李　軍　張　宏

1.中國石油大學(xué)(北京)機械與儲運學(xué)院,　北京　102249;

2.中石油昆侖燃氣有限公司,　北京　100101

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城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞因素的模糊概率分析

李軍1,2張宏1

1.中國石油大學(xué)(北京)機械與儲運學(xué)院,北京102249;

2.中石油昆侖燃氣有限公司,北京100101

隨著城鎮(zhèn)燃氣管網(wǎng)覆蓋面的擴大,燃氣事故嚴(yán)重影響城鎮(zhèn)公共安全。城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞,已成為燃氣管道泄漏事故的主要因素?；趯＜遗袛喾?識別得出城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的56個風(fēng)險因素；采用模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論,得到56個風(fēng)險因素的模糊概率數(shù)值,找出薄弱環(huán)節(jié),針對性提出防范措施,并驗證防范措施的有效性。研究成果可以指導(dǎo)燃氣企業(yè)加強安全管理,有效降低燃氣管道第三方破壞事故風(fēng)險,提升燃氣管道系統(tǒng)的安全性。

城鎮(zhèn)燃氣管道；第三方破壞；模糊概率；風(fēng)險因素；評價

0　前言

城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞事故頻繁,已成為燃氣管道破壞的主要因素，如2015年7月20日,蘭州大學(xué)燃氣管道被第三方施工挖斷,燃氣泄漏爆炸,造成31人受傷[1]。因此,找出城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的風(fēng)險因素,確定管道被破壞的概率,制定對應(yīng)措施顯得尤為重要。

國內(nèi)外對長輸管道的第三方破壞的風(fēng)險評價較多[2]，美國Muhbauer W K編寫了《管道風(fēng)險管理手冊》[3],英國健康與安全委員會研制了MSIHAP軟件可計算管道的失效風(fēng)險[4],西南石油大學(xué)開發(fā)了輸氣管道風(fēng)險評價軟件[5],中國石油管道研究中心研發(fā)了定量風(fēng)險評價軟件[6]。國內(nèi)對城鎮(zhèn)燃氣輸配系統(tǒng)的評價研究也較多，張增剛等人,將模糊數(shù)學(xué)引入到燃氣輸配系統(tǒng)的安全評估中[7]；何淑靜等人,計算得出了上海城市燃氣輸配管網(wǎng)的模糊失效率[8]；靳書斌等人,對高壓燃氣管道第三方破壞失效概率進行了計算[9]；黃小美等人,建立了燃氣管道失效概率評估方法[10]。城鎮(zhèn)燃氣管道處于人口稠密區(qū),管道沿線施工頻繁,第三方破壞時有發(fā)生,破壞概率影響因素較多,但相應(yīng)的研究較少。本文利用模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論,對識別出的城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的風(fēng)險因素計算出模糊概率數(shù)值,找出薄弱環(huán)節(jié),針對性提出防范措施。

1　模糊概率評估計算方法

城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的風(fēng)險因素較多,如挖掘、巡檢人員責(zé)任心不強、施工單位配合程度等,這些因素具有不確定性和隨機性。本文采用模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論對其進行量化處理,采用梯形、三角形分布確定如圖1的模糊集合隸屬函數(shù)f(x),進而確定基本事件的模糊概率[11]。

圖1　自然語言的模糊數(shù)

1.1對風(fēng)險因素作主觀判斷

兼顧專家意見的精確性及工作量,參考李青等人模糊重要度分析方法的研究[12],專家對風(fēng)險因素可能性大小進行判斷。設(shè)定評估范圍：很小(VS)、小(S)、較小(RS)、中等(M)、較大(RL)、大(L)以及很大(VL)。

1.2通過隸屬函數(shù)量化專家意見

采用模糊集的α截集對專家評估意見進行綜合處理[13],采用圖1的隸屬函數(shù),得到各模糊語言對應(yīng)的模糊數(shù)W的關(guān)系函數(shù)：

(1)

式中：a、b分別代表自然語言模糊數(shù)的上、下限。

(2)

(3)

1.3計算模糊可能性值

根據(jù)左右模糊數(shù)排序法[14-15],將模糊數(shù)轉(zhuǎn)化為模糊可能性值FPS。該方法定義的最大模糊集和最小模糊集分別為：

(4)

則模糊數(shù)W的左右模糊可能性值分別為：

(5)

