楊 林,高文學(xué),李顏強(qiáng),嚴(yán)榮松,苗慶偉,王 艷,戶英杰,楊明暢
(1.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司 城市燃?xì)鉄崃ρ芯吭?,天?300384;2.中國市政工程華北設(shè)計研究總院有限公司,天津 300381)
城市地下綜合管廊是在城市地下建造的隧道空間,將電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線集于一體,并設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測系統(tǒng),實施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計、統(tǒng)一建設(shè)和管理。由于燃?xì)夤艿牢kU性較強(qiáng),在早期的綜合管廊建設(shè)中不建議將燃?xì)夤艿兰{入敷設(shè),但經(jīng)過技術(shù)的不斷完善與科技的發(fā)展,GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》對燃?xì)夤艿涝诰C合管廊內(nèi)的敷設(shè)規(guī)定有了突破,由原來“不建議將燃?xì)夤艿兰{入敷設(shè)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱杉{入綜合管廊”,并給予了比較明確和嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定。GB 50289—2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》第4.2.2條,明確了綜合管廊內(nèi)可敷設(shè)電力、通信、給水、熱力、再生水、天然氣、污水、雨水管線等城市綜合管線?,F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了全國天然氣管道納入地下綜合管廊的建設(shè)[1]。
雖然標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)允許燃?xì)夤艿廊肜龋蔡岢隽嗣鞔_和嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定,由于燃?xì)夤艿酪兹家妆奶匦裕壳俺鲇诎踩目紤],大多數(shù)綜合管廊工程不太確定燃?xì)夤艿滥芊袢肜取R虼吮疚膶⒕C合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估分為入廊前(規(guī)劃可研階段)和運(yùn)行中(運(yùn)維管理階段)兩個階段,解決燃?xì)夤艿滥芊袢肜纫约叭肜群竽芊癜踩\(yùn)行的問題。通過構(gòu)建城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿涝谝?guī)劃可研階段和運(yùn)維管理階段的風(fēng)險指標(biāo)體系,采用半定量風(fēng)險評估方法,基于管道失效可能性和管道失效后果確定管道風(fēng)險等級,完成規(guī)劃可研階段和運(yùn)維管理階段綜合管廊燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險評估。
綜合管廊燃?xì)夤艿赖奈kU源主要來自綜合管廊,綜合管廊作為復(fù)雜的綜合體,主要包括管廊本體、入廊管線和廊內(nèi)附屬設(shè)施等。此外危險源還與綜合管廊周邊環(huán)境和管理方面等諸多其他因素有關(guān),采用分解結(jié)構(gòu)法確定城市綜合管廊燃?xì)夤艿牢kU源基本組成[2]。城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿牢kU源基本組成見圖1。
圖1 城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿牢kU源基本組成
根據(jù)圖1,綜合管廊燃?xì)夤艿牢kU源主要包括綜合管廊、周邊環(huán)境、燃?xì)夤艿老到y(tǒng)、其他因素4類,并對每類危險源進(jìn)行細(xì)化分解,其次級分類如下。綜合管廊:管廊本體、入廊管線和廊內(nèi)附屬設(shè)施。周邊環(huán)境:地質(zhì)條件、地震、管道地區(qū)等級、周邊地下空間情況。燃?xì)夤艿老到y(tǒng):燃?xì)夤艿馈⑷細(xì)夤艿栏郊?、燃?xì)夤艿辣Wo(hù)措施。其他因素:管理水平、其他因素。
