基于层次分析法的深基坑施工风险分析

第３７卷第２８期　・５８・　２　０　１　１年１　０月　山　西　建　筑　ＳＨＡＮＸＩ　ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ　Ｖｏ１．３７　Ｎｏ．２８　０ｃｔ．　２０１１　・岩土工程・地基基础　文章编号：１００９—６８２５（２０１　１）２８・００５８－０２　基于层次分析法的深基坑施工风险分析★　谢秀栋　摘要：基于层次分析法原理，对深基坑工程施工中存在的风险进行分析，建立层次结构分析模型，并用相对权重系数表　示风险量值，在分析过程中采用专家评判，并用一致性准则检验，整个过程中既有定性分析，又有定量结果，能让风险管　理者切实了解施工风险。　关键词：深基坑施工，层次分析法，风险分析　中图分类号：ＴＵ４６３　文献标识码：Ａ　表１　评判标标度及其含义　标度　含义　１　概述　随着高层建筑和城市地下空间利用的极大发展，深基坑工程　的数量迅速增加。深基坑工程往往施工条件很差，周边建筑物密　集，地下管线众多，交通网络纵横，环境保护要求高，施工难度很　大。另外，深基坑工程施工期较长、施工场地狭窄、受自然气候影　ｌ　３　５　表示两因素相比，具有同样重要性　表示两因素相比。一个因素比另一个因素稍微重要　表示两因素相比．一个因素比另一个因素明显重要　７　９　２，４，６，８　表示两因素相比，一个因素比另一个因素强烈重要　表示两因素相比，一个因素比另一个因素极端重要　上述两相邻判断中间值，如２为属于同样重要和稍微重要之间　响大、坑边堆放建筑材料以及复杂的工程地质条件等因素，都对　支护结构的工作状态和基坑的稳定性带来不利的影响。深基坑　支护工程多为临时性支护工程，安全储备相对较小，常常得不到　建设方应有的重视。因此在深基坑支护方面出现了不少事故，有　的造成巨大经济损失和人员伤亡，不但延误了工期，而且造成了　不良的社会影响　．２　Ｊ。因此，应该对深基坑施工过程潜在风险因　素和有关细节进行风险管理，尽可能的减少施工过程中事故发生　率以及灾害损失。　表２　Ｒ，取值表　阶数　，　１　Ｏ　２　０　３　０．５２　４　Ｏ．８９　５　１．１２　阶数　Ｒ』　６　１．２６　７　１．３６　８　１．４１　９　１．４６　１０　１．４９　阶数　Ｒ，　１１　１．５２　１２　１．５４　１３　１．５６　１４　１．５８　１５　１．５９　层次分析法（Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，简称ＡＨＰ）是美国　运筹学家Ａ．Ｌ．Ｓａａｔｙ在２０世纪７０年代初期提出的。该方法是一　１）求判断矩阵每行所有元素的几何平均值　。：　＝种定性与定量相结合的多目标评价方法，能够将难以定量的总目　√　＝１，２，…，ｎ　（１）　其中，ｎ为判断矩阵阶数；ａｑ为元素ｉ相对于元素　的重要性　标进一步分解，利用可精确化和定量化的子目标系统解决问题，　评分数值。　并且能有效地综合测度子目标定量判断的一致性。ＡＨＰ体现了　２）将　归一化，计算本层次隶属于上一层次某元素的第ｉ个　人类决策思维的基本特征，即分解、判断、综合。　元素重要性的权值∞　：　∞　＝　２层次分析法的基本原理　Ｊ　２．１　递阶层次结构模型　应用层次分析法进行多目标决策，首先要把问题条理化、层　Ｌ　（２）　∑五　３）计算判断矩阵的最大特征值Ａ　：　＝次化，构造出能够反映系统本质属性和内在联系的递阶层次结构　模型。在这种层次结构模型中，根据系统分析的结果，弄清系统　与环境的关系，系统所包含的因素，因素之问的相互联系和隶属　关系等，将具有共同属性的元素归并为一组，作为结构模型的一　个层次。同一层次的元素既对下一层的元素起着制约作用，同时　砉　㈥　其中，Ａ为判断矩阵；　＝（∞　，６０２，…，∞　）　。；（ＡＷ）　为向量（Ａ・　）　的第ｉ个元素。　４）一致性检验。为了考察判断矩阵对于各元素重要性的对　又受到上一层次元素的制约。　　在实际操作中，模型的层次数由系统的复杂程度和决策的实　比设定是否标准一致，需要在各层次单排序中进行一致性检验，际需要而定，不宜过多。构造一个合理而简洁的层次结构模型，　随机一致性比率Ｃ　：　是层次分析法的关键。　ＣＲ＝Ｃ，／Ｒ，　（４）　２．２层次元素两两比较和判断矩阵　构建了递阶层次结构模型后，请具有项目风险管理经验的人　其中，　Ｃｔ－　（５）　员对各风险因素进行两两比较评分。