摘　要：客觀有效的進行城市燃氣管道風險評估對于燃氣企業(yè)的安全運行和科學管理具有重要的意義，采用定量風險評價方法，利用收集的歷史數據分析燃氣管道失效概率、失效后造成的經濟損失，使用雙曲型理論及回歸分析法建立城市燃氣管道雙曲型風險決策模型來判斷燃氣管道的風險可接受性，并根據GIS4支術，以SUPERMAP為開發(fā)平臺，將燃氣管道風險水平進行可視化表達。在實例中應用雙曲型風險決策模型和GIS技術，結果表明：在管道風險評估中，該模型與GIS的結合能夠客觀的反應燃氣管道的風險水平，對城市燃氣管道安全運行提供科學決策依據。

關鍵詞：燃氣管道　回歸分析　雙曲型風險決策模型　地理信息系統(tǒng)　可視化表達

City Gas Pipeline Risk Assessment Research Based on Hyperbolic Risk Decision Model and GIS

AbStract：To achieve the safe operation and scientific m8nagement，it is very important for the gas enterprise to do the objective risk assessment of city gas pipeline．The quantitative risk assessment method is adopted．Frirstly．analyse the gas pipeline failure probability and the economic loss by using the historical data；Next，establish the city gas pipeline hyperbolic risk decision model to judge the gas pipeline risk acceptability by using the hyperbolic theory and regression analysis method；Lastly，the gas pipeline risk level is visually expressed by using GIS technology and taking SUPERMAP as development platform．Examples show that the hyperbolic risk decision model and GIS technology applied to pipeline risk assessment can objectively reflect the gas pipeline risk and provide scientific decision for the safe operation of city gas pipeline．

Key words：gas pipeline  regression analysis  city gas pipeline hyperbolic risk decision model  GIS visualization

1　引言

隨著城市化進程的不斷加快，燃氣供應成為城市發(fā)展中非常重要的組成部分，由于燃氣管道的大量埋設和長期使用，燃氣管道突發(fā)事故頻繁發(fā)生給人們的生活帶來極大的風險。城市燃氣管道風險評價是燃氣企業(yè)進行安全生產和安全管理的一種新型工具。由于我國燃氣管道在設備和管理水平上同圍外還存在一定的差距，所以不能把國外成熟的管道風險管理技術直接應用于我國燃氣管道的風險管理中。國內學者已經開發(fā)了多種風險評價方法^[1]，如黃小美利用故障樹和事件樹相結合對城市燃氣管道系統(tǒng)失效概率進行分析，并在其碩士畢業(yè)論文中對城市燃氣管道風險進行了評價研究^[2]，隋楠使用對KENT評分法的指標體系加以修正的方法對城市燃氣管道進行風險評價研究^[3]。以上學者主要采用定性與定量相結合的風險評價方法，主觀因素影響較大。目前依據已有歷史數據進行定量風險評價的方法較少?；诖它c，本文將雙曲型風險決策模型應用于城市燃氣管道風險評估中，并將風險評估結果在SUPERMAP中可視化表達，較好的克服了主觀因素影響風險評價結果準確性的問題，從客觀上真實的反應燃氣管道的風險水平，提高了燃氣管道的風險管理效率。

2　雙曲型風險決策模型

對于燃氣管道事故的風險評價方法有多種，主要有定性風險評價法、半定量風險評價法和定量風險評價法。定量風險評價方法是在將與風險相關的參數進行量化的基礎上進行的風險評價，能夠對危險源或系統(tǒng)的風險程度進行定量描述，與定性風險評價相比，能夠實現多層次描述危險源或系統(tǒng)的風險程度，以支持安全管理決策^[4]。雙曲型風險決策模型就是定量風險評價方法中的一種。

風險就是危險發(fā)生的概率以及危險一旦發(fā)生所造成的后果的綜合，因此風險是由兩部分組成：一是危險事件發(fā)生的概率。二是一旦出現危險，其所造成的后果嚴重程度和損失的大小。兩者的綜合結果，即風險函數：

R=f(P．L) 　　　　　　　　   (1)

