深基坑生命周期安全性評價概念的提出

周志堅

（武漢科技大學 城市建設學院，湖北 武漢 430070）

1 深基坑工程安全性評價方法存在的主要問題

土木工程基坑開挖與支護工期長、施工技術難度大、現(xiàn)場施工條件復雜、對環(huán)境影響控制要求高以及所涉及問題的復雜性和高不確定性等特點。因此，深基坑工程可以說是一項高風險工程。隨著社會生產(chǎn)力的提高和科學技術的發(fā)展，深基坑工程的規(guī)模和復雜性日益增大，風險導致經(jīng)濟的損失也隨之增大，甚至成為工程成敗的關鍵。

巖土工程可靠性研究在我國始于20世紀70年代末期。近幾年來，有關深基坑工程風險安全評價理論和方法越來越多，在研究開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上[1][2]，一些學者提出了安全性評價中的風險值與風險標評價指標[3]，通過專家調(diào)查法對基坑工程的風險分析[2]，利 用 故 障 樹 分 析 法 分 析 基 坑 工 程[4][5]，并 用 布 爾 代 數(shù) 法 計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險分 析[7]。

（1）沒有公認統(tǒng)一深基坑工程安全性評價的方法。雖然近年來進行了大量風險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，但距離真正的風險定量分析仍然還有一定的距離。

（2）目前安全性評價理論主要應用在深基坑工程的施工階段。學者們雖然對深基坑工程安全性評價做了大量的研究，但是研究成果主要還是對深基坑施工階段安全性評價的應用。因為深基坑工程包括勘探，設計，施工和使用這四個工程階段，每個工程階段都存在著安全性問題。

（3）在深基坑施工階段安全評價中，沒有建立完善的安全評價的風險預警預案體系和風險管理的流程。在從事深基坑工程風險管理項目時，主要側(cè)重于對風險的識別和估計，對工程中的某一階段或某一部分進行風險估計，得到風險值，并根據(jù)風險值進行排序。其次，在進行風險評估的過程中，只是憑著現(xiàn)有資料和人為取舍來確定采用何種評估方法，其結(jié)果缺乏可比性和科學性。

以上的問題突出地反映出我國在深基坑工程安全性評價方面仍處于相對落后的局面，隨著國家建設規(guī)模不斷加大，深基坑工程量和規(guī)模也將增多增大，無論業(yè)主還是施工方都面臨著日益增加地深基坑工程風險管理問題。因此急需加強對深基坑工程風險分析方法及管理對策的研究。

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。作為嚴格的生物學概念，是指具有生命現(xiàn)象的有機體從出生、成長、到成熟衰老直至死亡的真?zhèn)€過程。生物的生命周期共有3個特征：首先，生命周期是一個有限的時間過程；其次，生命周期具有階段性；一個完整的生命周期包括出生、成長、成熟、衰老、死亡五個階段；第三，生物在整個生命周期過程中都會與外界的環(huán)境進行物質(zhì)、能量的交換。隨著社會發(fā)展與學科間的融合，生命周期概念逐步引入到經(jīng)濟、管理、社會組織和環(huán)境等其他領域，并衍生出一系列基于生命周期思想的理論和研究方法。

安全評價應貫穿于深基坑工程與系統(tǒng)的設計、施工建設、運行和退役整個生命周期的各個階段。從此定義可以看出：安全評價的目的是為了找出存在的危險及可能產(chǎn)生的后果；在此基礎上應提出相應的安全對策;并且貫穿于工程的各個階段。但是目前各種安全評價的方法存在很大的缺陷。一般安全評價的方法對工程的安全性評價是局部、階段性的，主要是對施工階段的安全性評價，缺少對整個生命周期（即從搖籃到墳墓）安全性評價。需要對現(xiàn)有深基坑工程安全性評價方法進行改進。

筆者對深基坑安全因素分析的基礎上，提出深基坑工程生命周期安全性評價的概念。生命周期安全性評價（Life Cycle Safety Assessment，LCSA）是對整個深基坑工程或深基坑工程某項生產(chǎn)活動從可行性研究、勘探、初步設計、施工圖設計、施工和使用到最終處置即整個生命周期（即從搖籃到墳墓）安全性作出分析與評價。

3 生命周期安全評價的目的

生命周期安全評價的目的是查找、分析和預測深基坑工程中存在的危險、有害因素及可能導致的危險、危害后果和程度，提出合理可行的安全對策措施，指導危險源監(jiān)控和事故預防，以達到最低事故率、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。通過生命周期安全評價，對深基坑工程的設計、建設、使用等過程中存在的事故和事故隱患進行系統(tǒng)分析，針對事故和事故隱患發(fā)生的可能原因事件和條件，提出消除危險的最佳技術措施方案，特別是從設計上采取相應措施，設置多重安全屏障，實現(xiàn)生產(chǎn)過程的本質(zhì)安全化，做到即使發(fā)生誤局部錯誤操作或局部故障時，深基坑工程存在的危險因素也不會導致重大事故發(fā)生。

