基于生命周期評(píng)價(jià)的深基坑支護(hù)方案選擇的探討

裴堯堯

（武漢科技大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 武漢 430070）

1 概述

基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)作為一種臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，在保證基坑自身以及臨近工程環(huán)境安全的前提下必須考慮其經(jīng)濟(jì)性和環(huán)保性[1]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)深基坑工程己有大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，創(chuàng)造了許多深基坑施工的新技術(shù)，取得了較大進(jìn)步，如地下連續(xù)墻、排樁支護(hù)、錨固支護(hù)、深層攪拌支護(hù)、噴錨網(wǎng)支護(hù)、逆做法施工等等。支護(hù)結(jié)構(gòu)的選擇都要結(jié)合土質(zhì)條件、基坑深度、地下水情況等因地制宜的實(shí)施，應(yīng)該根據(jù)不同支護(hù)類型的優(yōu)缺點(diǎn)、適用條件，科學(xué)合理地選擇經(jīng)濟(jì)合理的方案。常規(guī)設(shè)計(jì)下最重要的控制條件是基坑的穩(wěn)定性、地面變性的控制、環(huán)境因素、地下水的控制[2]。但大多情況下支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇都忽略了能源的過(guò)度消耗和嚴(yán)重的環(huán)境污染。為此，本文引入生命周期評(píng)價(jià)（LCA）理論，嘗試從技術(shù)、能源、經(jīng)濟(jì)等角度全面的分析，為深基坑支護(hù)結(jié)構(gòu)方案的選擇、改善優(yōu)化設(shè)計(jì)提出更高更合理的要求，做到環(huán)境能耗低，污染少，實(shí)行經(jīng)濟(jì)、環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的一項(xiàng)重大舉措，對(duì)構(gòu)建節(jié)約型社會(huì)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的意義。

2 生命周期評(píng)價(jià)（LCA）的概念和引入

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）是國(guó)際上評(píng)價(jià)一個(gè)產(chǎn)品系統(tǒng)生命周期階段——從原材料的提取和加工，到產(chǎn)品生產(chǎn)、包裝、市場(chǎng)營(yíng)銷、使用、再使用到產(chǎn)品維護(hù)，直至再循環(huán)到最終處置對(duì)環(huán)境影響的工具。LCA的特點(diǎn)在于：它是一種全過(guò)程評(píng)價(jià)，涉及產(chǎn)品或行為的原材料采集、加工、產(chǎn)品制造、使用消費(fèi)、回收利用以及廢物處理全部生命周期；它是一種系統(tǒng)的、定量化的評(píng)價(jià)，以系統(tǒng)的思維來(lái)研究產(chǎn)品或行為在整個(gè)生命周期中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響量物質(zhì)和的使用以及所釋放物質(zhì)對(duì)環(huán)境的影響，辨識(shí)和評(píng)價(jià)改善環(huán)境影響的機(jī)會(huì)；它是一種充分重視環(huán)境影響的評(píng)價(jià)，強(qiáng)調(diào)分析產(chǎn)品或行為在其生命周期各個(gè)階段中對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的影響，包括能源利用、土地占用、以及環(huán)境污染等等，最后以總量形式來(lái)反映產(chǎn)品或行為的環(huán)境影響；它是一種開放性的評(píng)價(jià)，生命周期評(píng)價(jià)是先進(jìn)的環(huán)境管理思想，只要有助于實(shí)現(xiàn)這種思想，任何方法都為其所用。

若將深基坑支護(hù)工程作為一種有持續(xù)意義的建筑產(chǎn)品，不同的支護(hù)方案對(duì)能源、環(huán)境影響有不同的效應(yīng)，那么LCA就是在對(duì)同一工程不同支護(hù)方案整個(gè)生命周期中對(duì)其有關(guān)的各類技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境信息進(jìn)行匯集、分析和評(píng)價(jià)的一種系統(tǒng)方法。

3 LCA在深基坑支護(hù)方案選擇中的應(yīng)用

將生命周期評(píng)價(jià)運(yùn)用于針對(duì)深基坑支護(hù)能耗和對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的負(fù)面影響，從其設(shè)計(jì)、施工、使用、維護(hù)到廢棄，從節(jié)能環(huán)保這兩個(gè)準(zhǔn)則出發(fā)對(duì)支護(hù)方案進(jìn)行對(duì)比評(píng)價(jià)，選擇資源消耗低、壞境影響小的友好型支護(hù)或?qū)σ堰x支護(hù)方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。目前，深基坑支護(hù)方案選擇的LCA案列非常的少，國(guó)內(nèi)幾乎沒有。

