城市综合管廊燃气管道风险评估指标体系构建_杨林.pdf

基金项目:中国建设科技集团科技创新基金中央研究院项目“城市地下综合管廊燃气和热力管道风险评估”(Z2020C04)第一作者简介:杨林，女，工程师，硕士，主要从事城镇燃气输配安全、清洁能源供热技术的研究。通信作者简介:高文学，男，教授级高级工程师，博士，主要从事城镇燃气高效应用、城镇燃气输配安全、清洁能源供热等技术的研究。收稿日期:2022 09 01;修回日期:2022 11 17燃气输配与储运城市综合管廊燃气管道风险评估指标体系构建杨林1，高文学1，李颜强2，严荣松1，苗庆伟1，王艳1，户英杰1，杨明畅1(1 中国市政工程华北设计研究总院有限公司 城市燃气热力研究院，天津 300384;2 中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381)摘要:针对综合管廊燃气管道能否入廊和入廊后能否安全运行问题，构建规划可研阶段燃气管道失效可能性指标体系、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标体系、燃气管道失效后果指标体系。采用层次分析法建立专家权重计算模型，构建以专家职称、工作年限、指标熟悉程度为准则层的专家能力指标体系，确定综合管廊燃气管道风险评估专家权重，并对专家打分进行处理，得到规划可研阶段、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标权重和管道失效后果指标权重。基于综合管廊燃气管道实际情况，确定管道失效可能性指标得分和管道失效后果指标得分，结合指标权重计算得出管道失效可能性分值和管道失效后果分值，根据管道风险等级划分原则，确定综合管廊燃气管道风险等级。关键词:综合管廊;燃气管道;风险评估指标;层次分析法中图分类号:TU996 9文献标志码:A文章编号:1000 4416(2023)02 0B01 091概述概述城市地下综合管廊是在城市地下建造的隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，并设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。由于燃气管道危险性较强，在早期的综合管廊建设中不建议将燃气管道纳入敷设，但经过技术的不断完善与科技的发展，GB 508382015城市综合管廊工程技术规范 对燃气管道在综合管廊内的敷设规定有了突破，由原来“不建议将燃气管道纳入敷设”转变为“可纳入综合管廊”，并给予了比较明确和严格的技术规定。GB 502892016城市工程管线综合规划规范 第 4 2 2 条，明确了综合管廊内可敷设电力、通信、给水、热力、再生水、天然气、污水、雨水管线等城市综合管线。现行标准促进了全国天然气管道纳入地下综合管廊的建设1。虽然标准规范已经允许燃气管道入廊，但也提出了明确和严格的技术规定，由于燃气管道易燃易爆的特性，目前出于安全的考虑，大多数综合管廊工程不太确定燃气管道能否入廊。因此本文将综合管廊燃气管道风险评估分为入廊前(规划可研阶段)和运行中(运维管理阶段)两个阶段，解决燃气管道能否入廊以及入廊后能否安全运行的问题。通过构建城市地下综合管廊燃气管道在规划可研阶段和运维管理阶段的风险指标体系，采用半定量风险评估方法，基于管道失效可能性和管道失效后果确定管道风险等级，完成规划可研阶段和运维管理阶段综合管廊燃气管道的风险评估。10B第 43 卷第 2 期2023 年 2 月煤 气 与 热 力GAS HEATVol 43 No 2Feb 2023DOI:10.13608/ki.1000-4416.2023.02.0072综合管廊燃气管道风险评估指标体系综合管廊燃气管道风险评估指标体系综合管廊燃气管道的危险源主要来自综合管廊，综合管廊作为复杂的综合体，主要包括管廊本体、入廊管线和廊内附属设施等。此外危险源还与综合管廊周边环境和管理方面等诸多其他因素有关，采用分解结构法确定城市综合管廊燃气管道危险源基本组成2。