基于理想点的基坑高层建筑安全

随着城市的现代化建设，基坑与既有建(构)筑物紧邻的情况频繁出现，由此造成的近邻建筑物变形已成为不可忽视的安全问题。目前，基坑安全的研究主要集中在基坑支护的设计和变形规律研究，对于受到基坑开挖影响的建筑安全状态、隐患发展以及邻近深基坑建筑物系统安全评价问题却是少有研究，在精确判定建筑物安全状态的发展方面转为欠缺。根据信息化施工发展的要求，需要更系统、全面的评价标准来对受到深基坑工程影响的建筑安全状态进行准确评估。

由于建筑种类不同，受损机理也不同，并且基坑支护结构、土体和周边建(构)筑物之间相互影响，导致在对紧邻深基坑建筑的安全状态分级进行研究的过程中，出现了多层次、多指标等复杂问题。为解决这些问题，将理想点法引入研究中。理想点法是经典的多指标综合评价方法，具有分析原理直观、计算简便、样本需求量不大的优点，目前已在岩土工程、环境质量评价等多个领域得到了很好的应用。笔者根据参与的工程实践活动，基于理想点法构建了紧邻深基坑的高层建筑安全等级评价指标体系，参考常用的监测标准，给出了更加细化的定量化评价基准，以形成比较完整的评价模型；同时，从主观和客观两方面求取融合权重，以达到更合理分配权重的目的。

1理想点法基本原理

理想点法需要确定评价指标体系，通过科学的方法确定权重，并定义一种模，找到一个尽量接近理想点的点，使距离正理想点评价函数的距离最小，距离负理想点评价函数的距离最大，最终通过理想点贴近度来对对象的状况进行评价。

1．1建立评价指标矩阵对于一个评价对象，设其有／Z个评价指标。把这n个指标看成是评价对象决策的凡个目标函数，令向量函数)其相应的权重为评价对象尺在目标()下取值为。则其指标矩阵为确定正负理想点评价指标可分为正指标和逆指标两大类，若指标单调变化，则可以定义理想点-f(+)和负理想点(一)。当指标为正指标时，其值越大越好，则(+)=maxl()(一)=min,()当指标为逆指标时，其值越小越好则(+)=min,()(一)=max／()式中：f(+)、f(一)分别为影响评价对象的n个指标中的第i个指标的正理想点向量和负理想点向量，()为该指标的实际值。

1．2确定评价对象到正负理想点的距离指标的最优解为离正理想点越近，离负理想点越远，解就越优，常用的是闵可夫斯基(Minkowski)距离法。文中采用欧氏距离定义评价对象到正负理想点的距离。到正理想点的距离为：D。={∑wiEi(x)一(+)]}(4)到负理想点的距离为：D={∑[()一(一)]}(5).

1．3计算理想点贴贴近度理想点贴近度为：C=D2／(D1+D2)(6)显然c属于区间[0，1]，c越大，即代表距离正理想点越近，距离负理想点越远。

2融合权重

2．1变异系数法求客观权重变异系数法(Coeicientovariationmethod)是一种客观赋权法，利用指标数据包含的信息得到权重。基本计算步骤如下：1)用各项指标的变异系数来衡量各项指标取值的差异程度。各项指标的变异系数公式如下：vi=6~／(i=1，2，，n)(7)式中，C是第项指标的变异系数，也称为标准差系数；是第i项指标的标准差；是第项指标的平均数。2)将各变异系数归一化，确定各指标的权重：nwi1=／(8)i=l。

2．2层次分析法求主观权重层次分析法又称AHP构权法(Analytichierar-chyprocess，简写为AHP)，从主观上对各个评价项目进行两两的比较、判断，计算其权重。本文采用比例标度法对各指标进行赋权，基本计算步骤如下：1)建立判断矩阵。通过专家对评价指标的评价，进行两两比较，其初始权重形成判断矩阵，判断矩阵中第行和列的元素，表示指标与xi比较后所得的标度系数。2)计算判断矩阵中的每一行各标度数据的几何平均数，记作K。3)进行归一化处理。利用公式依次计算结果确定各个指标的主观权重：n=Ki／∑K(9)i=l。

