城镇燃气管道风险综合评价方法的选择_工程实践

摘要

摘要：对城镇燃气管道进行风险评价，就是建立一套科学的多因素决策评价体系。通过比较分析5种现代综合评价方法的优缺点及适用性，选择层次分析法应用于城镇燃气管道风险评价。关

摘要：对城镇燃气管道进行风险评价，就是建立一套科学的多因素决策评价体系。通过比较分析5种现代综合评价方法的优缺点及适用性，选择层次分析法应用于城镇燃气管道风险评价。

关键词：综合评价方法；层次分析法；城镇燃气管道；风险评价

Choice of Comprehensive Risk Evaluation Methods of City Gas Pipeline

YU Jing-chun，SONG Hai-ning，WANG Xiang-ning，XU Lin-lin

Abstract：The risk evaluation of city gas pipeline is to establish a set of scientific multifactor decision evaluation system. Through comparing and analyzing the advantages，disadvantages and applicability of five modern comprehensive evaluation methods，the analytic hierarchy process is chosen for risk evaluation of city gas pipeline.

Key words：comprehensive evaluation method；analytic hierarchy process；city gas pipeline；risk evaluation

近年来，燃气管网的风险评价技术发展很快^[1～4]，但目前国内城镇埋地燃气管网的风险评价往往局限于某一类或几类影响因素，不能全面系统地反映城镇埋地燃气管网的安全性。风险评价或称风险分析，是一种基于数据资料、运行经验、直观认识等对事物的风险状况进行描述和量化分析的科学方法，燃气管道传统的安全管理正在向风险管理的方向过渡。将风险量化，进行分析、比较，为管道系统的科学管理提供可靠的依据，从而能够合理运用有限的人力、财力和物力等资源条件，采取最为合理的措施，达到最为有效地减小风险的目的。

1 常用综合评价方法简介

综合评价方法能够对多属性体系结构做出全局性、整体性的评价，是评价风险项目最有效的工具。但由于综合评价结果的敏感性，采用不同的评价方法，综合评价结果存在着差别。

1.1 层次分析法

层次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美国著名的运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种定性与定量分析相结合的多准则决策方法。这一方法的特点是对复杂决策问题的本质、影响因素以及内在关系等进行深入分析后，构建一个层次结构模型，然后利用较少的定量信息，把决策的思维过程数学化，从而将多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题，用一种简便的方法进行决策。它利用数学模型把人的思维过程层次化、数量化，为分析、决策、预报或控制提供定量的分析。它尤其适合于人的定性判断起重要作用、对决策结果难以直接准确计量的场合^[5]。

1.2 模糊综合评价法

模糊综合评价法(fuzzy comprehensive evaluation，FCE)是借助模糊数学的一些概念，对实际的综合评价问题提供一些评价的方法。它是对受多种因素影响的事物做出全面评价的一种十分有效的多因素决策方法，其特点是评价结果不是绝对地肯定或否定，而是以一个模糊集合来表示。由于模糊综合评价方法可以较好地解决综合评价中的模糊性(如事物类属性之间的不清晰性，评价专家认识上的模糊性等)，因而该方法的应用几乎涵盖了所有领域^[6、7]。

1.3 数据包络分析法

数据包络分析法(data envelopment analysis，DEA)和模型是1978年由美国A.Charnes和W.W.Cooper等人首先提出的，它用来评价多输入和多输出的部门(称为决策单元)的相对有效性。在运用和发展运筹学理论与实践的基础上，逐渐形成了主要依赖线性规划技术并常常用于经济定量分析的非参数方法。DEA可以看作是一种非参数的经济估计方法，实质是根据一组关于输入、输出的观察值来确定有效生产前沿面。由于DEA不需要预先估计参数，在避免主观因素和简化运算、减少误差等方面有着不可低估的优越性，该方法近年来被广泛运用到技术进步、技术创新、成本收益、资源配置、金融投资、非生产性等各个领域，进行有效性分析，从而进行评价决策^[8、9]。

1.4 人工神经网络评价法

人工神经网络评价法(Artificial Neural Net，ANN)是近年来快速发展的人工智能技术。其基本原理是模仿人脑的信息处理模式建立类似的函数神经元，实现神经元之间的连接以及整体网络的架构，通过训练过程将输入层与输出层之间的对应关系以权值的方式保存在隐含层中。训练完好的神经网络可以用于实际问题的解决，将新问题的输入信息代入神经网络，则可以快速得到对应的输出结果。由于其思想的新颖性以及计算机技术的飞速发展，ANN在越来越多的领域中得到应用，特别是在知识复杂、微观认识不完备的环境领域，主要包括：环境管理、环境质量评价、环境参数预测等方面^[10]。