城市地下综合管廊燃气管道危险源基本组成见图 1。综合管廊城市综合管廊燃气管道危险源周边环境燃气管道系统其他因素管廊本体廊内附属设施入廊管线管理水平燃气管道保护措施燃气管道附件燃气管道周边地下空间情况管道地区等级地震地质条件标识系统供电与照明系统排水系统监控与报警系统通风系统消防系统可燃气体探测报警器其他管线电力电缆及通信线缆热力管道排水管渠给水可再生水管道管廊节点位置管廊断面设计结构类型管廊类型其他因素图 1城市地下综合管廊燃气管道危险源基本组成根据图 1，综合管廊燃气管道危险源主要包括综合管廊、周边环境、燃气管道系统、其他因素 4 类，并对每类危险源进行细化分解，其次级分类如下。综合管廊:管廊本体、入廊管线和廊内附属设施。周边环境:地质条件、地震、管道地区等级、周边地下空间情况。燃气管道系统:燃气管道、燃气管道附件、燃气管道保护措施。其他因素:管理水平、其他因素。基于综合管廊燃气管道危险源分析，通过对文献调查、专家意见等进行归纳总结，确定了综合管廊燃气管道在规划可研阶段的失效可能性指标(包括三个层级指标，其中一级指标 4 个、二级指标 12 个、三级指标 22 个)、综合管廊燃气管道在运维管理阶段的失效可能性指标(包括三个层级指标，其中一级指标 4 个、二级指标 14 个、三级指标 39 个)和综合管廊燃气管道失效后果指标(包括三个层级指标，其中一级指标 3 个、二级指标 17 个、三级指标14 个)。3综合管廊燃气管道风险评估指标权重综合管廊燃气管道风险评估指标权重采用专家打分法确定综合管廊燃气管道风险评估指标权重，考虑了各位专家能力之间存在差异，从而导致专家权威性差异。因此，主要考虑专家在专业技能方面存在差异、工作时间即工作经验的差异、对评估指标的熟悉程度的差异，采用层次分析法确定专家权重，进而对专家打分进行处理，最终得到综合管廊燃气管道风险评估指标权重。3 1基于层次分析法的专家权重层次分析法适用范围较广，可以清楚展现各个不同层次的相对重要程度，在本文中采用层次分析法确定各个专家的权重，专家基本信息见表 1。本研究选取了 18 位专家。表 1专家基本信息编号职称工作年限/a 指标熟悉程度专家 1高级工程师28很熟悉专家 2高级工程师22熟悉专家 3教授级高级工程师30很熟悉专家 4教授级高级工程师38熟悉专家 5副教授18熟悉专家 6教授25很熟悉专家 7高级工程师22熟悉专家 8教授级高级工程师25很熟悉专家 9工程师30熟悉专家 10教授级高级工程师34非常熟悉专家 11教授级高级工程师23很熟悉专家 12教授35非常熟悉20B第 43 卷第 2 期煤 气 与 热 力www gasheat cn续表 1编号职称工作年限/a 指标熟悉程度专家 13高级工程师11很熟悉专家 14教授级高级工程师23熟悉专家 15教授级高级工程师26非常熟悉专家 16教授级高级工程师37很熟悉专家 17教授级高级工程师33熟悉专家 18教授级高级工程师39熟悉3 1 1构建专家能力指标体系基于专家职称、工作年限、指标的熟悉程度建立了专家能力指标体系，见图 2。专家能力职称工作年限指标熟悉程度专家1专家2专家16专家3专家17专家18图 2专家能力指标体系3 1 2确定判断矩阵将指标重要程度划分为 9 个等级，并进行两两比较，其中 1、3、5、7、9 级分别表示两个指标同等重要、略微重要、相当重要、明显重要、绝对重要，2、4、6、8 级介于两重要程度之间;相对不重要则采用倒数取值的方式，如 1/3、1/5、1/7、1/9 等。比较每个层次的相对重要性，构建准则层、专家职称、工作年限、指标熟悉程度判断矩阵。专家职称包括教授级高级工程师、高级工程师、工程师、教授、副教授，在职称上教授级高级工程师与教授等同，高级工程师与副教授等同。如:专家 1职称为高级工程师，专家 3 职称为教授级高级工程师，则职称上专家 1 比专家 3 略微不重要，职称判断矩阵第 1 行第 3 列为 1/3;专家 1 职称为高级工程师，专家 9 职称为工程师，职称上专家 1 比专家 9 略微重要，职称判断矩阵第 1 行第 9 列为 3。