摘要：對(duì)北京市燃?xì)夤艿朗鹿实慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建立以評(píng)分法為基礎(chǔ)的城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)分體系，結(jié)合模糊綜合評(píng)價(jià)法論述評(píng)價(jià)原理及流程。以實(shí)際管段為評(píng)價(jià)實(shí)例，分析了其失效的可能性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；  城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿溃?span lang="EN-US">  模糊綜合評(píng)價(jià)；  評(píng)分法

Risk Assessment of Gas Pipeline Based on Score Method and Fuzzy Theory

Abstract: The statistical data on failure accidents of gas pipeline in Beijing are analyzed．A risk assessment system of city gas pipeline is established based on score method．The principle and process of risk assessment are expounded with fuzzy comprehensive assessment method．An actual pipeline section is taken for assessment example，and the possibility of its failure is analyzed．

Key words: risk assessment；city gas pipeline；fuzzy comprehensive assessment；score method

1 概述

雖然近年來天然氣管道的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)在理論上取得了很大進(jìn)展，但在實(shí)際應(yīng)用中，仍主要采用評(píng)分法^[1]?？紤]到評(píng)分法在評(píng)價(jià)過程中過于依賴專家，其主觀性較強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果誤差較大，且影響城市埋地燃?xì)夤艿腊踩母饕蛩鼐哂心：淮_定性，因此將模糊理論引入評(píng)分法的評(píng)價(jià)中將能提高風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性^[2]。

2 北京市燃?xì)夤艿朗鹿史治?span lang="EN-US">

由于城市燃?xì)廨斉涔艿谰哂虚_放性(敷設(shè)在城市的大街小巷)、隱蔽性(埋設(shè)地下)和長期性(使用時(shí)間長)等特點(diǎn)，其事故率要明顯高于燃?xì)廨斉湎到y(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)(如各類廠站)。從全國燃?xì)夤艿朗鹿实慕y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來看，城市燃?xì)夤艿朗鹿试蛑饕堑谌狡茐?、管道腐蝕、管材缺陷、焊縫缺陷、操作失誤、附屬設(shè)備故障等。

全國各地區(qū)、城市間存在差異，本文針對(duì)北京市燃?xì)夤艿朗鹿式y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)(見表l)，分析影響北京市燃?xì)夤艿朗鹿实闹饕颉?span lang="EN-US">

引起北京市燃?xì)夤艿佬孤┦У仁鹿实闹饕虬ü艿栏g、外界干擾、管道缺陷、管道附屬設(shè)備失效等，其中管道腐蝕包括管道內(nèi)腐蝕與外腐蝕，外界于擾包括第三方破壞、誤操作破壞及自然因素破壞，管道缺陷包括管體材料缺陷及管道接頭缺陷，附屬設(shè)備失效主要包括閥門、放散管、調(diào)壓器、凝水缸、補(bǔ)償器等部件的失效。

由表l可知，引起北京城市燃?xì)夤艿佬孤┑脑蛑?，管道腐蝕和外界干擾引起的管道事故所占比例較高，兩者之和超過事故總數(shù)的68％，即管道腐蝕和外界干擾是管道失效的主要原因。此外，從2003年至2009年，外界干擾引起管道失效的比例有明顯下降，而管道附屬設(shè)備失效引起的事故比例有所上升，說明近年來燃?xì)夤艿榔髽I(yè)對(duì)于管道的管理力度有所加大，社會(huì)及施工單位對(duì)燃?xì)夤艿赖陌踩庾R(shí)有所加強(qiáng)。而燃?xì)夤艿栏綄僭O(shè)備由于種類多、數(shù)量大、分布散等特點(diǎn)，檢測相對(duì)復(fù)雜，因此容易被管道巡線檢查所忽視，其逐年升高的泄漏失效率應(yīng)在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中引起足夠的重視。

