摘要：對北京市燃氣管道失效事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)進行分析，建立以評分法為基礎的城市燃氣管道風險評分體系，結合模糊綜合評價法論述評價原理及流程。以實際管段為評價實例，分析了其失效的可能性。

關鍵詞：風險評價；  城鎮(zhèn)燃氣管道；  模糊綜合評價；  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險評價在理論上取得了很大進展，但在實際應用中，仍主要采用評分法^[1]?？紤]到評分法在評價過程中過于依賴專家，其主觀性較強，評價結果誤差較大，且影響城市埋地燃氣管道安全的各因素具有模糊不確定性，因此將模糊理論引入評分法的評價中將能提高風險評價的準確性^[2]。

2 北京市燃氣管道失效事故分析

由于城市燃氣輸配管道具有開放性(敷設在城市的大街小巷)、隱蔽性(埋設地下)和長期性(使用時間長)等特點，其事故率要明顯高于燃氣輸配系統(tǒng)中的其他環(huán)節(jié)(如各類廠站)。從全國燃氣管道事故的統(tǒng)計數(shù)據(jù)來看，城市燃氣管道事故原因主要是第三方破壞、管道腐蝕、管材缺陷、焊縫缺陷、操作失誤、附屬設備故障等。

全國各地區(qū)、城市間存在差異，本文針對北京市燃氣管道失效事故統(tǒng)計數(shù)據(jù)(見表l)，分析影響北京市燃氣管道事故的主要原因。

引起北京市燃氣管道泄漏失效等事故的主要原因包括管道腐蝕、外界干擾、管道缺陷、管道附屬設備失效等，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，附屬設備失效主要包括閥門、放散管、調(diào)壓器、凝水缸、補償器等部件的失效。

由表l可知，引起北京城市燃氣管道泄漏的原因中，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，而管道附屬設備失效引起的事故比例有所上升，說明近年來燃氣管道企業(yè)對于管道的管理力度有所加大，社會及施工單位對燃氣管道的安全意識有所加強。而燃氣管道附屬設備由于種類多、數(shù)量大、分布散等特點，檢測相對復雜，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在風險評價中引起足夠的重視。

3 風險評價評分指標體系的建立

燃氣管道的風險評價方法通常以W.Kent Muhlbaue提出的風險評價模型(評分法)為依據(jù)，在W.Kent Muhlbaue所著的《管道風險管理手冊》中確定的4類評分指標分別是第三方指數(shù)、腐蝕指數(shù)、設計指數(shù)、誤操作指數(shù)^[3]，對長輸油氣管道有很強的針對性，不一定完全適用于城市埋地燃氣管道。在本文評分指標體系的構建中，將把文獻[3]評分法中不相關、不適應的指標予以剔除，根據(jù)城鎮(zhèn)燃氣管道的特點對指標重新分類，并進行適當調(diào)整和補充，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)、管道附屬設備失效指數(shù)。城市燃氣管道風險評價評分表見表2。

分別對上述各項進行專家評分，在確定各項的得分后，將得分相加得出各項破壞因素的綜合評分，按照表3確定各項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

①模糊綜合評價的計算程序

模糊綜合評價法，即應用評價因素模糊關系合成機理，依據(jù)各個評價因素對被評價對象的隸屬度進行綜合性評判的一種方法。模糊綜合評價法在評價事物時應首先全面地考慮與其關聯(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，最后對評價對象作出綜合評價。

建立因素集：被評價對象的各種品質(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氣管道失效的各個影響因素，若有m個因素則表示為U={U₁，U₂，…，U_m}，如北京市燃氣管道系統(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(管道附屬設備失效)。

建立評判集：評判集又稱評語集，是評價者做出的評價結果的集合，可表示為V={V₁，V₂，…，V_n}。本文將燃氣管道泄漏事故發(fā)生的可能性分別用I級、Ⅱ級、Ⅲ級、Ⅳ級、Ⅴ級表示，即將評價結果分為5個評價等級，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，由單一因素評價結果得到r_i,j表示第i個因素對第j個評價結果的隸屬度；A={a₁，a₂，…，a_m}是U中各因素的權重值集合，即因素權重集，是關于R的權向量；B={b₁，b₂，…，b_m}，通常稱為評判結果的向量。

因素權重集的確定：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模糊綜合評價隸屬函數(shù)的篩選

隸屬函數(shù)的確定、使用恰當?shù)哪：阕邮悄：C合評價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)形式及其模糊關系矩陣。采用MATLAB編程分別對16種隸屬函數(shù)形式進行計算，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)計算得出各等級對應的隸屬度：

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 風險評價實例

以北京市某段燃氣輸配管道為例，結合凋查資料以及實際情況，對該段管道的腐蝕破壞等級進行風險評估。該段管道腐蝕評分見表5。

由表5知管道腐蝕評分合計53分，管道腐蝕因素等級為Ⅲ級中等，其等級集的權重系數(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結果屬于哪個評判集的，即取與最大的評判指標相對應的評判元素為評判結果。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相對應的是評判集中第3個等級)，該評價結果與管道的實際情況比較接近，說明評價結果較為準確。若假設u₂(外界干擾)為Ⅳ級，u₃(管道缺陷)為Ⅱ級，u₄(管道附屬設備失效)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：

二級模糊綜合評價考慮各個因素對評價結果權重不同，綜合評價所有因素對管道泄漏失效事故的貢獻，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 結論

模糊綜合評判與評分法相結合的評價方法是實際可行的，對城市燃氣管道系統(tǒng)的風險進行定量評價，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)北京市燃氣管道實際情況對W．Kent Muhlbaue風險評估模型中評分細則的修改還不夠完善，評分項目還不夠全面，還需進一步改進與完善，才能得到更詳細、準確的風險值。

參考文獻：

[1] 嚴大凡，翁永基，董紹華．油氣長輸管道風險評價與完整性管理[M]．北京：化學工業(yè)出版社，2005．

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

[3] Muhlbaue K W．管道風險管理手冊[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)學基礎及實用算法[M]．北京：科學出版社，2005：83-88．

本文作者：石磊明 劉蓉 孫健民 雷素敏

作者單位：北京建筑工程學院  北京市燃氣集團有限責任公司