摘要：对北京市燃气管道失效事故的统计数据进行分析，建立以评分法为基础的城市燃气管道风险评分体系，结合模糊综合评价法论述评价原理及流程。以实际管段为评价实例，分析了其失效的可能性。

关键词：风险评价；  城镇燃气管道；  模糊综合评价；  评分法

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

虽然近年来天然气管道的风险评价在理论上取得了很大进展，但在实际应用中，仍主要采用评分法^[1]。考虑到评分法在评价过程中过于依赖专家，其主观性较强，评价结果误差较大，且影响城市埋地燃气管道安全的各因素具有模糊不确定性，因此将模糊理论引入评分法的评价中将能提高风险评价的准确性^[2]。

2 北京市燃气管道失效事故分析

由于城市燃气输配管道具有开放性(敷设在城市的大街小巷)、隐蔽性(埋设地下)和长期性(使用时间长)等特点，其事故率要明显高于燃气输配系统中的其他环节(如各类厂站)。从全国燃气管道事故的统计数据来看，城市燃气管道事故原因主要是第三方破坏、管道腐蚀、管材缺陷、焊缝缺陷、操作失误、附属设备故障等。

全国各地区、城市间存在差异，本文针对北京市燃气管道失效事故统计数据(见表l)，分析影响北京市燃气管道事故的主要原因。

引起北京市燃气管道泄漏失效等事故的主要原因包括管道腐蚀、外界干扰、管道缺陷、管道附属设备失效等，其中管道腐蚀包括管道内腐蚀与外腐蚀，外界于扰包括第三方破坏、误操作破坏及自然因素破坏，管道缺陷包括管体材料缺陷及管道接头缺陷，附属设备失效主要包括阀门、放散管、调压器、凝水缸、补偿器等部件的失效。

由表l可知，引起北京城市燃气管道泄漏的原因中，管道腐蚀和外界干扰引起的管道事故所占比例较高，两者之和超过事故总数的68％，即管道腐蚀和外界干扰是管道失效的主要原因。此外，从2003年至2009年，外界干扰引起管道失效的比例有明显下降，而管道附属设备失效引起的事故比例有所上升，说明近年来燃气管道企业对于管道的管理力度有所加大，社会及施工单位对燃气管道的安全意识有所加强。而燃气管道附属设备由于种类多、数量大、分布散等特点，检测相对复杂，因此容易被管道巡线检查所忽视，其逐年升高的泄漏失效率应在风险评价中引起足够的重视。

3 风险评价评分指标体系的建立

燃气管道的风险评价方法通常以W.Kent Muhlbaue提出的风险评价模型(评分法)为依据，在W.Kent Muhlbaue所著的《管道风险管理手册》中确定的4类评分指标分别是第三方指数、腐蚀指数、设计指数、误操作指数^[3]，对长输油气管道有很强的针对性，不一定完全适用于城市埋地燃气管道。在本文评分指标体系的构建中，将把文献[3]评分法中不相关、不适应的指标予以剔除，根据城镇燃气管道的特点对指标重新分类，并进行适当调整和补充，确定4大评分指数，分别为腐蚀指数、外界干扰指数、管道缺陷指数、管道附属设备失效指数。城市燃气管道风险评价评分表见表2。

分别对上述各项进行专家评分，在确定各项的得分后，将得分相加得出各项破坏因素的综合评分，按照表3确定各项破坏因素评估的等级。得分越高，管道可能遭受此种因素破坏的等级越高，管道的综合安全状况也越差。

4模糊综合评价

①模糊综合评价的计算程序

模糊综合评价法，即应用评价因素模糊关系合成机理，依据各个评价因素对被评价对象的隶属度进行综合性评判的一种方法。模糊综合评价法在评价事物时应首先全面地考虑与其关联的各种因素，然后采用最大隶属度原则与模糊变换原理分析处理，最后对评价对象作出综合评价。

建立因素集：被评价对象的各种品质因素组成的集合为因素集，在本文中着眼考虑引起埋地燃气管道失效的各个影响因素，若有m个因素则表示为U={U₁，U₂，…，U_m}，如北京市燃气管道系统泄漏失效的主要因素为：U₁(管道腐蚀)，U₂(外界干扰)，U₃(管道缺陷)，U₄(管道附属设备失效)。

