肖 穎 詹淑慧 丁國玉

（1.北京建筑大學(xué)，北京 100044；2.北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京 100045）

0 引言

天然氣作為一種優(yōu)質(zhì)、高效、清潔的化石燃料，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于國民生活和生產(chǎn)的各個(gè)領(lǐng)域，我國預(yù)計(jì)2015年天然氣消耗占一次能源消耗的比重可達(dá)8%甚至10%，將為改善我國能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全做出重要貢獻(xiàn)。隨著城市燃?xì)馐袌鲂枨蟮牟粩嘣黾樱行┏鞘腥細(xì)夤芫W(wǎng)的輸氣能力已經(jīng)不能滿足需求，加之人們對于設(shè)施安全性和服務(wù)水平要求的不斷提高，適時(shí)對某一區(qū)域進(jìn)行輸氣能力的評估，及時(shí)對燃?xì)夤芫W(wǎng)和設(shè)施進(jìn)行動態(tài)的規(guī)劃調(diào)整，模擬城市燃?xì)夤芫W(wǎng)的運(yùn)行工況，使管網(wǎng)的輸氣能力盡可能滿足城市發(fā)展的要求顯得尤為重要。

1 燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力背景及研究成果

1.1 承載力的意義

承載力原是一個(gè)力學(xué)概念，本意是指地基的強(qiáng)度對建筑物負(fù)重的能力。后來被引入到生態(tài)學(xué)的研究中，定義為某一特定條件下，生態(tài)系統(tǒng)對生活在其中的種群的承載數(shù)量。隨著承載力概念的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)已演變?yōu)閷Πl(fā)展的限制程度進(jìn)行描述的常用概念之一，在環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會等各個(gè)領(lǐng)域均得到了不同程度的延伸。城市綜合承載力是城市資源承載力、城市環(huán)境承載力、城市生態(tài)系統(tǒng)承載力、城市基礎(chǔ)設(shè)施承載力、城市安全承載力及公共服務(wù)承載力的總稱。

市政承載力是一個(gè)全新的概念，是城市綜合承載力中水資源承載力、能源承載力和基礎(chǔ)設(shè)施承載力等的有機(jī)結(jié)合，它的研究對象包括交通、供水、排水、供電、供氣、供熱等。借助其他領(lǐng)域的相關(guān)研究，可以詮釋為一定時(shí)期內(nèi)，在可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展水平下，某一地區(qū)市政系統(tǒng)能夠支撐城市可持續(xù)發(fā)展的能力。城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力，是指燃?xì)夤芫W(wǎng)在不破壞的情況下，其服務(wù)設(shè)施能夠?qū)Τ鞘邪l(fā)展起到的支撐能力。

1.2 市政承載力評價(jià)研究成果

張中秀、石榴花在城市市政管網(wǎng)承載力綜合評價(jià)方法與應(yīng)用［1］中提出了市政管網(wǎng)承載力的概念，指在一定時(shí)期內(nèi)，市政管網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完善與功能正常發(fā)揮的前提下，輸送生活用水、能源、信息和排除雨水、污水的水平對城市居民生活及經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的承載能力。根據(jù)各類市政管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行特點(diǎn)，對市政管網(wǎng)系統(tǒng)建立了包括供水、排水、供電、燃?xì)狻⒐岬闹笜?biāo)評價(jià)體系。各項(xiàng)指標(biāo)及其評分值、權(quán)重通過統(tǒng)計(jì)資料分析、專家咨詢綜合確定，各項(xiàng)指標(biāo)評分最優(yōu)值為1，最差值為0，根據(jù)指標(biāo)值與上限值、下限值的線性插值確定評分值，最后根據(jù)權(quán)重加權(quán)計(jì)算得到各類市政管網(wǎng)承載力的綜合得分。其使用層次分析法計(jì)算單一權(quán)重，Delphi法計(jì)算綜合權(quán)重論證了某沿海城市中心城區(qū)市政管網(wǎng)承載力。

郝天文、宋文波、李藝在城市市政管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用中［2］，以基礎(chǔ)性指標(biāo)、服務(wù)性指標(biāo)、驅(qū)動性指標(biāo)為3個(gè)準(zhǔn)則層，采用層次分析法將綜合評價(jià)結(jié)果分成5個(gè)等級，同時(shí)給出了各項(xiàng)指標(biāo)的含義及評分導(dǎo)則。

