随着建筑施工技术的发展,城市高层建筑的增多以及地下空间开发利用的不断推进,城建项目中深基坑工程越来越多,并表现出坑深越来越深、地质条件和邻近地下管廊设施及管线庞杂的特点。一般来说,深基坑工程特指开挖深度超过5m或地下室超过三层,或深度虽未超5m然而周边环境极其复杂的基坑支护体系设计、施工和土方开挖的综合性系统工程。由于深基坑支护体系是地下工程施工完结后便不再需要的临时性结构,各项安全储备工作往往难以做到细致扎实,加之水文地质条件不同导致的区域性差异较强,个案周边条件千差万别导致难以制定实施统一的施工操作标准,基坑空间与软黏土蠕变性所形成的压力随时间变化共同作用于支护体系的时空效应,更是增加了导致支护体系变形的不确定性因素,而基坑开挖所引发的地下水位及地质应力场的变化,也都会导致周边地基土体变形从而对相邻建筑物、地下设施及管线产生较大影响,由此积淀形成的工程安全管理高风险性必然造成深基坑工程安全事故多发。因此,为防范安全事故的发生,在分析深基坑工程安全管理风险的基础上,针对性地提出管控措施和应对之策很有必要,为今后类似工程项目的风险控制和安全施工提供借鉴。

位于城市繁华区域的基坑项目往往邻近地下轨道交通、管廊管线、民宅、历史古迹和其它大型建筑物等。深基坑的开挖会对周边的地质环境产生影响,如设计施工不符合规范,容易引发周边地面下沉等安全事故。

城市商业服务用地寸土寸金,在既定规划面积和高度的前提下,开发商为追求利润最大化只能在地下空间拓展利用方面多做文章,相应基坑的开挖深度也越来越大,超过20m的基坑并不鲜见,很多摩天大楼(如上海中心)和大型商住一体建筑(如无锡恒隆广场)的基坑都深达30m,已经触及软土区甚至承压水层,设计和施工难度之大可想而知。

工程项目的规模巨大导致基坑尺寸面积越来越大,比如地下轨道交通的基坑面积能达到10m×100m以上,围护墙固定和坑底隆起防控的要求很高,蕴含着极高的安全管理风险;由于商住建设用地稀缺、地价高企,大型建筑项目总会尽量做足用地边界线,致使深基坑施工腾挪空间逼仄造成难度和风险骤增。

建设开发单位作为项目法人对工程安全负有首要责任,理当把深基坑工程安全管理控制摆在首位。然而实际运作中,部分建设开发单位受利益驱使往往更偏重工程进度和成本控制而忽视安全管理,对于深基坑这类临时性分项工程的安全性更是缺乏足够的重视,不愿按设计规范投入过多资金,刻意压低深基坑工程造价,人为压减管理费用,岩土工程师聘用配备不到位,导致深基坑现场管理指挥人员专业能力不足,遇有事故苗头不能及时识别、妥善处置,为支护系统失稳、塌方、管涌和坑底隆起等深基坑事故的发生埋下安全隐患。

现阶段岩土工程的设计计算多以强度和稳定性为主要考量因素,很少从周边环境实际出发重视变形控制,设计结果难免与深基坑实际工程状态产生一定偏差;深基坑的设计有时过分依赖过往经验和专家意见,对项目实际所处环境中的安全风险因素考虑不细、估计不足。然而已建工程的成功经验和专家观点也并非金科玉律,照搬照抄、生搬硬套往往导致随意性过大,而勘察设计对于深基坑工程的安全管理尤为关键,一旦勘察不细、设计失当都可能给后续岩土工程带来事故风险。

深基坑现场施工作业过程中涉及的管理主体和参与方较多,彼此之间的信息阻塞和现场作业协调不当都可能给施工安全管理带来负面影响。比如,深基坑工序之间的分工不明确、衔接不紧密的问题,通常深基坑的开挖和支护安装分别由不同的施工单位来实施作业,如此一来开挖与支护的分工协调以及作业衔接问题就亟待解决,而不同管理主体下,少数施工单位并不具备深基坑施工专业技术条件,片面追求经济收益或一味迁就业主意图,难免出现施工现场协调混乱、工序衔接滞后等作业问题,极大地降低了深基坑的安全系数。此外,各责任主体之间缺乏有效沟通,边坡堆载缺少统一规范,各施工单位出于自身作业方便,随意在深基坑上口线附近搭建临时工棚、大量堆放建材、停放大型机械设备,常常导致边坡承压过重而发生意外坍塌等安全事故。