3.1 生命周期評(píng)價(jià)的技術(shù)框架

圖1為深基坑方案選擇的LCA技術(shù)框架，一個(gè)完整的LCA評(píng)價(jià)框架分為目的與范圍的確定、清單分析、影響評(píng)價(jià)和改善評(píng)價(jià)四個(gè)階段。LCA的最終目標(biāo)是通過(guò)確定產(chǎn)品的環(huán)境負(fù)荷，比較產(chǎn)品的環(huán)境性能優(yōu)劣，可對(duì)產(chǎn)品重新進(jìn)行設(shè)計(jì)，或者做方案對(duì)比，在以上基礎(chǔ)上不斷完善和改進(jìn)。

圖1 深基坑支護(hù)方案選擇的LCA技術(shù)框架圖

3.2 深基坑支護(hù)方案選擇的生命周期評(píng)價(jià)（LCA）

（1）目的和范圍的確定。目的和范圍的確定是為開展LCA研究提供一個(gè)初步計(jì)劃，它說(shuō)明開展LCA的目的和意圖、研究結(jié)果的可能應(yīng)用領(lǐng)域，確定LCA的研究范圍、保證研究的廣度、深度與要求的目標(biāo)一致。深基坑支護(hù)方案選擇的LCA評(píng)價(jià)目標(biāo)就是讓深基坑支護(hù)設(shè)計(jì)者明確使用生命周期評(píng)價(jià)方法的目的，或者根據(jù)生命周期評(píng)價(jià)的結(jié)果確定如何進(jìn)一步進(jìn)行產(chǎn)品的設(shè)計(jì)或改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)、節(jié)能、環(huán)保三方面的最優(yōu)化配置組合。深基坑支護(hù)類型選擇的生命周期評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)內(nèi)容，將其按照功能分析的方法劃分為若干功能單元，選擇與環(huán)境相關(guān)的主要功能部件通常包括設(shè)計(jì)單位、施工管理單位、維護(hù)監(jiān)測(cè)單位等進(jìn)行評(píng)價(jià)。將評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，選擇能源環(huán)境友好型支護(hù)方案，并在此基礎(chǔ)上做出優(yōu)化和改善評(píng)價(jià)。

（2）清單分析。清單分析是生命周期評(píng)價(jià)的核心和關(guān)鍵，是量化和評(píng)價(jià)所研究的產(chǎn)品、工藝或活動(dòng)整個(gè)生命周期階段資源和能量使用以及環(huán)境釋放的過(guò)程。是對(duì)產(chǎn)品、工藝過(guò)程或者活動(dòng)等研究對(duì)象整個(gè)生命周期階段的能源使用以及向環(huán)境排放廢物等進(jìn)行定量分析的技術(shù)過(guò)程。一旦產(chǎn)品的LCA評(píng)價(jià)目標(biāo)和范圍確定以后，針對(duì)產(chǎn)品的整個(gè)生命周期，詳細(xì)列出各個(gè)階段（前期勘察和設(shè)計(jì)、建設(shè)施工、施工管理、維護(hù)監(jiān)測(cè)）的各種輸入輸出清單。對(duì)每一種支護(hù)方案模型建立功能單元樹和生命周期過(guò)程流程圖，以及建立他們之間的關(guān)系。

（3）影響評(píng)價(jià)。影響評(píng)價(jià)是對(duì)清單分析中環(huán)境影響做定量或定性的描述和評(píng)價(jià)，由三部分組成：影響分析、特征化和量化評(píng)價(jià)。其目的是根據(jù)清查分析后說(shuō)提供的物料、能源消耗數(shù)據(jù)以及各種排放數(shù)據(jù)對(duì)產(chǎn)品所造成的環(huán)境影響進(jìn)行評(píng)估。列出表1。

表1 深基坑支護(hù)方案主要階段影響評(píng)價(jià)

