地下工程对历史建筑的影响：层次分析法的研究与实践

1.方法简介

层次分析法是传统的定量方法，在方案评价和比选中也是一种有效的方法，其计算方法可参考3.2.4节。需要注意的是，应用该方法进行方案比选时，关键在于构造判断矩阵，该矩阵的赋值应由经验丰富的设计和施工专家给出。

基坑开挖会引起周边地表沉降，当其周边存在历史建筑时，需要考虑基坑开挖对历史建筑的影响，以确保历史建筑的安全。将历史建筑保护、影响因子和实施方案通过层次分析法联系起来，根据施工设计各影响因子之间的联系和区别，把这些因子分类、分层构成一个包括若干层级的完整体系，先对体系末端的属性进行评价，通过一定的计算方法，层层向上计算，最后获得一个历史建筑保护的综合的、整体的、较优的方案。

2.工程实例

影响历史建筑的因素是多方面的，按照各因素性质可分为四大类：历史建筑保护、造价、工期和技术难易程度。历史建筑保护主要包括沉降、差异沉降和上部结构损坏；造价主要包括直接造价、技术措施费用和其他费用；工期有围护体施工、基坑工程施工和上部结构施工；技术难易程度包括技术难度、设备易得、施工操作面和施工质量控制。基坑设计方案中主要考虑地下连续墙顺作法、地下连续墙逆作法和排桩挡土+止水。

（1）建立层次结构模型

本节以上海外滩源某地块的公共绿地工程为例，该项目是上海外滩源综合改造开发项目一期工程的主要项目之一，建设基地北临苏州河，西至圆明园路，东邻中山东一路，南面与半岛酒店地界相接，总用地面积22 654 m2。基坑开挖深度为17 m，建筑面积约为12 000 m2。新建地下空间西侧沿圆明园路红线，东侧距离历史建筑外墙3 m，南侧与原英国领事馆主楼南山墙齐平，北侧沿南苏州河红线。地下空间车库入口退基地南边界1.5 m。

以历史建筑保护为目标层，重点考虑历史建筑保护的影响因素，准则层第一层包括历史建筑保护、造价、工期和技术难易，准则层第二层包括沉降、差异沉降、上部结构损坏、直接造价、技术措施费用、其他费用、围护体施工、基坑工程施工、上部结构施工、技术难度、设备易得、施工操作面和施工质量控制。为保护历史建筑，设计三套方案，以地下连续墙顺作法、地下连续墙逆作法和排桩挡土+止水为解决方案层。层次结构模型如图7-2所示。

图7-3　层次结构模型

（2）实例计算

构造准则层对目标层及方案层的判断矩阵，求解特征向量和随机一致性比率。详见表7-1—表7-6。

表7-1　判断矩阵z-c

由表7-1可知，根据构造的判断矩阵，计算得到构造矩阵的特征向量，即第一层准则层对目标层的权重为w（1）=[0.568，0.264，0.107，0.061]T。从权重可以看出，对于第一准则层，历史建筑保护所占比重最大，经济造价次之，反映了历史建筑保护的重要性。

表7-2　断矩阵c1-r

由表7-2可知，目标层历史建筑保护下各因素的权重为w（21）=[0.309，0.582，0.109]T。保护历史建筑就必须控制差异沉降。

表7-3　判断矩阵c2-r

由表7-3可知，目标层历史建筑保护下各因素的权重为w（22）=[0.731，0.189，0.080]T。

表7-4　判断矩阵c3-r

（续表）(www.xing528.com)

由表7-4可知，目标层历史建筑保护下各因素的权重为w（23）=[0.278，0.650，0.072]T。

表7-5　判断矩阵c4-r

由表7-5可知，目标层历史建筑保护下各因素的权重为w（24）=[0.457，0.158，0.062，0.323]T。

第二准则层对目标层的权重为w（2）=[0.176，0.331，0.062，0.193，0.050，0.021，0.030，0.070，0.008，0.028，0.010，0.004，0.020]T

表7-6　判断矩阵r-p

（续表）

方案层对准则层：

方案层对目标层：

总排序随机一致性检验：

经随机一致性检验可知，满足矩阵构造标准。

历史建筑保护的权重：地下连续墙逆作法为57.9%，排桩挡土+止水为22.6%，地下连续墙顺作法为19.5%。

（3）分析与结论

地下连续墙逆作法对历史建筑保护最有利，但造价较高，技术管理难度大；地下连续墙顺作法对历史建筑保护作用次于地下连续墙逆作法，但比排桩的保护效果要好，施工难度较逆作法小；排桩方案施工难度最低，但对历史建筑保护效果差，历史建筑保护加固等其他费用大，但总的费用比地下连续墙低。

本项目在实施过程中，经反复对比和论证，最后采用地下连续墙作为围护体，并采用逆作法施工和“两墙合一”基础设计方案，保护了周边历史建筑和环境，加快了整个施工进度，满足预期设计和建设要求。对此可以得出以下结论：

①利用定性与定量相结合的分析评价方法优选设计与施工方案，能消除人为决策的盲目性和随意性。

②在邻近历史建筑处施工基坑工程，控制历史建筑的变形是首要的，造价次之；基坑工程造价应考虑基坑支护体系和历史建筑保护、技术措施等综合费用。