基于綜合管廊燃?xì)夤艿牢kU源分析,通過對文獻(xiàn)調(diào)查、專家意見等進(jìn)行歸納總結(jié),確定了綜合管廊燃?xì)夤艿涝谝?guī)劃可研階段的失效可能性指標(biāo)(包括三個層級指標(biāo),其中一級指標(biāo)4個、二級指標(biāo)12個、三級指標(biāo)22個)、綜合管廊燃?xì)夤艿涝谶\(yùn)維管理階段的失效可能性指標(biāo)(包括三個層級指標(biāo),其中一級指標(biāo)4個、二級指標(biāo)14個、三級指標(biāo)39個)和綜合管廊燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)(包括三個層級指標(biāo),其中一級指標(biāo)3個、二級指標(biāo)17個、三級指標(biāo)14個)。
采用專家打分法確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估指標(biāo)權(quán)重,考慮了各位專家能力之間存在差異,從而導(dǎo)致專家權(quán)威性差異。因此,主要考慮專家在專業(yè)技能方面存在差異、工作時間即工作經(jīng)驗的差異、對評估指標(biāo)的熟悉程度的差異,采用層次分析法確定專家權(quán)重,進(jìn)而對專家打分進(jìn)行處理,最終得到綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估指標(biāo)權(quán)重。
層次分析法適用范圍較廣,可以清楚展現(xiàn)各個不同層次的相對重要程度,在本文中采用層次分析法確定各個專家的權(quán)重,專家基本信息見表1。本研究選取了18位專家。
表1 專家基本信息
續(xù)表1
3.1.1構(gòu)建專家能力指標(biāo)體系
基于專家職稱、工作年限、指標(biāo)的熟悉程度建立了專家能力指標(biāo)體系,見圖2。
圖 2 專家能力指標(biāo)體系
3.1.2確定判斷矩陣
將指標(biāo)重要程度劃分為9個等級,并進(jìn)行兩兩比較,其中1、3、5、7、9級分別表示兩個指標(biāo)同等重要、略微重要、相當(dāng)重要、明顯重要、絕對重要,2、4、6、8級介于兩重要程度之間;相對不重要則采用倒數(shù)取值的方式,如1/3、1/5、1/7、1/9等。比較每個層次的相對重要性,構(gòu)建準(zhǔn)則層、專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣。
專家職稱包括教授級高級工程師、高級工程師、工程師、教授、副教授,在職稱上教授級高級工程師與教授等同,高級工程師與副教授等同。如:專家1職稱為高級工程師,專家3職稱為教授級高級工程師,則職稱上專家1比專家3略微不重要,職稱判斷矩陣第1行第3列為1/3;專家1職稱為高級工程師,專家9職稱為工程師,職稱上專家1比專家9略微重要,職稱判斷矩陣第1行第9列為3。
本文將專家工作年限分為[10 a, 20 a)、[20 a, 30 a)、[30 a, 40 a)3個等級。如:專家1工作年限為28 a,專家3工作年限為30 a,工作年限上專家1比專家3略微不重要,則工作年限判斷矩陣第1行第3列為1/3;專家1工作年限為28 a,專家5工作年限為18 a,工作年限上專家1比專家5略微重要,則工作年限判斷矩陣第1行第5列為3。
根據(jù)專家近期的研究方向及對城市綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估技術(shù)的了解程度,將專家對指標(biāo)的熟悉程度分為熟悉、很熟悉、非常熟悉3個等級。如:專家1對指標(biāo)很熟悉,專家10對指標(biāo)非常熟悉,則對指標(biāo)熟悉程度上專家1比專家10略微不重要,對指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣第1行第10列為1/3;專家1對指標(biāo)很熟悉,專家2對指標(biāo)熟悉,則對指標(biāo)熟悉程度上專家1比專家2略微重要,對指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣第1行第2列為3。
以準(zhǔn)則層和專家職稱為例,具體判斷矩陣分別見圖3、4。專家工作年限、指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣省略。
因素職稱工作年限指標(biāo)熟悉程度職稱111工作年限111指標(biāo)熟悉程度111
3.1.3計算專家權(quán)重
首先計算判斷矩陣每一行元素的乘積,再對乘積進(jìn)行求n次方根的計算,最后進(jìn)行歸一化處理,具體計算式為[3]:
(1)
(2)
(3)
式中Mi——判斷矩陣A第i行元素的乘積
n——判斷矩陣A的階數(shù)
Aij——判斷矩陣A的元素
mi——判斷矩陣A第i行元素乘積的n次方根
Wi——判斷矩陣A第i行元素的權(quán)重
