城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

趙翔宇

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院，重慶 400016)

0 引言

城市燃?xì)夤艿雷鳛槿細(xì)庵饕倪\(yùn)輸工具，隨著社會(huì)的發(fā)展得到迅速的普及，在管道的運(yùn)行過程中，常受到各種因素的影響發(fā)生故障，燃?xì)夤艿赖男孤┗虮咽鹿释鶗?huì)給城市居民的生命和財(cái)產(chǎn)帶來巨大的損失，給社會(huì)造成深遠(yuǎn)的不良影響。所以，各地頻發(fā)的燃?xì)夤艿朗鹿屎团c之相關(guān)的安全問題也逐漸成為社會(huì)和公眾關(guān)注的焦點(diǎn)。開展城市燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，保障其安全運(yùn)行具有十分重要的意義。

1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)概述

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)就是綜合考慮不同風(fēng)險(xiǎn)因素之間的相互作用及影響，根據(jù)國家相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的指標(biāo)確定風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)基準(zhǔn)，衡量風(fēng)險(xiǎn)的程度，判斷該系統(tǒng)是否需要采取進(jìn)一步的控制措施。風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的技術(shù)方法按評(píng)判的準(zhǔn)確性分為定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)、半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)三個(gè)方面[1]。通過定量或定性的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，進(jìn)行管道各管段的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別，根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)程度排序確定重大風(fēng)險(xiǎn)的性質(zhì)并定位，需求有效的措施將風(fēng)險(xiǎn)程度控制在可接受范圍內(nèi)，降低管道事故發(fā)生的概率，提高燃?xì)夤艿赖陌踩煽啃浴?/p>

2 國內(nèi)外燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究現(xiàn)狀

2.1 國外現(xiàn)狀

1992年，W.Kent.Muhlbucer總裁總結(jié)了美國近 20年開展油氣管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)研究工作的成果，編寫了《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》，詳細(xì)論述了管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的專家評(píng)分模型，成為世界各國普遍接受且作為開發(fā)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)的依據(jù)[2，3]。在該書第2版中增加的內(nèi)容有:不同場合的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的修正模型;對環(huán)境敏感區(qū)域、工作場所壓力及潛在人為差錯(cuò)的評(píng)價(jià)。該書的第3版豐富了原有風(fēng)險(xiǎn)管理方面的內(nèi)容，以更清晰更具體的例子說明了建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估基本模型的程序，增加了建立穿越段油氣輸送管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的方法[4，5]。

經(jīng)過不斷的發(fā)展和應(yīng)用，目前許多國家已經(jīng)逐步建立針對城市燃?xì)夤艿赖陌踩u(píng)價(jià)體系。例如，英國通過對大量管道資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及災(zāi)害模擬實(shí)驗(yàn)，建立了輸氣管道定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)。加拿大也成功開發(fā)了管道維護(hù)和檢測的風(fēng)險(xiǎn)分析軟件包，用于管道的失效概率分析、失效后果和總風(fēng)險(xiǎn)計(jì)算[6，7]。

2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀

在我國有關(guān)城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的研究工作起步較晚。最早由潘家華教授于1995年在《油氣儲(chǔ)運(yùn)》雜志上全面介紹了《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》，此后管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)技術(shù)引起有關(guān)科技人員的廣泛關(guān)注[5]。近年來國內(nèi)對于燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法進(jìn)行了一定的探討，在借鑒國外研究成果的基礎(chǔ)上，綜合運(yùn)用專家評(píng)估法、事故樹法和模糊數(shù)學(xué)等多種分析方法，建立了長輸石油管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系，提出了一整套切實(shí)可行的方法[8]。

