城市天然氣管道占?jí)弘[患的模糊綜合評(píng)價(jià)

1、 城市天然氣管道占?jí)弘[患的模糊綜合評(píng)價(jià) 摘要：通過(guò)對(duì)多種風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的比較，確定采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)城市天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法建立了城市天然氣管道占?jí)弘[患的模糊綜合評(píng)價(jià)模型。結(jié)合實(shí)例，編制模糊綜合評(píng)價(jià)軟件對(duì)北京市城市天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行評(píng)價(jià)。關(guān)鍵詞：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)；城市天然氣管道；占?jí)弘[患；模糊數(shù)學(xué) 自1997年引進(jìn)陜甘寧天然氣以來(lái)，北京市城市天然氣管道建設(shè)得到飛速發(fā)展。截至2008年底，北京市已有天然氣管道長(zhǎng)逾1104km，年輸氣量已超過(guò)52108m3。與此同時(shí)，隨著城市建設(shè)進(jìn)程不斷加快，一些建構(gòu)筑物占?jí)禾烊粴夤艿赖那闆r陸續(xù)出現(xiàn)，嚴(yán)重威脅城市天然氣管道的安全運(yùn)行和管道沿

2、線人民生命、財(cái)產(chǎn)安全。 目前，國(guó)內(nèi)各城市在進(jìn)行天然氣管道占?jí)弘[患處理時(shí)，往往首先考慮處理方案的可行性，對(duì)那些易于拆除的違章建構(gòu)筑物進(jìn)行優(yōu)先處理，而對(duì)不同隱患的危害程度的差異缺乏深入研究。因此，不可避免地造成部分占?jí)弘[患處理過(guò)程中，處理方法和處理順序存在不合理性。因此，有必要對(duì)天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，以確保隱患處理順序的合理性和隱患治理資金的使用效益最大化。1 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的選擇 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是一種基于理論分析、數(shù)據(jù)資料、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和直觀認(rèn)識(shí)的風(fēng)險(xiǎn)分析與判斷方法1，經(jīng)過(guò)逾30年的發(fā)展已形成了失效模式、影響和危害分析法、概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法、故障樹(shù)分析法、指數(shù)法、專家評(píng)分法、模糊綜合評(píng)價(jià)法等多種評(píng)

3、價(jià)方法，其優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比見(jiàn)表1。 城市天然氣管道工作環(huán)境復(fù)雜，在管道設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行和維護(hù)期間存在諸多誘發(fā)事故的因素，這些因素往往難以量化并在一定程度上具有模糊性。此外，各因素對(duì)管道的影響往往不是獨(dú)立的，而是彼此關(guān)聯(lián)的，各種因素間的關(guān)聯(lián)關(guān)系隨時(shí)間、地點(diǎn)等條件的不同而不同，具有很大的模糊性。由于模糊性的客觀存在，使天然氣管道占?jí)弘[患的各種風(fēng)險(xiǎn)影響因素難以被精確量化，常規(guī)的評(píng)價(jià)方法無(wú)法準(zhǔn)確描述客觀實(shí)際。基于以上原因，經(jīng)過(guò)對(duì)各種評(píng)價(jià)方法的比較，本次研究確定采用模糊綜合評(píng)價(jià)法對(duì)城市天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)。表1 管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法的優(yōu)缺點(diǎn)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)失效模式、影響和危害分析法方法較為簡(jiǎn)單；結(jié)果

4、簡(jiǎn)潔明了；能處理有效信息；不需要特別的軟件支持；適合對(duì)裝置進(jìn)行分析。系統(tǒng)劃分不易掌握，如果分析層次太淺，結(jié)果就不詳細(xì)；如果分析層次太深，則工作量大。概率風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法具有比較完善的理論基礎(chǔ)；比較容易移植；有可能與新興的理論和技術(shù)相結(jié)合而獲得對(duì)非確定系統(tǒng)安全狀態(tài)進(jìn)行定量評(píng)價(jià)的方法。要求原始數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、充分，分析完整，判斷和假設(shè)合理；并且能夠準(zhǔn)確描述系統(tǒng)中的不確定性。故障樹(shù)分析法故障樹(shù)具有直觀性，可查明與事故發(fā)生有關(guān)的所有可能的原因；利用圖形(樹(shù))明確地把分析對(duì)象的過(guò)程和結(jié)果形象地表示出來(lái)；制定預(yù)防事故的措施。故障樹(shù)分析定量計(jì)算系統(tǒng)的故障概率及其可靠性參數(shù)所需的很多基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，如事故發(fā)生率等難以得到。指數(shù)