本文将专家工作年限分为 10 a，20 a)、20 a，30 a)、30 a，40 a)3 个等级。如:专家 1 工作年限为 28 a，专家 3 工作年限为 30 a，工作年限上专家 1比专家 3 略微不重要，则工作年限判断矩阵第 1 行第 3 列为 1/3;专家 1 工作年限为 28 a，专家 5 工作年限为 18 a，工作年限上专家 1 比专家 5 略微重要，则工作年限判断矩阵第 1 行第 5 列为 3。根据专家近期的研究方向及对城市综合管廊燃气管道风险评估技术的了解程度，将专家对指标的熟悉程度分为熟悉、很熟悉、非常熟悉 3 个等级。如:专家 1 对指标很熟悉，专家 10 对指标非常熟悉，则对指标熟悉程度上专家 1 比专家 10 略微不重要，对指标熟悉程度判断矩阵第 1 行第 10 列为 1/3;专家 1 对指标很熟悉，专家 2 对指标熟悉，则对指标熟悉程度上专家 1 比专家 2 略微重要，对指标熟悉程度判断矩阵第 1 行第 2 列为 3。以准则层和专家职称为例，具体判断矩阵分别见图 3、4。专家工作年限、指标熟悉程度判断矩阵省略。因素职称 工作年限指标熟悉程度职称111工作年限111指标熟悉程度111图 3准则层判断矩阵3 1 3计算专家权重首先计算判断矩阵每一行元素的乘积，再对乘积进行求 n 次方根的计算，最后进行归一化处理，具体计算式为3:Mi=nj=1Aij(1)mi=nMi(2)Wi=mini=1mi(3)式中Mi 判断矩阵 A 第 i 行元素的乘积n 判断矩阵 A 的阶数Aij 判断矩阵 A 的元素mi 判断矩阵 A 第 i 行元素乘积的 n 次方根Wi 判断矩阵 A 第 i 行元素的权重基于上述计算方法，采用 MATLAB 软件对建立的判断矩阵进行计算，得到准则层中职称、工作年限、指标熟悉程度权重，得到专家职称权重、工作年限权重、指标熟悉程度权重(指标层权重)，指标层权重与准则层权重乘积求和，最终得到可以反映专30Bwww gasheat cn杨林，等:城市综合管廊燃气管道风险评估指标体系构建第 43 卷第 2 期因素专家1专家2专家3专家4专家5专家6专家7专家8专家9专家10专家11专家12专家13专家14专家15专家16专家17专家18专家 1111/31/311/311/331/31/31/311/31/31/31/31/3专家 2111/31/311/311/331/31/31/311/31/31/31/31/3专家 3331131315111311111专家 4331131315111311111专家 5111/31/311/311/331/31/31/311/31/31/31/31/3专家 6331131315111311111专家 7111/31/311/311/331/31/31/311/31/31/31/31/3专家 8331131315111311111专家 91/31/31/51/51/31/51/31/511/51/51/51/31/51/51/51/51/5专家 10331131315111311111专家 11331131315111311111专家 12331131315111311111专家 13111/31/311/311/331/31/31/311/31/31/31/31/3专家 14331131315111311111专家 15331131315111311111专家 16331131315111311111专家 17331131315111311111专家 18331131315111311111图 4专家职称判断矩阵家综合能力的专家权重。准则层中专家职称、工作年限、指标熟悉程度权重均为 1/3。专家各指标层权重及专家权重计算结果见表 2。表 2专家各指标层权重及专家权重计算结果编号职称权重工作年限权重指标熟悉程度权重专家权重专家 10 024 80 031 90 059 30 038 7专家 20 024 80 031 90 021 80 026 2专家 30 072 00 089 60 059 30 073 6专