基于熵理論的鄰近天然氣管道爆破施工風險評價*

陳雪鋒　蒲傳金　肖定軍　李禹錫　王俊青　姜　銳

(1.西南科技大學環境與資源學院；2.非煤礦山安全技術四川省高等學校重點實驗室)

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基于熵理論的鄰近天然氣管道爆破施工風險評價*

陳雪鋒1,2蒲傳金1,2肖定軍1,2李禹錫1,2王俊青1,2姜銳1,2

(1.西南科技大學環境與資源學院；2.非煤礦山安全技術四川省高等學校重點實驗室)

摘要為保證鄰近天然氣管道爆破施工安全、順利實施，預防和減少事故的發生，對其風險評價進行研究，提出包括爆破設計方案、施工過程、爆區環境條件、安全管理與監督4個1級指標及16個2級指標的爆破施工風險評價指標體系，建立基于熵理論的爆破施工風險評價模型，通過鄰近陜京天然氣管道劉家嘴大橋橋樁爆破施工應用表明：利用模型能夠得出不同指標對爆破施工風險等級的影響程度，進而為針對性地采取措施降低風險等級提供理論依據。

關鍵詞爆破施工風險評價熵理論風險等級

隨著國家建設的發展，爆破技術在基礎建設、礦山開采等領域的運用越來越頻繁，使得人們對爆破工程實施的安全性要求越來越高。不僅需要充分利用炸藥的能量，完成工程的目的，而且還要控制爆破產生的有害效應，避免事故的產生[1]，特別是近年來，大量的天然氣管道投入使用，不可避免地需要在管道附近進行爆破施工。因此，既確保施工順利的實施，又不影響鄰近天然氣管道等建(構)筑物的安全，對于爆破工程具有極其重要的現實意義。

風險管理的出發點是預防為主，及早識別隱患、評估風險是管理的關鍵，核心內容是風險的識別和評價。運用科學系統的方法對施工進行全面地風險識別、評價，得到施工中影響安全因素的指標的重要和復雜程度，對其進行區別對待，就能夠達到利用盡可能少的資源，取得最大安全管理效益的目的[2]?；谶@些理念，本文開展鄰近天然氣管道爆破施工風險評價模型的研究，為降低類似工程施工風險提供理論依據。

1安全風險評價指標體系的構建

影響鄰近天然氣管道爆破施工安全的因素很多，包括爆破設計方案、施工過程、爆區環境條件，管理也是事故致因的一個重要的“背后”因素[3]。在以往研究成果的基礎上，以全面性、簡潔性、可操作性為原則[4]，結合鄰近天然氣管道橋樁爆破工程的實際情況，構建了爆破施工風險評價指標體系，見表1。

表1　鄰近天然氣管道爆破施工風險評價指標體系

2安全風險等級的劃分

在風險評價過程中，需要制定合理的風險評價等級。由于各行業的情況和條件不同，風險等級的劃分有所不同。本文將爆破施工風險分為5個等級，見表2。

表2　風險等級表

3爆破施工安全風險評價模型

3.1指標風險等級隸屬度

(1)設計調查表格，獲取原始資料。通過聘請相關專家，結合爆破施工的實際情況，分別評價各2級指標的風險等級，進而得到對應2級指標風險級別的初始數據。

(2)計算2級指標風險等級隸屬度。計算公式為

(1)

式中，D為專家數目；m為劃分風險的等級；Xijk為專家對2級指標Bij的評判屬于風險等級中第k個級別的數量；rijk為指標Bij相對于風險等級中第k個級別的隸屬度。

(3)計算1級指標風險等級隸屬度。計算公式為

(2)

式中，rik為1級指標Bi對于風險等級中第k個級別的隸屬度；n為第i個1級指標下面的2級指標的個數；Wij為指標Bij的權重。

則可以得出風險等級隸屬度矩陣：

式中，Ri為第i個1級指標風險等級的隸屬度向量。

3.2指標權重

在鄰近管道爆破施工風險評價中，指標權重對評價結果有著重要的影響，因此，合理確定各指標的權重是實現科學合理評價的關鍵問題之一。常見的權重計算方法分為主觀賦權法和客觀賦權法，主觀賦權法能夠充分的利用專家的知識，但難免存在較大的主觀性；客觀賦權法中的熵值法則能將這種主觀性降至最低[5]。因此，本文采取熵值法求各級指標權重。

熵的概念源于熱力學，是對系統狀態不確定性的一種度量。熵權法是一種客觀賦權法，擁有較高的可信度。通過計算各評價指標的信息熵，再根據信息熵的大小來確定權重。信息熵越小，則信息的效用值越大，指標的權重也越大；信息熵越大，則信息的效用值越小，評價指標的權重也越小[6]。