5、法指數(shù)法分析成本低，可利用所得資料進(jìn)行直接處理；容易掌握，便于推廣；評(píng)價(jià)時(shí)可以綜合多方面的意見(jiàn)。指數(shù)法難以考慮所有相關(guān)因素間的關(guān)系；評(píng)價(jià)時(shí)存在較大的主觀性。專家評(píng)分法方法簡(jiǎn)單易行；可將專家的意見(jiàn)進(jìn)行綜合、歸納，充分發(fā)揮專家豐富的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論知識(shí)。當(dāng)選擇專家不當(dāng)或處理專家意見(jiàn)不夠合理時(shí)，容易使所得結(jié)果不夠客觀。模糊綜合評(píng)價(jià)法較好地解決了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)中存在的大量模糊因素和不確定因素的量化問(wèn)題，使評(píng)價(jià)結(jié)果更符合客觀實(shí)際情況。確定模糊關(guān)系矩陣和因素權(quán)重時(shí)，易存在主觀差異。2 模糊綜合評(píng)價(jià)模型的建立 模糊綜合評(píng)價(jià)通過(guò)構(gòu)造等級(jí)模糊子集把反映被評(píng)價(jià)事物的模糊指標(biāo)進(jìn)行量化(即確定隸屬度)，然后再利用模糊變換原理

6、將各指標(biāo)綜合2。建立模糊綜合評(píng)價(jià)模型的步驟如下。 建立因素集在本次研究中，所確定的因素應(yīng)對(duì)管道占?jí)弘[患發(fā)生事故的可能性以及事故后果的嚴(yán)重性存在影響。因素集表示為： u=u1，u2，uk，un (1)式中u因素集 uk第k個(gè)影響評(píng)價(jià)對(duì)象的因素 n影響評(píng)價(jià)對(duì)象因素的數(shù)量，個(gè) 建立評(píng)價(jià)集評(píng)價(jià)集是由評(píng)價(jià)者對(duì)被評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的各種評(píng)價(jià)結(jié)果組成的集合，一般以程度語(yǔ)言或評(píng)定取值區(qū)間為評(píng)價(jià)目標(biāo)，集合中元素?cái)?shù)量一般為奇數(shù)。評(píng)價(jià)集表示為： v=v1，v2，vl，vm (2)式中v評(píng)價(jià)集 vl第l個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo) m評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量，個(gè) 建立因素權(quán)重向量 由于各因素對(duì)管道占?jí)弘[患的影響程度不一樣，因此需要考慮對(duì)各因素加權(quán)

7、，引入權(quán)重向量e，e中各因素權(quán)重之和應(yīng)為1。權(quán)重向量表示為： e=(e1，e2，ek，en) (3)式中e權(quán)重向量 ek因素集u中第后個(gè)因素uk的權(quán)重 建立模糊關(guān)系矩陣根據(jù)各因素的模糊性，選擇適當(dāng)?shù)碾`屬度函數(shù)，就可以得到相應(yīng)的模糊關(guān)系矩陣r，表達(dá)式為： r=rklnm (4)式中r模糊關(guān)系矩陣 rkl評(píng)價(jià)對(duì)象從因素uk來(lái)看對(duì)vl等級(jí)模糊子集的隸屬度 綜合評(píng)價(jià)將權(quán)重向量e與模糊關(guān)系矩陣r合成便得到對(duì)各因素的綜合評(píng)價(jià)，綜合評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣表示為： b=er=(b1，b2，bl，bm) (5)式中b綜合評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣 bl從整體上看，被評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)vl評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度 評(píng)判指標(biāo)處理常用的評(píng)判指標(biāo)處理方法有兩

