基于D-S證據理論的輸電線路工程施工安全風險評價

夏 睿，吳千豐，許長青，丁 磊，劉 帥

(1.國網江蘇省電力有限公司，江蘇 南京 210000； 2.國網江蘇省電力有限公司 宿遷供電分公司，江蘇 宿遷 223800)

輸變電工程項目具有點多、線長、高分散等特點，被普遍認為是安全風險較高的工程。近些年來，隨著電網建設規模不斷擴大、輸電距離的增加以及電壓等級的不斷提高，導致輸變電線路工程施工的難度越來越大，施工過程中的安全問題日益凸顯。

在施工前，對相關工程進行安全風險評價可以有效預防事故的發生[1]。由于輸變電工程常見作業形式復雜且大多涉及高風險作業，導致輸變電工程事故頻發，如何通過對輸變電工程施工過程進行安全風險評價從而減少事故的發生，已成為相關學者們關注的熱點[2]。安磊等[3]對輸變電工程風險發生的原因進行的逐層分解，并采用故障樹法構建輸變電工程風險評估模型；高楊楊[4]引入三角模糊數進行主客觀綜合賦權來確定各指標，并將云模型與其結合，建立了輸變電工程安全評價模型；潘華等[5]引入了熵權與物元可拓模型相結合的評價方法建立了輸變電工程安全評價模型；李明等[6]運用了層次分析法建立某特高壓輸變電工程的風險評估模型。

D-S證據理論作為一種不確定的推理方法，能夠解決多個可能沖突的數據源不確定信息推理和融合的問題[6-8]，該方法已經在滑坡、基坑支護、災害評估、水利等工程領域得到了很好的應用。杜修力等[9-10]建立了基于證據理論的深基坑工程施工風險綜合評價模型；徐衛亞等[11]建立一種基于改進D-S證據理論的滑坡安全性多指標綜合評價模型，以實現對滑坡安全性的綜合評判；宋英華等[12-13]采用D-S證據理論，建立了火災評價及預警模型。在水利方面，王燕等[14]構建了基于D-S證據理論融合多源信息的安全性評價模型，評價了采空區形狀對水利大壩安全的影響；張亞琳[15]采用基于D-S證據理論的綜合評價方法對天津市南水北調工程進行安全性評價。大量的工程實例已經驗證了D-S證據法的穩定性和可行性，而該方法在輸電線路工程施工的風險評價上沒有被較好的應用。本文采用D-S證據理論，結合層次分析法對輸電線路工程施工風險安全性進行評價，并結合宿遷某110 kV架空輸電線路進行了驗證，研究結果為輸變電工程施工安全水平提升提供了一定的參考。

1 研究區概況

某110 kV架空路線路徑長約3.5 km，途經宿遷市區，沿線有城市道路可供使用，本線路通道部分位于溝塘及河網周邊，施工運輸條件一般。該路線將采用雙回架空線路，建設雙回路直線桿12基，雙回路轉角桿6基，雙回路轉角塔2基，采用鉆孔灌注樁基礎施工。

2 輸電線路工程安全指標體系

輸電線路工程施工安全風險評價指標體系是進行施工風險評價的基礎。根據安全系統的4M要素，結合輸電線路工程施工的特點，可將施工風險指標分為人員、設備、環境、管理4個一級指標，根據工程資料、理論規范和專家意見等，每個指標可分為若干二級指標。本文通過對宿遷某110 kV架空輸電線路實地調查分析，并查閱相關文獻資料[16-18]，結合國家相關法律及相應的行業標準，如《國家電網公司基建安全管理規定》《國家電網公司輸變電工程施工安全風險識別評估及預控措施管理辦法》《國家電網公司輸變電工程安全文明施工標準化管理辦法》《電力安全事故應急處置和調查處理條例》等，明確了輸電線路施工安全風險評價指標，如圖1所示。

圖1 輸變電線路工程施工安全風險評價指標體系Fig.1 Evaluation index system for construction safety risk of power transmission and transformation line project

3 D-S證據理論模型構建

D-S證據理論是由Dempster和Shafer提出的處理不確定不完備信息的方法，在區分不確定以及精確反映證據收集方面極具成效。基于D-S證據理論，構建輸變電線路工程施工安全風險評價模型，其基本思路為：①在建立輸電線路工程施工風險評價指標體系基礎上，采用層次分析法來確定各指標的權重；②以風險等級的集合為識別框，確定風險等級判決的證據，也即建立mass函數；③采用證據推理的遞推合成算法逐層融合指標mass函數，并根據融合結果進行決策。

