王璟 香欣鑫 唐杉(中國市政工程西北設(shè)計研究院有限公司，新疆 烏魯木齊 830000)

1 背景概述

該市中心城區(qū)，現(xiàn)狀人口為355×104人該市天然氣工程自1991年開始建設(shè)，經(jīng)過近30年的發(fā)展，至今已經(jīng)發(fā)展居民用戶134.2萬戶，公服用戶18845戶，工業(yè)用戶239戶，以及CNG加氣站29座。年用氣量25億Nm3/年，各類管網(wǎng)合計約5300km。

由于燃?xì)夤芫W(wǎng)老舊現(xiàn)象嚴(yán)重，維搶修事故頻發(fā)，特別是在今年新冠肺炎疫情期間，燃?xì)夤芫W(wǎng)的老舊問題現(xiàn)象已經(jīng)非常凸顯，大大增加了燃?xì)夤镜木S搶修頻率和難度。如此大的天然氣供應(yīng)量，天然氣各個環(huán)節(jié)的安全輸送，特別是燃?xì)廨斉涔芫W(wǎng)的安全運行尤為重要。因此，怎么樣科學(xué)的改造老舊管網(wǎng)成為本文的研究課題，本文將運用層次分析法和綜合評價方法來進行優(yōu)化方案來解決。

2 管網(wǎng)改造原則

文章以城市總體規(guī)劃和政府政策性文件為指導(dǎo)原則，結(jié)合該市燃?xì)馐聵I(yè)的發(fā)展方向，以輸配系統(tǒng)薄弱的東北片區(qū)發(fā)展為主，統(tǒng)籌兼顧，合理安排，分期實施，逐步完善；更使燃?xì)夤芫W(wǎng)改造具有可行性、實施性和適當(dāng)超前性。將所有管道維搶修較頻繁、防腐效果衰減、水力工況較差、建設(shè)年限較長存在安全隱患、違章占壓、不滿足安全間距、等不能滿足發(fā)展需要的管網(wǎng)按照輕重緩急列入改造范圍。在充分分析調(diào)研資料的基礎(chǔ)上，針對每段道路管道不同屬性的實際情況，采取不同的管網(wǎng)改造實施方案，最終形成改造老舊管網(wǎng)的工程量。

3 影響因素分析

根據(jù)對該市的燃?xì)饫吓f管網(wǎng)的調(diào)研分析，其每個老舊管網(wǎng)及設(shè)施改造所對應(yīng)的主要影響因素主要有四大類：管道建設(shè)年限、管道防腐情況、管道水力工況、管道維搶修情況。

4 運用層次分析法確定權(quán)重

文章運用層次分析法建立結(jié)構(gòu)模型：目標(biāo)層為需要改造的老舊管網(wǎng)工程量；準(zhǔn)則層為管網(wǎng)改造的影響因素；方案層為該市所有的燃?xì)夤芫W(wǎng)。運用層次分析法確定老舊管網(wǎng)改造影響因素的權(quán)重。

層次結(jié)構(gòu)建立后，四大影響因素對老舊管網(wǎng)改造的影響重要性進行兩兩對比，將影響因素進行量化，其兩兩對比標(biāo)度如表1所示。

表1 四大影響因素對老舊管網(wǎng)改造的影響重要性比較

根據(jù)其影響管網(wǎng)改造的重要性指標(biāo)，根據(jù)對歷年管道搶修情況，最需要改造的因素按照重要程度順序為：首先是搶修情況頻繁的管段，其次是水力工況不利的管段，再次是管段防腐性能減退的管段，最后是建設(shè)年限比較老舊的管段，其影響因素兩兩對比后可形成比較，對比后量化值如表2所示。

表2 改造因素對比后量化值

形成判斷矩陣A：

經(jīng)列歸一運算后為：

再經(jīng)行和運算得出：

再進行歸一化(標(biāo)準(zhǔn)化)得出A的特征向量如下：

即管網(wǎng)因素在改造老舊管網(wǎng)工程中的必要性權(quán)重如下：管道搶修情況占0.56；管道防腐情況占0.14；管道水力工況占0.27；管道建設(shè)年限占0.05。

