张成杰

(福州建工(集团)总公司 福建福州 350000)

0 引言

深基坑指的是开挖深度超过5m(含5m)基坑(槽)土方开挖、支护、降水工程，属于超过一定规模的危险性较大的分部分项工程范围。在实际工程中，深基坑由于不可预见性多，风险因素多，暴露时间长，危险程度大，成为建设过程重点关注的对象。深基坑监测本质上就是对基坑内外各风险因素的管理监控，而风险识别水平和基坑监测水平关系到工程的质量、安全、进度等目标能否实现。同时，在满足监测功能前提下，方案的经济性也同样需要考虑，这是在日常施工中需要解决的矛盾点。

深基坑监测方案的选择，主要由两步骤组成，第一步是识别基坑风险源，确定基坑监测的具体项目。第二步则是根据第一步所确定的基坑监测项目进行具体的监测方法选择。

第一步，传统的监测项目确定，依靠图纸、规范、现场查勘等手段，结合专家或者决策者的经验直接对风险评级和识别。此类风险源识别方法问题有两个，一是过于依靠专家或者管理者的第一判断，受主观因素影响比较多；二是风险源的边界本身就具有模糊性，很难清晰界定风险的内容和重要性。基于此，本文引入了揭示风险贡献率，结合模糊理论对风险源进行分级评估，定量确定深基坑监测项目的优先度[1]。

第二步，根据所确定的监测项目进行具体的监测技术方法比选。目前，深基坑监测技术主要分为两类，一类是传统的人工监测技术，一类是自动监测技术。自动监测技术是比较先进的基坑监测技术，该技术可以结合BIM进行建模、无线收发设备进行数据传输或后台算法自动进行数据采集统计，迅速提醒异常位置。自动监测技术具有时效性强、监测频率可调整、直观、可靠、误差小等优点，但前期投入大，维护成本高，根据具体项目监测项目、精度与传感器选择的不同，费用比人工监测高出许多。为了解决方案设计的经济性，笔者采用AHP-FCE-价值工程的方法对方案进行价值分析，对方案提出可靠性与经济性兼顾的决策建议。

AHP-FCE-价值工程是指在传统价值工程的基础上加入功能的模糊判断。价值工程评价核心公式为价值(V)=功能(F)/成本(C)，核心难点是对功能的评价。过去的功能评价，多数采用德尔菲法、强制确定法等评价方法，主要缺陷在于判断出的功能评分具有模糊偏差，没有降低模糊的手段，有时候甚至会出现前后判断不自洽的问题。笔者采用层次分析法(AHP)确定评价指标权重，模糊综合评价法(FCE)确定评价分值[2-4]，两者相结合以期降低评价的模糊性，提高功能评价精准度。

1 引入揭示风险贡献率确定深基坑监测项目[1]

1.1 因素集建立

按属性进行因素集建立X= {X1,X2,X3} = {第一类不可避免风险,第二类不可避免风险,第三类不可避免风险}

X1={第一类风险第一种指标(u11),第一类风险第二种指标(u12),第一类风险第三种指标(u13)}

X2={第二类风险第一种指标(u21),第二类风险第二种指标(u22),第三类风险第三种指标(u23)}

X3={第三类风险第一种指标(u31),第三类风险第二种指标(u32),第三类风险第三种指标(u33)}

1.2 建立评价集

评价集V={v1,v2,v3,v4,v5}={可忽略,可允许,可接受,可忍受,不可接受}分别对应5个隶属度函数，分别对九个指标运用模糊综合评价法(FCE)进行打分，评价分值根据评价隶属度分别计算X1，X2，X3的风险隶属度矩阵R1，R2，R3，组合为对应的隶属度矩阵R。

1.3 风险权重确定

运用层次分析法(AHP)对各层次风险进行指标权重计算，将各指标权重记为A1。

1.4 模糊综合评价法(FCE)结果

B=A1×R={对应评价集的隶属度}，从而根据隶属度最大原则，确定总体风险等级。

1.5 监测项目确定

根据监测优先度调整方法进行具体监测项目的确定。

2 基于模糊-价值工程的基坑监测方案比选

结合模糊综合评价法(FCE)与层次分析法(AHP)，基坑监测方案的价值工程具体分析步骤如下：

(1)收集资料对产品进行功能定义(建立评价体系)