1.3 燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力研究成果

燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力包含在市政承載力中，現(xiàn)有研究成果中評價(jià)體系及權(quán)值如表1所示。

表1 供氣管網(wǎng)承載力評價(jià)指標(biāo)體系表

目前，關(guān)于燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力的研究較少，上述評價(jià)體系的各項(xiàng)指標(biāo)、上下限值及權(quán)重可做進(jìn)一步深入討論。

2 燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力的影響因素及評價(jià)方法

2.1 燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的特點(diǎn)

同供水管網(wǎng)類似，燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)也是將上游輸送來的能源根據(jù)區(qū)域負(fù)荷，在滿足相應(yīng)壓力的條件下輸送到用戶。與其不同的是，燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)在將天然氣輸送到用戶的過程中通常不允許產(chǎn)生升壓，而是將從氣源來的高壓燃?xì)馔ㄟ^逐級降壓的方式輸送到各用戶。此外，不同類型的天然氣用戶所需壓力不同，如發(fā)電廠一般需用高壓燃?xì)?，商業(yè)用戶、工業(yè)用戶一般需用中壓燃?xì)猓裼锰烊粴庖话阒恍璧蛪喝細(xì)饧纯伞?/p>

2.2 影響因素及重要性分析

2.2.1 影響因素

由現(xiàn)狀研究成果可以看出，在建立供氣管網(wǎng)承載能力評價(jià)體系時(shí)，管道燃?xì)馄占奥?、管網(wǎng)密度、管網(wǎng)漏損率、管網(wǎng)事故率、待更新管線數(shù)量和運(yùn)營者技術(shù)管理水平6項(xiàng)評價(jià)指標(biāo)作為了必須考慮的因素。筆者認(rèn)為評價(jià)體系中除以現(xiàn)狀基礎(chǔ)性指標(biāo)為主外，空間及時(shí)序的發(fā)展、水力工況、規(guī)劃要素、場站設(shè)施能力等也很重要。故以一級評價(jià)指標(biāo)——管網(wǎng)及設(shè)施能力性指標(biāo)、技術(shù)經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)、安全性指標(biāo)和運(yùn)行管理指標(biāo)為主要框架，將二級評價(jià)指標(biāo)增加了燃?xì)鈭稣镜谋Ｕ夏芰?、燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的水力工況、管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力、發(fā)生事故時(shí)對周圍建筑物的影響程度、與其他管網(wǎng)的協(xié)調(diào)度及運(yùn)行管理水平等6項(xiàng)指標(biāo)。各二級指標(biāo)評分值均大于0。

2.2.2 重要性分析

1）燃?xì)鈭稣镜谋Ｕ夏芰Γ?］。體現(xiàn)在負(fù)荷需求與設(shè)施容量間的關(guān)系。調(diào)壓設(shè)施在安全、方便運(yùn)行方面應(yīng)考慮一定的設(shè)施儲備系數(shù)；同時(shí)，由于建設(shè)時(shí)序相對于城市發(fā)展具有一定的超前性，因此燃?xì)庠O(shè)施的供應(yīng)能力應(yīng)大于某一時(shí)間點(diǎn)的用氣負(fù)荷。場站的供應(yīng)能力對用戶的用氣起到?jīng)Q定性作用，供應(yīng)能力越大于需求，該指標(biāo)評分值越大，供應(yīng)能力越不足，該指標(biāo)越接近于0。

式中，pZ為場站源點(diǎn)承載力，無量綱；Qd為燃?xì)鈭稣驹O(shè)計(jì)規(guī)模，104m3／h；RZ為燃?xì)鈭稣緝湎禂?shù)，宜為2.2～2.6，無量綱；Qn為燃?xì)庳?fù)荷需求，104m3／h。

2）輸配管網(wǎng)的水力工況。體現(xiàn)在燃?xì)夤芫W(wǎng)對場站富裕能力的輸配，其評價(jià)結(jié)果與用戶壓力需求有關(guān)。燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)水力工況計(jì)算主要為校核某一時(shí)間點(diǎn)管網(wǎng)架構(gòu)、管徑選擇是否合理。炊事用戶的壓力要求一般不小于0.01 MPa，其他用戶的壓力要求一般不小于0.05 MPa。該項(xiàng)指標(biāo)是影響用戶能否安全可靠用氣的核心要素。