式中：R表示風險值，P表示事故發(fā)生的概率；L表示事故后果嚴重程度。該函數關系一般取為概率與后果的乘積：R=P×L。

根據風險函數，雙曲型風險決策模型的建立分為以下幾個步驟。

2．1　燃氣管道事故發(fā)生的概率分析

按照W．KentMuhlbauer的分類方法，造成管道失效和事故的原因共4大類：①第三方破壞。第三方破壞原因是指燃氣管道因最小埋深、地面上的活動狀況(水平)、當地居民的素質(公眾教育)、管道地上設備安全、線路狀況、巡線頻率等因素，這些因素以外力擠壓或人為破壞的形式使燃氣管道受到損壞。②管道腐蝕。腐蝕是導致燃氣管道(主要是鋼管)穿孔、破裂的重要破壞因素。對于埋地管道而言，腐蝕來自兩個方面：內腐蝕和外腐蝕。③人工誤操作。人工誤操作包括設計誤操作、施工誤操作、技術誤操作、管理與監(jiān)督誤操作、運行維護與檢測誤操作等，這些誤操作會導致燃氣管網運行的安全性降低，風險增加。④管網設計。設計需考慮的因素有管道最大承受壓力、管內水擊因素、設計厚度和選材選型、士層移動、線路選擇、施工方案等，考慮不周會導致燃氣事故的發(fā)生。在實際風險管理中，用普通的概率計算方法計算其風險概率相當困難，有些還不可能實現。因此，采用美國核管理委員會(NUREG)推薦的方法，通過計算失效速率得出風險概率。由分析統(tǒng)計的相關資料可知，管道發(fā)生事故的風險概率一般符合U型曲線(見圖l)，即初期處于磨合階段，管道工作并不穩(wěn)定，后期接近設計壽命，事故發(fā)生也較頻繁。若只考慮中間的穩(wěn)定期，則其風險速率v可視為常數。

管道事故的風險概率按下式計算：

在上式中，P表示燃氣管道事故發(fā)生的概率，x表示長L的管道上在使用時間t內發(fā)生的事故總次數，v表示風險速率，單位為次／(km*a)，t表示使用時間，單位為a，L表示管道長度，單位為km。根據上述方法可以先統(tǒng)計各因素在某段時間(如一年內)某段長度的管道上所引起的事故總次數，然后計算出風險速率，最后求出燃氣管道事故發(fā)生的概率^[5]。這樣從客觀的角度上反應出燃氣管道事故發(fā)生的可能性。

2．2　燃氣管道事故發(fā)生的后果分析

根據風險函數可知，風險值除了要求計算事故發(fā)生的概率，還要對燃氣管道事故發(fā)生所造成的后果進行分析。所謂后果分析就是定量評價管道失效所導致的危害事件組合的嚴重程度，主要用貨幣化的直接經濟損失表達這種嚴重程度嘲。燃氣管道事故造成的失效后果一般可以從兩方面進行計算：①直接經濟損失，主要包括人員傷亡、財物損毀所造成的經濟損失。②間接經濟損失，主要包括漏氣經濟損失以及系統(tǒng)恢復的費用。根據下列公式計算每次已發(fā)生的燃氣管道事故所造成的經濟損失總額。

式中L表示經濟損失總額，Lda表示卣接經濟損失，Lib表示間接經濟損失。在式4中人員傷亡等經濟損失要根據不同公司、不同地區(qū)、不同情況而定，應具體問題具體分析。

2．3　建立雙曲型風險決策模型

通過上述步驟可得知，燃氣管道在每一規(guī)定時間段內(如1年)發(fā)生事故的概率以及事故發(fā)生后所造成的經濟損失，使用回歸分析法對數據進行擬合。

回歸分析就是從某一組數據出發(fā)，判斷變量之間是否存在相關關系，確定它們之間的數學表達式(即回歸方程)，并對其可信程度作統(tǒng)計檢驗，然后利用確定的回歸方程進行預測^[7-9]。

