基于WBS-RBS與RS方法的油氣管道穿越工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

顏麗敏，李千登，王云龍

(中國(guó)石化安全工程研究院，山東 青島 266071)

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基于WBS-RBS與RS方法的油氣管道穿越工程風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究

顏麗敏，李千登，王云龍

(中國(guó)石化安全工程研究院，山東 青島 266071)

摘要：針對(duì)油氣管道穿越工程的具體實(shí)際情況，提出了WBS-RBS與RS相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法。該方法以油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，利用WBS-RBS方法全面識(shí)別施工過(guò)程中的各項(xiàng)HSE風(fēng)險(xiǎn)，并在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的過(guò)程中引用RS理論確定各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重。WBS-RBS與RS相結(jié)合的評(píng)估方法有效規(guī)避了其他方法如層次分析法的主觀性強(qiáng)、計(jì)算過(guò)程繁瑣等弱點(diǎn)，并可計(jì)算得到施工過(guò)程中各項(xiàng)作業(yè)單元風(fēng)險(xiǎn)度及風(fēng)險(xiǎn)因素的排序，直觀地展示需重點(diǎn)注意的作業(yè)工序，以為工程建設(shè)人員快速制定風(fēng)險(xiǎn)決策提供科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：油氣管道穿越工程；WBS-RBS；RS；河流開挖；風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

油氣管道穿越工程具有投資大、施工條件惡劣、施工周期短、施工技術(shù)要求高的特點(diǎn)，決定了施工過(guò)程中蘊(yùn)含著諸多風(fēng)險(xiǎn)，如塌方、機(jī)械傷害、人身傷害等，對(duì)人員生命和財(cái)產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。因此，對(duì)油氣管道穿越工程進(jìn)行全面、系統(tǒng)和準(zhǔn)確的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別和評(píng)價(jià)[1-3]，并將評(píng)價(jià)結(jié)果作為采取相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)控制和決策的依據(jù)，對(duì)保證油氣管道穿越工程施工安全平穩(wěn)運(yùn)行，保障人員的生命財(cái)產(chǎn)以及整個(gè)國(guó)家社會(huì)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定有著極為重要的意義。

在風(fēng)險(xiǎn)管理過(guò)程中，風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別是基礎(chǔ)，只有全面有效地識(shí)別了風(fēng)險(xiǎn)，才能對(duì)風(fēng)險(xiǎn)的屬性和大小進(jìn)行判斷，并最終制定行之有效的風(fēng)險(xiǎn)控制措施。而基于作業(yè)分解-風(fēng)險(xiǎn)分解[4-6](WorkBreakdownStructure-RiskBreakdownStructure，WBS-RBS)與粗糙集(RoughSet，RS)理論[7-8]相結(jié)合的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法既能把握項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)全局，又能兼顧風(fēng)險(xiǎn)細(xì)節(jié)，因此本文利用WBS-RBS與RS相結(jié)合的方法對(duì)油氣管道穿越工程——河流開挖施工進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)研究。

1油氣管道穿越工程HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)模型

1.1WBS-RBS方法的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

WBS-RBS方法是一種既能用來(lái)把握油氣管道穿越工程的全局，又能深入到工程施工具體細(xì)節(jié)的工程風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)方法。該方法風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別的步驟如下：

(1) 明確風(fēng)險(xiǎn)的范圍。即在開展風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)工作前，根據(jù)項(xiàng)目的特點(diǎn)及風(fēng)險(xiǎn)管理的總體需求，明確辨識(shí)的對(duì)象和邊際。

(2) 構(gòu)建WBS分解圖。按照工程項(xiàng)目施工結(jié)構(gòu)及工藝結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，將各項(xiàng)工作自上而下一層層分解，直至將工程項(xiàng)目分解成相對(duì)獨(dú)立、易于管理的較小工作單元。

(3) 構(gòu)建RBS分解圖。將整個(gè)工程項(xiàng)目可能存在的風(fēng)險(xiǎn)因素按照一定的層級(jí)細(xì)化延伸。

(4) 構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別圖。將WBS與RBS細(xì)化的項(xiàng)目聯(lián)系起來(lái)構(gòu)建一個(gè)耦合矩陣，構(gòu)成風(fēng)險(xiǎn)與作業(yè)活動(dòng)的映射關(guān)系。矩陣上每一個(gè)元素ai,j表示第j個(gè)作業(yè)單元的第i種風(fēng)險(xiǎn)源的存在情況。