8、種，最大隸屬度法與加權(quán)平均法。由于最大隸屬度法僅考慮了最大評(píng)判指標(biāo)的貢獻(xiàn)，舍去了其他指標(biāo)提供的信息，這是很可惜的；另外，當(dāng)最大評(píng)判指標(biāo)不止1個(gè)時(shí)，用最大隸屬度法很難得出具體評(píng)判結(jié)果3。因此，本次研究采用加權(quán)平均法進(jìn)行評(píng)判指標(biāo)處理。求出研究對(duì)象所隸屬等級(jí)a，對(duì)照評(píng)價(jià)集v中等級(jí)指標(biāo)可得出最終評(píng)價(jià)結(jié)果。a的計(jì)算式為：式中a研究對(duì)象所隸屬等級(jí) vl第1個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值 p待定指數(shù)，可取1或2，一般估算可取1，精確計(jì)算可取2上一頁(yè) 1 23下一頁(yè)3 天然氣管道占?jí)弘[患模糊綜合評(píng)價(jià) 本次研究中，對(duì)燃?xì)夤艿勒級(jí)弘[患的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)參照gb 500282006城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范中對(duì)燃?xì)夤艿琅c建筑物、構(gòu)筑物、各類(lèi)相鄰管道

9、之間的水平凈距、垂直凈距的要求。 建立因素集 據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2007年底，北京市共有天然氣管道占?jí)弘[患695個(gè)。通過(guò)對(duì)管道占?jí)弘[患特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)外占?jí)菏鹿食梢蚣昂蠊M(jìn)行綜合分析，本次研究確定對(duì)天然氣管道占?jí)弘[患有影響的因素主要有7個(gè)，因素集：u=占?jí)何镱?lèi)型，占?jí)盒问?，管道設(shè)計(jì)壓力，管徑，管材，使用時(shí)間，占?jí)弘[患發(fā)生區(qū)域。 建立評(píng)價(jià)集 本次研究中將占?jí)弘[患的危險(xiǎn)程度分為5級(jí)，即評(píng)價(jià)集：v=極大，較大，一般，較小，極小。 建立因素權(quán)重向量 確定各評(píng)價(jià)因素權(quán)重的常用方法有專家調(diào)查法、層次分析法、故障樹(shù)法等，綜合考慮評(píng)價(jià)指標(biāo)的科學(xué)性、客觀性、針對(duì)性、可操作性，本文采用專家調(diào)查法確定權(quán)重。專家調(diào)查法是確定事件

10、發(fā)生概率的常用方法之一，該方法通過(guò)選擇一定人數(shù)的專家組成評(píng)價(jià)小組，由分析人員把要評(píng)價(jià)的內(nèi)容設(shè)計(jì)成含義明確的評(píng)價(jià)意見(jiàn)征詢表，采用書(shū)面通信的方式請(qǐng)專家回答咨詢，由專家根據(jù)自己的經(jīng)驗(yàn)對(duì)評(píng)價(jià)事件發(fā)生的危險(xiǎn)程度做出判斷。影響因素權(quán)重評(píng)價(jià)意見(jiàn)征詢空白表見(jiàn)表2。 本次研究課題組從專家?guī)熘须S機(jī)選取城市燃?xì)膺\(yùn)行、管理、安全評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域?qū)＜腋?位，共計(jì)12位專家組成天然氣管道占?jí)弘[患影響因素權(quán)重評(píng)價(jià)小組對(duì)各因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，并對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行處理。令評(píng)價(jià)等級(jí)v=極大，較大，一般，較小，極小對(duì)應(yīng)分值為v=9，7，5，3，1，將專家評(píng)分值取算術(shù)平均后再進(jìn)行歸一化處理，即得到各因素權(quán)重的最終結(jié)果。影響因素權(quán)重向量：e=(

11、0.22，0.16，0.17，0.09，0.06，0.17，0.13)表2 影響因素權(quán)重評(píng)價(jià)意見(jiàn)征詢空白表危險(xiǎn)程度占?jí)何镱?lèi)型占?jí)盒问焦艿涝O(shè)計(jì)壓力管徑管材使用時(shí)間占?jí)弘[患發(fā)生區(qū)域極大較大一般較小極小注：請(qǐng)?jiān)谡J(rèn)為合適的等級(jí)上打“”。 建立模糊關(guān)系矩陣根據(jù)北京市天然氣輸配管網(wǎng)現(xiàn)狀和管道占?jí)弘[患調(diào)差結(jié)果，確定每種因素的水平，見(jiàn)表3。與因素權(quán)重向量的確定方法相似，仍使用專家調(diào)查法對(duì)各因素水平對(duì)應(yīng)的評(píng)分值進(jìn)行評(píng)價(jià)。為了避免專家評(píng)分法中主觀因素對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果的負(fù)面影響，選擇與影響因素權(quán)重評(píng)價(jià)專家組不同的專家，仍包括城市燃?xì)膺\(yùn)行、管理、安全評(píng)價(jià)、設(shè)計(jì)等領(lǐng)域?qū)＜遥?位，共計(jì)16位專家。以天然氣管道占?jí)弘[患中管道設(shè)