因此,模糊數(shù)W的模糊可能性值為：

FPS(W)=[FPSR(w)+1-FPSL(W)]/2

(6)

1.4將模糊可能性值轉(zhuǎn)化為模糊概率值

(7)

(8)

2　應(yīng)用實例

2.1應(yīng)用對象

選取某燃氣公司下屬單位某街道壓燃氣管道作案例。管道位于市中心區(qū)域,管道長度10.4 km,設(shè)計埋深1.8 m,實際平均埋深1.7 m,管材為聚乙烯材質(zhì),其中管徑160 mm長度7.2 km,管徑200 mm長度3.2 km,配有巡線人員3名,該燃氣公司有相應(yīng)的巡檢制度、會簽制度、現(xiàn)場監(jiān)護制度及應(yīng)急預(yù)案等管理制度。

2.2確定專家評估小組

選取來自城鎮(zhèn)燃氣管道設(shè)計、施工、維修、運營、安全和科技等專業(yè),具有現(xiàn)場15年以上工作經(jīng)驗的6位高級工程師組成評估組，專家與該燃氣公司下屬單位無業(yè)務(wù)聯(lián)系,以確保評估的公正性。

2.3收集信息

專家評估組根據(jù)自身經(jīng)驗、燃氣業(yè)務(wù)知識和參考相關(guān)資料[16-21],以及當(dāng)?shù)厝細夥ㄒ?guī)制度、生活習(xí)慣、風(fēng)土人情等情況,整理成調(diào)查表,見表1。被評估單位需按照表格,提供填寫近1個月的數(shù)據(jù),專家通過現(xiàn)場檢查、資料審查、人員詢問等方式進行評估。

表1城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞調(diào)查表

序號風(fēng)險因素風(fēng)險因素的說明現(xiàn)場數(shù)據(jù)1管道周邊活動:挖掘包含挖掘的次數(shù)、深度被評估單位提供2管道周邊活動:打樁包含次數(shù)、與管道的距離被評估單位提供3管道周邊活動:鉆孔施工性質(zhì)及機械道路施工、大型軋路機4施工單位資質(zhì)手續(xù)是否齊全被評估單位提供5施工作業(yè)人員素質(zhì)作業(yè)人員來源被評估單位提供6地上施工缺陷描述施工方法及與管道距離被評估單位提供7人員誤操作指非蓄意破壞產(chǎn)生的誤操作,明確動作形式被評估單位提供8交通意外指車輛對燃氣設(shè)施造成的危害此段為地下管段,無地上設(shè)施9法律責(zé)任追究程度指法律追責(zé)與造成危害程度匹配情況被評估單位提供10執(zhí)法力度指執(zhí)法部門對第三方施工監(jiān)管力度情況被評估單位提供11法律完善情況指對第三方監(jiān)管的法律制度完善情況相關(guān)法規(guī)12巡檢制度指企業(yè)巡檢制度能否滿足第三方管控要求專家評審巡線管理制度完善情況13巡檢人員責(zé)任心巡檢人員工作態(tài)度專家現(xiàn)場調(diào)查14發(fā)現(xiàn)施工跡象能力巡檢人員發(fā)現(xiàn)施工跡象能力與工作需要是否匹配專家現(xiàn)場調(diào)查15與居民物業(yè)關(guān)系是否與管網(wǎng)附近居民物業(yè)建立有效聯(lián)動專家審查資料16與企業(yè)關(guān)系是否與管網(wǎng)附近企業(yè)建立有效聯(lián)動專家審查資料17與政府關(guān)系是否與當(dāng)?shù)卣⒂行?lián)動專家審查資料18施工單位配合程度施工單位是否按照燃氣企業(yè)要求進行施工作業(yè)專家現(xiàn)場調(diào)查19竣工資料完整程度竣工資料是否完整專家審查資料20管道定位情況燃氣管道是否能夠準(zhǔn)確定位專家審查資料21管道資料更新情況管道資料是否按路由變化及時更新記錄專家審查資料22保護方案是否根據(jù)施工條件編制有效保護方案專家審查資料23內(nèi)部信息傳達會簽、保護方案、應(yīng)急預(yù)案等是否有效傳達到現(xiàn)場監(jiān)護人員專家審查資料24內(nèi)部信息交接監(jiān)護人員交接班信息是否有效傳遞專家審查資料25與建設(shè)方交底與建設(shè)方是否有效進行技術(shù)交底專家審查資料26與現(xiàn)場人員交底與現(xiàn)場具體施工人員是否進行有效技術(shù)交底專家審查資料27管道現(xiàn)場防護是否按照保護方案進行有效防護專家審查資料28工程機具使用情況工程機具使用情況是否滿足管道保護的要求專家現(xiàn)場調(diào)查29安全距離施工點與管道距離是否滿足會簽要求專家現(xiàn)場調(diào)查30管道信息管道路由、標(biāo)高、管徑、材質(zhì)等信息是否準(zhǔn)確完整專家審查資料31回填土質(zhì)是否符合要求回填材料是否滿足對管道的保護要求專家審查資料32埋深情況管道埋深是否達到保護要求專家審查資料33回填機具使用情況回填機具的使用是否滿足對管道的保護要求專家現(xiàn)場調(diào)查34監(jiān)護時段監(jiān)護事件是否滿足現(xiàn)場需要專家審查資料35現(xiàn)場人員執(zhí)行力監(jiān)護人員是否按照監(jiān)護方案進行監(jiān)護并達到預(yù)期效果專家現(xiàn)場調(diào)查36護欄立柱間距護欄立柱間距不大于120mm專家現(xiàn)場調(diào)查37護欄完整性是否有護欄或護欄是否完整專家現(xiàn)場調(diào)查38護欄立柱高度高度不小于1500mm專家現(xiàn)場調(diào)查39護欄與設(shè)施隔離間距不小于750mm專家現(xiàn)場調(diào)查40材料強度是否能夠滿足抗沖擊要求專家現(xiàn)場調(diào)查41警戒色使用是否按照規(guī)定使用警戒色專家現(xiàn)場調(diào)查42抗沖擊緩沖間距護欄與設(shè)施間距能否滿足抗沖擊要求專家現(xiàn)場調(diào)查43防墜措施是否采取防墜措施并達到強度要求專家現(xiàn)場調(diào)查44支撐情況對管道的支撐是否能滿足對管道保護要求專家現(xiàn)場調(diào)查45標(biāo)志質(zhì)量標(biāo)志質(zhì)量是否達到使用要求專家現(xiàn)場調(diào)查