燃?xì)夤芫W(wǎng)水力工況的影響可利用某分區(qū)內(nèi)最小壓力節(jié)點(diǎn)的壓力與用戶的最小工作壓力之比衡量。分區(qū)內(nèi)最小壓力值越大評分值越高，最小壓力值越小評分值越接近于0。

式中，Hrqg為燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)水力工況的的影響度，無量綱；pimin為某分區(qū)內(nèi)節(jié)點(diǎn)的最低壓力，MPa；pmin為用戶所需最低壓力，MPa。

3）網(wǎng)密度。一定區(qū)域內(nèi)供氣管道分布的稀疏程度是衡量城市燃?xì)夤?yīng)行業(yè)情況的基本指標(biāo)。該指標(biāo)的評價(jià)最高值為15 km／km2，最低值為0，在目前的評價(jià)體系中已應(yīng)用。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，密度越大評分值越接近于1，越小評分值越接近于0。

4）燃?xì)夤芫€利用率。指用戶可有效利用的管道長度占燃?xì)夤艿澜ㄔO(shè)總長度的比重。利用率高在一定程度上說明管線布置更加合理?？扇?00%為評價(jià)最高值，0為最低值。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，利用率越高評分值越接近于1，越低評分值越接近于0。

5）管網(wǎng)設(shè)計(jì)壓力。指燃?xì)夤芫W(wǎng)可承受的最高壓力，每個(gè)城市有所不同。以北京為例，已形成了由高壓A、高壓B、次高壓A、中壓A、低壓5級壓力體系組成的天然氣輸配管網(wǎng)；上海天然氣管網(wǎng)可分為8級。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，若某地區(qū)設(shè)計(jì)的管網(wǎng)壓力滿足不同用戶需求且壓力級制合理，則評價(jià)值接近于1；若所設(shè)計(jì)的管網(wǎng)壓力不能滿足不同用戶需求，或選取的壓力級制不合理，則評價(jià)值接近于0。

6）管道燃?xì)馄占奥?。某城市管道用氣人口?shù)與城市總?cè)丝跀?shù)之比。城市管道供氣率越高，在一定程度上可體現(xiàn)出燃?xì)夤芫W(wǎng)對城市發(fā)展的承載力越強(qiáng)?？扇?00%為評價(jià)最高值，0為最低值。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，普及率越高評分值越接近于1，越低評分值越接近于0。

7）發(fā)生事故時(shí)對周圍建筑物的危害程度。根據(jù)城市用地分類和建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)，可將用地類型分為居住、公建、工業(yè)、市政、綠地、水域等幾類。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，若管線兩旁比較空曠，或人員密集、重要等級高的建設(shè)用地較少，如爆炸范圍（事故的半徑為20 m）內(nèi)為綠地或水域較多，則該指標(biāo)評價(jià)值趨近于1；若兩旁建設(shè)用地中學(xué)校、商場、居住用地、醫(yī)院等所占比重較大，則該指標(biāo)評價(jià)值趨近于0。

8）管網(wǎng)事故率。是描述城市供氣管網(wǎng)運(yùn)行安全性、可靠性的重要指標(biāo)。取0.5次／（1×103km·a）作為指標(biāo)評價(jià)的最高值，6次／（1×103km·a）作為最低值。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，事故率越小評分值越接近于1，越大評分值越接近于0。

9）網(wǎng)漏損率。城市管道供氣系統(tǒng)漏損氣量占供氣總量的百分比。漏損率取1%作為城市供氣管網(wǎng)漏損率評價(jià)的最高值，10%作為評價(jià)最低值。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，漏損率越低評分值越接近于1，越高評分值越接近于0。

10）老舊管線所占比重。老舊管線數(shù)量越少，供氣管線承載力及可靠度相對越強(qiáng)。可取0為評價(jià)最高值，80%為最低值。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，老舊管線所占比重越小評分值越接近于1，所占比重越大評分值越接近于0。

11）沿路敷設(shè)時(shí)與其他管網(wǎng)的協(xié)調(diào)度。該指標(biāo)為定性指標(biāo)。地下市政管線包括電力、通信、雨污水、燃?xì)?、熱力等，涉及多個(gè)管理單位和部門。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，若施工時(shí)與其他管線協(xié)調(diào)較好、受周圍管線影響小、便于今后改造且施工符合規(guī)范要求則評分值接近于1；若協(xié)調(diào)效果不好、易受周圍管線影響、不利于今后改造或施工不符合規(guī)范要求則評分值接近于0。