在工程應(yīng)用上，2000年西南石油學(xué)院和中國石油西南分公司聯(lián)合研制開發(fā)的“輸氣管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件”對重慶達(dá)臥線天然氣輸氣管道進(jìn)行了全線風(fēng)險(xiǎn)分析與評(píng)估，標(biāo)志著目前國際上通用的評(píng)分體系法已經(jīng)在我國現(xiàn)役燃?xì)夤艿郎线_(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平。關(guān)于中國石油天然氣集團(tuán)公司石油管材所、中國石油管道公司和四川石油管道局聯(lián)合開展的管道安全評(píng)價(jià)技術(shù)研究，不僅取得了多項(xiàng)科研成果，而且建立了現(xiàn)役油氣管道安全評(píng)價(jià)的基本模型和技術(shù)方法，還開發(fā)了管道安全數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的評(píng)價(jià)軟件程序。該技術(shù)成功運(yùn)用于國內(nèi)多條油氣管道的剩余強(qiáng)度和剩余壽命的定量預(yù)測評(píng)價(jià)工作中，為現(xiàn)役油氣管道的檢測、維修和更換提供了科學(xué)依據(jù)。

3 城市燃?xì)夤艿谰C合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的構(gòu)建

城市燃?xì)夤艿赖木C合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是對燃?xì)夤艿肋M(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。依據(jù)一套能夠全面反映燃?xì)夤艿老到y(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系所作出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)結(jié)果能夠真實(shí)地反映城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)狀況;能夠?yàn)槿細(xì)夤绢A(yù)防危險(xiǎn)事故的發(fā)生提供合理且有效的信息。可見構(gòu)建全面科學(xué)的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對于風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)具有舉足輕重的作用，同時(shí)也能夠推進(jìn)城市燃?xì)夤艿老到y(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)管理體系的建設(shè)。

在城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，造成管道失效和事故的原因共有4類，即第三方破壞、腐蝕、誤操作和設(shè)計(jì)。通過各指標(biāo)的相互關(guān)系及隸屬關(guān)系對燃?xì)夤艿朗У臉?gòu)成要素進(jìn)行全面地分析，構(gòu)建如表1所示的二層綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

表1所構(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為遞階的二層結(jié)構(gòu)。這種遞階層次結(jié)構(gòu)是利用模糊綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和依據(jù)。

4 燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法

4.1 層次分析法——AHP

層次分析法(Analytic Hierarchy Process)，簡稱AHP，是一種定性與定量相結(jié)合的決策分析方法，可以用來確定各指標(biāo)的相對權(quán)重[9，10]，基本步驟如下:

1)建立遞階層次分析結(jié)構(gòu)。首先條理化和層次化所要研究的問題，然后按照元素的相互關(guān)系及其隸屬關(guān)系將決策的目標(biāo)、考慮的因素以及對象自上而下分解成若干個(gè)層次，繪制層次結(jié)構(gòu)圖(見表1)。

表1 城市燃?xì)夤艿涝u(píng)價(jià)指標(biāo)體系

2)構(gòu)造判斷矩陣并求最大特征根。根據(jù)已建立的因素層次分析結(jié)構(gòu)圖對各影響因素進(jìn)行兩兩對比分析，構(gòu)造判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，求解判斷矩陣的最大特征根λmax及與其對應(yīng)的正規(guī)化特征向量，具體計(jì)算步驟為:

首先，計(jì)算各行中元素乘積的n次方根:

其次，結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化:

再次，求得單因素權(quán)重集合為:

最后，計(jì)算矩陣U的最大特征根:

3)層次單排序和一致性檢驗(yàn)。由于客觀事物具有一定的復(fù)雜性，人類的判斷在某種程度上具有主觀性、片面性，需要進(jìn)行一致性的檢驗(yàn)來判斷所求得的權(quán)重值是否合理。Saaty教授[11]提出如下方法:

若CR＜0.1時(shí)，認(rèn)為判斷矩陣的不一致程度在容許范圍之內(nèi)，具有滿意一致性，若檢驗(yàn)通過，可用其歸一化特征向量作為權(quán)向量，否則需要重新構(gòu)造成對比較矩陣。其中，CR為一致性比例且CI為一致性指標(biāo)且RI為隨機(jī)一致性指標(biāo)，它的數(shù)值見表2。

表2 判斷矩陣RI數(shù)值表

4.2 模糊綜合評(píng)價(jià)法

模糊綜合評(píng)價(jià)法是基于模糊集理論和最大隸屬度原則對多因素系統(tǒng)的特征進(jìn)行總體評(píng)價(jià)的一種方法，具體步驟如下:

1)確定評(píng)價(jià)因素集。

在城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中，造成管道失效和事故的原因有第三方破壞、腐蝕、設(shè)計(jì)因素和人為操作因素等，其中腐蝕和第三方破壞是最主要的原因。因此造成燃?xì)夤艿朗У囊蛩丶疷={u1，u2，u3，u4}={第三方破壞，管道腐蝕，管道誤操作水平，管道設(shè)計(jì)水平}。這四個(gè)主要影響因素又分別可細(xì)劃分為若干子因素。

2)建立備擇集。

為了準(zhǔn)確、簡單的評(píng)價(jià)管道，一般用風(fēng)險(xiǎn)程度語言作為評(píng)價(jià)目標(biāo)，經(jīng)分析引起燃?xì)夤艿朗Э赡苄缘脑u(píng)價(jià)的備擇集為:V={v1，v2，v3，v4，v5}={低風(fēng)險(xiǎn)，較低風(fēng)險(xiǎn)，中等風(fēng)險(xiǎn)，較高風(fēng)險(xiǎn)，高風(fēng)險(xiǎn)}。風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分[12]如表3所示。

表3 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

3)對各風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定隸屬度矩陣，根據(jù)各風(fēng)險(xiǎn)要素影響程度，確定其相應(yīng)的權(quán)重。

假設(shè)評(píng)價(jià)對象按因素集中第i個(gè)因素ui進(jìn)行評(píng)價(jià)，對評(píng)價(jià)集中第j個(gè)元素vj的隸屬度為γij(0≤γij≤1)，將各因素評(píng)價(jià)集的隸屬度為行組成模糊矩陣:

4)模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果。

首先進(jìn)行一級(jí)因素的綜合評(píng)價(jià)，得出第i類因素的模糊綜合評(píng)價(jià)集合:

其次進(jìn)行二級(jí)因素的綜合評(píng)價(jià)，得到受評(píng)地區(qū)燃?xì)夤艿谰C合評(píng)價(jià)矩陣:

求出評(píng)判指標(biāo)bj(j=1，2，…，l)后，根據(jù)最大隸屬原則，可以得到該城市燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)水平。

4.3 案例分析

根據(jù)前文建立的燃?xì)夤艿谰C合評(píng)價(jià)層次結(jié)構(gòu)圖，結(jié)合專家知識(shí)以及管道數(shù)據(jù)，采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對某市縣城城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿肋M(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。

首先，利用層次分析法確定因素權(quán)重:A=(0.42 0.27 0.18 0.13)。

其次，綜合考慮影響管道失效的所有因素進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判確定管段的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，根據(jù)對各因素的等級(jí)計(jì)算得出模糊綜合評(píng)價(jià)集合R:

得到受評(píng)地區(qū)燃?xì)夤艿谰C合評(píng)價(jià)結(jié)果:

根據(jù)最大隸屬原則，該市城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)水平處于低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。說明該市的城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿捞幱谳^安全狀態(tài)，防護(hù)措施比較得當(dāng)，管理較完善。

5 結(jié)語

近年來，我國大力發(fā)展天然氣工業(yè)，隨著“西氣東輸”“俄氣南供”等工程的實(shí)施，天然氣正在被城市的各個(gè)方面廣泛的應(yīng)用，但是燃?xì)庠跒槌鞘猩a(chǎn)、生活帶來便利的同時(shí)，也由于其自身所固有的易燃、易爆、有毒等特性，具有一定的危險(xiǎn)性。

本文針對城市燃?xì)夤艿来嬖诘目赡苄燥L(fēng)險(xiǎn)，結(jié)合某市工程實(shí)例，采用基于層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)方法對燃?xì)夤艿罎撛陲L(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定風(fēng)險(xiǎn)性質(zhì)并采取合理的措施，確保燃?xì)夤艿赖陌踩\(yùn)行。可見，基于層次分析法的模糊綜合評(píng)價(jià)方法在城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用具有一定的現(xiàn)實(shí)價(jià)值和良好的應(yīng)用前景。

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