1.5 灰色综合评价法

灰色系统理论是中国学者邓聚龙教授首先提出的，包括灰关联度评价方法、灰色聚类分析方法等。灰色综合评价法(gray comprehensive evaluation，GCE)是一种定性分析和定量分析相结合的综合评价方法，可以较好地解决评价指标难以准确量化和统计的问题，排除人为带来的影响^[5]。运用灰色综合评价方法对研究对象进行综合评价，主要工具是关联分析，通过比较数列与参考数列的关联系数和相关度，来确定各种影响因素或备选方案的重要度，进而决定重要因素或最优方案。应用领域包括企业的经济效益评价、农业发展水平评价、国防竞争力测算、工程领域等^[6]。

2 常用评价方法比较

常用的评价方法比较见表1。

表1 综合评价方法比较

序号	方法名称	优点	缺点	适用性
1	层次分析法	提供了层次思维框架，便于整理思路，做到结构严谨，思路清晰；通过对比进行标度，增加了判断的客观性；把定性判断与定量推断结合，增强科学性和实用性。	当因素多(超过9个)时，标度工作量太大，宜引起标度专家反感和判断混乱。	适合于具有定性的，或定性、定量兼有的决策分析，是一种十分有效的系统分析和科学决策方法。
2	模糊综合评价法	数学模型简单，容易掌握，对多因素、多层次的复杂问题评价效果比较好，是别的数学分支和模型难以替代的方法，这种模型应用广泛。	评价时要注意评价人数不能太少以及评价者必须对被评价事物有相当深的了解(特别是涉及专业方面的知识)。	由于模糊综合评价方法可以较好地解决综合评价中的模糊性(如事物类属性之间的不清晰性，评价专家认识上的模糊性等)，因而该方法的应用几乎涵盖了所有领域。
3	数据包络分析法	无需任何权重假设，每个输入、输出的权重不是根据评价者的主观认定，而是由决策单元的实际数据求得的最优权重，具有很强的客观性。	只表明评价单元的相对发展指标，无法表示出实际发展水平。	用来评价多输入和多输出的部门的相对有效性。
4	人工神经网络评价法	具有运算速度快、问题求解效率高、自学能力强、适应面宽等优点，并且较好地模拟了评价专家进行综合评价的过程。	精度不高，需要大量的训练样本，应用的范围是有限的。	特别适用于在知识复杂、微观认识不完备的环境领域。
5	灰色综合评价法	对数据量没有要求，数据多与少都可以分析，计算简单，通俗易懂。	要求样本数据具有时间序列特性。	在系统数据资料较少和条件不满足统计要求的情况下更具实用性。

3 城镇燃气管道风险综合评价方法的选用

对城镇燃气管道进行风险评价，就是建立一套科学的评价体系，通过科学的评价方法获得管道综合的风险指标，这一指标应能客观地描述特定的燃气管道的风险状况。在现阶段城镇燃气风险评价技术方法中，普遍采用的是指数评分法。应用指数评分法建立城镇燃气管道风险评价模型基本流程见图1。

3.1 指数评分法简介

指数评分法是一种主观分类记分技术，通过赋予各类风险因素的相对权重，组成一个总的风险评分表，该方法的核心是建立指数体系。评价步骤为：a.找出诱发事故的各种因素，并加以分类；b.根据历史记录和现场调查制定的权重评分标准加以评分；c.将以上的评分相加；d.根据输送介质的危险性及影响面的大小综合评定得出泄漏影响系数；e.将指数评分和与所得泄漏影响系数进行综合计算，最后得出相对风险值^[11]。

3.2 综合评价法的选择

城镇燃气管道是一个十分复杂的系统，它要涉及大量的相关因素，如第三方损害、管道及其附属设施本体质量、腐蚀因素、施工质量、土壤影响因素、最小覆土厚度、交通繁忙程度、占压情况、管径等。面对这样一个复杂系统，单用定性方法研究肯定是行不通的，如果用定量方法来研究，就需要构造数学模型来模拟。在构造模型的过程中需要大量的数据资料，但是许多因素还是不能单纯用数据来表示，这就要把大系统分为若干个相互关联的子系统，将问题层次化，然后再根据不同因素的重要性程度进行评价。