12、計(jì)壓力因素為例，管道設(shè)計(jì)壓力對(duì)隱患影響程度專家意見(jiàn)征詢空白見(jiàn)表4。令評(píng)價(jià)等級(jí)v=極大，較大，一般，較小，極小對(duì)應(yīng)分值v=9，7，5，3，1，將專家評(píng)分值取算術(shù)平均后再進(jìn)行歸一化處理，即得到各因素水平評(píng)分值的最終結(jié)果。將管道占?jí)弘[患對(duì)應(yīng)某因素uk的相應(yīng)水平的評(píng)分值x代入三角形隸屬度函數(shù)中，可得到占?jí)弘[患某因素uk的單因素評(píng)價(jià)向量。構(gòu)造三角形隸屬函數(shù)4，其函數(shù)形式為：表3 因素水平影響因素名稱因素水平占?jí)何镱?lèi)型磚混樓房磚混平房輕體建筑物構(gòu)筑物市政設(shè)施其他占?jí)盒问綁壕€近線管道設(shè)計(jì)壓力高壓a高壓b次高壓a中壓低壓管徑dd700mm500mmd700mm400mmd500mm300mmd400mm200

13、mmd300mm100mmd200mmd100mm管材a焦化廠鋼管首鋼公司鋼管燃?xì)饧瘓F(tuán)鋼管pe管使用時(shí)間/a4030402030102010占?jí)弘[患發(fā)生區(qū)域四環(huán)路以內(nèi)四環(huán)至五環(huán)之間五環(huán)路以外 注a：北京市天然氣管網(wǎng)鋼管系統(tǒng)中，除由北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)敷設(shè)外，另有部分鋼管為20世紀(jì)90年代首鋼公司與北京焦化廠敷設(shè)，該部分管道在管材選擇、施工工藝要求、施工質(zhì)量管理上與北京市燃?xì)饧瘓F(tuán)敷設(shè)的管道均存在一定差異，因此將鋼管管材細(xì)分為3類(lèi)：燃?xì)饧瘓F(tuán)鋼管、首鋼公司鋼管、焦化廠鋼管。表4 管道設(shè)計(jì)壓力對(duì)隱患影響程度專家意見(jiàn)征詢空白表危險(xiǎn)程度高壓a高壓b次高壓a中壓低壓極大較大一般較小極小注：1請(qǐng)?jiān)谡J(rèn)為合適的等級(jí)上打

14、“”。2表中設(shè)計(jì)壓力為目前北京市天然氣輸配系統(tǒng)中使用的設(shè)計(jì)壓力。式中x專家評(píng)分值，x0，10 f1(x)、f2(x)、f3(x)、f4(x)、f5(x)隸屬度函數(shù)，依次為被評(píng)價(jià)因素對(duì)評(píng)價(jià)集v的5個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬度 因此，占?jí)弘[患某因素uk的單因素評(píng)價(jià)向量為：(fk1(x)、fk2(x)、fk3(x)、fk4(x)、fk5(x)。模糊關(guān)系矩陣r的表達(dá)式為：r=fkl(x)75上一頁(yè) 12 3下一頁(yè) 綜合評(píng)價(jià)采用上述方法，分別對(duì)下列天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行評(píng)價(jià)，占?jí)弘[患特征描述見(jiàn)表5。表5 占?jí)弘[患特征描述序號(hào)占?jí)何镱?lèi)型占?jí)盒问焦艿涝O(shè)計(jì)壓力管徑/mm管材使用時(shí)間/a隱患發(fā)生區(qū)域1磚混平房壓線中壓30

