陆婷 LU Ting

（湖南城建职业技术学院，湘潭 411100；中南大学，长沙 410083）

0 引言

地下综合管廊的建设是新型城市发展的大势所趋，是新型城镇化进程实施推进的重要举措。相对于其他工程的深基坑施工，城市地下综合管廊深基坑支护工程由于对周围环境环保要求较高、地处城市繁华地段对于变形控制要求严格等特点，一直属于综合管廊项目管理中风险较大、难度较高的施工环节，也是地下综合管廊施工管理过程中事故频出的节点之一。目前，国内外在地下综合管廊深基坑施工管理研究领域，针对深基坑支护结构选型方法的研究较多，但基于深基坑开挖节点和风险因素的较少；单纯依靠BIM 技术进行施工模拟建模分析的研究不少，但结合数值方法对确定新风险指标的研究与深基坑支护施工进行实时动态风险管理的较少。因此，为了更好地识别地下综合管廊深基坑支护风险，文章提出了基于AHP 构建风险评价指标体系并采用BIM 平台进行集成管理地下综合管廊支护风险的研究思路，旨在为城市地下综合管廊的深基坑支护施工管理提出更为科学有效、提质降本的风险管理实施方案。

1 基于AHP 建立地下综合管廊深基坑支护安全风险评价方法

1.1 构造判断矩阵aij

式中：aij为风险因素Xi、Xj的重要性之比，；1、3、5、7、9 表示因素Xi比因素Xj同等、略微、明显、强烈、极端重要。

1.2 计算指标权重

文章选取特征向量法计算指标权重，具体操作如下：

式中：特征向量对应的是n 个风险因素的权重。

1.3 进行一致性检验

首先，计算CI 一致性指标：

其次，查找随机一致性指标RI，见表1。

表1 平均随机一致性指标

最后，计算一致性比率CR：

当CR 小于0.1 时，矩阵一致性检验通过，否则在此基础上进行修正。

2 地下综合管廊深基坑支护安全风险评价AHP 应用实例

文章以C 市地下综合管廊项目为例，该项目位于湘府路滨河段，管廊布置在繁华主干道路北侧绿化带下，管廊共长2.96 千米。管廊断面形式为三舱，内部净空尺寸为（2.7 米+2.95 米+1.9 米）*3 米，施工现场周边毗邻高层建筑物。

2.1 识别深基坑支护安全风险影响因素

本项目所处位置为地面交通繁忙的主干道，周边动载较大，基坑开挖深度范围内以粗砂、卵石层为主，地层地质情况一般，存在着围护结构透水、基坑失稳等风险。通过项目实地调查、专家调研，并参考了理论文献和深基坑常见风险事故等资料，形成了本项目适用的深基坑支护安全风险评价的指标体系。具体见表2。

表2 地下综合管廊深基坑支护安全风险评价指标体系

2.2 确定地下管廊深基坑支护风险因素的层次排序指标权重并进行一致性检验

邀请10 位工程专家及同类工程经验丰富的施工人员出具评判意见，采用1-9 标度法对准则层及指标层的风险因素进行打分，得到判断矩阵，并进行一致性检验，继而对该项目的各类风险因素进行评级。本项目深基坑支护风险判断矩阵见表3。

表3 项目深基坑支护风险判断矩阵

2.3 结果分析及风险防范措施

计算特征向量相对权重见表4。

表4 深基坑支护风险评价层次总排序指标权重

①由表4 可知，施工风险X2对本项目影响最大，此指标的四个二级指标中影响力从大到小为：围护结构施工技术风险X24、支护不及时X23、土方开挖X21、围护结构透水引起的事故风险X22，特征向量权重均大于0.1。因此，现场管理中，应严格把握围护结构施工质量，切实落实技术质量责任制，遵循“分层开挖、先撑后挖、随挖随支”的准则，及时支护，避免违规操作。浇筑桩体、地下连续墙的混凝土强度必须达到设计要求，重点监测好围护结构形变、支撑内力、基坑内外地下水位、地下管线渗漏情况等，对相关数据进行记录分析与风险预测。②影响其次的是管理风险X1，该指标的二级指标中设计风险X12、勘察风险X11影响相对较大（特征向量权重分别为0.0825、0.0811）；人员安全意识风险X13、交叉施工风险X15、组织协调及应急能力风险X14影响相对较小（特征向量权重分别为0.0627、0.0622、0.06171）。勘察设计出现问题对深基坑支护的影响主要存在于设计图纸与现场施工情况不完全符合，造成设计可能达不到既定的受力要求，这就更需要施工方做好施工现场的深基坑结构受力监测，有疑义之处及时与监理、勘察设计方进行沟通，及时发现风险源头进行防控。③环境因素风险X3是三个一级指标中影响最小的，附近环境扰动风险X33、不良地质条件风险X32、自然灾害和不可抗力风险X31的影响递减（特征向量权重分别为0.0781、0.0682、0.04040）。环境因素风险中，应当重点关注附近环境扰动风险，对周边距离建筑物较近的基坑边缘及附近扰动土层进行技术处理加固；探查基坑周边的管线，对基坑周围管线进行保护。

