基于層次分析法的深基坑施工風險分析★

謝秀棟

1 概述

隨著高層建筑和城市地下空間利用的極大發(fā)展，深基坑工程的數量迅速增加。深基坑工程往往施工條件很差，周邊建筑物密集，地下管線眾多，交通網絡縱橫，環(huán)境保護要求高，施工難度很大。另外，深基坑工程施工期較長、施工場地狹窄、受自然氣候影響大、坑邊堆放建筑材料以及復雜的工程地質條件等因素，都對支護結構的工作狀態(tài)和基坑的穩(wěn)定性帶來不利的影響。深基坑支護工程多為臨時性支護工程，安全儲備相對較小，常常得不到建設方應有的重視。因此在深基坑支護方面出現(xiàn)了不少事故，有的造成巨大經濟損失和人員傷亡，不但延誤了工期，而且造成了不良的社會影響[1，2］。因此，應該對深基坑施工過程潛在風險因素和有關細節(jié)進行風險管理，盡可能的減少施工過程中事故發(fā)生率以及災害損失。

層次分析法(Analytical Hierarchy Process，簡稱AHP)是美國運籌學家A.L.Saaty在20世紀70年代初期提出的。該方法是一種定性與定量相結合的多目標評價方法，能夠將難以定量的總目標進一步分解，利用可精確化和定量化的子目標系統(tǒng)解決問題，并且能有效地綜合測度子目標定量判斷的一致性。AHP體現(xiàn)了人類決策思維的基本特征，即分解、判斷、綜合。

2 層次分析法的基本原理[3］

2.1 遞階層次結構模型

應用層次分析法進行多目標決策，首先要把問題條理化、層次化，構造出能夠反映系統(tǒng)本質屬性和內在聯(lián)系的遞階層次結構模型。在這種層次結構模型中，根據系統(tǒng)分析的結果，弄清系統(tǒng)與環(huán)境的關系，系統(tǒng)所包含的因素，因素之間的相互聯(lián)系和隸屬關系等，將具有共同屬性的元素歸并為一組，作為結構模型的一個層次。同一層次的元素既對下一層的元素起著制約作用，同時又受到上一層次元素的制約。

在實際操作中，模型的層次數由系統(tǒng)的復雜程度和決策的實際需要而定，不宜過多。構造一個合理而簡潔的層次結構模型，是層次分析法的關鍵。

2.2 層次元素兩兩比較和判斷矩陣

構建了遞階層次結構模型后，請具有項目風險管理經驗的人員對各風險因素進行兩兩比較評分。兩兩比較評分標準，則以如表1所示的分值表示。

經評分后可得若干兩兩判斷矩陣，見表2。

2.3 計算矩陣權重，并做一致性檢驗

表1 評判標標度及其含義

表2 RI取值表

其中，n為判斷矩陣階數;aij為元素i相對于元素j的重要性評分數值。

其中，A 為判斷矩陣;W=(ω1，ω2，…，ωn)T;(AW)i為向量(A·W)T的第i個元素。

4)一致性檢驗。為了考察判斷矩陣對于各元素重要性的對比設定是否標準一致，需要在各層次單排序中進行一致性檢驗，隨機一致性比率CR:

其中，

3)計算判斷矩陣的最大特征值λmax:

其中，RI為平均隨機一致性指標，可由表2查得。

當一致性比率CR＜0.10時，判斷矩陣才有滿意的一致性，否則需要調整判斷矩陣，直到檢驗通過。

2.4 風險等級評判

為獲得層次目標中每一指標的相對權重，必須進行各層次的綜合計算。

對某一風險因素而言，設各層次的相對權重為Wi，Wij，Wijk…，則該風險因素最終的重要性權重系數為:

表3 風險等級評判表

圖1 風險因素層次結構圖

根據所得的各風險因素重要性權重系數，可依據表3進行等級評判。

3 算例

上海地鐵M8線某車站為地下二層側式站臺的存車加渡線車站，車站規(guī)模大，鄰近地面交通繁忙，建筑物密集，地下管線復雜繁多，地質條件差，環(huán)保要求高，施工難度大。標準段基坑開挖深度約15.5 m，端頭井基坑開挖深度約17.5 m。根據該車站段砂性地層深基坑開挖工程施工中實際情況，運用層次分析法，對其施工可能產生影響的風險因素從技術風險、人員風險、工程環(huán)境風險和經濟風險四個主要方面進行分析評價[4，5］，具體各風險因素層次結構如圖1所示。

根據圖1所表達的層次結構，自上而下，可先建立B1，B2，B3相對于A的A—B判斷矩陣，算出重要性權值，做一致性檢驗，如表4所示。

表4 A—B判斷矩陣

同理，可以分別建立B—C，C—D判斷矩陣。

對遞階層次結構中的每一層的重要性權值進行組合加權，最終獲得最低層各元素關于整個目標體系的重要性權值，即該風險因素最終的重要性權重，如表5所示。

表5 各風險因素最終的重要性權重系數

本工程實例中，地質條件、施工人員風險權重最大，均屬于Ⅰ級風險，這是對深基坑工程風險的比較準確的反映，故在工程施工過程中，制定相應的控制措施;對于被評估為Ⅱ級的風險，如施工設備風險，應給以足夠重視;對于被評估為Ⅲ級的輕微風險，給予一般管理即可。

4 結語

雖然眾多的工程風險因素未被進行量化估計，計算結果仍比較客觀地揭示了工程實際。這是層次分析法的一大優(yōu)點，它可以同時對定性與定量因素進行兩兩比較，獲得比較接近實際的相對重要性權數。并且通過一致性檢驗，可以對評判結果的邏輯性和合理性進行辨識。

在歷史資料和現(xiàn)實信息比較缺乏的時候，只要有風險管理專家的配合，再運用層次分析法，仍然能夠獲得接近工程實際需要的評價成果，為風險管理人員提供參考數據，值得在工程實踐中推廣應用。

[1]唐業(yè)清.基坑工程事故分析與處理[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[2]曾憲明.基坑與邊坡事故警示錄[M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，1999.

[3]王卓甫.工程項目風險管理——理論、方法與應用[M］.北京:中國水利電力出版社，2003.

[4]Harold K.Strategic Planning for Project Management，Using a Project Management Maturity，New York:John Wile＆Sone，1999.

[5]李惠強，吳賢國.失敗學與工程失敗預警[J］.華中科技大學土木工程學報，2003(9):91-95.

[6]劉 旭，劉晨陽.地鐵深基坑工程事故分析與風險防范[J］.山西建筑，2010，36(5):135-136.