12）運(yùn)營者技術(shù)管理水平。包括城市燃?xì)膺\(yùn)營企業(yè)的管理現(xiàn)代化、信息化、實(shí)際運(yùn)營及盈利能力、管理人員培訓(xùn)教育情況、專業(yè)學(xué)歷構(gòu)成、事故處理機(jī)構(gòu)應(yīng)急供氣的保障程度等綜合信息。該指標(biāo)評分值介于［0，1］，若企業(yè)的管理現(xiàn)代化程度高、實(shí)際運(yùn)營及盈利能力強(qiáng)、專業(yè)學(xué)歷充沛，該項(xiàng)指標(biāo)評分值更接近于1；若企業(yè)技術(shù)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)學(xué)歷人數(shù)少、應(yīng)急保障制度差，則評價(jià)值接近于0。該指標(biāo)在信息化、服務(wù)化水平要求不斷提升的今天顯得更加重要。

由上述分析可知，燃?xì)鈭稣镜谋Ｕ夏芰Α⑷細(xì)廨斉涔芫W(wǎng)的水力工況為非常重要指標(biāo)，發(fā)生事故時(shí)對周圍建筑物的危害程度為重要指標(biāo)，運(yùn)營者技術(shù)管理水平的重要等級近幾年呈上升趨勢，其他為比較重要指標(biāo)。

2.3 評價(jià)方法

2.3.1 方法

筆者將一級評價(jià)指標(biāo)分為4級，根據(jù)專家打分給出指標(biāo)權(quán)重；將二級評價(jià)指標(biāo)分為12級，每項(xiàng)指標(biāo)分別進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化并利用專家打分和AHP法綜合求出相應(yīng)權(quán)重，最后將標(biāo)準(zhǔn)化后的指標(biāo)進(jìn)行加權(quán)求和即得該燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的承載力。承載力值越大則說明燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的承載能力越強(qiáng)、綜合性能越合理。

常見的評價(jià)指標(biāo)分為正向型（向上或向前發(fā)展、增長的指標(biāo)，這些指標(biāo)值越大評價(jià)越好）和反向型（向下或向后發(fā)展、減少的指標(biāo)，這些指標(biāo)值越小評價(jià)越好），假設(shè)各二級指標(biāo)相對于一級指標(biāo)均為線性變化。具體評價(jià)體系及推薦權(quán)值如表2所示。

假設(shè)有i個(gè)對象，j個(gè)評價(jià)指標(biāo)，每個(gè)指標(biāo)的原始值為xij。結(jié)合表1中評價(jià)指標(biāo)權(quán)重及上下界限，對評價(jià)指標(biāo)的原始值進(jìn)行線性標(biāo)準(zhǔn)化［4］：

表2 城市燃?xì)夤芫W(wǎng)承載力評價(jià)指標(biāo)及權(quán)值表

對于正向指標(biāo)，選用公式如下：

除此之外，本文還涉及定性指標(biāo)評價(jià)，選用yk表示，C5、C7、C11、C12適用。

式中，yij為標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)值；xij為指標(biāo)原始值；xi需為指標(biāo)應(yīng)滿足的最小條件，指標(biāo)C1對應(yīng)為某分區(qū)用氣負(fù)荷，指標(biāo)C2對應(yīng)為用戶用氣最低壓力，取0.05 MPa；min(xj)為指標(biāo)最低值；max(xj)為指標(biāo)最高值；yk為專家評分。

評分標(biāo)準(zhǔn)為：無為0；非常差為0.1；很差為0.2；較差為0.3；差為0.4；一般為0.5；好為0.6；較好為0.7；很好為0.8；非常好為0.9；極好為1.0。

2.3.2 城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力公式

綜上，得到城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力計(jì)算公式。

當(dāng)Hrq＞1.5時(shí)，表明燃?xì)庠O(shè)施承載力盈余；當(dāng)1.2＜Hrq≤1.5時(shí)，表明燃?xì)庠O(shè)施承載力可以滿足需求；當(dāng)1.0＜Hrq≤1.2時(shí)，表明燃?xì)庠O(shè)施承載力不足；當(dāng)Hrq≤1.0時(shí)，表明嚴(yán)重超載。