基于上述計算方法,采用MATLAB軟件對建立的判斷矩陣進(jìn)行計算,得到準(zhǔn)則層中職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重,得到專家職稱權(quán)重、工作年限權(quán)重、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重(指標(biāo)層權(quán)重),指標(biāo)層權(quán)重與準(zhǔn)則層權(quán)重乘積求和,最終得到可以反映專家綜合能力的專家權(quán)重。準(zhǔn)則層中專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重均為1/3。專家各指標(biāo)層權(quán)重及專家權(quán)重計算結(jié)果見表2。
表2 專家各指標(biāo)層權(quán)重及專家權(quán)重計算結(jié)果
續(xù)表2
3.1.4一致性檢驗
基于上述步驟得出的權(quán)重矩陣,計算判斷矩陣的最大特征值λmax,并對其進(jìn)行一致性檢驗。具體計算式[3]為:
Q=AW
(4)
(5)
(6)
(7)
式中Q——新構(gòu)建矩陣
A——判斷矩陣
W——判斷矩陣A相應(yīng)的權(quán)重矩陣
λmax——判斷矩陣的最大特征值
Qi——新構(gòu)建矩陣Q的第i個元素
CI——一致性指標(biāo)
CR——一致性比例
RI——隨機(jī)一致性指標(biāo)
隨機(jī)一致性指標(biāo)RI隨階數(shù)的變化而不同[4],具體見表3。
表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI
通過計算一致性比例檢驗判斷矩陣的權(quán)重計算結(jié)果是否可靠。當(dāng)一致性比例低于0.1時認(rèn)為該判斷矩陣得到的權(quán)重計算結(jié)果是可靠的。
通過計算得出,專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度的判斷矩陣一致性比例CR分別為0.002 3、0.005 0和0.006 5。CR均小于0.1,所以確定判斷矩陣是符合一致性要求的,計算得出的專家權(quán)重的結(jié)果是可信、可用的。
18位專家對規(guī)劃可研階段管道失效可能性指標(biāo)權(quán)重、運(yùn)維管理階段管道失效可能性指標(biāo)權(quán)重、管道失效后果指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值,將各個專家權(quán)重與指標(biāo)權(quán)重相乘并累加,得到綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估指標(biāo)權(quán)重,具體見表4~6,表中“—”表示無三級指標(biāo)及三級指標(biāo)權(quán)重。
表4 規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重
續(xù)表4
表5 運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重
續(xù)表5
本文采用半定量風(fēng)險評估方法,即根據(jù)管道失效可能性和管道失效后果確定管道風(fēng)險等級。前文已確定規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)及權(quán)
表6 燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)權(quán)重
重、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)及權(quán)重、燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)及權(quán)重。根據(jù)被評估管道實際情況,確定管道失效可能性二級或三級指標(biāo)的得分和管道失效后果二級或三級指標(biāo)得分,由此計算管道失效可能性分值和管道失效后果分值,確定管道風(fēng)險等級。
根據(jù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CDHA 9—2022《熱力管道安全評估方法》,綜合管廊燃?xì)夤艿赖氖Э赡苄苑种祽?yīng)根據(jù)各級指標(biāo)權(quán)重和二級或三級指標(biāo)得分計算,計算式為:
(8)
(9)
(10)
式中P——失效可能性分值
a——一級指標(biāo)數(shù)量
qi——一級指標(biāo)i的權(quán)重
Pi——一級指標(biāo)i的失效可能性得分
b——二級指標(biāo)數(shù)量,隨i變化
qij——一級指標(biāo)i下二級指標(biāo)j的權(quán)重
Pij——一級指標(biāo)i下二級指標(biāo)j的失效可能性得分
c——三級指標(biāo)數(shù)量,隨i、j變化