基于第一步得出的具体监测项目，添加“数据采集和汇总”作为二级指标，在该二级指标下设立“时效性”和“准确性”两个三级指标建立评价体系，以期能全面反映监测方案特点。

(2)计算功能评价系数

第一步：运用层次分析法(AHP)编写各评价指标调查问卷，请专家进行评价，汇总评价表，进行各指标权重指标运算，权重指标即功能评价重要性系数。

第二步：运用模糊综合评价法(FCE)编写调查问卷，请专家对两种方案的评价指标进行模糊评价，汇总评价表，结合重要性系数(AHP权重)就可以得到被测指标的综合评价结果。

第三步：对评价结果进行功能评价系数计算。

(3)确定成本系数

(4)功能评价系数/成本系数=价值系数

第四步：将价值系数与1比较进行优化分析。

3 工程实例

3.1 工程概况

福州建工(集团)总公司“建筑生产基地”基坑工程，±0.00相当于罗零标高7.80m，现场地罗零标高7.0m～8.6m，地下室底板垫层底罗零标高为1.45m，承台垫层底罗零标高-0.2m～-2.35m，开挖深度5.55m～7.15m。

场地北侧距离地下室边界线约5.6m为在建工地；东侧距离地下室边界线约5.6m为矮厂房；南侧距离地下室边界线约16.0m为某高层建筑，两者间暂为施工便道；西侧距离地下室边界线约22.5m为道路，两者间为城市绿化带；基坑边有无法移动的高压电塔，地下无埋藏物，稳定水位在罗零标高5.05m～5.65m，高出开挖面5m以上，承压水在底板标高以下，且覆土层较厚，对该工程基本无影响。拟建建筑为11层框架剪力墙结构，下设一层地下室，地下室面积约7442m2，周长约354m。

基坑侧壁安全等级为二级，重要性系数r=1.0；基坑正常使用期限为12个月。

3.2 监测项目确定[1]

计算过程运用到的矩阵计算，在《基于价值工程原理的基坑围护工程方案选择》一文中有着详尽的推导与介绍，本文仅仅引用该文方法做风险源识别与项目判断，不将计算式一一列出。

3.2.1按属性进行因素集建立

X={X1,X2,X3}={支护结构风险,基坑内环境风险,基坑周边环境风险}

X1={围护结构风险(u11),支撑体系风险(u12),立柱风险(u13)}

X2={突涌水风险(u21),坑底隆起风险(u22),基坑周边土体风险(u23)}

X3={地下管线风险(u31),周边建筑物风险(u32),地表变形风险(u33)}

3.2.2模糊综合评价法计算基坑风险等级

B=A1×R=(0.1529，0.0824，0.2468，0，0.5182)

根据隶属度原理，确定深基坑的风险等级M=5

同理，支护结构风险B1=U1×R1(0.1818，0，0，0，0.8182)

基坑内环境风险B2=U2×R2(0.2152，0.3415，0.4433，0，0)

周边环境风险B3=U3×R3(0.0567，0.1768，0.7664，0，0)

得出支护结构风险m1=5，基坑内环境风险m2=3，周边环境风险m3=3。

3.2.3根据基坑风险等级确定监测项目

根据监测项目优先度调整原则，确定具体监测项目：表面水平位移监测、表面竖向沉降监测、内部深层位移监测、地下水位监测、电杆位移监测。

3.3 方案比选

该项目拟采用自动监测技术与人工监测技术进行比选，根据具体监测项目以及数据采集和汇总方式，将监测项目进行对比，监测方案对比如表1所示。

表1 拟采用的监测方案对比

3.3.1功能定义

基于第一步得出的具体监测项目：表面水平位移监测、表面竖向沉降监测、内部深层位移监测、地下水位监测、电杆位移监测，在功能评价体系中加入“数据采集和汇总”作为二级指标，在该二级指标下设立“时效性”和“可视性”两个三级指标，建立价值评价指标体系，如图1所示。