3.1 基于AHP確定指標權重

作為一種主觀賦予權重值的方法，層次分析法(AHP)權重的計算基本步驟可以分為3步：①構建決策判斷矩陣，根據專家意見確定各因子與目標相關的重要性，采用九分制(1—9)進行比較，見表1。②計算權向量，通過計算矩陣的主特征值和對應的歸一化特征值，計算各因子的權重。③計算結果一致性檢驗，為了保證所得權重的準確性，需要計算一致性指標(CI)和一致性比率(CR)。當滿足條件時，則認為構建的矩陣合理，否則應做適當的修正[19-20]。

表1 判斷矩陣1—9標度及其含義Tab.1 Sacle of relative importance of 1—9

通過層次分析并經過一致性檢驗后分別得到，第1層指標權重：wi=[0.340，0.125，0.058，0.478]。第2層指標的權重：人員風險w1j=[0.175，0.284，0.485，0.056]，設備風險w2j=[0.539，0.297，0.164]，環境風險w3j=[0.284，0.619，0.096]，管理風險w4j=[0.116，0.395，0.218，0.271]。

3.2 基于證據理論的施工風險評價

3.2.1 基于證據理論的施工風險評價

評價指標的基本支持度即某一評價指標Aij被評定成Rh的概率，表示為βijh。本文邀請了10位經驗豐富且參與本項目的評委對該條線路的施工風險進行評價，根據專家意見計算指標基本支持度，專家初始評價意見見表2。

表2 初始評價結果Tab.2 Initial evaluation results

以人員風險A1為例說明其含義，對于一級指標A1“人員風險”下的二級指標A11“人員施工經驗”的評價，有6位評委將其風險等級判定為“中”，則其基本支持度β113=0.6，有3位評委將其風險等級判定為“較低”，則β112=0.3，有1位評委將其風險等級判定為“低”，則β111=0.1。

3.2.2 構造mass函數

在D-S證據理論中，通常決策者對整個證據只有α的信任度，即決策者對指標的評價結果不予完全相信，要予以一定的折扣α，一般0≤α≤1，參數a大致上反映決策者對指標評價結果所給出的信任度，文中取α=0.9。以下根據指標間的相對權重確定相應的折扣率，并結合專家評語構造mass函數，即基本概率分配函數[10]。

構造mass函數主要思路是將評價指標中權重最大的指標確定為關鍵指標，并將該評價結果設定為一個基準。建立輸電線路施工安全風險評價指標的mass函數，見表3。

表3 評價指標的基本概率分配Tab.3 Basic probability distribution of evaluation index

3.2.3 證據推理合成算法

采用文獻[21-22]總結的遞歸算法來合成mass函數，將表3中的指標mass函數合成得到表4。

表4 評價指標融合計算結果Tab.4 Results of evaluation index fusion calculation

3.2.4 綜合評價

根據證據推理遞推合成公式，可以得到綜合評價矩陣A，A={0.000，0.000，0.724，0.275，0.000，0.000}，評價結果表明從項目總體來說，專家對該項目的風險為中的支持度為72.4%，為較高的支持度為27.5%。按照最大隸屬度原則該項目的風險評價等級為中。根據ALARP準則和相關文獻規范[23]，建立輸電線路工程施工風險等級(表5)，在輸電線路工程施工需要采取風險應急措施，注意施工監測。

表5 風險接受準則Tab.5 Acceptability criteria of risk

4 結語

輸電線路施工是一項涉及到人員、設備、環境、管理等多方面的復雜工作。本文通過全面分析影響輸電線路工程施工風險的因素，并采用D-S證據理論對宿遷某110 kV架空輸電線路工程施工風險進行了評價。

(1)從人員風險、設備風險、環境風險、管理風險方面總結了影響輸電線路工程施工安全風險的14個因素，并對其進行了量化處理。

(2)該輸電線路工程施工風險等級為中等，在工程施工過程中要注意監測，需要采取風險應急措施，風險等級判斷與工程實際相符。

(3)基于D-S證據理論的輸電線路工程施工風險安全評價模型具有合理性和可行性，為輸電線路工程施工風險安全性評價提供了新的方法與思路。