基于层次分析法的基坑开挖对相邻历史 建筑影响的风险评价 朱伟 上海建工房产有限公司 上海 ２０００８０ 摘要：城市地下空间开发和利用已成为当代城市建设发展不可避免的趋势，而城市历史建筑又是不可替代的建筑，为 保护历史建筑，就必须研究和解决城市地下工程施工对其所涉及到的历史建筑影响问题。结合工程实例，运用层次分 析法分析基坑工程施工对邻近历史建筑的风险，并评判风险等级，再根据风险等级采用相应对策。以解决和控制城市 地下工程施工对邻近历史建筑的影响问题。研究成果可供类似工程参考。 关键词：历史建筑；基坑工程；层次分析法；风险评判；对策 中图分类号：ＴＵ７５３ 文献标志码：Ｂ ＤＯＩ：１０．１４１４４４．ｃｎｋｉ．ｊｚｓｇ．２０１６．０７．０１２ Ｒｉｃｋ Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ Ｉｍｐａｃｔ ｏｆ Ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ Ｐｉｔ Ｅｘｃａｖａｔｉｏｎ ｏｎ Ａｄｊａｃｅｎｔ Ｈｉｓｔｏｒｉｃ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡＨＰ ＺＨＵＷｅｉ Ｓ．Ｃ．Ｇ．Ｒｅａｌ Ｅｓｔａｔｅ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． Ｓｈａｎｇｈａｉ ２０００８０ １ 工程概况 １．１基坑概况 上海国际舞蹈中心项目包括了４栋新建单体（Ｉ ～４ 楼），均为２４ ｍ以下多层建筑；１ ～４ 楼地下１层地下室与 地下车库连为整体，地上总建筑面积约４４ ８９０ ｍ ，地下建 筑面积约４０ ０４０ ｍ 。剧院为框架抗震墙结构，其余建筑为 框架结构。基础采用桩筏基础，工程桩采用西６００ ｍｍ钻孔 灌注桩。本工程基地区位条件优越，位于上海最大的外籍 人士聚居区——长宁区虹桥地区，地处虹桥路历史文化风 貌保护区核心保护范围，周边历史氛围浓厚，更被多幢市 图１周边历史建筑概况 级优秀历史建筑所环绕，保护等级均较高，且距离基坑很 近。周边建筑与本基坑工程关系如图１所示。 基坑周边共有图１中所示的６ ～１ １ 共６栋上海市优秀历 史建筑，其上部结构形式均为１层或２层的砖混结构，且均 １）环境保护要求高。基坑周边分布有６栋市级优秀历 史建筑，离基坑边线距离均在１倍开挖深度以内，其中南侧 １０ 楼距离基坑边线最近为４．０２７ ｍ，并且历史建筑分布在基 坑四周。 为条形基础，基础边线距基坑边线最近仅有３．７１２ ｍ。 １．２基坑工程与历史建筑的关系 · 本建设场地原为上海舞蹈学校和上海舞蹈团旧址，在 ２）基坑形状极不规则。受场地条件的，基坑的形 状极不规则，给基坑支护设计中的支撑布置带来困难。同 拆除老建筑物的基础上新建４栋３～４层建筑，因此，场地用 地面积和四周红线很受影响。基坑工程与保留的历史建筑 地理位置关系复杂，基坑工程凸显如下特点。 时，基坑开挖会从多个侧面影响同一栋历史建筑，会产生 叠加影响。 ３）基坑开挖面积大，存在２个挖深。本工程１层基坑总 面积约２６ ６０９ ｍ２，其中包含２层基坑面积约１４ ４２８ ｍ 。１层 挖深６．４ ｍ，２层挖深ｌ０．８ ｍ，坑内标高各异，需要分坑组织 一 基金项图：上海建工集团股份有限公司重点科研项目 （１２ＪＣ，ＳＦ＊－１２）ａ ～ ｊ 施工，施工的流程与基坑支撑内力的传递路径关系复杂， 有４栋历史建筑受２层地下室开挖影响。 ４）施工组织难度大。