15、0燃?xì)饧瘓F(tuán)鋼管10四環(huán)路以內(nèi)2構(gòu)筑物(車(chē)庫(kù))近線低壓100燃?xì)饧瘓F(tuán)鋼管1020四環(huán)路以內(nèi)將上述2處隱患各影響因素水平分別代入隸屬度函數(shù)中，即可得到模糊關(guān)系矩陣r1與r2，將e=(0.22，0.16，0.17，0.09，0.06，0.17，0.13)及r1、r2分別代入式(5)，即可得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果矩陣曰。經(jīng)計(jì)算，b1=0.028 0.227 0.160 0.185 0.400，b2=0.051 0.348 0.441 0.030 0.130。 評(píng)價(jià)指標(biāo)處理考慮到人們的習(xí)慣，在評(píng)價(jià)指標(biāo)處理之前對(duì)評(píng)價(jià)集中危險(xiǎn)程度的5個(gè)等級(jí)分別進(jìn)行賦值，“極大”取100，“較大”取80，“一般”取60，“較小”取4

16、0，“極小”取20。根據(jù)式(6)，取p=2，分別求出兩處占?jí)弘[患的模糊評(píng)價(jià)等級(jí)及模糊評(píng)分。隱患1得分82.14，危險(xiǎn)等級(jí)處于危險(xiǎn)較大與危險(xiǎn)極大之間。隱患2得分54.56，危險(xiǎn)等級(jí)處于危險(xiǎn)較小與危險(xiǎn)一般之間。4 實(shí)例應(yīng)用以天然氣管道占?jí)弘[患模糊綜合評(píng)價(jià)方法為基礎(chǔ)，根據(jù)占?jí)弘[患影響因素權(quán)重及各因素水平的評(píng)分結(jié)果，編制占?jí)弘[患風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估軟件。圖1、2為天然氣管道占?jí)猴L(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)軟件操作界面。 利用該軟件將北京市695個(gè)占?jí)弘[患進(jìn)行逐一評(píng)價(jià)，其中大部分隱患處于6080分，共計(jì)655個(gè)，占總隱患數(shù)量的94.24%。 在對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行分析后，針對(duì)隱患的處理方式提出如下建議： 評(píng)價(jià)等級(jí)為危險(xiǎn)較大及以上級(jí)別的隱患

17、此類(lèi)隱患危害極大，建議應(yīng)當(dāng)立即處理。拆除造成隱患的建構(gòu)筑物，如拆除有困難，可采用遷改燃?xì)夤艿赖姆绞较[患。 評(píng)價(jià)等級(jí)為危險(xiǎn)較大以下級(jí)別的隱患 此類(lèi)隱患雖然危害程度不是非常嚴(yán)重，但也對(duì)人民生命財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成威脅，建議對(duì)此類(lèi)隱患如有條件也應(yīng)立即予以拆除。如果拆除存在困難，則近期可通過(guò)加強(qiáng)巡檢、加大對(duì)周邊居民的宣傳教育力度等方式最大限度地保障運(yùn)行安全，與此同時(shí)積極籌措資金，制定改造計(jì)劃，分年度實(shí)施改造。5 結(jié)語(yǔ) 本文采用模糊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法對(duì)天然氣管道占?jí)弘[患進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，并在此基礎(chǔ)上提出處理占?jí)弘[患的建議。經(jīng)實(shí)際應(yīng)用，證明該方法可行、有效。該方法的主要優(yōu)點(diǎn)如下： 將模糊數(shù)學(xué)的思想和方法引入天然氣管道占?jí)弘[患的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作中，可以使風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)工作更客觀、評(píng)價(jià)結(jié)果更加接近實(shí)際情況，增加了決策的科學(xué)性。 應(yīng)用模糊數(shù)學(xué)方法建立風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型，可以全面考慮影響占?jí)弘[患的各種因素間的相互影響，既能夠充分體現(xiàn)評(píng)價(jià)因素和評(píng)價(jià)過(guò)程的模糊性，又能盡量減少個(gè)人主觀臆斷所帶來(lái)的弊端，比一般的專家評(píng)分法等方法更符合客觀實(shí)際，評(píng)價(jià)結(jié)果更可靠。 應(yīng)用該方法，可以根據(jù)模糊評(píng)價(jià)等級(jí)區(qū)別出高、低風(fēng)險(xiǎn)隱患，有利于對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)隱患及時(shí)處理，對(duì)低風(fēng)險(xiǎn)隱患進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。 模糊風(fēng)