qijk——一級指標(biāo)i二級指標(biāo)j下三級指標(biāo)k的權(quán)重
Pijk——一級指標(biāo)i二級指標(biāo)j下三級指標(biāo)k的失效可能性得分
當(dāng)二級指標(biāo)下無三級指標(biāo)時,Pij直接給出,不按式(10)計算。
綜合管廊燃?xì)夤艿赖氖Ш蠊种?量符號為C)同理計算。
本項目中綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險等級劃分以失效后果得分為主,兼顧最低合理可行原則,基于管道失效可能性分值和失效后果分值,將管道風(fēng)險等級劃分為低風(fēng)險、中風(fēng)險、中高風(fēng)險、高風(fēng)險,見表7。
表7 風(fēng)險等級劃分
以某綜合管廊燃?xì)夤艿罏槔M(jìn)行運(yùn)維管理階段風(fēng)險評估。此綜合管廊為預(yù)制拼裝混凝土結(jié)構(gòu)的干支混合綜合管廊,廊內(nèi)附屬設(shè)施齊全,且管線齊全,涵蓋了給水與可再生水管道、排水管渠、熱力管道、電力電纜、通信線纜等,管廊的整體規(guī)劃設(shè)計與施工質(zhì)量良好,符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。綜合管廊周邊環(huán)境中,地質(zhì)條件良好,場地穩(wěn)定性較好,巖土工程性質(zhì)中濕陷性為Ⅱ級且脹縮等級為Ⅱ級,地基無液化情況,場地類別為Ⅱ類,地震烈度為7度。此外,管道地區(qū)等級為二級地區(qū),管廊附近有地下商業(yè)工程。綜合管廊內(nèi)燃?xì)夤艿罏镈N 150 mm的中壓管道,運(yùn)行時間低于5 a,材質(zhì)為低合金鋼。綜合管廊燃?xì)夤艿劳度脒\(yùn)行期間,管廊及管線的巡檢、檢測、維護(hù)基本良好,具有較為完善的運(yùn)行管理制度,但部分地方巡檢和檢測結(jié)果處理不及時。
根據(jù)綜合管廊燃?xì)夤艿缹嶋H情況,得到各指標(biāo)得分。運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)得分見表8,燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)得分見表9。表8、9中“—”表示無三級指標(biāo)。當(dāng)有三級指標(biāo)時,得分為三級指標(biāo)得分;當(dāng)無三級指標(biāo)時,得分為二級指標(biāo)得分。
表8 運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)得分
續(xù)表8
根據(jù)表5、8,計算得出綜合管廊燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑种禐?3.47。同樣,根據(jù)表6、9,計算得出綜合管廊燃?xì)夤艿朗Ш蠊种禐?8.72。根據(jù)表7,可以看出,該綜合管廊燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險等級為中風(fēng)險。
① 針對綜合管廊燃?xì)夤艿滥芊袢肜群腿肜群竽芊癜踩\(yùn)行問題,構(gòu)建規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)體系、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)體系、燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)體系。
表9 燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)得分
續(xù)表9
② 采用層次分析法建立專家權(quán)重計算模型,構(gòu)建以專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度為準(zhǔn)則層的專家能力指標(biāo)體系,確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險評估專家權(quán)重,并對專家打分進(jìn)行處理,得到規(guī)劃可研階段、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重和管道失效后果指標(biāo)權(quán)重。
③ 基于綜合管廊燃?xì)夤艿缹嶋H情況,確定管道失效可能性指標(biāo)得分和管道失效后果指標(biāo)得分,結(jié)合指標(biāo)權(quán)重計算得出管道失效可能性分值和管道失效后果分值,根據(jù)管道風(fēng)險等級劃分原則,確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險等級。