根據熵值法，2級指標權重Wij的計算公式

(3)

(4)

1級指標的權重Wi計算公式為

(5)

(6)

3.3風險評價等級

鄰近管道爆破施工風險等級的評價向量A計算公式為[8]A=WR=(W1W2W3W4)T(R1R2R3R4) ，

(7)

式中，W為1級指標權重向量；R為1級指標風險等級的隸屬度矩陣。

4風險評價模型的應用

劉家嘴大橋屬于榮烏高速公路河北徐水至淶源段LJSG-6合同段，該橋跨越陜京天然氣管道，共有基樁36根，所有樁基采用爆破作業。由于樁基距離陜京天然氣管道最小距離僅9.62 m，一旦爆破引起管道破裂，致使天然氣泄漏甚至爆炸，將造成嚴重的經濟損失和惡劣的社會影響。因此，按照以上建立的模型對橋樁爆破進行風險評價。

4.1指標隸屬度的計算

根據現場的實際情況，邀請10位專家進行問卷調查，得到原始數據，見表3。

表3　鄰近天然氣管道爆破施工風險評價指標調查結果

根據式(1)得出2級指標的隸屬度，根據式(3)、式(4)，求出2級指標的權重，結果見表4。

根據式(2)求出1級指標風險等級的隸屬度，結果見表5。

表4　2級指標風險等級隸屬度及權重

表5　1級指標風險等級的隸屬度

4.2指標權重的計算

根據計算式(5)、式(6)計算出1級指標的權重，結果見表6。

表6　鄰近天然氣管道爆破安全風險評價

4.3總體風險評價等級的確定

根據式(7)計算得到鄰近天然氣管道爆破施工總體風險等級的評價向量A。

4.4風險評價結果分析

根據表4計算的各2級指標權重可以得出：

(1)爆破施工方案因素B1對總體評價目標安全風險影響最大的是設計方案及爆破參數的合理性B12、設計所依據資料的完整性和可靠性B13，表明在設計爆破施工方案時，應選取合理的爆破參數，如起爆藥量、孔距、孔徑、孔深等，保證設計所依據資料的完整性和可靠性。

(2)爆破過程因素B2對總體評價目標安全風險影響最大的是施工對設計方案的執行情況B23，表明在爆破施工過程中，應嚴格按照設計方案施工。

(3)爆區環境條件因素B3對總體評價目標安全風險影響最大的是爆源與管道之間的相對距離B32，表明應注意相對距離的變化會帶來風險程度的變化。

(4)安全管理與監督因素B4對總體評價目標安全風險影響最大的是安全管理人員資質B44，說明爆破施工安全管理應配備具有相應資質且有豐富經驗的人員。

根據表6對各1級指標權重的計算結果可以看出，對爆破施工安全風險影響最大的是安全管理與監督B4，表明鄰近天然氣管道爆破施工首先應加強施工現場的安全管理與監督。

通過總體評價向量A，并結合隸屬度準則，可以得出該次爆破施工最終的風險等級為較安全。

5結論

通過構建鄰近天然氣管道爆破施工風險評價指標體系，建立基于熵理論的鄰近天然氣管道爆破施工風險評價模型，應用該模型對榮烏高速公路劉家嘴大橋爆破施工對鄰近陜京天然氣管道影響進行風險評價，研究結果表明，本次爆破施工較安全，該模型能夠較好反映鄰近天然氣管道爆破施工風險水平,該方法在類似工程中具有一定的借鑒作用。

參考文獻

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[3]聶志龍，劉永強，方國華.層次分析法在爆破安全管理中的應用[J].爆破，2007,24(4)：85-88.

[4]羅德江，吳尚昆，郭科.基于組合權-灰色關聯分析法的礦山資源開發利用綜合評價[J].金屬礦山，2015(2)：20-25.

[5]趙萱，張權，樊治平.多屬性決策中權重確定的主客觀賦權法[J].沈陽工業大學學報,1997,19(4):95-98.

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[7]陽富強，吳超.基于未確知測度理論的硫化礦石爆堆自燃危險性評價[J].中南大學學報:自然科學版，2010,41(6)：2373-2377。

[8]趙廣金.基于熵理論的礦山企業安全風險管理水平研究[J].中國安全科學學報，2012，22(3)：73-77.

(收稿日期2015-11-04)

*四川省教育廳青年基金項目(編號：10zd10110)。

陳雪鋒(1985—)，男，碩士研究生，621010 四川省綿陽市。