基于WBS-RBS與RS方法的油氣管道穿越工程風險評價研究

顏麗敏，李千登，王云龍

(中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071)

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基于WBS-RBS與RS方法的油氣管道穿越工程風險評價研究

顏麗敏，李千登，王云龍

(中國石化安全工程研究院，山東 青島 266071)

摘要：針對油氣管道穿越工程的具體實際情況，提出了WBS-RBS與RS相結合的風險評價方法。該方法以油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，利用WBS-RBS方法全面識別施工過程中的各項HSE風險，并在風險評價的過程中引用RS理論確定各個風險因素的權重。WBS-RBS與RS相結合的評估方法有效規避了其他方法如層次分析法的主觀性強、計算過程繁瑣等弱點，并可計算得到施工過程中各項作業單元風險度及風險因素的排序，直觀地展示需重點注意的作業工序，以為工程建設人員快速制定風險決策提供科學依據。

關鍵詞：油氣管道穿越工程；WBS-RBS；RS；河流開挖；風險評價

油氣管道穿越工程具有投資大、施工條件惡劣、施工周期短、施工技術要求高的特點，決定了施工過程中蘊含著諸多風險，如塌方、機械傷害、人身傷害等，對人員生命和財產安全構成嚴重威脅。因此，對油氣管道穿越工程進行全面、系統和準確的風險識別和評價[1-3]，并將評價結果作為采取相關風險控制和決策的依據，對保證油氣管道穿越工程施工安全平穩運行，保障人員的生命財產以及整個國家社會和國民經濟的穩定有著極為重要的意義。

在風險管理過程中，風險識別是基礎，只有全面有效地識別了風險，才能對風險的屬性和大小進行判斷，并最終制定行之有效的風險控制措施。而基于作業分解-風險分解[4-6](WorkBreakdownStructure-RiskBreakdownStructure，WBS-RBS)與粗糙集(RoughSet，RS)理論[7-8]相結合的風險評價方法既能把握項目風險全局，又能兼顧風險細節，因此本文利用WBS-RBS與RS相結合的方法對油氣管道穿越工程——河流開挖施工進行風險評價研究。

1油氣管道穿越工程HSE風險評價模型

1.1WBS-RBS方法的風險識別

WBS-RBS方法是一種既能用來把握油氣管道穿越工程的全局，又能深入到工程施工具體細節的工程風險辨識方法。該方法風險識別的步驟如下：

(1) 明確風險的范圍。即在開展風險辨識工作前，根據項目的特點及風險管理的總體需求，明確辨識的對象和邊際。

(2) 構建WBS分解圖。按照工程項目施工結構及工藝結構的特點，將各項工作自上而下一層層分解，直至將工程項目分解成相對獨立、易于管理的較小工作單元。

(3) 構建RBS分解圖。將整個工程項目可能存在的風險因素按照一定的層級細化延伸。

(4) 構建風險識別圖。將WBS與RBS細化的項目聯系起來構建一個耦合矩陣，構成風險與作業活動的映射關系。矩陣上每一個元素ai,j表示第j個作業單元的第i種風險源的存在情況。

1.2風險評價

格雷厄姆(K．J．Graham)和金尼(G．F．Kinney)提出了一種對潛在作業環境中的風險源進行評價的方法——LEC法，該方法主要用來評價作業條件的危險性，屬半定量分析法，其計算公式如下：

DLEC=L×E×C

上式表示施工作業條件中風險大小(DLEC)是由發生事故的可能性大小(L)、暴露在危險環境中的頻繁程度(E)以及發生事故產生的后果(C)決定的。

評估小組對施工作業的風險進行識別，并參考格雷厄姆和金尼提出的LEC作業風險定量化標準[9]，對發生事故的可能性大小(L)、暴露在危險環境中的頻繁程度(E)以及發生事故產生的后果(C)進行賦值,并依據DLEC=L×E×C公式計算其風險大小。