由風險計算公式R=pxl可知燃氣管道事故發(fā)生的概率和可能造成的經濟損失呈倒冪數關系，因此回歸方程即為R=pxl。用回歸分析法進行相關分析，然后計算預測誤差，最后確定燃氣管道的風險值，即可得到該城市的風險曲線，每段燃氣管道的風險值與此比較，判斷其風險可接受性，即可建立雙曲型風險決策模型如下圖2所示，其中P表示燃氣管道事故發(fā)生的概率，L表示燃氣管道事故發(fā)生造成的損失。

通過圖2可知，在同一條曲線上的風險值是相同的，曲線越是靠外表示風險值越大，而且R1>R2>R3。圖2中燃氣管道的風險預測值R2表示可接受的風險水平閾值，若風險預測值為R3，則表示風險可接受；若風險預測值為R1則表示不可接受，需要有關部門采取相關措施對風險進行有效適當的控制。通過雙曲型風險決策模型的相關分析可以為燃氣管道風險決策提供有效的依據。

3　GIS住燃氣管道風險評估中的應用

G1S的數據庫是以圖形為基礎，根據不同的要求有不同的數據結構^[10]。本文采用supermap組建來實現燃氣管道風險水平的可視化。supermap是一個標準的控件GIS產品，可以在多種語言上使用。Supermap中deskpro是一套運行在桌面端的專業(yè)GIS軟件，提供了地圖編輯、屬性數據管理、分析與決策輔助事務處理、地圖輸出、報表打印、三維建模等方面的功能。supermap is.net是新一代網絡地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺，supemlap is.net由客戶端用戶界面表現組件、web服務器擴展、GIS服務器、數據服務器以及遠程管理器等多個組件組成，如圖3所示^[11-13]。

燃氣管道的風險評估結果主要使用supermap is.net和supermap deskpro來實現。先將燃氣管道的地圖信息及風險評估結果存入deskpro。再使用supermap is.net將相關數據顯示出來，提高燃氣管道的風險管理效率。

4　實例分析

以某市燃氣管道為例，該市燃氣管道的總長度為823.5km。

(1)統(tǒng)計該市從2001年到2011年每年燃氣管道事故發(fā)生的次數以及事故發(fā)生后造成的經濟損失，按照上述步驟計算燃氣管道的風險概率以及事故經濟損失，其結果如圖4所示。

(2)對上述數據用回歸分析法進行擬合，可得該城市的等風險曲線，如表1和圖5所示，運算結果為R=P*L=24.765，即該城市燃氣管道風險值為24.765。

(3)按照公式(1)—(4)計箅每段燃氣管道的風險值，運用雙曲型風險決策模型，將每段燃氣管道的風險值與該市燃氣管道的風險值相比較，判斷其風險可接受性。若某段燃氣管道的風險值小于24.765，則該段燃氣管道的風險可接受，若大于24.765，則該段燃氣管道的風險不可接受，應及時采取相關措施降低燃氣管道的風險水平。

(4)實現燃氣管道風險水平的可視化。首先得到該市的燃氣管道的柵格圖像，經轉換成矢量數據并作適當處理后存入supermap deskpro。將燃氣管道的基本信息及風險水平等相關數據導入supermap deskpro，再使用supermap is.net將相關數據顯示出來，可以使用查詢條件查詢燃氣管道的基本信息及其風險水平，這樣可以通過圖得知各段管道的風險情況并及時采取相應的措施。查詢結果如圖6所示。

5　結論

(1)采用定量風險評價方法對燃氣管道進行風險評估，排除主觀因素影響，從客觀的角度上反映燃氣管道的風險水平；

(2)基于雙曲型理論和回歸分析法建立雙曲型風險決策模型以判斷燃氣管道的風險可接受性，為燃氣管道的風險管理提供科學決策依據；

(3)將雙曲型風險決策模型分析的結果運用supermap deskpro以及supermap is.net實現可視化表達，記錄每段燃氣管道的基本信息及風險可接受性，及時、方便的獲取燃氣管道的風險水平，對燃氣企業(yè)的安全運行與科學管理有重要意義。

參考文獻

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本文作者：郭章林　劉彥香　宮亮

作者單位：華北科技學院建筑工程學院

  河北工程大學經濟管理學院

  山東理工大學農業(yè)工程與食品科學學院