5 矩陣一致性檢驗

由于客觀事物的復(fù)雜性，會使我們的判斷帶有主觀性和片面性，本文在構(gòu)造以上矩陣兩兩對比的判斷矩陣時，為了避免出現(xiàn)甲與乙相對重要，乙與丙相對極端重要，丙與甲相比相對重要，類似于這種比較判斷嚴(yán)重不一致的情況。而上述計算管網(wǎng)影響因素權(quán)重的方法，當(dāng)判斷矩陣過于偏離一致性時，其可靠程度較低，故需對判斷矩陣作一致性檢驗。

經(jīng)計算，判斷矩陣A的特征值λ=4.24，令CI=(λmax-n)/n-1

平均隨機一次性指標(biāo)查表可得，當(dāng)n為4時，平均隨機一次性指標(biāo)RI為0.94，經(jīng)過矩陣的一致性檢驗，當(dāng)n≥3時，稱CR為一致性比例，當(dāng)CR＜0.1時，比較判斷矩陣的一致性可以接受，反之，應(yīng)對判斷矩陣作適當(dāng)?shù)男薷恼{(diào)整。

本項目老舊管網(wǎng)改造影響因素矩陣經(jīng)計算，CR=0.0867＜0.1，因此，經(jīng)過此影響因素權(quán)重判斷矩陣的一致性在合理的范圍內(nèi)。

6 管網(wǎng)改造必要性的評價

根據(jù)對西部地區(qū)老舊管網(wǎng)及配套設(shè)施的調(diào)研資料，對每個管網(wǎng)的四大影響因素特性進行整理分析，借鑒國內(nèi)老舊管網(wǎng)改造成功案例的經(jīng)驗，結(jié)合我國西部地區(qū)老舊管網(wǎng)及設(shè)施改造項目的實際情況，管網(wǎng)改造必要性的評價主要分兩步進行：

首先，對存在的影響管網(wǎng)改造的因素的重要性進行評價，運用層次分析法確定每一個影響因素的權(quán)重；其次，將某一影響因素的評分標(biāo)準(zhǔn)所對應(yīng)的分值與其權(quán)重相乘，即管網(wǎng)魔衣影響因素評價分?jǐn)?shù)=管網(wǎng)改造影響因素評分分值×對應(yīng)的影響因素權(quán)重，求出這一影響因素的得分；再將每一影響因素的得分累加，即管網(wǎng)評價總分?jǐn)?shù)=∑管網(wǎng)改造影響因素評分分值×對應(yīng)的影響因素權(quán)重，得到每段燃?xì)夤芫W(wǎng)改造總分，其數(shù)值總和即為管網(wǎng)改造必要性評價的結(jié)果。

根據(jù)該市每段燃?xì)夤芫W(wǎng)影響因素屬性的整理，本項目影響因素權(quán)重及評分標(biāo)準(zhǔn)如表3所示。

總分結(jié)果可以反映每段燃?xì)夤艿栏脑毂匾缘某潭龋u價總分越高，說明管網(wǎng)改造必要性越大，反之，改造的必要性越小?？偡值脑谀骋粩?shù)值(本文按照60分計)以上的管線，就應(yīng)進行管網(wǎng)改造。

本項目經(jīng)過對該市中心城區(qū)的每段燃?xì)夤艿蕾Y料整理進行計算后，得出超過60分的管段大約占城市燃?xì)庵鞲晒芏慰偭康?/5，運用本方法成功篩選出該市現(xiàn)狀需要改造的主干管16條，其長度達45.06km。

表3 影響因素權(quán)重及評分標(biāo)準(zhǔn)一覽表

本方法適用于不能明確是否需要改造的管網(wǎng)，用此方法篩選出需要分時序改造的老舊管網(wǎng)，如若已經(jīng)出現(xiàn)刻不容緩的必改因素(如違章占壓、不滿足安全間距、違反規(guī)范等)，不在本次分析方法范圍內(nèi)，燃?xì)夤疽蛟诘谝粫r間就進行整改。

7 結(jié)語

本次老舊管網(wǎng)改造運用層次分析法算出影響因素的權(quán)重系數(shù)，在采用加權(quán)平均方法計算出每段燃?xì)夤艿赖母脑斓谋匾栽u價，這樣定性和定量相結(jié)合，理論與實際相結(jié)合，篩選出科學(xué)合理的改造工程量，確定了該市老舊管網(wǎng)改造的工程量和時序，層次分析法與管道加權(quán)平均評價法相結(jié)合的方法，在該市本次老舊管網(wǎng)改造工程中發(fā)揮著重要的作用。