1.3RS理論確定權重

油氣管道穿越工程施工過程中存在的風險因素與員工健康及安全和生態環境緊密相連，在風險評估過程中，有些定量的評分很難用一個分值來反映實際情況，如操作人員能力評估，這些模糊量的分析因評估者的能力、經驗而異，即因評估者不同賦予的權重值也不同，最終對整個風險評估結果會產生不同的影響。

目前最常見的計算權重的方法是AHP(層次分析法[10])，但這種方法具有計算繁瑣、精確度不高、主觀性太強等局限性，往往憑借人的主觀經驗及其他知識確定相關的數據，極易造成決策的失誤。因此，本文運用RS理論來解決油氣管道穿越工程——河流大開挖施工的風險影響因素的權重問題。RS理論是由波蘭科學家Pawlak在1982年提出的一種能夠處理不精確、不一致、不完整信息與知識的數學工具。它的一個重要特點就是只依賴于數據本身，不需要樣本之外的先驗知識或者附加信息，因此挑選出來的決策屬性可以避免主觀性。

定義1一個信息系統S可以表示為一個四元組S={U，R，V，f}，其中,論域U={x1,x2,…，xm},R={r1,r2,…,rm},包括條件屬性C和決策屬性D;V=Ur∈RVr,Vr是屬性r的值域;f:U×R→V是一個信息函數，即?r∈R,x∈U,f(x,r)∈Vr。

定義2U按決策屬性D的分類由U/D表示，分類方法為：當di=dj，i,j=1,2,…,n且i≠j時，將Ui與Uj歸為一類;則U按決策屬性D的分類由U/D={(Ui,…,Uj),…,(Uk,…,Ul)},i,j,k,l=1,2,…,n且i≠j≠k≠l決定的。

U按條件屬性C的分類由U/C表示，去掉屬性Ci以后U按條件屬性C的分類由U/(C-Ci)表示，分類方法類似。

定義3條件屬性Ci關于決策屬性D的重要度可表示為ki,即

ki=rc(D)-rc-ki(D)

(1)

式中:rc(D)表示條件屬性C關于D的重要度，rc(D=card(posC(D))/card(U);rc-ki(D)表示去掉屬性Ci，條件屬性C關于D的重要度,rc-ki(D)=card(posc-ki(D))/card(U)。

其中，card(posC(D)表示分類集合posC(D)的個數，若分類集合U/C中的一些分類是分類集合U/D中的某一分類的子集，則這些U/C的分類構成的集合由posC(D)表示。

根據公式(1)計算得到條件屬性Ci(i=1,2,…,n)關于決策屬性D的重要度，對條件屬性Ci的重要度進行歸一化處理，計算條件屬性Ci(i=1,2,…,n)的權重ωi，即

(2)

1.4風險度計算

由LEC法確定了風險源的風險值以及RS理論法確定了各項風險因素的權重系數λ后，作業單元的風險度計算公式如下:

2實例應用與分析

油氣管道穿越工程包括頂管作業施工、河流開挖施工、定向鉆作業施工，不同施工類型風險種類和大小存在差異，因此本文以國內某油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，說明WBS-RBS與RS方法相結合進行油氣管道穿越工程——河流開挖施工風險評價的具體過程。

某油氣管道穿越長度為1 178m，穿越管徑分別為φ529×8套、φ377×7套，管溝施工方式一次爆破成溝，總藥量60.5t，穩管方式復壁環形空間注水泥漿。依據《生產過程危險和有害因素分類代碼》、《職業病危害因素分類目錄》、《企業職工傷亡事故分類標準》等標準，由具備相關工程經驗的專家對該油氣管道穿越工程——河流開挖施工風險進行評價，將河流開挖施工的風險影響因素分為職業健康危害風險、安全風險、環境風險，并分析這三者各自的影響因素，詳見圖1。

