基于物元可拓法的海底油氣管道失效可能性分析

王惠 鄧昊 胡利民 彭錦雅智

摘 要：考慮到海底油氣管道事故的高風險性和高污染性，本文將組合賦權法和物元可拓法引入海底油氣管道的失效可能性分析中，構建管道失效可能性評價指標體系;采用G1法確定主觀權重，熵權法確定客觀權重，基于加法集成法確定指標的組合權重;根據指標分值和組合權重，應用物元可拓法得出管道的綜合關聯度，確定失效可能性等級以及等級變量特征值，進而得出管道失效可能性排序，找出高風險管段。實例分析表明，物元可拓能對海底油氣管道失效可能性進行評價，可為海底油氣管道的風險管理提供理論指導依據。

關鍵詞：海底油氣管道;失效可能性;物元可拓;熵權法;組合賦權法

中圖分類號：TE38 文獻標識碼： A 文章編號：1671-2064（2020）02-0163-04

0 引言

目前我國已建成多個大型海上油田，鋪設約5000km海底管道[1]，海上石油發展迅速。環境侵蝕、材料老化疲勞、第三方破壞、誤操作等因素勢必會導致海管系統的損傷累積，逐漸被破壞，引發事故[2]。例如，2010年7月大連輸油管道爆炸引發油罐起火，造成1500多噸原油泄漏，百余平方公里海域受到污染[3]。因此，有必要進行海底管道失效可能性分析，探索其主要面臨的風險，為海底管道的安全管理提供理論支持。

已有學者將數學方法應用于海底管道失效可能性研究。俞樹榮等[4]基于解析層次法，得到管道失效可能性及失效后果權重;蘭圣迎等[5]基于分門別類的賦值方法和數值歸一化方法，得出海洋石油工程環境風險指數的計算方法體系;李佳俊[6]構建針對海洋因素的海底管道系統灰色模糊綜合評價模型，得出管道失效可能性;謝云杰[7]模糊綜合評價法獲得海底管道失效可能性程度。這些方法評價雖思路清晰，結論明確，但不同程度地存在著基礎資料獲取不易、應用不便等問題。筆者發現物元可拓法是一種融合物元理論和可拓集合理論的評價方法[8]，該方法適用性強，目前廣泛應用于火災風險評價[9]和隧道塌方風險評估[10]等領域。

鑒于此，筆者將基于物元可拓法，建立海底管道失效可能性評價體系，得出高風險管道和主要影響因素，為科學合理的分析海底油氣管道失效可能性提供理論支撐。

1 構建海底管道失效可能性評價指標

考慮到海底管道受海洋環境因素的影響較大[11-12]，通過不斷的修正與完善，構建海底管道失效可能性評價指標體系，如圖1所示。

2 基于物元可拓論的失效可能性分析

2.1 指標權重計算

2.1.1 主觀賦權

G1法是郭亞軍教授提出的一種新的權重確定方法[11]，它通過對AHP進行改進，無需一致性檢驗[12]。該方法可操作性強，計算量與AHP相比，明顯降低，便于使用。

（1）對評價指標集建立一個關于重要程度的序關系;

（2）專家對相鄰評價指標xk與xk-1之間的重要程度之比rk進行賦值。rk的取值可參照表1。

3.2 一級指標可拓評價結果

由式（7）～（11）計算二級指標的關聯度，將二級指標的組合權重及其關聯度代入式（12），得出二級指標的綜合關聯度，即可得到一級指標關于等級Nj的綜合關聯度，由式（13）得到一級指標的失效可能性等級，以管段D為例，結果如表4所示。

由表4可知管段D由第三方破壞造成失效的可能性等級為III“中等”，由其余三個一級因素造成管道失效的可能性等級為IV“較高”，因此，應重視管道本體狀況因素、腐蝕因素和自然環境影響因素對管道的影響。

3.3 管段失效可能性綜合評價

由式（12）和（13）可得管段D的失效可能性等級，同理可得其他管段的失效可能性等級，評價結果如表5所示。

由表5可知，管段A和管段E的失效可能性等級均為II“較低”，由式（14）計算管段A和管段E的等級變量特征值，判斷失效可能性等級偏向另一等級的程度，計算結果：=2.04，=1.98，得出管段A的失效可能性等級偏向等級III（嚴格說來屬于2.04級），管段E的失效可能性等級偏向等級I級（嚴格來說屬于1.98級）。

由以上計算分析可得管段的失效可能性排序依次為管段D→管段C→管段A→管段E→管段B，其中管段D失效可能性最大，由表4可知，主要影響因素是管道本體狀況、腐蝕和自然環境影響，因高度重視，加強監測;管段C的失效可能性為中等，影響管段C失效可能性的主要因素有第三方破壞和誤操作等因素。

4 結語

海底油氣管道一旦失效發生泄漏事故將會對沿海產業和海洋生態環境造成不可估量的損失，本文首先從第三方破壞、管道本體狀況、腐蝕、誤操作和自然環境影響5個方面構建海底油氣管道失效可能性指標體系，較為全面地考慮了海底油氣管道失效的主要誘因。將G1法和熵權法結合進行組合賦權，融合了決策者的知識經驗和客觀數據，使權重的確定更為合理。

其次，結合組合賦權的可拓理論的分析模型概念清晰、理論嚴謹，是以定量數值表示結果，可以較完整地反映待評事物的綜合水平，為海底管道失效可能性評價提供了一種新的技術手段。

最后，引用雙層次可拓分析方法，不僅可以得到海底管道失效可能性所屬級別，還給出了偏向級別，為管道失效可能性排序提供依據;還可以通過指標層找出管道在運行過程中最的薄弱之處，對海底管道的安全管理具有明確的指導性作用。

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