基于生命周期评价的深基坑支护方案选择的探讨

裴尧尧

（武汉科技大学 城市建设学院，湖北 武汉 430070）

1 概述

基坑支护结构作为一种临时性结构，在保证基坑自身以及临近工程环境安全的前提下必须考虑其经济性和环保性[1]。当前国内深基坑工程己有大量的实践经验，创造了许多深基坑施工的新技术，取得了较大进步，如地下连续墙、排桩支护、锚固支护、深层搅拌支护、喷锚网支护、逆做法施工等等。支护结构的选择都要结合土质条件、基坑深度、地下水情况等因地制宜的实施，应该根据不同支护类型的优缺点、适用条件，科学合理地选择经济合理的方案。常规设计下最重要的控制条件是基坑的稳定性、地面变性的控制、环境因素、地下水的控制[2]。但大多情况下支护结构方案的选择都忽略了能源的过度消耗和严重的环境污染。为此，本文引入生命周期评价（LCA）理论，尝试从技术、能源、经济等角度全面的分析，为深基坑支护结构方案的选择、改善优化设计提出更高更合理的要求，做到环境能耗低，污染少，实行经济、环境可持续发展的一项重大举措，对构建节约型社会、国民经济可持续发展具有长远的意义。

2 生命周期评价（LCA）的概念和引入

生命周期评价（LCA）是国际上评价一个产品系统生命周期阶段——从原材料的提取和加工，到产品生产、包装、市场营销、使用、再使用到产品维护，直至再循环到最终处置对环境影响的工具。LCA的特点在于：它是一种全过程评价，涉及产品或行为的原材料采集、加工、产品制造、使用消费、回收利用以及废物处理全部生命周期；它是一种系统的、定量化的评价，以系统的思维来研究产品或行为在整个生命周期中对环境产生的影响量物质和的使用以及所释放物质对环境的影响，辨识和评价改善环境影响的机会；它是一种充分重视环境影响的评价，强调分析产品或行为在其生命周期各个阶段中对环境产生的影响，包括能源利用、土地占用、以及环境污染等等，最后以总量形式来反映产品或行为的环境影响；它是一种开放性的评价，生命周期评价是先进的环境管理思想，只要有助于实现这种思想，任何方法都为其所用。

若将深基坑支护工程作为一种有持续意义的建筑产品，不同的支护方案对能源、环境影响有不同的效应，那么LCA就是在对同一工程不同支护方案整个生命周期中对其有关的各类技术、经济和环境信息进行汇集、分析和评价的一种系统方法。

3 LCA在深基坑支护方案选择中的应用

将生命周期评价运用于针对深基坑支护能耗和对环境产生的负面影响，从其设计、施工、使用、维护到废弃，从节能环保这两个准则出发对支护方案进行对比评价，选择资源消耗低、坏境影响小的友好型支护或对已选支护方案进行优化设计。目前，深基坑支护方案选择的LCA案列非常的少，国内几乎没有。

3.1 生命周期评价的技术框架

图1为深基坑方案选择的LCA技术框架，一个完整的LCA评价框架分为目的与范围的确定、清单分析、影响评价和改善评价四个阶段。LCA的最终目标是通过确定产品的环境负荷，比较产品的环境性能优劣，可对产品重新进行设计，或者做方案对比，在以上基础上不断完善和改进。

图1 深基坑支护方案选择的LCA技术框架图

3.2 深基坑支护方案选择的生命周期评价（LCA）

（1）目的和范围的确定。目的和范围的确定是为开展LCA研究提供一个初步计划，它说明开展LCA的目的和意图、研究结果的可能应用领域，确定LCA的研究范围、保证研究的广度、深度与要求的目标一致。深基坑支护方案选择的LCA评价目标就是让深基坑支护设计者明确使用生命周期评价方法的目的，或者根据生命周期评价的结果确定如何进一步进行产品的设计或改进，实现技术、节能、环保三方面的最优化配置组合。深基坑支护类型选择的生命周期评价的评价内容，将其按照功能分析的方法划分为若干功能单元，选择与环境相关的主要功能部件通常包括设计单位、施工管理单位、维护监测单位等进行评价。将评价结果进行对比，选择能源环境友好型支护方案，并在此基础上做出优化和改善评价。

