埋地鋼質燃氣管道耐久性評估指標體系的研究

付澤強

摘? 要：以城市燃氣埋地鋼質管道作為研究對象，闡述了埋地鋼質燃氣管道耐久性評估指標體系的建立原則，分析了埋地鋼質燃氣管道耐久性評估指標體系的階梯層次結構，建立了埋地鋼質燃氣管道耐久性評估的目標層、準則層和指標層，并引入未確知模型理論對指標層進行權重分析、層次分析法對準則層進行權重分析，提高了埋地鋼質燃氣管道耐久性評估指標體系的準確性。

關鍵詞：燃氣? 管道? 耐久性? 指標體系

中圖分類號：F224? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A文章編號：1672-3791（2021）01（c）-0086-04

Abstract： Taking the urban buried steel gas pipeline as the research object， this paper expounds the establishment principle of the durability evaluation index system of the buried steel gas pipeline， analyzes the ladder hierarchical structure of the durability evaluation index system of the buried steel gas pipeline， establishes the target layer， criterion layer and index layer of the durability evaluation of the buried steel gas pipeline， and introduces the unascertained model theory is introduced to analyze the weight of the index layer， and the analytic hierarchy process is used to analyze the weight of the criterion layer， the accuracy of durability evaluation index system of buried steel gas pipeline is improved.

Key Words： Gas; Pipeline; Durability; Index system

1? 指標體系建立原則

要想對非常復雜的綜合系統(tǒng)的結構耐久性進行評估并達到很好的效果，就需要合理完善的評估指標和體系。評估的關鍵是要建立能夠直接影響評估對象類別的指標體系，要求能夠客觀地反映被評估物體的基本特征。指標過多也許能夠給出更精確的結果，但是過程太過復雜不易于實現(xiàn)，而且還極有可能導致因素間的相互混淆，不能突出重點;相反，指標過少能夠簡化評價步驟，但是很可能漏掉直接決定因素，導致評估結果失真，結果精確度不夠。所以指標體系的建立應該能夠較全面、客觀地反映被評價物體，但是又不太過于繁復[1]。

因此，結構評估指標體系的建立必須遵循系統(tǒng)性、科學性、普遍性與特殊性以及可以量化的原則。要求根據(jù)評估對象的特質，有層次地選擇評價指標，實現(xiàn)系統(tǒng)的可操作性;科學地、客觀地確定評價指標，遵循結構損傷影響因素的作用規(guī)律，不可以憑個人的主觀臆斷，應該考慮事物發(fā)展變化的一般規(guī)律，體現(xiàn)事物的共性與個性。定性的指標只能確定事物的狀態(tài)，應該盡量選取能夠直接測量或者通過某些方法可以實現(xiàn)定量化的指標，消除人為的評估誤差，得出結構最客觀真實的評估結果。

2? 階梯層次結構

結構在進行耐久性評估時，需要分析各個影響因素直接的相互關聯(lián)，確定結構各個因素層的遞進關系，此處將結構的階梯層次分為目標層、準則層和指標層。

目標層是最高級的一層，是我們需要解決的問題。對于比較復雜的問題，可以根據(jù)需要對其進一步劃分，如總的目標層、戰(zhàn)略戰(zhàn)術目標層和子戰(zhàn)術目標層。

目標層下面一層為結構的準則層，它是要解決的問題與最細部影響指標的聯(lián)接中間環(huán)節(jié)，也可以稱為因素約束層。同樣的道理，準則層也可以根據(jù)需要分為若干的子準則層。

階梯層次結構的最低一級就是指標層（見圖1），其包含了上述的指標元素，在燃氣管道的耐久性評估中，影響耐久性的指標主要有環(huán)境條件、管道完整性、腐蝕坑深、鋼管強度等方面[2]。

基于以上耐久性評估原則，將管道的耐久性評估分為管道本體的抗腐蝕能力、土壤的腐蝕性以及防腐層的完整性等內容，三者的評估中又包含了定性和定量的指標。定性的指標可以根據(jù)專家經(jīng)驗對指標的不同描述給出相應的判斷區(qū)間，而對于定量的評估指標值，我們可以通過現(xiàn)場檢測或者實驗室測量得到。管道耐久性評估的指標分層情況如圖2所示[3-4]。

3? 指標層權重分析

燃氣管道耐久性的指標層中，即土壤ph值、土壤電阻率等因素可以通過檢測試驗得到，屬于定量指標，這類“分類權重”的分析過程如下[5]。

假設指標j（觀測值）的分值使評估對象x1屬于Ck等級的未確知測度是μijk：即有μijk大小的可能性。但是評估一個對象的性質還包含多個指標：假設共有m個，那么m種指標對x1的綜合影響分析如下。