2.4評估風(fēng)險因素

被評估單位填寫表1后,6位專家經(jīng)過實地調(diào)查,依據(jù)自身經(jīng)驗及個人知識,填寫專家評估統(tǒng)計表,見表2。表2涵蓋表1中56項風(fēng)險因素,如管道周邊活動的挖掘、打樁、鉆孔，施工單位無證作業(yè)，施工人員能力不足，地上施工缺陷等,此處僅列舉以上6項。

2.5管段風(fēng)險因素的模糊概率

根據(jù)表2,利用模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論,將專家的模糊評價量化。采用MATLAB軟件,參數(shù)設(shè)置完成后,系統(tǒng)將自動進行計算,并將計算結(jié)果輸出到excel表格中,得到管段風(fēng)險因素模糊概率,見表3。

表2專家評估統(tǒng)計表

序號風(fēng)險因素打分專家一專家二專家三專家四專家五專家六1管道周邊活動:挖掘VLRLVLVLVLVL2管道周邊活動:打樁RSMRLLLM3管道周邊活動:鉆孔MLMVLLL4施工單位無證作業(yè)VLLRLVLRLVL5施工人員能力不足VLVLVLVLVLVL6地上施工缺陷VSRSVSSRSM

表3管段風(fēng)險因素模糊概率統(tǒng)計表

序號風(fēng)險因素模糊概率序號風(fēng)險因素模糊概率1施工人員能力不足0.08550129管道周邊活動:鉆孔0.0168642施工單位不配合0.07128730無有效保護方案0.0167983巡檢人員責(zé)任心不強0.06676631監(jiān)護責(zé)任追究不到位0.0157364管道周邊活動:挖掘0.05501732管道占壓0.0150215執(zhí)法力度不足0.05335733安全常識宣傳不足0.0133886現(xiàn)場人員執(zhí)行力不夠0.05189834監(jiān)控激勵措施不足0.0127127管道無法準(zhǔn)確定位0.04572135回填土質(zhì)不符合要求0.0104488支撐失效0.04425436與政府關(guān)系不和諧0.0098249埋深不足0.04398237與居民物業(yè)不和諧0.00979710機具碰撞0.03905438與企業(yè)關(guān)系不和諧0.00979711發(fā)現(xiàn)施工跡象能力不足0.03724839人員誤操作0.00944512監(jiān)護時段不合理0.03688740使用不當(dāng)0.00940613巡檢考核失效0.03668341無舉報制度0.00929214資料缺失0.03614242機具碾壓0.00847215法律不完善0.03612643管道周邊活動:打樁0.00808916施工單位無證作業(yè)0.03429544質(zhì)量缺陷0.00759817未與現(xiàn)場人員交底0.03255245地下防護缺失0.00741618領(lǐng)導(dǎo)重視不足0.03026446無防墜措施0.00585619管道資料未更新0.02990647警示信息不完整0.00531820安全距離不足0.02949648緩沖間距不足0.00498221遮擋防護失效0.02946349防護材料強度不足0.00493522第三方管控流程不完善0.02848350護欄缺失0.00418523法律責(zé)任追究不夠0.02580751護欄與設(shè)施隔離不足0.00349524內(nèi)部信息傳達不暢通0.02467752護欄立柱間距不夠0.00349525內(nèi)部信息交接不通暢0.02467753護欄立柱高度不足0.00286426未與建設(shè)方交底0.02093554警戒色使用不當(dāng)0.00229127法制宣傳不足0.01827155地上施工缺陷0.00064228培訓(xùn)不足0.01790656交通意外0.000537

