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

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

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，仍主要采用評分法^[1]?？紤]到評分法在評價(jià)過程中過于依賴專家，其主觀性較強(qiáng)，評價(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分法的評價(jià)中將能提高風(fēng)險(xiǎn)評價(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狡茐摹⒐艿栏g、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)對于管道的管理力度有所加大，社會及施工單位對燃?xì)夤艿赖陌踩庾R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)評價(jià)中引起足夠的重視。

3 風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)評分指標(biāo)體系的建立

燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評價(jià)方法通常以W.Kent Muhlbaue提出的風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)模型(評分法)為依據(jù)，在W.Kent Muhlbaue所著的《管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊》中確定的4類評分指標(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]，對長輸油氣管道有很強(qiáng)的針對性，不一定完全適用于城市埋地燃?xì)夤艿?。在本文評分指標(biāo)體系的構(gòu)建中，將把文獻(xiàn)[3]評分法中不相關(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)評價(jià)評分表見表2。

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

4模糊綜合評價(jià)

①模糊綜合評價(jià)的計(jì)算程序

模糊綜合評價(jià)法，即應(yīng)用評價(jià)因素模糊關(guān)系合成機(jī)理，依據(jù)各個評價(jià)因素對被評價(jià)對象的隸屬度進(jìn)行綜合性評判的一種方法。模糊綜合評價(jià)法在評價(jià)事物時應(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，最后對評價(jià)對象作出綜合評價(jià)。

建立因素集：被評價(jià)對象的各種品質(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€影響因素，若有m個因素則表示為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)。

建立評判集：評判集又稱評語集，是評價(jià)者做出的評價(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、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級表示，即將評價(jià)結(jié)果分為5個評價(jià)等級，以模糊語言表示為：V={極小，較小，中等，較大，極大}。

模糊綜合評判模型為：B=AR。其中，R=[r_i,j]_m×n為模糊矩陣，由單一因素評價(jià)結(jié)果得到r_i,j表示第i個因素對第j個評價(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合評價(jià)法中的兩個基本問題。通過對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)算得出各等級對應(yīng)的隸屬度：

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

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

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

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

Ⅴ級：{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)評價(jià)實(shí)例

以北京市某段燃?xì)廨斉涔艿罏槔?，結(jié)合凋查資料以及實(shí)際情況，對該段管道的腐蝕破壞等級進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評估。該段管道腐蝕評分見表5。

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

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

二級模糊綜合評價(jià)考慮各個因素對評價(jià)結(jié)果權(quán)重不同，綜合評價(jià)所有因素對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。

由一級模糊綜合評價(jià)可知二級模糊矩陣為：

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

6 結(jié)論

模糊綜合評判與評分法相結(jié)合的評價(jià)方法是實(shí)際可行的，對城市燃?xì)夤艿老到y(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行定量評價(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W．Kent Muhlbaue風(fēng)險(xiǎn)評估模型中評分細(xì)則的修改還不夠完善，評分項(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。

參考文獻(xiàn)：

[1] 嚴(yán)大凡，翁永基，董紹華．油氣長輸管道風(fēng)險(xiǎn)評價(jià)與完整性管理[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2005．

[2] 劉楊，段常貴，聶廷哲，等．城市埋地燃?xì)夤芫W(wǎng)安全性模糊綜合評價(jià)[J]．煤氣與熱力，2007，27(5)：12-14．

[3] Muhlbaue K W．管道風(fēng)險(xiǎn)管理手冊[M]．楊嘉瑜，張德彥，李欽華，等，譯．北京：中國石化出版社，2004．

[4] 李鴻吉．模糊數(shù)學(xué)基礎(chǔ)及實(shí)用算法[M]．北京：科學(xué)出版社，2005：83-88．

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