深基坑支护系统方案优选评估方法研究综述

深基坑支护系统方案优选评估方法研究综述
摘要：深基坑工程在基坑施工工程中的地位愈加重要，对其支护系统方案的优选愈加受到重视。

本文针对目前国内已有的深基坑支护系统方案优选评估方法，评价和总结了目前优选评估方法的类型、特点和存在问题，以期为进一步开展深基坑支护系统方案优选评估方法的课题研究提供一些帮助。

关键词：深基坑；支护方案；优选
中图分类号：tv551.4文献标识码：a文章编号：
引言：
目前，中国城市化建设正稳步推进，高层建筑大量兴建，城市用地紧张，城市建筑呈现出向高空和地下空间发展的趋势。

建筑物地下室的层数越来越多，开挖的基坑将越挖越深，深基坑投入的费用将越来越大，这给工程界带来了新的问题和挑战。

如何总结和利用已有的工程经验，发展新理论，探索新工艺，以解决不断变化的工程问题，是目前岩土工程界的重要课题。

基坑开挖及基础工程的费用，尤其是深基坑，占整个工程成本的比例很大，因此科学合理地选择支护方案，协调好相关因素（如安全、经济、环境影响、工期等）的关系，是岩土工程界节约生产资源、工程效益最大化的关键。

深基坑支护工程作为一个系统工程，其支护方案的选择已不能用单一指标确定，而是受众多因素影响，有确定性因素（如工程总造价、工期等）的影响，也有模糊性因素（如方案的科学性、安全性
等）的影响，如何科学地确定评价指标、量化评价指标以及最终确定最优方案是目前优选决策的迫切需求。

下面就各类评估模型的评估指标体系、评估指标量化和评估过程进行评述。

1.优选评估指标概述
优选的评估指标可分为确定性指标和模糊性（不确定性）指标，确定性指标系指工程总造价、工程工期等，是可以直接量化的用于评估优劣性的指标；模糊指标系指诸如方案的科学性、安全性、环境影响程度等人为评定的指标，用模糊指标评定方案优劣带有人为主观性和片面性；再者不同的工程项目其侧重点不一样，不同工程在工程安全性、控制工程总造价、环境保护和工程工期等各有侧重，因而不同工程各指标的权重（影响程度）不能一概而论。

对于方案优选评估指标的选取可以划分为两个阶段，即经验性评估阶段和模型评估阶段。

经验性评估阶段方案优选评估指标是基于专家经验和工程实践经验确定的，是一种定性评估的指标。

例如，龚晓南建议将安全、经济、方便施工和因地制宜等定性指标作为评估指标；刘建杭和侯学渊推荐以开挖深度和地区为评估指标；赵志缙和应惠清主张根据基坑场地条件和支护形式适用条件两个指标
确定最优方案；《建筑基坑支护技术规程》则指出可根据周边环境、开挖深度、工程地质和水文地质、施工作业设备和施工季节等指标进行支护方案的选定。

经验性评估阶段主观性和片面性特点较强，限制着评估方法的科学化和普及化。

模型评估阶段是经验性评估阶段科学化、数值化的飞跃，将评估
内容系统化，以系统论、数学理论和工程经验相结合为基础，抽取评估指标，构造评估模型。

模型评估阶段评估指标具有多目标性，是定性评估指标和定量评估指标的相结合，并利用多目标进行方案决策优选。

目前已有的优选评估模型包括模糊综合评判模型、灰色系统关联分析模型、层次分析模型、人工神经网络模型、熵理论模型等，众多模型优选评估的准则可以概括为技术可行、经济合理、环境保护、施工便捷和风险可控，而不同准则又有相应的直接影响指标，根据对指标的评定优选出最佳方案。

2.优选评估方法概述
对支护方案的优选评估的具体操作，目前主要有两种方法：一种定性评估方法，通过专家系统来优选方案；一种是定性和定量相结合的多目标决策来进行方案优选，是目前较为流行的评估手段。