图1 价值评价体系框架

3.3.2计算基坑监测方案的功能评价系数

第一步：将基于层次分析法(AHP)原理的两两对比调查问卷分发给专家，数据收集计算，汇总得到功能重要性系数如表2所示。

第二步：将基于模糊综合评价法(FCE)原理的调查问卷发放给专家，每个指标的满意度评价选项分为5个等级，优秀、良好、合格、不合格和差，分别对应评分值5、4、3、2和1分，汇总得到的功能满意度调查如表3所示。

第三步：计算两种基坑监测方案的功能评价得分

基坑监测方案功能评价得分=基坑监测功能满意度得分×基坑监测功能重要性系数，此时的评价得分即为AHP与FCE相结合的去模糊化得分，计算结果如表4所示。

表2 基坑监测功能重要性系数

表3 基坑监测功能满意度

表4 基坑监测功能评价得分

第四步：计算基坑监测功能评价系数(F)

某方案的功能评价系数(F)=某方案的功能评价得分÷所有方案的功能评价得分之和，自动监测的功能评价系数为0.5773，传统人工监测的功能评价系数为0.4227。

3.3.3 确定基坑监测方案的成本系数

根据价值工程成本系数公式，某方案的成本评价系数(C)=某方案的预算成本/所有方案的预算成本之和，计算得到方案成本系数，如表5所示。

表5 基坑监测功能成本系数

3.3.4计算各基坑监测方案的价值系数

根据价值工程核心公式V=F/C，求得这两种方案的价值系数，如表6所示。

表6 基坑监测方案的价值系数

根据价值工程原理来判断，人工监测在该项目更适用，自动基坑监测在监测频率、精度、时效性和可视性上均有着巨大优势，从价值系数上来分析，也相差不多。基此，可以将其列为改进的对象。如果改进新方案的价值系数高于1，且接近于1，便可以采用新改进的自动化监测方案。

3.4 自动监测方案优化

将自动监测方案中各评价指标的功能评价系数和成本系数进行比对，如表7所示。

表7 自动监测方案内评价指标的价值系数

提高产品价值系数可以通过提高功能价值、降低功能成本或者两者组合作用，方案内部价值系数可以揭示出方案价值系数调整的方向，按照系数由低到高排列的4个指标，分别为内部深层位移监测、地下水位监测、可视性要求以及表面竖向沉降监测。其中内部深层位移监测只有利用测斜仪这一种方式，无法改进，将其排除出优化内容；承压水在底板以下，从地质上看砂层较厚，在该类地质中管井降水的成效足够好，地下水位计自动监测可改为使用人工进行监测，使用效果相差不大，成本可降低；表面竖向沉降监测和可视性做比较，该项目面积较小，三维可视性在该工程中重要性不高，而竖向沉降观测的精度是需要的，所以选择将BIM建模以及部分云端服务器费用去除。

优化后重新进行价值工程计算，可将自动化基坑监测方案的价值系数提高至1.0024，新的价值系数大于1且接近1，该新方案有采用价值。

4 结论

(1)在价值工程中引入AHP-FCE方法，不仅可以很好地利用AHP和FCE的评分加权计算对主观评价去模糊，并且评价矩阵的一致性检验可以剔除多指标评价中的前后矛盾。调查问卷设计和计算也可以使用软件进行快速设计和统计，与传统的价值工程相比，在实际工程运用中有很强的实用性。

(2)由于建设工程项目实践中各类决策判断均存在着模糊、复杂、相互交叉、互相影响的特点。通过案例可以发现，工程实践中采用模糊理论的方法在大样本基础下可以有效地量化这些主观判断，在工程实践中尤其具有推广价值，提高决策的分析可靠性与科学性。

(3)比选方法依然存在继续研究的方向，其一是未针对不同水平的评价者设置相应权重，权重指标的设立可以进一步提高判断精度和可靠程度，但如何准确地设立权重来反应各评价者的判断水平，这是一个在今后的工作中可以研究的课题。其二是本文的评价体系相对简单，而面对复杂问题的评价体系建立，目前常用的方法是利用调查数据进行聚类分析降维，该方法同样也是模糊理论在工程中运用的方向之一，但多层次模糊理论的运用对于评价结果鲁棒性是否有影响，应该作为一个课题深入研究。