1.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

格雷厄姆(K．J．Graham)和金尼(G．F．Kinney)提出了一種對(duì)潛在作業(yè)環(huán)境中的風(fēng)險(xiǎn)源進(jìn)行評(píng)價(jià)的方法——LEC法，該方法主要用來(lái)評(píng)價(jià)作業(yè)條件的危險(xiǎn)性，屬半定量分析法，其計(jì)算公式如下：

DLEC=L×E×C

上式表示施工作業(yè)條件中風(fēng)險(xiǎn)大小(DLEC)是由發(fā)生事故的可能性大小(L)、暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度(E)以及發(fā)生事故產(chǎn)生的后果(C)決定的。

評(píng)估小組對(duì)施工作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行識(shí)別，并參考格雷厄姆和金尼提出的LEC作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)定量化標(biāo)準(zhǔn)[9]，對(duì)發(fā)生事故的可能性大小(L)、暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度(E)以及發(fā)生事故產(chǎn)生的后果(C)進(jìn)行賦值,并依據(jù)DLEC=L×E×C公式計(jì)算其風(fēng)險(xiǎn)大小。

1.3RS理論確定權(quán)重

油氣管道穿越工程施工過(guò)程中存在的風(fēng)險(xiǎn)因素與員工健康及安全和生態(tài)環(huán)境緊密相連，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估過(guò)程中，有些定量的評(píng)分很難用一個(gè)分值來(lái)反映實(shí)際情況，如操作人員能力評(píng)估，這些模糊量的分析因評(píng)估者的能力、經(jīng)驗(yàn)而異，即因評(píng)估者不同賦予的權(quán)重值也不同，最終對(duì)整個(gè)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不同的影響。

目前最常見的計(jì)算權(quán)重的方法是AHP(層次分析法[10])，但這種方法具有計(jì)算繁瑣、精確度不高、主觀性太強(qiáng)等局限性，往往憑借人的主觀經(jīng)驗(yàn)及其他知識(shí)確定相關(guān)的數(shù)據(jù)，極易造成決策的失誤。因此，本文運(yùn)用RS理論來(lái)解決油氣管道穿越工程——河流大開挖施工的風(fēng)險(xiǎn)影響因素的權(quán)重問(wèn)題。RS理論是由波蘭科學(xué)家Pawlak在1982年提出的一種能夠處理不精確、不一致、不完整信息與知識(shí)的數(shù)學(xué)工具。它的一個(gè)重要特點(diǎn)就是只依賴于數(shù)據(jù)本身，不需要樣本之外的先驗(yàn)知識(shí)或者附加信息，因此挑選出來(lái)的決策屬性可以避免主觀性。

定義1一個(gè)信息系統(tǒng)S可以表示為一個(gè)四元組S={U，R，V，f}，其中,論域U={x1,x2,…，xm},R={r1,r2,…,rm},包括條件屬性C和決策屬性D;V=Ur∈RVr,Vr是屬性r的值域;f:U×R→V是一個(gè)信息函數(shù)，即?r∈R,x∈U,f(x,r)∈Vr。

定義2U按決策屬性D的分類由U/D表示，分類方法為：當(dāng)di=dj，i,j=1,2,…,n且i≠j時(shí)，將Ui與Uj歸為一類;則U按決策屬性D的分類由U/D={(Ui,…,Uj),…,(Uk,…,Ul)},i,j,k,l=1,2,…,n且i≠j≠k≠l決定的。

U按條件屬性C的分類由U/C表示，去掉屬性Ci以后U按條件屬性C的分類由U/(C-Ci)表示，分類方法類似。

定義3條件屬性Ci關(guān)于決策屬性D的重要度可表示為ki,即

ki=rc(D)-rc-ki(D)

(1)

式中:rc(D)表示條件屬性C關(guān)于D的重要度，rc(D=card(posC(D))/card(U);rc-ki(D)表示去掉屬性Ci，條件屬性C關(guān)于D的重要度,rc-ki(D)=card(posc-ki(D))/card(U)。

其中，card(posC(D)表示分類集合posC(D)的個(gè)數(shù)，若分類集合U/C中的一些分類是分類集合U/D中的某一分類的子集，則這些U/C的分類構(gòu)成的集合由posC(D)表示。