技术手段落后、监测能力不足,常常导致监测不力和险情预警不及时,也是未能有效预防遏制深基坑事故多发的一个重要原因。深基坑监测本应是一个基于监测数据的综合分析评估与决策的过程,然而受制于监测人员专业知识的匮乏,只是承担起测量员的职能,简单报告相关测量结果了事,并不能在分析监测数据的基础上科学评估事故风险,更提不出有建设性和前瞻性的预防处理措施;少数监测人员责任心不强,长时间从事简单机械的监测工作,往往采取敷衍应付的态度,致使深基坑安全风险预警未能做到实时动态,加之信息化程度较低,相关安全监测数据也无法在各安全管理主体之间实现共享。

作为独立第三方的监理单位,在施工安全监督方面担负着不可替代的督促把关重责,然而现实中监理单位为多延揽项目份额往往主动讨好迎合建设和施工方,在深基坑工程日常巡检中存在“走过场、应付事”的问题,未能及早识别事故苗头;现场监理人员有的并不具备岩土工程专业知识,无法识别确认深基坑潜在风险问题,提不出有价值的风险防范和控制意见;监理单位及其人员怕担责、怕损失,缺乏“守土有责”的责任担当,遇到问题只会推诿扯皮;监理职责和安全意识淡薄,对深基坑相关关键工序未能施行旁站监理和跟踪督导制度,对施工单位的不当操作未能及时加以制止纠正,致使施工质量无法得到根本保障。

要在合理预算和抓好成本控制的前提下,足额确保深基坑工程材料、人工和机械设备使用等各项费用支出项目的资金投入到位。特别是要配齐配强岩土工程师等专业技术人员,保持强有力的施工现场指挥管理能力;采购部门要择优选购质量上乘的工程材料,并在进场之前向监理部门提交样品和质量证明材料,经监理方审核同意后方可进场,要严把发货、入库和使用前三道工程材料查验关口,杜绝深基坑项目建设中单纯为节省资金而产生的以次充好、偷工减料现象。

要在对深基坑地基土的力学性质、水文地质条件和周边环境进行全面细致勘察的基础上,经过反复技术论证和精密验算后,制定优选最适合工程项目实际的深基坑支护设计方案;深基坑支护设计必须严格以勘察报告核实提供的土质参数为依据,协调平衡好地连墙单元计算与内支撑平面整体计算的位移数值比例关系,遇有严重不匹配情况应通过调整支撑刚度系数、支撑截面尺寸和混凝土强度等级等有效手段加以优化;设计方案要将支撑杆件的轴压比控制在0.7以内,还要防止角撑体系中联系杆件轴压比过大,以免干扰主撑力的传递。要对深基坑各种变形进行精密计算,确保不超出本工程设定的变形控制目标值。

建设开发单位要提早成立深基坑施工作业现场协调指挥部,负责开挖和支护安装不同作业部分以及上下工序之间的组织衔接,借助BIM安全管理信息集成平台及时全面掌控施工现场安全管理实况,动态调度施工进度,下达安全施工作业指令,对于违规操作第一时间予以叫停并责令整改;制定安全施工制度规范,严禁施工单位边坡随意堆载,立足防范及早清除控制深基坑安全事故风险隐患。

要进一步落实作为第三方独立机构的监测和监理单位的安全责任,抓好深基坑监测、监理专业技术人才队伍建设,教育引导监测和监理人员强化安全责任意识。监测和监理单位要提高从业人员入职门槛,不能满足停留于充当测量员和监督员的初始水平,而应成为通晓本专业和邻近专业且实践经验丰富的岩土工程全才。要善于引进依托BIM技术和利用其它信息化手段,对深基坑工程施工作业以及各项潜在安全风险实施全程动态跟踪监测和监理,确保监测预警及时到位、监理责任落实到位,实现深基坑工程施工作业安全监测和监理全方位、无死角的覆盖。

