摘　要：客观有效的进行城市燃气管道风险评估对于燃气企业的安全运行和科学管理具有重要的意义，采用定量风险评价方法，利用收集的历史数据分析燃气管道失效概率、失效后造成的经济损失，使用双曲型理论及回归分析法建立城市燃气管道双曲型风险决策模型来判断燃气管道的风险可接受性，并根据GIS4支术，以SUPERMAP为开发平台，将燃气管道风险水平进行可视化表达。在实例中应用双曲型风险决策模型和GIS技术，结果表明：在管道风险评估中，该模型与GIS的结合能够客观的反应燃气管道的风险水平，对城市燃气管道安全运行提供科学决策依据。

关键词：燃气管道　回归分析　双曲型风险决策模型　地理信息系统　可视化表达

City Gas Pipeline Risk Assessment Research Based on Hyperbolic Risk Decision Model and GIS

AbStract：To achieve the safe operation and scientific m8nagement，it is very important for the gas enterprise to do the objective risk assessment of city gas pipeline．The quantitative risk assessment method is adopted．Frirstly．analyse the gas pipeline failure probability and the economic loss by using the historical data；Next，establish the city gas pipeline hyperbolic risk decision model to judge the gas pipeline risk acceptability by using the hyperbolic theory and regression analysis method；Lastly，the gas pipeline risk level is visually expressed by using GIS technology and taking SUPERMAP as development platform．Examples show that the hyperbolic risk decision model and GIS technology applied to pipeline risk assessment can objectively reflect the gas pipeline risk and provide scientific decision for the safe operation of city gas pipeline．

Key words：gas pipeline  regression analysis  city gas pipeline hyperbolic risk decision model  GIS visualization

1　引言

随着城市化进程的不断加快，燃气供应成为城市发展中非常重要的组成部分，由于燃气管道的大量埋设和长期使用，燃气管道突发事故频繁发生给人们的生活带来极大的风险。城市燃气管道风险评价是燃气企业进行安全生产和安全管理的一种新型工具。由于我国燃气管道在设备和管理水平上同围外还存在一定的差距，所以不能把国外成熟的管道风险管理技术直接应用于我国燃气管道的风险管理中。国内学者已经开发了多种风险评价方法^[1]，如黄小美利用故障树和事件树相结合对城市燃气管道系统失效概率进行分析，并在其硕士毕业论文中对城市燃气管道风险进行了评价研究^[2]，隋楠使用对KENT评分法的指标体系加以修正的方法对城市燃气管道进行风险评价研究^[3]。以上学者主要采用定性与定量相结合的风险评价方法，主观因素影响较大。目前依据已有历史数据进行定量风险评价的方法较少。基于此点，本文将双曲型风险决策模型应用于城市燃气管道风险评估中，并将风险评估结果在SUPERMAP中可视化表达，较好的克服了主观因素影响风险评价结果准确性的问题，从客观上真实的反应燃气管道的风险水平，提高了燃气管道的风险管理效率。

2　双曲型风险决策模型

对于燃气管道事故的风险评价方法有多种，主要有定性风险评价法、半定量风险评价法和定量风险评价法。定量风险评价方法是在将与风险相关的参数进行量化的基础上进行的风险评价，能够对危险源或系统的风险程度进行定量描述，与定性风险评价相比，能够实现多层次描述危险源或系统的风险程度，以支持安全管理决策^[4]。双曲型风险决策模型就是定量风险评价方法中的一种。

风险就是危险发生的概率以及危险一旦发生所造成的后果的综合，因此风险是由两部分组成：一是危险事件发生的概率。二是一旦出现危险，其所造成的后果严重程度和损失的大小。两者的综合结果，即风险函数：

R=f(P．L) 　　　　　　　　   (1)

式中：R表示风险值，P表示事故发生的概率；L表示事故后果严重程度。该函数关系一般取为概率与后果的乘积：R=P×L。

根据风险函数，双曲型风险决策模型的建立分为以下几个步骤。

2．1　燃气管道事故发生的概率分析

按照W．KentMuhlbauer的分类方法，造成管道失效和事故的原因共4大类：①第三方破坏。第三方破坏原因是指燃气管道因最小埋深、地面上的活动状况(水平)、当地居民的素质(公众教育)、管道地上设备安全、线路状况、巡线频率等因素，这些因素以外力挤压或人为破坏的形式使燃气管道受到损坏。②管道腐蚀。腐蚀是导致燃气管道(主要是钢管)穿孔、破裂的重要破坏因素。对于埋地管道而言，腐蚀来自两个方面：内腐蚀和外腐蚀。③人工误操作。人工误操作包括设计误操作、施工误操作、技术误操作、管理与监督误操作、运行维护与检测误操作等，这些误操作会导致燃气管网运行的安全性降低，风险增加。④管网设计。设计需考虑的因素有管道最大承受压力、管内水击因素、设计厚度和选材选型、士层移动、线路选择、施工方案等，考虑不周会导致燃气事故的发生。在实际风险管理中，用普通的概率计算方法计算其风险概率相当困难，有些还不可能实现。因此，采用美国核管理委员会(NUREG)推荐的方法，通过计算失效速率得出风险概率。由分析统计的相关资料可知，管道发生事故的风险概率一般符合U型曲线(见图l)，即初期处于磨合阶段，管道工作并不稳定，后期接近设计寿命，事故发生也较频繁。若只考虑中间的稳定期，则其风险速率v可视为常数。