3　防范措施

對評價出的風(fēng)險因素,通過實施相應(yīng)的管控措施后,進行風(fēng)險降低決策及決策優(yōu)化。實施6個月后,再按上述過程進行評估計算,計算出管道風(fēng)險因素模糊概率均已下降,驗證對薄弱環(huán)節(jié)所采用的管控措施是可行的。主要風(fēng)險因素相應(yīng)的管控措施見表4。

表4主要風(fēng)險因素相應(yīng)的管控措施

風(fēng)險因素相應(yīng)的管控措施采取管控措施后風(fēng)險因素的概率施工人員能力不足增加現(xiàn)場管道及設(shè)備設(shè)施保護的指導(dǎo)0.002593施工單位不配合通過政府職能部門與施工單位加強溝通0.003875巡檢人員責(zé)任心不強對巡檢人員進行培訓(xùn),明確崗位職責(zé),增加獎懲力度0.000271管道周邊活動:挖掘按照挖掘作業(yè)方法確定現(xiàn)場管控措施0.005227執(zhí)法力度不足與政府相應(yīng)部門進行溝通,促進執(zhí)法力度0.009727現(xiàn)場人員執(zhí)行力不夠?qū)ΜF(xiàn)場人員進行培訓(xùn),明確崗位職責(zé),增加獎懲力度0.000394發(fā)現(xiàn)施工跡象能力不足對巡檢人員進行培訓(xùn),提升能力0.001101監(jiān)護時段不合理結(jié)合施工進度制定監(jiān)護時間0.000913巡檢考核失效完善巡檢制度0.000347資料缺失通過現(xiàn)場勘查,與工程技術(shù)人員溝通,補全資料0.005628法律不完善向政府部門建議,完善有關(guān)第三方破壞的法律法規(guī)0.005986施工單位無證作業(yè)會簽時審查施工單位資質(zhì),杜絕無證施工0.001778管道資料未更新根據(jù)現(xiàn)場變化,及時更新管道資料0.001679法律責(zé)任追究不夠向人大或政府提出意見,完善相關(guān)法律法規(guī)的責(zé)任追究條款0.000347管道周邊活動:鉆孔按鉆孔管控要求加大監(jiān)管1.1×10-5

4　結(jié)論

1)基于專家判斷法,結(jié)合當(dāng)?shù)厝細夥ㄒ?guī)制度、地域特點、燃氣使用等情況,整理得到城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的56個風(fēng)險因素。

2)基于模糊數(shù)學(xué)中的模糊集合理論,對城鎮(zhèn)燃氣管道第三方破壞的56個風(fēng)險因素進行量化處理,計算得出模糊概率數(shù)值。

3)對評價出的主要風(fēng)險因素,通過實施相應(yīng)的管控措施后,進行風(fēng)險再評價,驗證措施的有效性。通過驗證,此方法對燃氣管道進行第三方破壞分析評價具有實際意義,能夠查找存在的薄弱環(huán)節(jié),提高可靠性。

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2015-12-29

國家自然科學(xué)基金項目(51534008)

李軍(1979-),男,山東泰安人,高級工程師,博士研究生,主要從事城市燃氣安全管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.024