拟建场地地处虹桥路历史文化 风貌保护区核心保护范围，被多幢优秀历史建筑环绕，三 作者简介：朱伟（１９６３￣－）．男，本科，高级经济师。 通信地址：上海市东大名星 ６６号（２ｏ∞８ｏ）ｎ 收稿日期：２０ｉ６－０４－１８ 固建筑施工·第３８卷·第７期 朱 伟：基于层次分析法的基坑开挖对相邻历史建筑影响的风险评价 面邻近交通道路，场地条件十分紧张，给施工中的材料堆 场、交通组织等带来较大的困难。同时基坑开挖、基础施 工也给历史建筑带来不利影响。 本基坑工程的设计与施工，不可避免地会对基坑周边 ６栋历史建筑产生不利影响，存在一定的风险，而且此风险 具有复杂性和不确定性。为降低和消除风险，首先必须找 到对历史建筑影响较大的风险源，然后通过有效对策，对 风险实施控制，以达到保护历史建筑的目的。本文采用层 次分析法对基坑工程影响周边历史建筑的风险进行分析。 ２ 层次分析法理论与模型 ２．１层次分析法简介 层次分析法（ＡＨＰ）是美国学者ＴＬ Ｓａａｔｙ于２Ｏ世纪７０ 年代提出的一种简便、灵活、实用的多准则评价方法，它 将一个复杂问题分解成若干组成因素，按支配关系形成层 次结构，再用两两对比确定对策方案的相对重要性。层次 分析法的重要特色是将定性分析和定量分析相结合，能够 用数量的形式来处理和表达主观判断，为科学决策提供理 性、半定量依据。 基坑开挖对历史建筑影响的分析评价思路与步骤为： 首先根据历史建筑的影响因素建立分层递进的层次结构模 型，构造两两判断矩阵，然后先后计算单一准则下和目标 准则下的风险因素权重，并进行一致性检验，最后得到影 响历史建筑因素的风险分类［１】。 ２．２分析模型 基坑开挖和基础施工对历史建筑的影响，既与历史建 筑本身的设计与使用状况及其环境有关，又与基坑设计方 案和施工方案有关。总结分析大量工程实例，可以得到图２ 所示的分析模型。 Ｉ Ａ基坑开挖引起的历史建筑物风险 ｌ ｌ ｌｌ ＩＢｔ环境风险因素ｌ ｌＢ 建筑物风险因素Ｉ １日。设计风险因素 Ｉ Ｂ４施工风险因素 Ｉ 『 Ｉ ｌ嚷 Ｂ上部结构形２３ 支 护 体 系 刚 日３ 』Ｂ止水帷幕形３４ ＿Ｂ分区面积大Ｌ¨ ｌ Ｉｌ 式 度 式 小 图２层次分析模型 ３ 实例分析 ３．１影响因素风险计算 根据图２所示的分析模型，采用Ｓａａｔｙ的１—９标度，通 过专家打分法构建两两比较判断矩阵。专家的评判标准是 根据自己多年从事基坑支护设计与施工的实践经验，并结 合实际工程的周边环境、历史建筑物现状、基坑设计和施 工方案等情况所作出的综合比较判断。下面以ｌ０ 楼为例详 细介绍计算分析过程。 １ ０ 楼为上海市优秀历史建筑，该建筑为２层砖混结 构，无地下室。目前建筑外边线西北角距离本工程基坑最 近，距离为４．０２７ ｍ。该栋历史建筑基础形式为条基，基础 边线超出外墙０．３１５ ｍ，基础埋深１．１９ ｍ。 １０ 楼检测现状：楼保护较好，未见明显损伤；房屋 东西向平均倾斜率０．１１９％、最大向西倾斜０．２０５％，南北向 平均倾斜率０．１０８％、最大向北倾斜０．２２２％，低于ＤＧＪ ０８． １０８－－２００４《优秀历史建筑修缮技术规程》中一级修缮的临 界值（Ｏ．７００％）。ｌ Ｏ＂楼保护要求为：在保持原有建筑整体 性和风格特点的前提下，允许对建筑外部作局部适当的变 动；允许对建筑内部作适当变动；内部重点保护部位为空 间格局及原有装饰。 