管道事故的风险概率按下式计算：

在上式中，P表示燃气管道事故发生的概率，x表示长L的管道上在使用时间t内发生的事故总次数，v表示风险速率，单位为次／(km*a)，t表示使用时间，单位为a，L表示管道长度，单位为km。根据上述方法可以先统计各因素在某段时间(如一年内)某段长度的管道上所引起的事故总次数，然后计算出风险速率，最后求出燃气管道事故发生的概率^[5]。这样从客观的角度上反应出燃气管道事故发生的可能性。

2．2　燃气管道事故发生的后果分析

根据风险函数可知，风险值除了要求计算事故发生的概率，还要对燃气管道事故发生所造成的后果进行分析。所谓后果分析就是定量评价管道失效所导致的危害事件组合的严重程度，主要用货币化的直接经济损失表达这种严重程度嘲。燃气管道事故造成的失效后果一般可以从两方面进行计算：①直接经济损失，主要包括人员伤亡、财物损毁所造成的经济损失。②间接经济损失，主要包括漏气经济损失以及系统恢复的费用。根据下列公式计算每次已发生的燃气管道事故所造成的经济损失总额。

式中L表示经济损失总额，Lda表示卣接经济损失，Lib表示间接经济损失。在式4中人员伤亡等经济损失要根据不同公司、不同地区、不同情况而定，应具体问题具体分析。

2．3　建立双曲型风险决策模型

通过上述步骤可得知，燃气管道在每一规定时间段内(如1年)发生事故的概率以及事故发生后所造成的经济损失，使用回归分析法对数据进行拟合。

回归分析就是从某一组数据出发，判断变量之间是否存在相关关系，确定它们之间的数学表达式(即回归方程)，并对其可信程度作统计检验，然后利用确定的回归方程进行预测^[7-9]。

由风险计算公式R=pxl可知燃气管道事故发生的概率和可能造成的经济损失呈倒幂数关系，因此回归方程即为R=pxl。用回归分析法进行相关分析，然后计算预测误差，最后确定燃气管道的风险值，即可得到该城市的风险曲线，每段燃气管道的风险值与此比较，判断其风险可接受性，即可建立双曲型风险决策模型如下图2所示，其中P表示燃气管道事故发生的概率，L表示燃气管道事故发生造成的损失。

通过图2可知，在同一条曲线上的风险值是相同的，曲线越是靠外表示风险值越大，而且R1>R2>R3。图2中燃气管道的风险预测值R2表示可接受的风险水平阈值，若风险预测值为R3，则表示风险可接受；若风险预测值为R1则表示不可接受，需要有关部门采取相关措施对风险进行有效适当的控制。通过双曲型风险决策模型的相关分析可以为燃气管道风险决策提供有效的依据。

3　GIS住燃气管道风险评估中的应用

G1S的数据库是以图形为基础，根据不同的要求有不同的数据结构^[10]。本文采用supermap组建来实现燃气管道风险水平的可视化。supermap是一个标准的控件GIS产品，可以在多种语言上使用。Supermap中deskpro是一套运行在桌面端的专业GIS软件，提供了地图编辑、属性数据管理、分析与决策辅助事务处理、地图输出、报表打印、三维建模等方面的功能。supermap is.net是新一代网络地理信息系统开发平台，supemlap is.net由客户端用户界面表现组件、web服务器扩展、GIS服务器、数据服务器以及远程管理器等多个组件组成，如图3所示^[11-13]。

燃气管道的风险评估结果主要使用supermap is.net和supermap deskpro来实现。先将燃气管道的地图信息及风险评估结果存入deskpro。再使用supermap is.net将相关数据显示出来，提高燃气管道的风险管理效率。

4　实例分析

以某市燃气管道为例，该市燃气管道的总长度为823.5km。

(1)统计该市从2001年到2011年每年燃气管道事故发生的次数以及事故发生后造成的经济损失，按照上述步骤计算燃气管道的风险概率以及事故经济损失，其结果如图4所示。

(2)对上述数据用回归分析法进行拟合，可得该城市的等风险曲线，如表1和图5所示，运算结果为R=P*L=24.765，即该城市燃气管道风险值为24.765。

(3)按照公式(1)—(4)计箅每段燃气管道的风险值，运用双曲型风险决策模型，将每段燃气管道的风险值与该市燃气管道的风险值相比较，判断其风险可接受性。若某段燃气管道的风险值小于24.765，则该段燃气管道的风险可接受，若大于24.765，则该段燃气管道的风险不可接受，应及时采取相关措施降低燃气管道的风险水平。

(4)实现燃气管道风险水平的可视化。首先得到该市的燃气管道的栅格图像，经转换成矢量数据并作适当处理后存入supermap deskpro。将燃气管道的基本信息及风险水平等相关数据导入supermap deskpro，再使用supermap is.net将相关数据显示出来，可以使用查询条件查询燃气管道的基本信息及其风险水平，这样可以通过图得知各段管道的风险情况并及时采取相应的措施。查询结果如图6所示。

5　结论

(1)采用定量风险评价方法对燃气管道进行风险评估，排除主观因素影响，从客观的角度上反映燃气管道的风险水平；

(2)基于双曲型理论和回归分析法建立双曲型风险决策模型以判断燃气管道的风险可接受性，为燃气管道的风险管理提供科学决策依据；

(3)将双曲型风险决策模型分析的结果运用supermap deskpro以及supermap is.net实现可视化表达，记录每段燃气管道的基本信息及风险可接受性，及时、方便的获取燃气管道的风险水平，对燃气企业的安全运行与科学管理有重要意义。

参考文献

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12钟广锐．基于Ajax和supermap IS．NET 2008的WebGIS开发[J]．地理空间信息，2009；2：12-14

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本文作者：郭章林　刘彦香　宫亮

作者单位：华北科技学院建筑工程学院

  河北工程大学经济管理学院

  山东理工大学农业工程与食品科学学院