(huán)境管理工具和預(yù)防性的壞境保護(hù)手段，LCA主要應(yīng)用在通過確定和定量化研究能量和物質(zhì)利用及廢棄物的環(huán)境排放來評估一個產(chǎn)品、工序和生產(chǎn)活動造成的環(huán)境負(fù)荷，評價能源、材料利用和廢物排放的影響及評價工具改善的方法。將其引入深基坑支護(hù)方案選擇的應(yīng)用中，必然對工程的各個方面提出新的要求：①新技術(shù)、新工藝，考慮再生能源及其它設(shè)備的使用問題。②綜合考慮勘察施工、施工管理、監(jiān)測維護(hù)等因素。③選擇經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能設(shè)計、有效利用能源、盡量降低施工工程中的能源消耗。④施工工程中同樣要做到污染少、耗能少、人力資源充分發(fā)揮利用。⑤加強(qiáng)對周邊環(huán)境影響最小的管理，合理處理固、液、氣廢物，盡量做到廢物循環(huán)利用。⑥設(shè)備的管理更加科學(xué)有效化，延長其使用壽命。

5 存在的問題和展望

5.1 存在的問題

在項目工程實(shí)施的方法上存在不少問題，比如系統(tǒng)邊界的設(shè)置、數(shù)據(jù)收集渠道和影響類型的不確定和主觀性；用于清單分析和評價環(huán)境影響的模型的局限性；數(shù)據(jù)收集完整以及準(zhǔn)確性都難以琢磨，權(quán)重因子的不模糊性，且數(shù)據(jù)資料極為龐大，步驟冗繁復(fù)雜，工程量大，資金消耗多、時間花費(fèi)長。

5.2 未來研究展望

生命周期評價（LCA）理論在深基坑中的應(yīng)用在國內(nèi)還處在孕育階段。首次將LCA引入到深基坑工程中，其難度和存在的問題是可想而知的。但生命周期評價理論（LCA）與時下倡導(dǎo)的“建設(shè)節(jié)約型社會”是不謀而合的，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)指明了方向和目標(biāo)。生命周期評價（LCA）應(yīng)該更多更廣的引入到生產(chǎn)、建設(shè)各個領(lǐng)域。這里將其引入到深基坑的支護(hù)類型選擇中，LCA有利于各個階段的具體情況和整體過程的目標(biāo)信息獲得，從而充分了解總體情況，選擇能源消耗、環(huán)境污染友好型的支護(hù)方案。LCA是一個相當(dāng)復(fù)雜的過程，其中定量分析是重中之重，大量的資料收集、分析、處理是相當(dāng)大的工作，僅靠單一的部分是無法完成如此龐大的信息系統(tǒng)，這需要設(shè)計、施工、維護(hù)、監(jiān)測各個單位的相互有效合理的配合。本文主要基于生命周期評價（LCA）環(huán)保節(jié)能這一理念，將其引入熟悉的深基坑工程中，可能具體實(shí)施還存在很大的問題，但其可行性是無容置疑的，相信生命周期評價的大規(guī)模滲入到各個領(lǐng)域，“建設(shè)節(jié)約型社會”的構(gòu)想將不會遙遠(yuǎn)。