软土地区40 m级基坑建设安全风险排查体系研究

徐金峰 谢雄耀 张 军 高 芳 王 强

1. 同济大学地下建筑与工程系 上海 200092；

2. 上海黄浦江大桥建设有限公司 上海 200090

随着我国轨道交通工程的大规模建设、超高层建筑数量的增多、城市大型地下空间需求增大等，基坑的开挖深度越来越大，30 m以上的超深基坑[1]往往会伴随着施工难度高、周边环境保护要求高、支护设计难度大、地质水文条件复杂、邻近建（构）筑物多等众多风险不可控的不安全因素。而由于这些未得到控制的风险，超深基坑在施工中发生事故的概率也大大增加，给社会带来了人员的伤亡和大量的经济损失等不良影响。因此，如何借助已有的现代化信息手段，对超深基坑工程建设进行安全有效的风险管控，降低事故发生的概率，是一个迫切需要研究的课题。

针对超深基坑工程中的风险管理问题，国内研究主要集中于超深基坑的风险因素分析、支护设计和施工技术等方面。黄宏伟等[2]针对深基坑工程施工风险因素，从风险识别、评估到控制，通过专家调查法和层次分析法的评估分析后，给出了施工期风险管理的建议。初振环等[3]采用数值模拟对几种设计方案进行了计算分析和比较，并给出了相应措施。周诚等[4]依托无人机监控进行现场巡视、信息采集、指令传达及应急处理，并结合风险控制清单，实现了深基坑施工无人机安全巡逻与预警。周乐木等[5]对深基坑进行了支护、降水设计并采取措施来保证施工安全。胡海英等[6]结合地质条件和周边环境，提出了对应的超深基坑设计和施工关键技术方案。在建筑工程项目管理方面，基于移动互联网、云计算等技术的信息化系统应用已非常普遍，项目通过信息化应用能提升管理水平和效率。Shohet等[7]基于移动通信技术开发了现场安全质量控制软件，并在整治介入之前和干预调整后记录安全和质量指标，试点研究结果表明，应用软件可使工程质量提高30%，不安全活动降低90%。Ho等[8]认为管理系统与企业管理模式和需求密切相关，通过二次开发搭建了可供用户自行定制的BMS系统Web端和APP端来适用于更多企业和业务需求，软件集成了任务派单执行、云端资料库、上传照片等功能，利用云技术为现场提供了便捷的管理服务。

综上，国内在超深基坑工程风险上，主要从施工风险控制、支护设计、数值模拟计算和监测分析等方面进行研究，国外主要针对其他建筑工程进行项目管理综合方面的研究。然而，鲜有针对软土地区超深基坑工程进行整体风险管控的研究，亟需高效、持续的风险管控手段。因此，本文基于上海硬X射线项目土建工程超深基坑建设高风险的实际问题，开展了超深基坑建设安全隐患排查制度体系研究和基于移动互联网的风险管控平台搭建工作，为超深基坑的建设安全管理保驾护航。

1 超深基坑建设安全风险管控背景

1.1 工程概况

硬X射线自由电子激光装置项目位于上海市浦东新区张江园区祖冲之路与华夏中路之间，西侧为罗山路高架和磁悬浮。项目主要由长约3.2 km的地下隧道、5个竖井及竖井附近的地面设施组成，地下隧道段整体呈南北走向，如图1所示。

图1 硬X射线自由电子激光装置项目工程沿线

1号基坑周边有高压铁塔、罗山路高架、磁悬浮等建（构）筑物，东侧紧邻三八河。2号基坑西侧为高压铁塔，东侧为在建实验楼。4号基坑部分位于集汇路之下，西侧有高压铁塔，南侧有河流，东侧为2幢5层建筑楼，北侧为2层变电站及水泵房。5号基坑西邻三八河，东侧为500 kV高压走廊架空线及铁塔，南侧为华夏中路高架；另三八河西侧为磁悬浮。

本工程5个基坑均采用明挖法施工，拟采用地下连续墙+内支撑进行围护，基坑开挖深度、开挖尺寸和地下连续墙墙深如表1所示，基底下设立柱桩和抗拔桩，桩长40～50 m。

表1 硬X射线自由电子激光装置项目基坑主要参数

因此，由于2.5倍基坑开挖深度范围内已经揭示上海软土层的第⑨层，地下连续墙需隔断第三承压水层。场地周边环境复杂、保护要求高等，为工程建设管理带来巨大的风险和挑战。