3 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)評(píng)分指標(biāo)體系的建立

燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法通常以W.Kent Muhlbaue提出的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型(評(píng)分法)為依據(jù)，在W.Kent Muhlbaue所著的《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》中確定的4類評(píng)分指標(biāo)分別是第三方指數(shù)、腐蝕指數(shù)、設(shè)計(jì)指數(shù)、誤操作指數(shù)^[3]，對(duì)長輸油氣管道有很強(qiáng)的針對(duì)性，不一定完全適用于城市埋地燃?xì)夤艿?。在本文評(píng)分指標(biāo)體系的構(gòu)建中，將把文獻(xiàn)[3]評(píng)分法中不相關(guān)、不適應(yīng)的指標(biāo)予以剔除，根據(jù)城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿赖奶攸c(diǎn)對(duì)指標(biāo)重新分類，并進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整和補(bǔ)充，確定4大評(píng)分指數(shù)，分別為腐蝕指數(shù)、外界干擾指數(shù)、管道缺陷指數(shù)、管道附屬設(shè)備失效指數(shù)。城市燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)評(píng)分表見表2。

分別對(duì)上述各項(xiàng)進(jìn)行專家評(píng)分，在確定各項(xiàng)的得分后，將得分相加得出各項(xiàng)破壞因素的綜合評(píng)分，按照表3確定各項(xiàng)破壞因素評(píng)估的等級(jí)。得分越高，管道可能遭受此種因素破壞的等級(jí)越高，管道的綜合安全狀況也越差。

4模糊綜合評(píng)價(jià)

①模糊綜合評(píng)價(jià)的計(jì)算程序

模糊綜合評(píng)價(jià)法，即應(yīng)用評(píng)價(jià)因素模糊關(guān)系合成機(jī)理，依據(jù)各個(gè)評(píng)價(jià)因素對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象的隸屬度進(jìn)行綜合性評(píng)判的一種方法。模糊綜合評(píng)價(jià)法在評(píng)價(jià)事物時(shí)應(yīng)首先全面地考慮與其關(guān)聯(lián)的各種因素，然后采用最大隸屬度原則與模糊變換原理分析處理，最后對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象作出綜合評(píng)價(jià)。

建立因素集：被評(píng)價(jià)對(duì)象的各種品質(zhì)因素組成的集合為因素集，在本文中著眼考慮引起埋地燃?xì)夤艿朗У母鱾€(gè)影響因素，若有m個(gè)因素則表示為U={U₁，U₂，…，U_m}，如北京市燃?xì)夤艿老到y(tǒng)泄漏失效的主要因素為：U₁(管道腐蝕)，U₂(外界干擾)，U₃(管道缺陷)，U₄(管道附屬設(shè)備失效)。

建立評(píng)判集：評(píng)判集又稱評(píng)語集，是評(píng)價(jià)者做出的評(píng)價(jià)結(jié)果的集合，可表示為V={V₁，V₂，…，V_n}。本文將燃?xì)夤艿佬孤┦鹿拾l(fā)生的可能性分別用I級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)、Ⅳ級(jí)、Ⅴ級(jí)表示，即將評(píng)價(jià)結(jié)果分為5個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)，以模糊語言表示為：V={極小，較小，中等，較大，極大}。

模糊綜合評(píng)判模型為：B=AR。其中，R=[r_i,j]_m×n為模糊矩陣，由單一因素評(píng)價(jià)結(jié)果得到r_i,j表示第i個(gè)因素對(duì)第j個(gè)評(píng)價(jià)結(jié)果的隸屬度；A={a₁，a₂，…，a_m}是U中各因素的權(quán)重值集合，即因素權(quán)重集，是關(guān)于R的權(quán)向量；B={b₁，b₂，…，b_m}，通常稱為評(píng)判結(jié)果的向量。

因素權(quán)重集的確定：由表1得出年均管道事故率，見表4。由表4得4種因素的權(quán)重值集合為A={0.369 2，0.314 8，0.126 8，0.189 2}。

②模糊綜合評(píng)價(jià)隸屬函數(shù)的篩選

隸屬函數(shù)的確定、使用恰當(dāng)?shù)哪：阕邮悄：C合評(píng)價(jià)法中的兩個(gè)基本問題。通過對(duì)比分析幾種常用隸屬函數(shù)^[4](正態(tài)型分布、三角形隸屬函數(shù)、梯形分布、Cauchy型分布、Γ型分布)，篩選出一個(gè)較為合適的隸屬函數(shù)形式及其模糊關(guān)系矩陣。采用MATLAB編程分別對(duì)16種隸屬函數(shù)形式進(jìn)行計(jì)算，最終確定的隸屬函數(shù)形式為：