圖1　油氣管道穿越工程——河流開挖施工HSE　　　風險影響因素Fig.1　HSE risk factors of the oil and gas pipeline crossing　　　project — the river excavation construction

2.1基于WBS-RBS方法的風險識別

(1) 構建WBS。根據工程施工工藝特點，某油氣管道穿越工程——河流開挖施工作業分解為7個階段：勘察測量，作業帶清理、道路修筑，圍堰、倒流，河道開挖作業，焊接、防腐、下溝，管道回填、圍堰拆除，地貌恢復。

(2) 構建RBS。RBS采用圖1中的HSE風險評價指標體系，共分為3層。

(3) 建立WBS-RBS耦合矩陣。橫坐標為RBS，縱坐標為WBS，橫坐標與縱坐標的交叉部分ai,j表示第j個作業單元的第i種風險值的大小，從而建立了“作業”與“風險”的關聯，最終形成WBS-RBS耦合矩陣。0表示作業單元j不產生風險i；ai,j表示作業單元j發生風險事件i的大小程度。

2.2風險評價

某油氣管道穿越工程——河流開挖施工第j個作業單元的第i種風險的大小可采用下式計算：

DLEC=L×E×C

其中ai,j發生事故的可能性大小(L)、暴露在危險環境中的頻繁程度(E)以及發生事故產生的后果(C)的值可參考格雷厄姆和金尼提出的LEC作業風險定量化標準得到，則可得出某油氣管道穿越工程——河流開挖施工WBS-RBS耦合矩陣，見表1。

2.3RS理論確定權重

經過管道項目專家和安全管理部門專家的現場調查和討論，分別對某油氣管道穿越工程——河流開挖施工的風險影響因素進行評價，則評價分析的結果記為論域U。限于篇幅，本文僅選取其中的8組評價結果，并以河道開挖作業(W4)這個作業單元的職業健康危害風險RH為例，說明RS理論確定各風險影響因素權重的方法。

由于河道開挖作業中不存在焊接操作不當或防護不到位R15這項職業健康危害風險，所以示例中僅對前4個職業危害風險即施工噪聲R11、施工粉塵R12、高溫高濕環境R13、有毒有害化學物質R14進行分析。W4作業單元的職業健康危害風險RH評價結果：論域記為URH,W4={x1,x2,…,x8}，條件屬性C={R11，R12,R13,R14}，決策屬性D={1,2}，數值1和2表示可承擔和不可承擔的風險；V={1,2,3,4}，數值1、2、3、4分別表示風險為低風險、中風險、高風險和嚴重高風險，風險程度越高，表示需要的整改措施越迫切。構造W4作業單元職業健康危害風險RH評價決策，詳見表2。

按照公式(1)、(2)，可分別計算各個指標的重要度，其計算過程如下：

(1) 計算各風險影響因素的權重值：河道開挖作業(W4)職業健康危害風險RH各風險影響因素的權重值為

表1　某油氣管道穿越工程——河流開挖施工WBS-RBS耦合矩陣

表2　河道開挖作業(W4)職業健康危害風險R1評價決策

U/D={(1,5,6,7),(2,3,4,8)}

U/C={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}

U/(C-C1)={1,(2,4,6),3,5,7,8}

則計算得

k1=rc(D)-rc-ki,1(D)=1-0.625=0.375

同理,可計算得到其他指標的重要度分別為k2=0.25，k3=0.125，k4=0.25,各指標的重要度滿足歸一化要求，則可得到各個指標的權重為：ω11=0.375,ω12=0.25,ω13=0.125,ω14=0.25。