1.2 软土地区超深基坑工程特点

软土地区超深基坑的安全建设过程有以下难点：

1）超深基坑往往伴随着复杂的周边环境，如周边地下管线密布、建筑保护、隧道紧邻、防汛墙等，若在建设过程中管理不当，可能对周边环境造成不良影响。

2）超深基坑水文地质条件多变，在软土地区的基坑开挖常常伴随着止水降水、稳定承压水、土体软化、地下水腐蚀等问题，处理不当易带来工程事故。

3）超深基坑需要开挖深层土体，而通过对深层土体进行取样、试验等手段获取对应的力学参数难度大，导致工程评价不准确，给设计带来不便，在建设过程中存在安全隐患。

4）超深基坑施工建设过程中，存在作业空间狭小、环境较为封闭、地下连续墙深度大、渗漏水难抑制等难题，必须结合监测数据进行信息化反馈管理。

超深基坑复杂的周边环境、水文地质多变、深层土体力学特性不明和施工难度大的特点，为超深基坑安全建设带来诸多风险，易造成工程事故。而据美国著名安全工程师Heinrich提出的Heinrich安全法则，1件重大事故背后必有29件轻度事故，还有300件潜在隐患。如图2所示，在超深基坑建设过程中，动态的安全状态不可预测地会产生大大小小的安全隐患，为基坑安全带来风险，所以应及时地发现并处理不同等级的隐患，在事故来临前便治理和消除，通过高效的风险管理大大地降低超深基坑安全事故的风险发生概率。

图2 安全隐患、风险和事故关系图

1.3 超深基坑安全风险分类与存在的问题

在国内外城市深基坑事故统计中[4]，基坑事故发生的主要原因，可以归结为勘察失误、设计不当、支撑或锚固结构失稳、突涌水、周边环境被破坏、机械伤人、水处理不当、基坑失稳、工法错误、监测缺失、缺乏管理、赶工期等。然而，目前的风险管控体系不足以高效、经济地解决上述风险问题，主要存在隐患排查人员少、排查频次低、上报流程复杂、隐患消除不及时、隐患数据处理工作量大、排查参与人员少、现场人员积极性不高等问题。

因此，研究一套完善的超深基坑建设安全风险管控体系来治理产生的隐患是十分有必要的。同时，借助智能工业的思路，充分利用最新信息技术手段，将互联网、数据库和智能终端结合，使得风险隐患治理流程标准化，既将各方参与建设人员纳入统一平台，又能提高隐患治理效率；利用智能终端的随身携带特性，全体人员可随时随地将隐患上报，管理人员可时刻跟踪隐患治理进展；管控平台还能提供多种多样的隐患描述方式、全套的隐患清单、管理人员排查频次要求、高额奖惩措施等内容，有利于基坑工程建设全体参与人员积极主动地参与隐患排查和治理工作，最终达到控制风险、减少事故发生率以及经济损失的目的。

2 超深基坑建设安全风险管控体系建设

2.1 超深基坑风险管控体系构成

超深基坑施工安全风险治理通过全员参与安全风险排查，发现风险隐患后，选择隐患清单中对应的隐患等级、类别和条目，然后对应责任方对风险隐患进行整改处理，最后消除安全风险隐患。

通过建立建安总体、勘察单位、设计单位、施工单位、监理单位、监测单位以及现场所有建设参与人员全过程、全方位的安全风险排查管控体系，健全超深基坑安全建设、高效管理的长效机制，促进基坑工程信息化管理的发展，掌握安全风险防范的主动权，形成内部组织协同与管理一体化的安全责任共同体，如图3所示。

图3 安全责任共同体

超深基坑风险管控体系主要由安全风险隐患分级与分类标准、安全风险隐患排查及治理流程、参与单位职责分配、排查频次及治理时限要求、重要人员考勤管理与考核制度、积分与奖惩制度、基于移动互联网的安全风险管控平台等要素构成。

