0 引言

城市燃氣管網(wǎng)長期受管道環(huán)境影響，存在老化降解、管壁變薄等現(xiàn)象，影響城市地下空間安全與穩(wěn)定[1]。許多專家學者致力于研究城市燃氣管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全的風險評價，姜東方等提出結(jié)合管網(wǎng)沿線環(huán)境和失效主要因素能夠提升評價結(jié)果的準確度[2]。侯經(jīng)緯等應用層次分析法和模糊綜合評價算法分析東營市東營區(qū)某燃氣公司的中壓管線安全狀況[3]。巴振寧等將改進層次分析法和模糊綜合分析法引入城市燃氣管道的腐蝕風險評價中[4]。上述研究仍存在改進空間，部分工作尚未應用于實際驗證模型準確性。

因此，本文基于城市燃氣管網(wǎng)安全評價現(xiàn)有研究及行業(yè)規(guī)范，完善城市燃氣管網(wǎng)風險指標體系，結(jié)合專用于構(gòu)建復雜評價模型的層次分析法和模糊數(shù)學理論，構(gòu)建更為全面的管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全評價模型。

1 管線結(jié)構(gòu)安全評價指標體系構(gòu)建

結(jié)合《城鎮(zhèn)燃氣輸配工程施工及驗收規(guī)范》（CJJ 33-2005）等國家標準和行業(yè)規(guī)范，確定管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全風險源因子[5-6]，如圖1所示。

圖1 城市管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全評價指標體系

2 基于層次分析法的指標權(quán)重確定

本文結(jié)合1～9標度法和自然常數(shù)標度法，在兩種標度法均滿足一致性檢驗的前提下分別計算權(quán)重值，然后通過對兩者進行算術(shù)平均，得到改進后的權(quán)重值[7]。

2.1 指標主觀權(quán)重計算

首先通過專家評價對準則層和因素層的相對重要性打分，創(chuàng)建判斷矩陣。然后采用方根法計算指標主觀權(quán)重，具體步驟如下：

①將判斷矩陣A=（aij）n×n的每一行數(shù)值連乘得：

對Mi開n次方根，可得wi：

②對W=（w1，w2，…，wn）進行歸一化，得權(quán)重向量：

得權(quán)重矩陣W′=（w′1，w′2，…，w′n）。

2.2 判斷矩陣一致性檢驗[8]

①計算判斷矩陣的最大特征值λmax

其中，（AW）i為AW的第i個分量。

②計算一致性指標CI

式中，n代表矩陣的階數(shù)，λmax是矩陣的最大特征根。

③確定平均隨機一致性指標RI

RI的取值參照表1所示。當n=1，2時，判斷矩陣完全一致，不需要檢驗。

表1 隨機一致性指標

④計算一致性比例CR

若CR＞0.1，矩陣達不到一致性要求，需要對判斷矩陣進行修正并重新構(gòu)建。CR的值按照下式進行計算：

3 建立多層次模糊綜合評價模型

3.1 建立模糊集合及安全評價標準

依據(jù)規(guī)范將城市管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全評級分為四級，分別表示等級Ⅰ（安全）、評分區(qū)間[80，100]，等級Ⅱ（基本安全）、評分區(qū)間[60，80），等級Ⅲ（較不安全）、評分區(qū)間[40，60），等級Ⅳ（不安全）、評分區(qū)間[0，40）[9]。

3.2 構(gòu)建隸屬度矩陣

采用柯西分布函數(shù)作為隸屬函數(shù)，結(jié)合函數(shù)特點與建筑工程評價需求計算：

然后計算單因素評價矩陣：

式中，Rk為單因素評價矩陣；rijk為第i個因素中第j個子集因素uij在評價集V上對應的等級k的隸屬度。

3.3 模糊綜合評價

構(gòu)建模糊綜合評價矩陣：

求得總體的安全評價結(jié)果：

式中，。為FMT中的模糊算子，本文采用加權(quán)平均算子。

根據(jù)最大隸屬度原則，選擇max（1≤i≤4）{Ai}對應的評價等級作為評價結(jié)果。

4 工程實例分析

將評價指標體系和模型方法應用于浙江省杭州市余杭區(qū)某公用埋地燃氣管道，基于管網(wǎng)常規(guī)定期檢測報告等數(shù)據(jù)，進行管網(wǎng)安全等級評價。

4.1 權(quán)重計算

基于圖1，利用式（1）～式（6）計算權(quán)重，以一級指標為例，計算結(jié)果如表2所示。

表2 A-B權(quán)重向量計算與一致性檢驗

4.2 計算評分值

根據(jù)規(guī)范要求和業(yè)內(nèi)實證資料，對每個指標獨立確定其指標特征值及其評分，結(jié)果如表3所示。

表3 城市管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全評價體系各指標得分

4.3 計算隸屬度

按照前述隸屬度的確定方法，利用式（7）-式（11）計算單因素對各等級的隸屬度，計算結(jié)果如表4所示。

表4 隸屬度計算結(jié)果

4.4 模糊綜合評價結(jié)果及分析

按照式（12）～式（13）進行一級模糊綜合評價，結(jié)果為：

根據(jù)最大隸屬度原則，結(jié)合四級評價評語集，研究區(qū)域管網(wǎng)安全評價等級為等級Ⅰ，處于安全狀態(tài)，此評價結(jié)果與專業(yè)檢測機構(gòu)出具的報告結(jié)果一致。從矩陣B可以看出該管網(wǎng)區(qū)域的位置與標志、管道裸露或變形、地面活動以及管體狀況4個指標均需引起維修養(yǎng)護團隊的重視。

5 結(jié)論

本文通過總結(jié)歸納大量規(guī)范標準和工程實例，構(gòu)建城市管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全評價指標體系，從管網(wǎng)宏觀環(huán)境、管道敷設(shè)環(huán)境、安全管理機制、泄露影響因素4個方面綜合考慮管網(wǎng)安全風險源因素。采用改進AHP方法確定評價指標權(quán)重，相較于傳統(tǒng)的AHP方法更具客觀性和精確度。采用模糊綜合評價方法能夠反映影響城市燃氣管網(wǎng)安全的指標模糊性，利用柯西函數(shù)作為隸屬函數(shù)，很好地適配管網(wǎng)結(jié)構(gòu)安全分析的需求。將所構(gòu)建的評價指標與評價方法應用于浙江省杭州市余杭區(qū)某管網(wǎng)系統(tǒng)，從計算隸屬度可以看出，管網(wǎng)區(qū)域的位置與標志、管道裸露或變形、地面活動以及管體狀況4個指標存在問題，計算結(jié)果與專業(yè)機構(gòu)檢測結(jié)果一致，表明模型的實用性和適應性，能夠為實際工程提供良好借鑒。