将１ ０ 楼情况与基坑支护设计资料发送给２０位专家，专 家根据各自的理论知识和专业实践经验按照图２所示的层次 结构进行打分，经统计计算得到的判断矩阵为［２］： ［１ ２ １／４ ３；１／２ １ １／７ ３；４７ １ ５；１／３ １／３ １／５ １］； ＢＩ＝［１ ３ ７ ５；１／３ １ ３ ４；１／７ １／３ １ ２；１／５ １／３ Ｉ／２ １】； ＝［１ ５ ３ ７；１／５ １ １／３ ２；１／３ ３ １ ６；１／７ １／２ １／６ １］； ８３＝【１ ６ ３ ７；１／６ １ １／３ ２；１／３ ３ １ ７；１／７ １／２ １／７ １］； Ｂ４＝［１ ７４６；１／７ １ １／５ １／４；１／４ ５ １ ３；１／６４ １／３ ｌ】。 经计算，得到各因素的权重如下。 Ａ：’ （０．２０ ０．１２ ０．６１ ０．０７），Ａ＝４．２１，Ｃ． ．＝Ｏ．０７， Ｃ ．＝０．０７９＜０．１： Ｂ１：Ｗｌ＿ｆ０．４７ ０．１４ ０．３３ ０．０５），Ａ＝４．０７，ＣＪ．＝０．０２， Ｃ ．＝０．０２６＜０．１： ：ｗ。＿（０．５６ ０．１１ Ｏ．２７ ０．０６），Ａ＝４．０９，Ｃ．Ｌ＝０．０３， Ｃ ．＝０．０３２＜０．１： 巨： （０．５７ ０．１０ ０－２８ ０．０５），Ａ＝４．１１，Ｃ』．＝０．０４， Ｃ ．＝０．０４０＜０．１： 日４：Ｖ 。＿（０．６０ ０．０５ ０．２３ ０．１２），／ｌ＝４．２５，Ｃ．Ｉ．＝０．０８， Ｃ ．＝０．０９２＜０．１。 上面计算结果中，当随机一致性比率Ｃ．Ｒ．＜Ｏ．１０时， 便认为判断矩阵具有可以接受的一致性。当Ｃ．Ｒ．＞Ｉ０．１０时， 判断矩阵则需加以调整，如式（１）所示。 Ｃ．Ｒ· （１） 其中，判断矩阵一致性指标ｃ 如式（２）所示。 ｃ （２） 一ｌ ＼ 式中：入 一对应矩阵Ａ。，Ｂ 的最大特征根； 一对应矩阵的对角线元素之和。 由多次（５００次以上）重复进行随机判断矩阵特征根计 算之后再取算术平均，即得到平均随机一致性指标Ｒ』．，此 ２０１６．７．ＢｕｌＩｄｉｎｇ Ｃｏｎｓｆｒｕ 。ｎ固 朱 伟：基于层次分析法的基坑开挖对相邻历史建筑影响的风险评价 处ｎ＝４，根据表１取Ｒ』．＝０．８９。 表１ 随机一致性指标Ｒ』．的数值 ｎ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ ９ １０ １１ Ｒ．上 ０ Ｏ ０．５２ Ｏ．８９ １．１２ １－２６ １．３６ １．４１ １．４６ １．４９ １．５２ 根据以上计算结果，得到准则下的各风险因素的影响 权重，判断矩阵均通过一致性检验，可据此分析评价基坑 开挖对历史建筑的风险评判。 ３．２风险归类 从影响因素来看，基坑开挖对历史建筑的影响从大到 小排序为：基坑设计风险、环境风险、建筑物本身风险、 施工风险。具体可以根据计算结果，结合风险因素的特 征，将风险分为表２所示的４类。 表２风险分类 分类 权重 因素 重要风险 ０．０８以上 ．Ｂ３１（０．３４８）、Ｂ３３（Ｏ．１７１）、Ｂ１１（Ｏ．０９４） 较为重要风险 ｏ．０４一ｏ．０８ １（Ｏ．０６７）、Ｂ１Ｂ３（０．０６６）、Ｂ３２（Ｏ．ｏ６１）、 ４１（Ｏ．０４２） 一般风险 ０．Ｏ２～ｏ．０４ Ｂ２３（Ｏ．０３２）、Ｂ３４（０．０３１）、Ｂ１２（０．０２８） 次要风险 ００２以下 Ｂ４．Ｂ３（０．０１６）、Ｂ２２（０．０１３）、Ｂ１４（Ｏ．Ｏ１）、 “（０．ｏｏ８）、Ｂ“（０．００７）、Ｂ４２（Ｏ．００４） 从表２可以看出，对历史建筑影响最大的因素是基坑挖 深，因为基坑开挖深度决定对周边环境影响的范围，这一 因素是最基本的、原发性的，因为一切均由基坑开挖而引 起的；然后才是历史建筑与支护体系的刚度、与基坑的距 离、历史建筑基础形式等因素。