（2）實現(xiàn)全過程安全控制。在深基坑工程設計前進行生命周期安全評價，可避免選用不安全的工藝流程和危險的原材料以及不合適的設備、設施，避免安全設施不符合要求或存在缺陷，并提出降低或消除危險的有效方法。系統(tǒng)設計后進行生命周期安全評價，可查出設計中的缺陷和不足，及早采取改進和預防措施。深基坑工程建成后進行生命周期安全評價，可了解深基坑工程的現(xiàn)實危險性，為進一步采取降低險性的措施提供依據(jù)。

（3）建立系統(tǒng)安全的最優(yōu)方案，為決策提供依據(jù)。通過生命周期安全評價，可確定深基坑工程存在的危險源及其分布部位、數(shù)目，預測系統(tǒng)發(fā)生事故的概率及其嚴重度，進而提出應采取的安全對策措施等。決策者可以根據(jù)評價結(jié)果選擇深基坑工程安全最優(yōu)方案和進行管理決策。

（4）為實現(xiàn)安全技術、安全管理的標準化和科學化創(chuàng)造條件。通過對設備、設施或系統(tǒng)在生產(chǎn)過程中的生命周期安全性是否符合有關技術標準、規(guī)范相關規(guī)定的評價，對照技術標準、規(guī)范找出存在的問題和不足，實現(xiàn)安全技術和安全管理的標準化、科學化。

4 基坑工程LCSA的特點

（1）生命周期安全性評價面向的是整個工程系統(tǒng)。整個工程系統(tǒng)是指基坑工程的可行性研究、勘探、初步設計、施工圖設計、施工和使用到終處置的全過程。生命周期安全性評價對工程系統(tǒng)的每個階段都視為其評價對象。從工程系統(tǒng)角度，以往的安全性評價焦點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價結(jié)果表明，重大的安全壓力與工程系統(tǒng)的各個階段環(huán)節(jié)有密切有關系。從以施工安全評價向全過程的生命周期評價是深基坑工程安全評價發(fā)展的必然要求。

（2）生命周期安全性評價是對一項工程“從搖籃到墳墓”的全過程的評價。生命周期安全性評價對整個工程系統(tǒng)從可行性研究階段到最終處置階段的生命周期有關的質(zhì)量安全問題的全過程進行分析，先從每個階段來找質(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，運用合理的安全評價方法進行評價。這樣綜合地考慮了成本造價、資源利用、工藝水平、環(huán)境影響和質(zhì)量安全等問題。

（3）生命周期安全性評價是一種系統(tǒng)性的、定量化的評價的方法。生命周期安全性評價以系統(tǒng)的思維方式去評價基坑工程整個生命周期中每個環(huán)節(jié)中所需要注意的各種安全問題，定量評價這些安全問題因素在整個安全體系中重要性的比重指標。通過這些比重指標，準確地評價其安全等級，提高安全概率，保證深基坑工程的安全。

（4）生命周期安全性評價是一種充分考慮了環(huán)境影響的評價方法。生命周期安全性評價注重研究系統(tǒng)在自然資源的影響、非生命生態(tài)系統(tǒng)的影響和人類健康影響領域內(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價各種因素指標，運用一定的計算模型進行綜合評價。在進行深基坑工程生命周期安全評價時，通過這些影響指標可以清楚地考慮了環(huán)境的影響因素，做到對環(huán)境影響降低到最低水平。

（5）生命周期安全性評價是一種開放性的評價體系。生命周期安全性評價是開放性的體系，其方法論也是持續(xù)改進、不斷進步的。生命周期安全性評價涉及到數(shù)學、化學、物理、統(tǒng)計學、經(jīng)濟學、管理學、生態(tài)學和環(huán)境學等知識和理論。所以自然學科和管理學科中的先進理論成果都可以借鑒和吸收，都可以作為其安全性評價理的知識和理論。

5 結(jié)語

LCSA將是一種在深基坑工程安全性評價方面具有巨大潛力的安全、嶄新的影響評價理論工具，它是對深基坑工程的整個生命周期過程的設計、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階段，還沒有看到發(fā)揮它應有的作用，但隨著研究的深入，其理論不斷地完善，LCSA一定會成為深基坑工程安全評價的新工具。

[1]楊國偉.深基坑及其鄰近建筑保護研究[D]上海：同濟大學，2001.

[2]高文華，楊林德，沈蒲生.基坑變形預測與周圍環(huán)境保護[J].巖石力學與工程學報，2001，（4）：555-559.

[3]陳龍.軟土地區(qū)盾構(gòu)隧道施工期風險分析與評價研究[D].上海：同濟大學，2004.