基于层次分析法的深基坑施工风险分析★

谢秀栋

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[1，2］。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。

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，并且能有效地综合测度子目标定量判断的一致性。AHP体现了人类决策思维的基本特征，即分解、判断、综合。

2 层次分析法的基本原理[3］

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，因素之间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，是层次分析法的关键。

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。

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

表1 评判标标度及其含义

表2 RI取值表

其中，n为判断矩阵阶数;aij为元素i相对于元素j的重要性评分数值。

其中，A 为判断矩阵;W=(ω1，ω2，…，ωn)T;(AW)i为向量(A·W)T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，随机一致性比率CR:

其中，

3)计算判断矩阵的最大特征值λmax:

其中，RI为平均随机一致性指标，可由表2查得。

当一致性比率CR＜0.10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。

2.4 风险等级评判

为获得层次目标中每一指标的相对权重，必须进行各层次的综合计算。

对某一风险因素而言，设各层次的相对权重为Wi，Wij，Wijk…，则该风险因素最终的重要性权重系数为:

表3 风险等级评判表

图1 风险因素层次结构图

根据所得的各风险因素重要性权重系数，可依据表3进行等级评判。

3 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。标准段基坑开挖深度约15.5 m，端头井基坑开挖深度约17.5 m。根据该车站段砂性地层深基坑开挖工程施工中实际情况，运用层次分析法，对其施工可能产生影响的风险因素从技术风险、人员风险、工程环境风险和经济风险四个主要方面进行分析评价[4，5］，具体各风险因素层次结构如图1所示。

根据图1所表达的层次结构，自上而下，可先建立B1，B2，B3相对于A的A—B判断矩阵，算出重要性权值，做一致性检验，如表4所示。

表4 A—B判断矩阵

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

本工程实例中，地质条件、施工人员风险权重最大，均属于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。

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，值得在工程实践中推广应用。

[1]唐业清.基坑工程事故分析与处理[M］.北京:中国建筑工业出版社，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.

[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 Project Management Maturity，New York:John Wile＆Sone，1999.

[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.