其中支护体系的刚度是人 为设计的，也是可的，距离和方位也可，但人们 的选择余地不大。 ３．３对策 分析评价基坑开挖对历史建筑影响的目的是控制风 险，保护历史建筑。针对表２中的风险分类，对于重要和 较为重要的风险，在规划、设计和施工整个过程中都必须 予以关注和预警，有时必须从源头上加以控制，这样能起 到事半功倍的效果。一般风险和次要风险是可以接受的风 险，通过提高风险意识，加强管理，就能化解风险。下面 主要针对重要和较为重要的风险提出对策（表３）［３】。 ４结论与建议 １）在历史建筑附近兴建建筑物时，特别是地下空间的 开发利用，在规划、基坑设计和施工整个阶段，都必须重 视基坑开挖和基础施工对历史建筑的影响，并事前作出风 险评价，必要时为保护历史建筑，应修改、调整规划。 ２）从影响因素来看，基坑开挖对历史建筑的影响从大 固建筑麓工·第３８卷·第７期 表３风险对策 风险分类 对策 Ｂ。 基坑挖深 设计时尽量减小基坑开挖深度，余地不大。 重 要 Ｂ 支护体系刚度 按环境变形控制要求来设计支护体系。设计时尽 风 量加大支护体系刚度。可。效果明显。 险 Ｂ 距离 规划和平面图设计时尽量留足距离。余地不 大。 历史建筑的基础形式决定受基坑开挖影响的大 Ｂ 基础形式 小。因历史建筑大多采用天然地基．条形基础或 大放脚，所以基坑开挖对其影响较大。可通过基 础托换、加固等措施来防范风险。 较 为 重 Ｂ，。地质条件 可通过地基加固的方法来改善土质条件。可调 控，效果明显。 要 设计时与历史建筑相邻的边界尽量简单。不要多 风 Ｂ 基坑平面形状 边界相邻。既要减小空间效应。又要减小多边界 险 叠加影响。 根据基坑面积大小和历史建筑与基坑平面位置关 Ｂ 系，可实行分坑施工，也可实行分块、分区施 ，分区面积大小 工。可，效果明显，可减小基坑开挖的时间 和空间效应。 到小排序为：基坑设计风险、环境风险、建筑物本身风险 和施工风险。基坑设计因素是最基本的因素，一切风险皆 由基坑开挖引起的。从源头控制风险往往能事半功倍。 ３）基坑开挖对历史建筑有重要风险的因素为：基坑挖 深、支护体系刚度和距离。对于基坑开挖深度能浅则浅， 尽量减小挖深；在设计基坑支护体系时，应以历史建筑变 形控制为准则来设计支护体系，使支护体系的刚度满足环 境变形要求。 ４）基坑开挖对历史建筑有较为重要风险的因素为： 历史建筑的基础形式、地质条件、平面形状和分区面积大 小。这４个风险可通过施工措施加以解决。对基础较差的历 史建筑，可采用基础托换、加固等方式加固基础，提高其 基础抵抗基坑开挖扰动影响的能力。针对基坑开挖的时空 效应，可通过分坑或分块、分区施工来控制时空效应；对 地质条件差的区域，可通过对基坑坑内土体加固、历史建 筑基础加固、托换等措施来改善土层力学性质，从而起到 减小基坑开挖对历史建筑影响，保护历史建筑的目的。 ５）在基坑工程和基础工程的设计与施工过程中，应重 视环境监测与信息反馈分析，加强施工管理，并应准备好 应急预案，控制一般风险和次要风险，防止一般风险和次 要风险转变成重要风险和较为重要风险。 Ｋ参考文献 …１ 曾胜，胡甜，赵健，等．基＂￣－＇Ｆｕｚｚｙ—ＡＨＰ的堆积体边坡稳定性评价研究 ｏ１．工程地质学报，２０１２（６）：９２６—９３３． ｆ２】王思长，折学森，周志军，等．基于层次分析法的工程模糊集理论在公 路边坡稳定性评价中的应用ＩＪ］．安全与环境学报，２０１０（５）：１８９—１９２． 【３３］ 夏元友，朱瑞庚．岩质边坡稳定性多人多层次模糊综合评价系统研 究Ⅱ】．工程地质学报，１９９９（１）：４６—５３．