2．3求融合权重由变异系数法求得客观权重。(i=1，2，，n)由AHP比例标度法求得主观权重(i=1，2，，n)。将两者进行综合集成，使得最终的融合权重Wi(=1，2，，11,)既能反映主观经验的判断，又能体现客观权重所包含的信息。由于评价指标众多，本文采用一种较为简单的乘法组合赋权法计算最终的融合权重，式为：=wi。／∑(i=1，2，，n)i=1(1O)建筑水Ⅲ位移量。

3基于融合权重理想点法的邻近深基坑高层建筑安全评价模型

3．1建立多层次建筑安全诊断指标体系从深基坑邻近建筑损伤机理分析和工程实践出发，结合基坑施工期间对邻近建筑的保护测量指标体系以及相关标准规范的要求，采用AHP法将深基坑邻近建筑物的安全评价要素分为建筑物稳定性信息、土体扰动信息、地基抗扰动能力三大类。考虑评价指标的代表性和可行性，采用相关系数法从中选取具有较强的代表性且在工程实践中容易测量¨的底层指标。构建的邻近深基坑高层建筑安全评价指标体系如图1所示。

3．2建立紧邻深基坑高层建筑安全评价指标集参照现行的国内外的各种规范标准及工程实测数据，并辅以力学计算和数值仿真模拟，确定了全部14个可测底层指标的定量化评判基准’。为了便于计算和消除各指标之间由于原始数据的度量方法、单位及性质的不同给综合评价造成的影响，通过模糊变换求各指标的隶属度值进行量纲一化处理，得到了所有底层指标的标准化值，见表1。土体水平位移速室风建筑地基抗扰动能力C基床系数Cl普氏系数c2渗透系数c3。

3．3计算评价指标的融合权重根据前述方法，由变异系数法计算客观权重，由AHP一乘积标度法计算主观权重，并利用组合赋权法将客观权重和主观权重合并，求得各评价指标最终的融合权重。

3．4确立正理想点和负理想点各评价指标在归一化后均为正指标。将表1中各评价指标分级标准的上下限作为正理想点和负理想点，据(2)求得损伤分级I—IV级的正理想点矩阵(+)以及负理想点矩阵(一)。

3．5判定待评价建筑的安全等级依据相关标准规范并综合专家意见，将紧邻深基坑的高层建筑安全等级划分为4级，并给出了各8383等级状况对基坑施工人员、测量人员以及管理人员的影响，为及时合理地采取对策措施提供了一个可以借鉴的参考，具体分级结果见表2。

4工程实例

4.1工程概况

某居民小区民用高层建筑，建成2一3年，高约33m，深度约14.5m建筑物基础为预制混凝土管桩。某江底隧道环形匝道开挖基坑，以弧形接近目标建筑东侧，基坑坡度平缓，埋深约16.4m。地下含水层厚度大，水量丰富其稳定水位与含水层的埋藏深度相关，并与其地形坡降基本一致。建筑与基坑平面图如图2所示。

4.2获得各评价指标

本文选取了该建筑物从基坑工程开挖后三次等时距的状态作为评价对象并进行监测，获得了建筑变形指标和土体扰动指标的详细变化数据。在基坑工程启动之前的地质勘察报告中，查询到详细的土体实验参数信息。

4.3计算指标权重

根据式(7)一(10)计算各评价指标的客观权重、主观权重及融合权重。

4.4建筑物安全等级的判定

由计算取得融合权重及正负理想点矩阵，根据式(4)和(5)可计算得到三次监测结果和各个判定级别的理想点的贴近程度，见表6。将该模型判断结果与工程实际判断结果相对比，判断结果基本一致，表明该评价模型有良好的判定效果。

5结果与讨论

1)从基坑影响邻近建筑机理出发并结合工程实践，参照现行监测规范并运用相关系数法确定了14个易得且具有代表性的评价指标，构建了紧邻基坑的高层建筑安全等级评价体系。以现有标准规范、工程实测数据为基本参照，辅以力学计算和数值仿真等方法，并经过量纲一化，得到了基于理想点法的紧邻基坑高层建筑安全等级评价模型，为判断紧邻基坑建筑物安全隐患问题，及时采取控制措施提供了理论依据。

2)对某匝道深基坑紧邻高层建筑安全等级进行了评价，取得良好判定效果，表明模型比较可靠。

3)从此次结果可见，高层建筑物的倾斜指标对安全评价的结果影响非常突出，因此对该指标的量值范围以及科学赋权方面尚需改进。对评价指标在各种环境下的划分取值进行进一步的精确和细化，是下一步需要研究和完善的。