同理，可計算得到河道開挖作業(W4)安全風險RS、環境風險RE各風險影響因素的權重值。

(2) 計算各風險影響因素的總權重值：每個風險因素的總權重值為各自的權重值與對應的準則層的權重值的乘積，如R11的總權重值為

ωR11=ω11×ωRH=0.375×0.064 7=0.024 26≈0.024 3

同理，可計算得到其他風險影響因素的總權重值，其計算結果見表3。

表3　河道開挖作業(W4)各風險影響

由表3可見，風險影響因素總權重值越大，其風險值(見表1)也越大，符合實際情況，由此可知利用RS理論得到的權重值可靠性、客觀性高，符合實際情況。

2.4風險度計算和評價結果分析

(1) 根據表3可知，河道開挖作業(W4)的主要風險是爆破作業操作不當R26、施工支護不當R28、起重機械故障或使用不當R211、設備停放位置或安全間距不當R23、作業人員操作不當R22共5個風險影響因素，其中爆破作業操作不當R26、施工支護不當R28是嚴重高風險，極易造成重特大傷亡，因此除了對施工進行監管，嚴格按照操作規程作業外，還應制定相應預案，以便事故發生時能夠將損失降低到最低水平。另外，起重機械故障或使用不當R211、設備停放位置或安全間距不當R23、作業人員操作不當R22是在施工過程中比較常見的，極易發生事故，也應給予一定的重視，并制定相應的控制措施。

(2) 同河道開挖作業(W4)一樣，根據上述計算步驟可以對油氣管道穿越工程各個作業的風險影響因素的風險度進行計算并定級，從而根據不同的風險等級制定不同級別的控制措施。

3結論

WBS-RBS與RS是一種評判油氣管道穿越工程典型風險和計算工程項目總風險度的行之有效、可操作性強的方法，評價結果具有客觀、全面、系統性。本文以油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，利用WBS-RBS與RS方法對其進行風險評價，得到結論如下：

(1) 建立WBS-RBS耦合矩陣，分別對施工作業和作業中的風險進行細化、分解，打破以往對項目施工作業風險辨識的片面性，規避了因風險辨識不全面帶來的弊端。

(2) 采用粗糙集(RS)理論確定工程各項作業單元風險影響因素的權重，改進了以往主觀的經驗判斷法。根據計算所得權重值對各個作業單元的風險影響因素進行排序，并與LEC法的評價結果進行比較，兩者相符，從而達到驗證權重值的客觀性的目的。

(3) WBS-RBS與RS相結合的油氣管道穿越工程HSE風險評估方法既能從整體上把握工程項目的全局，又能從細節上清楚風險對各作業單元的影響狀況，使得油氣管道穿越工程中的風險分析更加細致、系統，具有邏輯性和層次性，有利于河流穿越工程的HSE風險管理。該方法具有普遍性，可推廣至整個油氣管道工程或其他工程項目，在一定程度上可為其HSE管理決策提供科學依據。

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Risk Assessment on Oil and Gas Pipeline Crossing ProjectBasedontheWBS-RBSandRSMethods

YANLimin,LIQiandeng,WANGYunlong

(SINOPEC Safety Engineering Institute,Qingdao 266071,China)

Abstract:Focusing on actual situation of the oil and gas pipeline crossing project,this paper presents a risk evaluation method combining WBS-RBS and RS.Taking the oil and gas pipeline crossing project,excavation of the river,as an example,the paper adopts the WBS-RBS method to comprehensively identify the HSE risks during construction,and determines the weight of each risk factor by citing RS theory.The assessment method of WBS-RBS combined with RS effectively avoids strong subjectivity and complicated calculation of other methods such as Analytic Hierarchy Process(AHP).The calculated risk level of each work unit and the sequence of the risk factors shows directly the operation process which should be focused on,which provides the scientific basis for engineers and technicians to make risk decisions faster.

Key words:oil and gas pipeline crossing project；WBS-RBS；RS；river excavation；risk assessment

文章編號：1671-1556(2016)03-0135-05

收稿日期：2015-08-13修回日期：2016-01-20

作者簡介：顏麗敏(1982—)，女，碩士，工程師，主要從事HSE管理方面的研究工作。E-mail：limin_613@163.com

中圖分類號：X937；TE973.4

文獻標識碼：A

DOI：10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.03.023