3 燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力評價(jià)案例

以北京市通州區(qū)臺湖鎮(zhèn)某產(chǎn)業(yè)基地為例進(jìn)行燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載力的分析。該地區(qū)為新開發(fā)用地，考慮到數(shù)據(jù)較全面且有必要對規(guī)劃燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)進(jìn)行承載力評價(jià)，故根據(jù)建筑規(guī)模及用地等數(shù)據(jù)，將該研究區(qū)域分為4部分（分區(qū)Ⅰ、分區(qū)Ⅱ、分區(qū)Ⅲ、分區(qū)Ⅳ）做如下評價(jià)（表3）。

表3 產(chǎn)業(yè)基地基本情況表

用氣情況。該地區(qū)現(xiàn)狀門站及高壓A調(diào)壓站已基本滿足負(fù)荷運(yùn)行，故新建高A調(diào)壓站1座，高B調(diào)壓站2座，次高壓調(diào)壓站1座；用氣結(jié)構(gòu)分為炊事用氣、采暖用氣、制冷用氣、能源中心發(fā)電用氣和其他用氣。本地區(qū)管網(wǎng)利用率達(dá)98%，燃?xì)馄占奥蔬_(dá)100%，事故率取1次／（1×103km·a），管網(wǎng)的泄漏率按2%計(jì)算，中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)設(shè)計(jì)壓力為0.4 MPa，其他指標(biāo)如下表4所示。

根據(jù)承載力的計(jì)算公式（6），結(jié)合北京地區(qū)《十二五供熱發(fā)展規(guī)劃》《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》及燃?xì)庖?guī)劃發(fā)展中相關(guān)數(shù)據(jù)，可得每個(gè)分區(qū)的承載力情況。其中分區(qū)Ⅰ得分1.63，分區(qū)Ⅱ得分1.60，分區(qū)Ⅲ得分1.64，分區(qū)Ⅳ得分1.62。上述各分區(qū)燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)承載能力得分均在1.5以上，可見，承載力有盈余。

表4 產(chǎn)業(yè)基地各分區(qū)數(shù)據(jù)匯總表

該高端總部基地為新建工程，管網(wǎng)及場站較新，用氣需求能夠得到很好的保證。根據(jù)各分區(qū)承載力的計(jì)算結(jié)果，得出該基地的綜合燃?xì)夤芫W(wǎng)承載能力為1.62，屬于承載力有盈余等級。可見，該用地范圍內(nèi)的燃?xì)夤?yīng)規(guī)劃方案滿足用氣要求，已基本形成了統(tǒng)一的供氣系統(tǒng)，管道燃?xì)飧采w率較高，燃?xì)夤芫W(wǎng)漏損率較低，運(yùn)營管理水平較好，可以保障供氣的安全性和可靠性。

4 結(jié)論

1）相比傳統(tǒng)的承載力研究方法，改進(jìn)后的指標(biāo)體系更加全面，充分考慮了天然氣空間及時(shí)序的發(fā)展，對城市天然氣迅猛增長的發(fā)展趨勢及建立服務(wù)型社會更具適用性。

2）本評價(jià)方法中的影響因素及標(biāo)準(zhǔn)值會因不同城市、不同地區(qū)有所差異，故計(jì)算時(shí)應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況考慮；此外，加權(quán)系數(shù)也可有針對性地根據(jù)不同情況調(diào)整。

3）動態(tài)、適時(shí)地對燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)進(jìn)行承載力評價(jià)很有必要，可以及時(shí)對城市天然氣設(shè)施進(jìn)行規(guī)劃調(diào)整以滿足用戶需求。

可見，對城市燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)進(jìn)行承載力研究應(yīng)作為常態(tài)的必須工作進(jìn)行，使得燃?xì)馄髽I(yè)更好地實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展和有效管理。

［1］張中秀，石榴花.城市市政管網(wǎng)承載力綜合評價(jià)方法與應(yīng)用［J］. 中國市政工程，2012（2）：42-47.

［2］郝天文，宋文波，李藝，等.城市市政管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究與應(yīng)用［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2012.

［3］北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院項(xiàng)目組.北京市市政承載力規(guī)劃研究二期［R］.北京：北京市城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，2013.

［4］王林，王迎春.層次分析法在指標(biāo)權(quán)重賦值中的應(yīng)用［J］. 教學(xué)研究，2002，25（4）：303-306.