两两比较评分标准，则以如　表１所示的分值表示。　其中，Ｒ，为平均随机一致性指标，可由表２查得。　当一致性比率ｃ　＜０．１Ｏ时，判断矩阵才有满意的一致性，否　则需要调整判断矩阵，直到检验通过。　经评分后可得若干两两判断矩阵，见表２。　２．３计算矩阵权重，并做一致性检验　２．４风险等级评判　收稿日期：２０１１－０６－２３　★：福建省自然科学基金资助项目（项目编号：２００９Ｊ０５１２０）　作者简介：谢秀栋（１９７６一），男，讲师，福州大学土木工程学院，福建福州　３５０１０８　毒１２８０智　综合计算。　则该风险因素最终的重要性权重系数为：　Ｗ（　）＝　谢秀栋：基于层次分析法的深基坑施工风险分析　进度计划一　３安全措施一　・５９・　施÷万案一　评判。　为获得层次目标中每一指标的相对权重，必须进行各层次的　算例　上海地铁Ｍ８线某车站为地下二层侧式站台的存车加渡线车　对某一风险因素而言，设各层次的相对权重为　，　，　…，　…　站，车站规模大，邻近地面交通繁忙，建筑物密集，地下管线复杂　（６）　管理人员一　繁多，地质条件差，环保要求高，施工难度大。标准段基坑开挖深　０．１≤权重≤１　对其施　施工人员一　地层深基坑开挖工程施工中实际情况，运用层次分析法，０．Ｏ１≤权重≤０．１　工可能产生影响的风险因素从技术风险、人员风险、工程环境风　０≤权重≤ｏ．０１　自然灾害一　险和经济风险四个主要方面进行分析评价　Ｊ，具体各风险因素　５　ｍ，端头井基坑开挖深度约１７．５　ｍ。根据该车站段砂性　设计人员一　度约ｌ５．表３风险等级评判表　Ｉ级　ＩＩ级　Ⅲ级　ｌ　ｌ　Ｉ　严重风险　一般风险　轻微风险　ｌ　１　　ｌ基坑施工风险评价Ａ　地质条件一　工期风险Ｂ。Ｉ　Ｉ费用风险Ｂ　ｌ　ｌ质量风险Ｂ，　层次结构如图１所示。　根据图１所表达的层次结构，自上而下，可先建立Ｂ　，Ｂ：，Ｂ，　一　相对于Ａ的Ａ—Ｂ判断矩阵，算出重要性权值，做一致性检验，如　施工材料一　表４所示。　表４　Ａ－－Ｂ判断矩阵　层次Ｂ　Ｂ１　ｌ　１　技术风险Ｃ。ｌ　施　工　１人员风险ｃ：Ｉ　ｌ工程环境风险ｃ。Ｉ　Ｉ经济风险Ｃ　Ｂ２　１　１　Ｂ３　２　３　ｔＯＡ　０．３９　Ｏ．４４　一致性检验　Ｃｔ＝Ｏ．００８　Ｃｎ＝０．０１４　工　合同　一　Ｂ１　Ｂ２　艺　＿——　Ｄ１　Ｂ３　１／２　１／３　１　Ｏ．１７　高Ｅ．１　ｌ中Ｅ　图１风险因素层次结构图　＝Ｉ　一　同理，可以分别建立Ｂ—ｃ，ｃ—Ｄ判断矩阵。　对递阶层次结构中的每一层的重要性权值进行组合加权，最　终获得最低层各元素关于整个目标体系的重要性权值，即该风险　根据所得的各风险因素重要性权重系数，可依据表３进行等级　因素最终的重要性权重，如表５所示。　表５各风险因素最终的重要性权重系数　层次Ｃ　Ｃ１　Ｃ２　Ｃ３　Ｃ４　０．２８　Ｏ．２３　０．３０　Ｏ．２Ｏ　ｔｏＤ　一Ｄ层次Ｄ　Ｄ２　０．０８　Ｄ３　Ｏ．１６　Ｄｄ　０．２９　０．２７　０．２０　０．５８　０．１７　０．５６　０．３２　０．２４　Ｏ．１６　０．０９　０．０１８　Ｄ５　Ｄ６　Ｄ，　Ｄ８　Ｄ９　Ｄｌｏ　Ｄ１１　Ｄ１２　Ｄ１３　１　Ｏ．２７　０．０７５　Ｏ．Ｏ２２　０．Ｏ４４　０．Ｏ８１　０．０６２　０．Ｏ４６　０．１３３　０．０５１　０．１６８　０．Ｏ９６　０．０７２　０．０３２　致检验　Ｃｔ＝０．０１７：ＣＲ＝０．０２２　本工程实例中，地质条件、施工人员风险权重最大，均属于　推广应用。　Ｉ级风险，这是对深基坑工程风险的比较准确的反映，故在工程　参考文献：　施工过程中，制定相应的控制措施；对于被评估为Ⅱ级的风险，如　［１］唐业清．基坑工程事故分析与处理［Ｍ］．北京：中国建筑工　施工设备风险，应给以足够重视；对于被评估为Ⅲ级的轻微风险，　给予一般管理即可。　业出版社，１９９９．　［２］　曾宪明．基坑与边坡事故警示录［Ｍ］．北京：中国建筑工业　出版社。１９９９．　４结语　虽然众多的工程风险因素未被进行量化估计，计算结果仍比　较客观地揭示了工程实际。这是层次分析法的一大优点，它可以　同时对定性与定量因素进行两两比较，获得比较接近实际的相对　［３］　王卓甫．工程项目风险管理——理论、方法与应用［Ｍ］．北　京：中国水利电力出版社，２００３．　［４］Ｈａｒｏｌｄ　Ｋ．