同时，超深基坑风险管控体系对移动互联网超深基坑建设安全风险管控信息化系统的开发具有指导意义，所以必须将风险隐患治理流程标准化、程序化。

2.2 安全风险隐患分级与分类标准

为实现超深基坑建设安全风险隐患排查和治理的制度化、信息化管控，根据《安全生产隐患排查治理暂行规定》《安全生产事故隐患排查治理体系建设实施指南》《安全生产事故报告和调查处理条例》等法律法规和规章规程的要求，按照“重心前置、要点突出、程序到位、比例协调”的原则，将超深基坑建设中的安全风险隐患分为一般、较大、重大3个等级，相对应的危害大小和事故风险概率逐级增加。

根据安全风险隐患分级标准，结合基坑工程相应的规章制度等，搭建了超深基坑安全隐患清单数据库。针对超深基坑工程建设的具体风险，超深基坑安全隐患清单数据库分为通用隐患、基坑隐患、环境隐患，以增加隐患清单的实用性、专业性和结构性。

2.3 安全风险隐患排查及治理流程

排查及治理流程由5个阶段组成，如图4所示，具体流程如图5所示。其中排查上报是参与建设全员排查安全风险隐患。响应是监理获取排查隐患信息后向责任方发送整改通知并督促。整改是责任方对基坑安全风险隐患进行现场消除的处理行为，其中根据不同等级的安全风险隐患，形成不同的整改措施，如对重大隐患应由责任方先编制相应的整改方案，再组织专家论证和批复方案，最后实施整改措施并形成整改资料。复核是对整改结果的检查、验收。销号是对整改结果的肯定与归档。

图4 隐患闭合治理示意

图5 安全风险隐患排查及治理流程

2.4 参与单位职责分配

超深基坑工程的建安总体主要负责监督与检查其他参与单位和部门的风险隐患排查及治理工作，对各类隐患进行销号，并对其他单位的风险隐患排查及治理的考核具有最终解释权；监理单位负责监督施工单位的风险隐患排查及整改工作，对隐患进行日常巡查并上报，对各类隐患进行响应与复核；施工方负责隐患排查和整改工作；设计、监测方具有隐患排查的权利，并有配合隐患整改的义务；超深基坑风险管控平台内的所有注册人员均有权利和义务对风险隐患进行排查并上报。

2.5 排查频次及治理时限要求

鉴于超深基坑建设过程中风险隐患的突发性，尽早地对已发现隐患进行整改处理，将为超深基坑的安全建设提供保障。因此，管控体系必须对排查频次和治理流程时限进行要求。其中，对采取集中组织排查的不同单位，分别分为季度、月度、周度等排查，见表2，相关人员进行每日巡查；对于不同等级的隐患，逐一设置不同流程的治理时限与治理权限。

表2 隐患排查频次要求

2.6 重要人员考勤管理与考核制度

超深基坑建设过程中，常常存在参建单位主要管理人员不在岗等情况。为此，针对各参建单位，尤其是监理和施工单位的项目现场管理人员，必须进行现场考勤管理。

此外，通过月、季、年度来分别进行综合考核，考核对象主要为施工、监理等单位，考核方式采用扣分制，每若发现施工单位存在未被上报过的隐患，则同时对施工单位、监理单位进行分别扣分；考勤不达标，按照相关管理办法进行扣分或罚款等。

2.7 积分与奖惩制度

为激励参与人员进行风险排查的积极性，加强管理监督意识，管控体系采用积分形式对个人、单位进行统计，结合考核制度的扣分，最终形成奖优罚劣的管理制度。建安总体对表现突出、积分高的单位和个人设立安全评优奖项与经济奖励，对表现差、扣分多的单位、部门和个人依照相关制度进行处罚。最终形成了一套全覆盖、动反馈、奖罚清晰的奖惩激励机制。

2.8 基于移动互联网的风险管控平台

为实现风险隐患信息跨层级流动、跨部门流动、数据共享、治理协作等功能，将上述超深基坑风险管控体系的要素流程化，搭建了基于移动互联网的超深基坑风险管控系统平台，真正地实现风险排查工作的信息化、透明化、标准化。风险管控系统主要功能见图6。平台在电脑Web端和手机APP端均可访问。系统主要功能如下：

图6 安全风险管控体系与系统平台关系

1）隐患排查及治理业务功能。超深基坑建设过程中所有参与人员均可在移动端APP上进行隐患上报。上报内容包含隐患级别、隐患类别、隐患地点、隐患描述、隐患照片等，上报后系统对本条隐患自动编码、计时、归类，并传递给下一阶段执行人。相关执行人经过审核后选择进行相应的操作和处理等，最终形成隐患闭环治理。