（2）清单分析。清单分析是生命周期评价的核心和关键，是量化和评价所研究的产品、工艺或活动整个生命周期阶段资源和能量使用以及环境释放的过程。是对产品、工艺过程或者活动等研究对象整个生命周期阶段的能源使用以及向环境排放废物等进行定量分析的技术过程。一旦产品的LCA评价目标和范围确定以后，针对产品的整个生命周期，详细列出各个阶段（前期勘察和设计、建设施工、施工管理、维护监测）的各种输入输出清单。对每一种支护方案模型建立功能单元树和生命周期过程流程图，以及建立他们之间的关系。

（3）影响评价。影响评价是对清单分析中环境影响做定量或定性的描述和评价，由三部分组成：影响分析、特征化和量化评价。其目的是根据清查分析后说提供的物料、能源消耗数据以及各种排放数据对产品所造成的环境影响进行评估。列出表1。

表1 深基坑支护方案主要阶段影响评价

（4）改善评价。①通过使用生命周期评价方法，同时依据专业人员的判断和获得的数据来获取相关影响因素的筛选步骤，估计最优化支护类型生命周期中具体阶段可能产生的影响，制定相应的参考标准。②利用生命周期评价方法，可识别出产品或活动在能源消耗、环境污染方面的不足之处，对具体环节做出改善和优化。③方案的比选，列出同一工程的多种可行方案，利用清单分析中的信息、影响评价中的结果，细节到各个环节，找出设计方案的优缺点，做出综合评判，做出可行性改进。

4 LCA对深基坑支护方案选择应用的思考

作为新的环境管理工具和预防性的坏境保护手段，LCA主要应用在通过确定和定量化研究能量和物质利用及废弃物的环境排放来评估一个产品、工序和生产活动造成的环境负荷，评价能源、材料利用和废物排放的影响及评价工具改善的方法。将其引入深基坑支护方案选择的应用中，必然对工程的各个方面提出新的要求：①新技术、新工艺，考虑再生能源及其它设备的使用问题。②综合考虑勘察施工、施工管理、监测维护等因素。③选择经济合理的节能设计、有效利用能源、尽量降低施工工程中的能源消耗。④施工工程中同样要做到污染少、耗能少、人力资源充分发挥利用。⑤加强对周边环境影响最小的管理，合理处理固、液、气废物，尽量做到废物循环利用。⑥设备的管理更加科学有效化，延长其使用寿命。

5 存在的问题和展望

5.1 存在的问题

在项目工程实施的方法上存在不少问题，比如系统边界的设置、数据收集渠道和影响类型的不确定和主观性；用于清单分析和评价环境影响的模型的局限性；数据收集完整以及准确性都难以琢磨，权重因子的不模糊性，且数据资料极为庞大，步骤冗繁复杂，工程量大，资金消耗多、时间花费长。

5.2 未来研究展望

生命周期评价（LCA）理论在深基坑中的应用在国内还处在孕育阶段。首次将LCA引入到深基坑工程中，其难度和存在的问题是可想而知的。但生命周期评价理论（LCA）与时下倡导的“建设节约型社会”是不谋而合的，为实现这一目标指明了方向和目标。生命周期评价（LCA）应该更多更广的引入到生产、建设各个领域。这里将其引入到深基坑的支护类型选择中，LCA有利于各个阶段的具体情况和整体过程的目标信息获得，从而充分了解总体情况，选择能源消耗、环境污染友好型的支护方案。LCA是一个相当复杂的过程，其中定量分析是重中之重，大量的资料收集、分析、处理是相当大的工作，仅靠单一的部分是无法完成如此庞大的信息系统，这需要设计、施工、维护、监测各个单位的相互有效合理的配合。本文主要基于生命周期评价（LCA）环保节能这一理念，将其引入熟悉的深基坑工程中，可能具体实施还存在很大的问题，但其可行性是无容置疑的，相信生命周期评价的大规模渗入到各个领域，“建设节约型社会”的构想将不会遥远。