（1）當μijk=μijk=…=μijp=1/p，j指標對x1屬于每個評估等級的影響是一樣的，有沒有它不影響評估對象的分類，要根據(jù)其余的m-1個指標來判斷，j對x1重要性為0。相反，當某個指標μijk=1，其余p-1個指標的未確知測度均為零，表名評估對象x1屬于哪個評估類別完全由指標j決定，其他的指標沒有做出任何的貢獻，此時j指標對x1的分類重要性最大。由此可知，各個指標相對于每個評估類別的隸屬度μijk越分散，j指標對評估對象x1的分類作用越微小;相反隸屬度μijk越集中對分類的影響就越大。測度μijk的大小，即其取值的分散水平可以通過信息熵理論計算。

（2）人們用信息熵來表示信息的不確定性或者普遍規(guī)律性，令：

指標分類權重與所評估對象的指標劃分有關，是根據(jù)每個指標的觀察值以及相應的分級標準計算的，它所依據(jù)的標準都是專家事先根據(jù)經(jīng)驗等制定的，不會受到檢測樣本的影響，表征了樣本自身性質的重要性。

4? 準則層權重分析

首先要明確管道本體、土壤、防腐層對管道整體的重要程度，即需要求出三者對于管道整體耐久性的“重要性權重”。該文采用層次分析法（AHP方法）確定“重要性權重”。

匹茲堡大學的著名運籌學家T L.Satty在20世紀70年代提出了層次分析法。這種方法可以將眾多因素相互聯(lián)系的復雜問題簡化，綜合專家等相關研究人員的意見及相關數(shù)據(jù)，確定事物不同層次間的相對重要程度。

4.1 模型的建立

根據(jù)復雜系統(tǒng)問題的各個影響因素的屬性特點進行劃分，將系統(tǒng)劃分為若干并列的組，而每個分組又可以繼續(xù)進行細分，這樣就形成了上下層次間具有一定邏輯關系的遞階結構。如上節(jié)中所描述的目標層、準則層和指標因素層的劃分。

4.2 構造判斷矩陣

比較判斷矩陣是分析同一層次并行關系的各個因素的重要性的矩陣。設指標Bi分為n個子指標，記為Cj（j=1，2，…，n）表1所示的B-C矩陣即為n維的判斷矩陣，其中uij表示，隸屬于Bi的子指標系統(tǒng)中，指標i相對于指標j的重要性。表2是Satty提出的1～9比率標度法，因為考慮到了人的心理學極限，所以這個方法能夠比較好地將人的思維判斷進行量化。

4.3 指標權重

層次分析法的思路就是將復雜問題分解，根據(jù)專家意見，判斷層次中各個因素的相對重要程度，最后再將分解的層次按照一定的邏輯關系綜合起來，計算出指標的重要性權重，其中僅涉及到簡單的數(shù)學工具，但卻具有深刻的數(shù)學原理，代表了人的一種思考判斷方式。

“重要性權重”與前面計算的“分類權重”是不一樣的。同一對象的相同指標在不同情況下對評估對象的作用是不一樣的。“重要性權重”是指某個指標對于樣本屬于哪個類別的重要性，而“分類權重”是指標 對區(qū)分對象類別所做的貢獻大小。兩種指標存在聯(lián)系，但是由于其性質、確定性等存在不同，不能互相替換。重要性權重是指標自然具有的一種屬性，不會隨其觀察值的改變而改變，適用于所有的樣本。而分類權重是在特定樣本觀察值的基礎上，根據(jù)相關的分類標準計算得到的，不能由專家確定的重要性權重來替代，會造成信息的重復利用[6]。

5? 結語

該文重點介紹了燃氣管道耐久性評估指標體系建立的原則以及管道耐久性分析的層次結構，并將燃氣管道耐久性評估系統(tǒng)分為管道本體、防腐層和土壤腐蝕性3個層次。給出了指標關于自身的“分類權重”以及指標“重要性權重”的確定方法。

參考文獻

[1] 武珊珊.基于修正突變級數(shù)法的天然氣管道環(huán)境風險評價研究[D].合肥工業(yè)大學，2017.

[2] 黃榮輝，李勛，伍國興.燃氣管道腐蝕狀態(tài)模糊綜合評估方法[J].設備管理與維修，2017（8）：127-128.

[3] 唐望星.城市地下管線信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫和功能設計研究[J].科技創(chuàng)新導報，2019（9）：46-47.

[4] 陳小泉，黃柳君，鄧增利，等.油氣田設備實時數(shù)據(jù)采集與點位信息管理設計[J].科技創(chuàng)新導報，2019（12）：78-79.

[5] 劉文倩.淺談地下管線安全隱患評估及信息系統(tǒng)[J].測繪通報，2016（7）：44-46.

[6] 呂金彪.燃氣管網(wǎng)三維信息化體系構建及其安全性的研究[D].北方工業(yè)大學，2017.