深基坑生命周期安全性评价概念的提出

周志坚

（武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉 430070）

1 深基坑工程安全性评价方法存在的主要问题

土木工程基坑开挖与支护工期长、施工技术难度大、现场施工条件复杂、对环境影响控制要求高以及所涉及问题的复杂性和高不确定性等特点。因此，深基坑工程可以说是一项高风险工程。随着社会生产力的提高和科学技术的发展，深基坑工程的规模和复杂性日益增大，风险导致经济的损失也随之增大，甚至成为工程成败的关键。

岩土工程可靠性研究在我国始于20世纪70年代末期。近几年来，有关深基坑工程风险安全评价理论和方法越来越多，在研究开挖引起差异沉降的一般方法及安全性判定方法研究的基础上[1][2]，一些学者提出了安全性评价中的风险值与风险标评价指标[3]，通过专家调查法对基坑工程的风险分析[2]，利 用 故 障 树 分 析 法 分 析 基 坑 工 程[4][5]，并 用 布 尔 代 数 法 计算基坑工程失效概率[6]。还有将可信性方法引入到深基坑工程的风险分 析[7]。

（1）没有公认统一深基坑工程安全性评价的方法。虽然近年来进行了大量风险定量分析方法的研究，并且也做了许多工作，取得了一些成果，但距离真正的风险定量分析仍然还有一定的距离。

（2）目前安全性评价理论主要应用在深基坑工程的施工阶段。学者们虽然对深基坑工程安全性评价做了大量的研究，但是研究成果主要还是对深基坑施工阶段安全性评价的应用。因为深基坑工程包括勘探，设计，施工和使用这四个工程阶段，每个工程阶段都存在着安全性问题。

（3）在深基坑施工阶段安全评价中，没有建立完善的安全评价的风险预警预案体系和风险管理的流程。在从事深基坑工程风险管理项目时，主要侧重于对风险的识别和估计，对工程中的某一阶段或某一部分进行风险估计，得到风险值，并根据风险值进行排序。其次，在进行风险评估的过程中，只是凭着现有资料和人为取舍来确定采用何种评估方法，其结果缺乏可比性和科学性。

以上的问题突出地反映出我国在深基坑工程安全性评价方面仍处于相对落后的局面，随着国家建设规模不断加大，深基坑工程量和规模也将增多增大，无论业主还是施工方都面临着日益增加地深基坑工程风险管理问题。因此急需加强对深基坑工程风险分析方法及管理对策的研究。

2 深基坑工程LCSA概念的提出

生命周期的概念源自于生物学。作为严格的生物学概念，是指具有生命现象的有机体从出生、成长、到成熟衰老直至死亡的真个过程。生物的生命周期共有3个特征：首先，生命周期是一个有限的时间过程；其次，生命周期具有阶段性；一个完整的生命周期包括出生、成长、成熟、衰老、死亡五个阶段；第三，生物在整个生命周期过程中都会与外界的环境进行物质、能量的交换。随着社会发展与学科间的融合，生命周期概念逐步引入到经济、管理、社会组织和环境等其他领域，并衍生出一系列基于生命周期思想的理论和研究方法。

安全评价应贯穿于深基坑工程与系统的设计、施工建设、运行和退役整个生命周期的各个阶段。从此定义可以看出：安全评价的目的是为了找出存在的危险及可能产生的后果；在此基础上应提出相应的安全对策;并且贯穿于工程的各个阶段。但是目前各种安全评价的方法存在很大的缺陷。一般安全评价的方法对工程的安全性评价是局部、阶段性的，主要是对施工阶段的安全性评价，缺少对整个生命周期（即从摇篮到坟墓）安全性评价。需要对现有深基坑工程安全性评价方法进行改进。

笔者对深基坑安全因素分析的基础上，提出深基坑工程生命周期安全性评价的概念。生命周期安全性评价（Life Cycle Safety Assessment，LCSA）是对整个深基坑工程或深基坑工程某项生产活动从可行性研究、勘探、初步设计、施工图设计、施工和使用到最终处置即整个生命周期（即从摇篮到坟墓）安全性作出分析与评价。

3 生命周期安全评价的目的

生命周期安全评价的目的是查找、分析和预测深基坑工程中存在的危险、有害因素及可能导致的危险、危害后果和程度，提出合理可行的安全对策措施，指导危险源监控和事故预防，以达到最低事故率、最少损失和最优的安全投资效益。