（4）改善評(píng)價(jià)。①通過(guò)使用生命周期評(píng)價(jià)方法，同時(shí)依據(jù)專業(yè)人員的判斷和獲得的數(shù)據(jù)來(lái)獲取相關(guān)影響因素的篩選步驟，估計(jì)最優(yōu)化支護(hù)類型生命周期中具體階段可能產(chǎn)生的影響，制定相應(yīng)的參考標(biāo)準(zhǔn)。②利用生命周期評(píng)價(jià)方法，可識(shí)別出產(chǎn)品或活動(dòng)在能源消耗、環(huán)境污染方面的不足之處，對(duì)具體環(huán)節(jié)做出改善和優(yōu)化。③方案的比選，列出同一工程的多種可行方案，利用清單分析中的信息、影響評(píng)價(jià)中的結(jié)果，細(xì)節(jié)到各個(gè)環(huán)節(jié)，找出設(shè)計(jì)方案的優(yōu)缺點(diǎn)，做出綜合評(píng)判，做出可行性改進(jìn)。

4 LCA對(duì)深基坑支護(hù)方案選擇應(yīng)用的思考

作為新的環(huán)境管理工具和預(yù)防性的壞境保護(hù)手段，LCA主要應(yīng)用在通過(guò)確定和定量化研究能量和物質(zhì)利用及廢棄物的環(huán)境排放來(lái)評(píng)估一個(gè)產(chǎn)品、工序和生產(chǎn)活動(dòng)造成的環(huán)境負(fù)荷，評(píng)價(jià)能源、材料利用和廢物排放的影響及評(píng)價(jià)工具改善的方法。將其引入深基坑支護(hù)方案選擇的應(yīng)用中，必然對(duì)工程的各個(gè)方面提出新的要求：①新技術(shù)、新工藝，考慮再生能源及其它設(shè)備的使用問(wèn)題。②綜合考慮勘察施工、施工管理、監(jiān)測(cè)維護(hù)等因素。③選擇經(jīng)濟(jì)合理的節(jié)能設(shè)計(jì)、有效利用能源、盡量降低施工工程中的能源消耗。④施工工程中同樣要做到污染少、耗能少、人力資源充分發(fā)揮利用。⑤加強(qiáng)對(duì)周邊環(huán)境影響最小的管理，合理處理固、液、氣廢物，盡量做到廢物循環(huán)利用。⑥設(shè)備的管理更加科學(xué)有效化，延長(zhǎng)其使用壽命。

5 存在的問(wèn)題和展望

5.1 存在的問(wèn)題

在項(xiàng)目工程實(shí)施的方法上存在不少問(wèn)題，比如系統(tǒng)邊界的設(shè)置、數(shù)據(jù)收集渠道和影響類型的不確定和主觀性；用于清單分析和評(píng)價(jià)環(huán)境影響的模型的局限性；數(shù)據(jù)收集完整以及準(zhǔn)確性都難以琢磨，權(quán)重因子的不模糊性，且數(shù)據(jù)資料極為龐大，步驟冗繁復(fù)雜，工程量大，資金消耗多、時(shí)間花費(fèi)長(zhǎng)。

5.2 未來(lái)研究展望

生命周期評(píng)價(jià)（LCA）理論在深基坑中的應(yīng)用在國(guó)內(nèi)還處在孕育階段。首次將LCA引入到深基坑工程中，其難度和存在的問(wèn)題是可想而知的。但生命周期評(píng)價(jià)理論（LCA）與時(shí)下倡導(dǎo)的“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)”是不謀而合的，為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)指明了方向和目標(biāo)。生命周期評(píng)價(jià)（LCA）應(yīng)該更多更廣的引入到生產(chǎn)、建設(shè)各個(gè)領(lǐng)域。這里將其引入到深基坑的支護(hù)類型選擇中，LCA有利于各個(gè)階段的具體情況和整體過(guò)程的目標(biāo)信息獲得，從而充分了解總體情況，選擇能源消耗、環(huán)境污染友好型的支護(hù)方案。LCA是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的過(guò)程，其中定量分析是重中之重，大量的資料收集、分析、處理是相當(dāng)大的工作，僅靠單一的部分是無(wú)法完成如此龐大的信息系統(tǒng)，這需要設(shè)計(jì)、施工、維護(hù)、監(jiān)測(cè)各個(gè)單位的相互有效合理的配合。本文主要基于生命周期評(píng)價(jià)（LCA）環(huán)保節(jié)能這一理念，將其引入熟悉的深基坑工程中，可能具體實(shí)施還存在很大的問(wèn)題，但其可行性是無(wú)容置疑的，相信生命周期評(píng)價(jià)的大規(guī)模滲入到各個(gè)領(lǐng)域，“建設(shè)節(jié)約型社會(huì)”的構(gòu)想將不會(huì)遙遠(yuǎn)。