3 建立基于BIM 的AHP 风险管理信息系统

在深基坑结构支护施工过程中，使用BIM 技术进行现场管理，不仅能加强业主方、勘察设计方、施工监理方的技术交流与协同，也能让现场的施工管理方更好地进行精细化管理，把控风险、预防事故。

3.1 创建深基坑BIM 三维模型

首先可利用主流BIM 软件如Revit 软件对项目进行BIM 三维建模：先进行参数化族库的创建，为深基坑的各类结构构件的创建打好基础；再分别进行周边环境建模、地质建模和项目主体建模。项目主体模型应包括管廊主体结构、各个独立分舱，且模型精度等级必须达到LOD300以上（住建部《建筑工程施工信息模型应用标准》GB/T 51235-2017）。为了更好地反应深基坑支护的施工全过程，BIM 模型应该细化到钢筋混凝土支撑建模、围护结构地下连续墙建模、格构柱建模等，必要时可结合具体项目对BIM 模型进行深化和二次开发。

3.2 搭设BIM 集成信息平台

完成BIM 三维模型后，进一步集成各方数据，搭设BIM 集成信息平台。地下综合管廊施工涉及到的技术方案复杂、交叉施工多、参与人员众多，BIM 集成信息平台与云计算技术相结合，可以实现项目生命周期各个阶段的全程管理与应用整合，除最核心的施工模拟（生成施工模拟动画视频、VR 体验施工现场等）、物资管理（物资材料二维码溯源追踪与出入库等）、进度管理（实时监控计划进度与实际进度差值等）、现场施工质量管理（施工平面布置、可视化施工安全交底等）、成本管理（BIM5D 实时成本管控）、安全管理之外，还可以集成GIS 摄影数据，形成包括业务数据、报表数据、物联网数据的项目工程信息数据库。

3.3 BIM 集成平台嵌入两个业务模块进行风险管控

为了更便于项目管理方管控施工风险，除BIM5D 常规核心功能外，在深基坑支护BIM 信息平台上可再嵌入两个模块：深基坑结构数据监测模块、深基坑支护风险分析评估模块。

3.3.1 深基坑结构数据监测模块 通过在施工现场设置传感设备及人工仪器检测等方式，选取基坑周边合适的观测点位，统计不同工况下的项目周边环境安全、岩土勘测、支护结构形变、裂缝、位移、工程材料管理等实际观测数据，并将其录入系统监测数据库，再进行数值分析、模拟计算与状态实时监控。鉴于BIM 技术的可视性，项目管理方通过BIM 平台，能采用观察模型的方式，实时监测施工现场各部位的数据信息。不同的构件在BIM 模型中也都有独立的编码可定位和查询。通过对实测数值与BIM 平台模拟数值的比较，施工方可预测基坑及支护变形发展，通过结果来预估基坑事故易发时间点和支护薄弱点，指导工程安全进行。通过实时监测，施工方也可以科学地分析数值优选支护方案的实际效果，及时调整施工方案。

当施工现场监测数据高于阈值时候，BIM平台可自动发出预警提示信息，这也将成为风险分析模块风险因素识别的依据。BIM 平台的监测数据预警机制可以实现对关键技术施工环节、关键节点、高频出现事故施工环节的重点监控，能有效地识别风险源头，及早进行干预，防止风险扩大，确保风险处于可控状态之中。

3.3.2 深基坑支护风险分析模块 深基坑支护风险分析模块则是提供风险分析的功能，施工方可在BIM 平台数据库各方信息（包括数据预警信息）基础上，综合专家、施工经验丰富技术人员的意见，录入风险因素指标，平台可按照上文中所述的层次分析法自动构建判断矩阵并进行一致性检验，给出风险因素相对权重，为施工方提供深基坑支护风险监测参考。施工方可通过风险分析评估结果，对施工方案进行调整、对管理措施进行优化，发现问题并第一时间进行整改。通过整改措施，降低安全风险，并更新BIM 平台结构监测数据，如此反复循环，再进行下一轮的风险分析，以形成实时的、动态的长效监控机制闭环。基于BIM 的AHP 风险管理信息管理系统的具体路径如图1 所示。

图1 深基坑BIM 信息管理系统工作路径图

4 结语

影响地下综合管廊深基坑支护安全的风险因素非常多，错综复杂。项目所选取的支护方案不同、项目所处于的施工环境不同、项目的设计和施工单位技术实力不同，都会成为影响深基坑支护安全的不稳定因素。文章所构建的一套基于BIM 和AHP 进行地下管廊深基坑风险分析评估信息系统，可针对不同的项目构建安全风险指标评价体系，对地下综合管廊深基坑支护结构风险因素进行实时评估分析，并得到相应的技术与管理对策，可更有效率地为地下综合管理深基坑支护项目管理方提供建议与参考。