目前已建立多种定性和定量相结合的多目标评估模型，下面针对主要的模型进行评述。

基于模糊数学理论的模糊综合评判模型，是目前深基坑支护方案优选的热门方法。

该类型评估模型表现的基本方法相同，但在具体的模糊评价指标、评价模型级数、模型算子选取、处理权重值以及模糊评价矩阵表现各异。

模糊综合评估模型总的特点是模型较为简单、容易掌握，对多因素、多层次复杂问题评判有一定效果。

层次分析法是美国a. l. saaty 教授上世纪七十年代提出的，是多指标综合评价的一种简单而又实用的多准则评价和决策定量方法，它能把定性因素定量化，并能在一定程度上检验和减少主观影
响，使评价更趋科学化。

层次分析法的特点适用于多因素影响的深基坑支护方案的优选，该方法可称为层次分析模型。

该类模型的核心是将评估指标层次化，通过底层指标的计算确定顶层指标值，以评估值大小选出最优方案。

层次分析模型的特点在于评估指标层次分明、结构性和逻辑性均较强。

灰色关联分析模型以灰色系统理论为基础，可在不完全的信息中，对所要分析研究的各因素，通过一定的数据处理，在随机的因素序列间，找出各因素间的主要关系和影响目标值的重要因素，掌握事物的主要特征，从而做出决策。

灰色关联分析模型的特点是理论严密、物理含义明确和计算简单。

方案的优选由多因素决定，现实中难以准确确定评估指标而保证评估指标间不重叠，定性指标定量化并非都是线性变换，而bp网络模型具有非线性映射功能可以解决深基坑复杂的非线性大变形问题，从而优选出最佳方案。

bp网络模型的特点在于可通过学习训练和仿真提高优选准确性。

距离判别分析模型以马氏距离判别分析理论为基础，距离判别分析模型优选的准确度取决于训练样本的典型性和代表性，工程实证性较强。

以上是较为典型的评估模型，其它的模型还包括各种评估方法的交叉配合组成的评估模型，包括层次分析模糊综合评判模型、模糊bp神经网络模型、信息熵与fahp耦合模型、熵理论模型等，这些模型的建立是对优选评判模型的有益尝试。

3.存在问题
目前评估模型是定性和定量指标相结合的评估指标体系，指标的确定具有一定的盲目性和片面性，考虑的评估指标或较少，或指标间存在重叠交叉，或定性指标量化标准不合适，或评估矩阵较复杂而难以运用于工程实践，或不同区域工程的差异性而不具普遍性。

定性指标的量化均进行线性化处理，而定性指标的优劣程度并不都是线性变化，均以线性化处理有失偏颇。

量化后的定性指标评分均为专家评定，而专家的选择往往因其长期从事研究性质的不同而带有偏见性，并且未必全面掌握各指标的影响程度，增加实际工程负责人的指标评分可更准确地进行优选评价。

深基坑支护作为一个系统工程，其支护系统方案的优选应涉及基坑开挖、支护、止水方案、监测方案、环保方案和风险评估等内容，而不仅仅局限于支护形式的选择。

另外，不同工程的侧重点具有差异性，针对侧重点的不同应对相应关联指标进行修正，以确保优选方法对实际需求的切实反映。

4.结语
综合上述分析，深基坑支护系统方案优选方法的探究具有以下趋势：
（1）深基坑支护系统方案优选评估指标的选择需进一步研究，指标与目标的影响性、指标间的关联性以及隐性指标的影响性等内容将越来越受到重视；
（2）定性指标的量化标准内容仍旧缺乏，需加强量化标准的研
究；
（3）针对多目标决策的数据冗余以及数据内容的保存，模型应用的程序化和评价数据的数据库化是目前的发展趋势，计算机的快速处理将提高评估效率；
（4）为减少专家组的主观因素影响，应充分考虑专家的代表性和知识结构，根据不同专家理论水平和研究方向的不同进行相应修正，增加工程实践人员的评价可提高评估的全面性，进而得到最佳评估结果。

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