建立评判集：评判集又称评语集，是评价者做出的评价结果的集合，可表示为V={V₁，V₂，…，V_n}。本文将燃气管道泄漏事故发生的可能性分别用I级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级表示，即将评价结果分为5个评价等级，以模糊语言表示为：V={极小，较小，中等，较大，极大}。

模糊综合评判模型为：B=AR。其中，R=[r_i,j]_m×n为模糊矩阵，由单一因素评价结果得到r_i,j表示第i个因素对第j个评价结果的隶属度；A={a₁，a₂，…，a_m}是U中各因素的权重值集合，即因素权重集，是关于R的权向量；B={b₁，b₂，…，b_m}，通常称为评判结果的向量。

因素权重集的确定：由表1得出年均管道事故率，见表4。由表4得4种因素的权重值集合为A={0.369 2，0.314 8，0.126 8，0.189 2}。

②模糊综合评价隶属函数的筛选

隶属函数的确定、使用恰当的模糊算子是模糊综合评价法中的两个基本问题。通过对比分析几种常用隶属函数^[4](正态型分布、三角形隶属函数、梯形分布、Cauchy型分布、Γ型分布)，筛选出一个较为合适的隶属函数形式及其模糊关系矩阵。采用MATLAB编程分别对16种隶属函数形式进行计算，最终确定的隶属函数形式为：

式中 μ(x)——模糊矩阵中a行、x列对应的隶属度

      x——模糊矩阵的行

      a——模糊矩阵的列

根据隶属函数式(1)计算得出各等级对应的隶属度：

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

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

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

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

Ⅴ级：{0.048 6，0.182 4，0.469 5，0.827 8，1.000 0}

归一化处理后，隶属函数确定的模糊矩阵为：

5 风险评价实例

以北京市某段燃气输配管道为例，结合凋查资料以及实际情况，对该段管道的腐蚀破坏等级进行风险评估。该段管道腐蚀评分见表5。

由表5知管道腐蚀评分合计53分，管道腐蚀因素等级为Ⅲ级中等，其等级集的权重系数为A₁=[0.1306 0.2303 0.2782 0.2303 0.1306]，管道腐蚀因素u₁的一级模糊综合评判矩阵为：

最大隶属度原则是判断评价结果属于哪个评判集的，即取与最大的评判指标相对应的评判元素为评判结果。由最大隶属度原则可知此管段的管道腐蚀等级为Ⅲ级(与0．241 2相对应的是评判集中第3个等级)，该评价结果与管道的实际情况比较接近，说明评价结果较为准确。若假设u₂(外界干扰)为Ⅳ级，u₃(管道缺陷)为Ⅱ级，u₄(管道附属设备失效)为Ⅱ级，则同理可得出u₂、u₃、u₄的一级模糊综合评判矩阵分别为：

二级模糊综合评价考虑各个因素对评价结果权重不同，综合评价所有因素对管道泄漏失效事故的贡献，然后根据最大隶属度原则，判定泄漏失效事故可能性的等级。

由一级模糊综合评价可知二级模糊矩阵为：

根据最大隶属度(0．238 8)，判定综合等级为Ⅲ级，即此管段泄漏失效事故可能性属于“中等”。

6 结论

模糊综合评判与评分法相结合的评价方法是实际可行的，对城市燃气管道系统的风险进行定量评价，不但能较全面地反映管道安全问题的各影响因素的综合信息，还可以直观地用数据来表达一个系统整体及其各影响因素的安全性，为安全管理提供了有力依据。本文依据北京市燃气管道实际情况对W．Kent Muhlbaue风险评估模型中评分细则的修改还不够完善，评分项目还不够全面，还需进一步改进与完善，才能得到更详细、准确的风险值。

参考文献：

[1] 严大凡，翁永基，董绍华．油气长输管道风险评价与完整性管理[M]．北京：化学工业出版社，2005．

[2] 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．

[3] Muhlbaue K W．管道风险管理手册[M]．杨嘉瑜，张德彦，李钦华，等，译．北京：中国石化出版社，2004．

[4] 李鸿吉．模糊数学基础及实用算法[M]．北京：科学出版社，2005：83-88．

本文作者：石磊明 刘蓉 孙健民 雷素敏

作者单位：北京建筑工程学院  北京市燃气集团有限责任公司