Ｓｔｒａｔｅｇｉｃ　Ｐｌａｎｎｉｎｇ　ｆｏｒ　Ｐｒｏｊｅｃｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，Ｕｓｉｎｇ　ａ　Ｐｒｏ－　ｊｅｃｔ　Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　Ｍａｔｕｒｉｔｙ，Ｎｅｗ　Ｙ０ｒｋ：Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅ＆Ｓｏｎｅ，１９９９．　重要性权数。并且通过一致性检验，可以对评判结果的逻辑性和　合理性进行辨识。　在历史资料和现实信息比较缺乏的时候，只要有风险管理专　家的配合，再运用层次分析法，仍然能够获得接近工程实际需要　的评价成果，为风险管理人员提供参考数据，值得在工程实践中　［５］　李惠强，吴贤国．失败学与工程失败预警［Ｊ］．华中科技大学　土木工程学报，２００３（９）：９１—９５．　［６］　刘　旭，刘晨阳．地铁深基坑工程事故分析与风险防范［Ｊ］．　山西建筑，２０１０，３６（５）：１３５—１３６．　Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ｒｉｓｋ　ｉｎ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ＸＩＥ　Ｘｉｕ－ｄ０ｎｇ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ　Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ（ＡＨＰ），ａｕｔｈｏｒｓ　ａｎａｌｙｚｅ　ｉｒｓｋ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａ－　ｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ａｎｄ　ｅｓｔａｂｌｉｓｈ　ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　ｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｎ　ｅｖａｌｕａｔｅ　ａｌｌ　ｒｉｓｋ　ｆａｃｔｏｒｓ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｒｅｌａｔｉｖｅ　ｗｅｉｇｈｔ　ｃｏｅｆｉｃｉｆｅｎｔ．Ａｄｏｐｔ　ｔｈｅ　ｓｐｅｃｉｌｉａｓｔ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ｉｎ　ａｎａ１）　ｚｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ａｎｄ　ｅｘａｍｉｎｅ　ｔｈｅ　ｊｕｄｇｍｅｎｔ　ｗｉｔｈ　ｈｅ　ｔｕｎｉｆｏｒｍ　ｃｉｒｔｅｒｉｏｎ．Ｔｈｅｒｅ　ａｒｅ　ｑｕａｌｉｔａｔｉｖｅ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｎｄ　ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｉｎ　ｈｅｔ　ｅｎｔｉｒｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ，ＳＯ　ｔｈｅ　ｉｓｋ　ｓｕｐｅｒｒｉｎｔｅｎｄｅｎｔｓ　ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｄ　ｔｈｅ　ｒｉｓｋ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ｐｒａｃｔｉｃａｌｌｙ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐ　ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ　ｐｉｔ　ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ａｎａｌｙｔｉｃａｌ　Ｈｉｅｒａｒｃｈｙ　Ｐｒｏｃｅｓｓ，ｒｉｓｋ　ａｎａｌｙｓｉｓ