式中 μ(x)——模糊矩陣中a行、x列對(duì)應(yīng)的隸屬度

      x——模糊矩陣的行

      a——模糊矩陣的列

根據(jù)隸屬函數(shù)式(1)計(jì)算得出各等級(jí)對(duì)應(yīng)的隸屬度：

Ⅰ級(jí)：{1.000 0，0.827 8，0.469 5，0.182 4，0.048 6}

Ⅱ級(jí)：{0.827 8，1.000 0，0.827 8，0.469 5，0.182 4}

Ⅲ級(jí)：{0.469 5，0.827 8，1.000 0，0.827 8，0.469 5}

Ⅳ級(jí)：{0.182 4，0.469 5，0.827 8，1.000 0，0.827 8}

Ⅴ級(jí)：{0.048 6，0.182 4，0.469 5，0.827 8，1.000 0}

歸一化處理后，隸屬函數(shù)確定的模糊矩陣為：

5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)實(shí)例

以北京市某段燃?xì)廨斉涔艿罏槔Y(jié)合凋查資料以及實(shí)際情況，對(duì)該段管道的腐蝕破壞等級(jí)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。該段管道腐蝕評(píng)分見表5。

由表5知管道腐蝕評(píng)分合計(jì)53分，管道腐蝕因素等級(jí)為Ⅲ級(jí)中等，其等級(jí)集的權(quán)重系數(shù)為A₁=[0.1306 0.2303 0.2782 0.2303 0.1306]，管道腐蝕因素u₁的一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣為：

最大隸屬度原則是判斷評(píng)價(jià)結(jié)果屬于哪個(gè)評(píng)判集的，即取與最大的評(píng)判指標(biāo)相對(duì)應(yīng)的評(píng)判元素為評(píng)判結(jié)果。由最大隸屬度原則可知此管段的管道腐蝕等級(jí)為Ⅲ級(jí)(與0．241 2相對(duì)應(yīng)的是評(píng)判集中第3個(gè)等級(jí))，該評(píng)價(jià)結(jié)果與管道的實(shí)際情況比較接近，說明評(píng)價(jià)結(jié)果較為準(zhǔn)確。若假設(shè)u₂(外界干擾)為Ⅳ級(jí)，u₃(管道缺陷)為Ⅱ級(jí)，u₄(管道附屬設(shè)備失效)為Ⅱ級(jí)，則同理可得出u₂、u₃、u₄的一級(jí)模糊綜合評(píng)判矩陣分別為：

二級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)考慮各個(gè)因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果權(quán)重不同，綜合評(píng)價(jià)所有因素對(duì)管道泄漏失效事故的貢獻(xiàn)，然后根據(jù)最大隸屬度原則，判定泄漏失效事故可能性的等級(jí)。

由一級(jí)模糊綜合評(píng)價(jià)可知二級(jí)模糊矩陣為：

根據(jù)最大隸屬度(0．238 8)，判定綜合等級(jí)為Ⅲ級(jí)，即此管段泄漏失效事故可能性屬于“中等”。

6 結(jié)論

模糊綜合評(píng)判與評(píng)分法相結(jié)合的評(píng)價(jià)方法是實(shí)際可行的，對(duì)城市燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)，不但能較全面地反映管道安全問題的各影響因素的綜合信息，還可以直觀地用數(shù)據(jù)來表達(dá)一個(gè)系統(tǒng)整體及其各影響因素的安全性，為安全管理提供了有力依據(jù)。本文依據(jù)北京市燃?xì)夤艿缹?shí)際情況對(duì)W．Kent Muhlbaue風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型中評(píng)分細(xì)則的修改還不夠完善，評(píng)分項(xiàng)目還不夠全面，還需進(jìn)一步改進(jìn)與完善，才能得到更詳細(xì)、準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)值。

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本文作者：石磊明 劉蓉 孫健民 雷素敏

作者單位：北京建筑工程學(xué)院  北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)有限責(zé)任公司