（1）提高系统本质安全化程度。通过生命周期安全评价，对深基坑工程的设计、建设、使用等过程中存在的事故和事故隐患进行系统分析，针对事故和事故隐患发生的可能原因事件和条件，提出消除危险的最佳技术措施方案，特别是从设计上采取相应措施，设置多重安全屏障，实现生产过程的本质安全化，做到即使发生误局部错误操作或局部故障时，深基坑工程存在的危险因素也不会导致重大事故发生。

（2）实现全过程安全控制。在深基坑工程设计前进行生命周期安全评价，可避免选用不安全的工艺流程和危险的原材料以及不合适的设备、设施，避免安全设施不符合要求或存在缺陷，并提出降低或消除危险的有效方法。系统设计后进行生命周期安全评价，可查出设计中的缺陷和不足，及早采取改进和预防措施。深基坑工程建成后进行生命周期安全评价，可了解深基坑工程的现实危险性，为进一步采取降低险性的措施提供依据。

（3）建立系统安全的最优方案，为决策提供依据。通过生命周期安全评价，可确定深基坑工程存在的危险源及其分布部位、数目，预测系统发生事故的概率及其严重度，进而提出应采取的安全对策措施等。决策者可以根据评价结果选择深基坑工程安全最优方案和进行管理决策。

（4）为实现安全技术、安全管理的标准化和科学化创造条件。通过对设备、设施或系统在生产过程中的生命周期安全性是否符合有关技术标准、规范相关规定的评价，对照技术标准、规范找出存在的问题和不足，实现安全技术和安全管理的标准化、科学化。

4 基坑工程LCSA的特点

（1）生命周期安全性评价面向的是整个工程系统。整个工程系统是指基坑工程的可行性研究、勘探、初步设计、施工图设计、施工和使用到终处置的全过程。生命周期安全性评价对工程系统的每个阶段都视为其评价对象。从工程系统角度，以往的安全性评价焦点常常局限在施工阶段和使用阶段，而忽视了可行性研究阶段，勘探阶段等。一些综合性的安全性评价结果表明，重大的安全压力与工程系统的各个阶段环节有密切有关系。从以施工安全评价向全过程的生命周期评价是深基坑工程安全评价发展的必然要求。

（2）生命周期安全性评价是对一项工程“从摇篮到坟墓”的全过程的评价。生命周期安全性评价对整个工程系统从可行性研究阶段到最终处置阶段的生命周期有关的质量安全问题的全过程进行分析，先从每个阶段来找质量不安全的因素以及解决的方法；然后，综合各种因素分析，运用合理的安全评价方法进行评价。这样综合地考虑了成本造价、资源利用、工艺水平、环境影响和质量安全等问题。

（3）生命周期安全性评价是一种系统性的、定量化的评价的方法。生命周期安全性评价以系统的思维方式去评价基坑工程整个生命周期中每个环节中所需要注意的各种安全问题，定量评价这些安全问题因素在整个安全体系中重要性的比重指标。通过这些比重指标，准确地评价其安全等级，提高安全概率，保证深基坑工程的安全。

（4）生命周期安全性评价是一种充分考虑了环境影响的评价方法。生命周期安全性评价注重研究系统在自然资源的影响、非生命生态系统的影响和人类健康影响领域内的环境影响，从这些分散的环境影响因素找出影响评价各种因素指标，运用一定的计算模型进行综合评价。在进行深基坑工程生命周期安全评价时，通过这些影响指标可以清楚地考虑了环境的影响因素，做到对环境影响降低到最低水平。

（5）生命周期安全性评价是一种开放性的评价体系。生命周期安全性评价是开放性的体系，其方法论也是持续改进、不断进步的。生命周期安全性评价涉及到数学、化学、物理、统计学、经济学、管理学、生态学和环境学等知识和理论。所以自然学科和管理学科中的先进理论成果都可以借鉴和吸收，都可以作为其安全性评价理的知识和理论。

5 结语

LCSA将是一种在深基坑工程安全性评价方面具有巨大潜力的安全、崭新的影响评价理论工具，它是对深基坑工程的整个生命周期过程的设计、施工、使用安全和环境影响等多方面的信息综合考虑，在保证质量安全的情况下可提出环境安全负荷改善的措施和建议，具有可持续发展的特征。虽然由于LCSA本身处在研究的初级阶段，还没有看到发挥它应有的作用，但随着研究的深入，其理论不断地完善，LCSA一定会成为深基坑工程安全评价的新工具。

[1]杨国伟.深基坑及其邻近建筑保护研究[D]上海：同济大学，2001.

[2]高文华，杨林德，沈蒲生.基坑变形预测与周围环境保护[J].岩石力学与工程学报，2001，（4）：555-559.

[3]陈龙.软土地区盾构隧道施工期风险分析与评价研究[D].上海：同济大学，2004.