2）隐患信息通知及共享功能。系统采用通知推送的方式，使得隐患信息的传递具有实时性，随时随地都可进行隐患处理。同时，系统也提供隐患信息的发布与共享，让各参与单位人员均可对基坑建设过程中的隐患信息进行查询和实时动态跟踪，实现了隐患信息的透明化，这种共享模式也给企业员工提供了进行风险管理相关知识交流的平台。

3）隐患数据统计功能。隐患数据统计功能对风险管控平台中生成的各类数据进行归档、处理、自动统计并生成对应图表，可在移动端和电脑端选择相应的时间段随时查看，也使得建安总体等管理人员便于监督和资料整理。通过对隐患数据的统计，将对以往的建设过程中的风险排查工作进行分析总结，为后续安全建设工作的开展起到指导作用。

4）隐患数据存储与调用功能。隐患数据自上报后便自动存储在后台的数据库内，形成“隐患台账”，便于管理人员随时查阅调取并可进行再处理，为安全生产管理提供依据。

5）考勤管理及考核功能。该功能将考勤服务内置于移动端APP中，无需单独购买摄像头、考勤一体机，以较低成本实现刷脸考勤；进行人脸识别后再利用GPS系统精准定位，设置成每日一次打卡，每月不少于20日。之后，根据制定的相应考核制度，建安总体安监部门每月对各单位进行审查考核。

6）积分及奖惩功能。通过2.7节所述的积分与奖惩制度，系统对排查流程增加判定条件，将实现自动计分，自动统计排序整理后生成报表，管理人员登录系统即可查看。建安总体则可根据计分数据与报表信息开展月、季、年度等考评工作，最后依据考评结果，得出奖惩措施。其中，在财务管理工作中单独开设“安全风险排查费用”专项进行奖励发放和罚款入账等条目。

3 超深基坑风险管控系统应用

软土地区超深基坑建设安全风险管控体系与平台已于2019年7月交付上海硬X射线自由电子激光装置项目建安总体试运行，根据各单位反馈意见修改完善后，于10月正式投入使用。其中，硬X射线项目5号超深基坑风险管控平台上线6个月以来，总计发现上报了76项风险，其中共发现一般风险70项，较大风险5项，重大风险仅1项。每月上报隐患统计结果见图7。

图7 安全风险管控系统每月上报隐患统计

由统计数据分析可得，在风险排查实施6个月中，风险管控平台整体运作稳定，满足实际需求，从10月份的7条隐患上升到11月的54条隐患，可以看出随着系统平台的推广，参与人员的增加，隐患条数呈现增长趋势；但随着参建各方的共同努力以及奖惩措施的有效实行，建设人员安全风险自意识、自监督、自改正的良好风气逐步实现，故而隐患条数逐月减少，直到工程竣工。

4 结语

本研究基于上海硬X射线自由电子激光装置项目超深基坑开挖现状和实际需求，考虑到超深基坑建设安全风险，建立了超深基坑建设安全风险管控体系与基于移动互联网的系统平台。

根据建安总体组织架构和实际建设管理情况，收集并整理出风险隐患清单数据库，搭建了安全风险隐患分级与分类标准、排查及治理流程、职责分配、排查频次、治理时限要求、考勤管理、考核制度、积分与奖惩制度等，使得风险排查工作程序化、常态化。风险管控体系与系统平台的有效应用增加了建安总体与各参与单位之间的协调管理效益；隐患的分级与分类管理使得风险管理精细化、专业化、标准化；将超深基坑建设安全风险管理转为闭环治理，由被动接受转为主动预防，实现了排查工作全员参与、治理工作互相监督的良好风气。通过移动互联网的信息化平台建设，使得风险管控工作电子化、数据化，全过程闭环跟踪，缩短风险隐患的治理周期，高效率地为超深基坑建设安全风险管理保驾护航。基于管控平台提供的考核、统计报表等功能，极大地加快了安全风险分析，为后续安全建设的决策提供了数据支撑。

本研究最终将风险管控体系与系统很好地结合，搭建了一套互联网平台，形成了一套完成的超深基坑建设安全风险隐患治理方法，提高了超深基坑建设的安全风险管理水平，对类似基坑等建设工程风险管理具有借鉴意义和参考价值。