作为涵盖支护体系设计、施工和土方开挖的综合性系统工程,深基坑工程施工工序庞杂繁复,参与管理主体众多,安全管理不确定影响因素复杂,责任界限不够清晰,必须构建落实政府牵头、建设开发单位负总责、监理等各方主体分工协作、相互制约的安全管理风险防控机制。一方面,政府有关部门应创新监管机制,盯紧建设开发单位安全管理责任根源,重点围绕工程造价、合同履行、施工管理等环节开展深基坑工程全程动态跟踪监管;另一方面,需要由政府主管部门牵头,各责任主体单位通力协作、齐抓共管,方能有效管控深基坑复杂支护系统的安全风险。政府牵头的多元共管机制下,建设开发、监理、勘察设计、施工和监测单位之间互为协作依托又相互独立制衡,不存在一方凌驾于另一方之上的领导与被领导关系,各方都严格依照合同约定履行好自身担负的安全、质量管理责任,立足防范共同做好深基坑工程安全风险的识别、确认和管控,而深基坑安全管理效果的优劣则由政府主管部门和专业第三方机构来负责评判。

充分利用BIM可视化、协调性、模拟性和优化性等技术特性,发挥其在人员、材料、机械、施工作业方法和环境模拟等方面的优势,对深基坑工程及其周边环境实施三维+安全管控的4D模拟,以直观形象的安全动漫视频形式在施工前对全员进行安全教育。依托BIM技术将深基坑安全要点制成二维码置放于施工现场,便于施工人员随时扫码获取,不间断完成安全技术交底。监测人员将深基坑监测数据实时导入BIM模型中,通过可视化转换便于各责任主体和有关部门动态掌握各监测点实况,提早有针对性地制定突发安全事件应急响应方案措施。日常巡检中发现的安全隐患要随时标注在BIM模型的相应位置,提醒督促相关责任主体和责任人限时整改解决。各级政府要加大深基坑科技创新扶持力度,给予必要的财政及优惠政策扶持,并适时牵头构建多方互联互通的深基坑安全管理云平台,真正实现深基坑工程的远程安全监控、预测预警和应急响应。基于BIM技术的深基坑安全管理信息集成平台如图1所示:

从图1可以看出,基于BIM技术的深基坑安全管理信息集成大致分三个层面:一是深基坑工程项目信息采集系统。依托BIM将深基坑勘测、设计、材料采购、开挖施工、监理和监测的相关信息进行实时采集并上传安全管理信息集成平台。

二是深基坑工程质量管理职能信息集成。深基坑工程安全管理可大致细分为岩土勘测、整体设计、材料管理、材料进场后质量控制、材料设备交货验收、支护结构设计与计算、内支撑竖向配置、三轴搅拌桩关键点控制、地下连续墙关键点控制和周边环境安全监控十项重点,与之相对应的便是不同环节阶段的工程安全管理职能划分。各项安全管理职能及其安全质量责任目标数据上传安全管理信息化集成平台后,在集成平台的BIM模型内形成各职能单元安全控制职责和计划,随着后续导入信息数据的渐次增多,经过大数据筛选挖掘后生成深基坑工程安全控制各职能分布式数据库,为勘测、设计、施工、监理、监测全过程安全管控职能落实提供实时数据参考和信息支撑。

三是安全管理主体信息集成。信息中梗阻、信息不对称或出现信息孤岛现象,是以往深基坑工程项目勘测设计、施工和监理监测中的常见问题。构建涵盖各安全管理主体的信息集成平台后,可以疏淤导阻有效化解各参与方、各部门因信息不对称、中梗阻而产生的工程安全信息交互障碍。安全管理主体集成系统由交互层、区块链层、感知层和实体层构成,其中的实体层涵盖深基坑工程所有安全管理主体的相关信息,是物流、资金流和信息流三流合一的源头和依托。感知层嵌入了物联网、二维码扫描、RFID和GPS/GIS等技术,可以全程获取工程材料等产品的实物及空间位移等方面信息,并及时向上一层区块链层导入。区块链层由分布式弱中心化的无数交易区块构成,加盖时间戳的每个交易区块都是相对独立的、经过加密验证可以充当数据库有效信息记录的数据单元,确保包括安全质量信息在内的所有项目信息公开真实。交互层主要为政府监管部门、质量管理信息化集成平台运行维护者以及深基坑工程各参与主体提供信息输入输出和共享服务。

通过深基坑工程显著特性分析,总结梳理其安全管理风险问题并逐一提出应对策略。我们发现该类工程安全组织管理责任落实机制的构建至关重要,政府主管部门应在加大监管力度的同时,牵头组织构建起建设开发、监理、勘察设计、施工和监测单位之间互为协作依托又相互独立制衡的安全管理运作模式。此外,优化深基坑工程专业技术管理也迫在眉睫,在做好专业技术人才队伍建设的同时,尤其要引进依托BIM技术推动深化深基坑工程项目的信息化水平,为工程项目安全和质量保驾护航。