模糊综合评价法可以较好地解决综合评价中的模糊性；数据包络分析法只表明评价单元的相对发展指标，无法表示出实际发展水平；人工神经网络评价法需要大量的训练样本；灰色综合评价法要求样本数据具有时间序列特性。而层次分析法具有定性的，或定性、定量兼有的决策分析，它是一种十分有效的系统分析和科学决策方法。

城镇燃气指数风险评分方法是管道管理中具有决策性意义的工作，是一个将问题分级并且层次化的过程。也就是说燃气管道风险评价问题是一个多目标、多层次、结构复杂、因素众多的大系统问题。关键是各个因素权重的确定，这需要决策者依经验判断予以量化，将定性与定量分析相结合，对影响管道安全运行的各个因素权重进行计算，并进行多目标决策分析。层次分析法正是解决这一问题的有效方法。采用层次分析法对调查数据进行分析、综合，通过计算确定管道事故发生可能性因素的权重，从而结合燃气管道指数评分法得出管道风险指数得分^[12、13]。

例如，我们把城镇燃气灰铸铁管道风险评价层次化，一共分成4个一级因素，设定风险权重和为400%，然后将4个一级因素继续层次化，每个一级因素经层次分析并加权平均计算后得出埋地灰铸铁天然气管道各风险因素的权重。图2是城镇燃气灰铸铁管道层次分析结构。

利用管理、维护、抢修记录统计等资料，计算权重设定层次分值，最后给每一段管道打分，计算出风险因素现状指数评分的总分值为第三方损害因素得分、管道及其附属设施本体质量因素得分、施工质量因素得分、土壤影响因素得分之和。

4 结语

风险管理技术在我国的燃气行业还刚刚起步，很多技术和理论还需要在实践中不断地完善和发展。管道风险评价方法是事故树法、层次分析法等多种风险评价方法的综合。层次分析法十分适用于具有定性的或定性、定量兼有的决策分析，适合应用于根据管道管理、维护、统计资料及管理维护人员(专家)的经验运用管理学的理论综合赋予各因素的分值。

参考文献：

[1] 王蕾，李帆.城市燃气输配管网的可靠性评价[J].煤气与热力，2005，25(4)：5-8.

[2] 何淑静，周伟国，严铭卿，等.燃气输配管网可靠性的故障树分析[J].煤气与热力，2003，23(8)：459-461.

[3] 张扬，李帆，管延文.埋地燃气钢管土壤腐蚀性模糊综合评价[J].煤气与热力，2006，26(4)：12-14.

[4] 刘杨，段常贵，聂廷哲，等.城市埋地燃气管网安全性模糊综合评价[J].煤气与热力，2007，27(5)：12-14.

[5] 杜栋，庞庆华，吴炎.现代综合评价方法与案例精选[M].北京：清华大学出版社，2008.

[6] 张佳，姜同强.综合评价方法的研究现状评述[J].综合管理，2009，(2)：154-157.

[7] 邓强，彭世尼.埋地燃气管道腐蚀状况的模糊综合评价[J].煤气与热力，2009，29(1)：B08-B11.

[8] 李美娟，陈国宏.数据包络分析法(DEA)的研究与应用[J].中国工程科学，2003，5(6)：88-94.

[9] 袁群.数据包络分析法研究应用综述[J].经济研究导刊，2009，19(9)：201-203.

[10] 王波，廖振良，李怀正.基于人工神经网络的突发环境事故应急系统[J].四川环境，2010，29(1)：121-125.

[11] 易云兵，姚安林，姚琳，等.油气管道风险评价技术概述[J].天然气与石油，2005，23(3)：16-19.

[12] 何吉民，李艳红，李志鹏.埋地燃气管道的风险评估技术[J].煤气与热力，2005，25(11)：10-14.

[13] 曾静，徐俊城，陈国华，等.城市埋地燃气管道风险评估方法的适用性[J].煤气与热力，2007，27(5)：55-61.

(本文作者：于京春¹ 宋海宁² 王湘宁¹ 徐琳琳¹ 1.建设部沈阳煤气热力研究设计院辽宁沈阳 110026；2.沈阳建筑大学辽宁沈阳 110168)