根據(jù)公式(1)計(jì)算得到條件屬性Ci(i=1,2,…,n)關(guān)于決策屬性D的重要度，對(duì)條件屬性Ci的重要度進(jìn)行歸一化處理，計(jì)算條件屬性Ci(i=1,2,…,n)的權(quán)重ωi，即

(2)

1.4風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算

由LEC法確定了風(fēng)險(xiǎn)源的風(fēng)險(xiǎn)值以及RS理論法確定了各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素的權(quán)重系數(shù)λ后，作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算公式如下:

2實(shí)例應(yīng)用與分析

油氣管道穿越工程包括頂管作業(yè)施工、河流開挖施工、定向鉆作業(yè)施工，不同施工類型風(fēng)險(xiǎn)種類和大小存在差異，因此本文以國(guó)內(nèi)某油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，說(shuō)明WBS-RBS與RS方法相結(jié)合進(jìn)行油氣管道穿越工程——河流開挖施工風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的具體過(guò)程。

某油氣管道穿越長(zhǎng)度為1 178m，穿越管徑分別為φ529×8套、φ377×7套，管溝施工方式一次爆破成溝，總藥量60.5t，穩(wěn)管方式復(fù)壁環(huán)形空間注水泥漿。依據(jù)《生產(chǎn)過(guò)程危險(xiǎn)和有害因素分類代碼》、《職業(yè)病危害因素分類目錄》、《企業(yè)職工傷亡事故分類標(biāo)準(zhǔn)》等標(biāo)準(zhǔn)，由具備相關(guān)工程經(jīng)驗(yàn)的專家對(duì)該油氣管道穿越工程——河流開挖施工風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，將河流開挖施工的風(fēng)險(xiǎn)影響因素分為職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)、安全風(fēng)險(xiǎn)、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，并分析這三者各自的影響因素，詳見圖1。

圖1　油氣管道穿越工程——河流開挖施工HSE　　　風(fēng)險(xiǎn)影響因素Fig.1　HSE risk factors of the oil and gas pipeline crossing　　　project — the river excavation construction

2.1基于WBS-RBS方法的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別

(1) 構(gòu)建WBS。根據(jù)工程施工工藝特點(diǎn)，某油氣管道穿越工程——河流開挖施工作業(yè)分解為7個(gè)階段：勘察測(cè)量，作業(yè)帶清理、道路修筑，圍堰、倒流，河道開挖作業(yè)，焊接、防腐、下溝，管道回填、圍堰拆除，地貌恢復(fù)。

(2) 構(gòu)建RBS。RBS采用圖1中的HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，共分為3層。

(3) 建立WBS-RBS耦合矩陣。橫坐標(biāo)為RBS，縱坐標(biāo)為WBS，橫坐標(biāo)與縱坐標(biāo)的交叉部分ai,j表示第j個(gè)作業(yè)單元的第i種風(fēng)險(xiǎn)值的大小，從而建立了“作業(yè)”與“風(fēng)險(xiǎn)”的關(guān)聯(lián)，最終形成WBS-RBS耦合矩陣。0表示作業(yè)單元j不產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)i；ai,j表示作業(yè)單元j發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)事件i的大小程度。

2.2風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)

某油氣管道穿越工程——河流開挖施工第j個(gè)作業(yè)單元的第i種風(fēng)險(xiǎn)的大小可采用下式計(jì)算：

DLEC=L×E×C

其中ai,j發(fā)生事故的可能性大小(L)、暴露在危險(xiǎn)環(huán)境中的頻繁程度(E)以及發(fā)生事故產(chǎn)生的后果(C)的值可參考格雷厄姆和金尼提出的LEC作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)定量化標(biāo)準(zhǔn)得到，則可得出某油氣管道穿越工程——河流開挖施工WBS-RBS耦合矩陣，見表1。

2.3RS理論確定權(quán)重

經(jīng)過(guò)管道項(xiàng)目專家和安全管理部門專家的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查和討論，分別對(duì)某油氣管道穿越工程——河流開挖施工的風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行評(píng)價(jià)，則評(píng)價(jià)分析的結(jié)果記為論域U。限于篇幅，本文僅選取其中的8組評(píng)價(jià)結(jié)果，并以河道開挖作業(yè)(W4)這個(gè)作業(yè)單元的職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)RH為例，說(shuō)明RS理論確定各風(fēng)險(xiǎn)影響因素權(quán)重的方法。

由于河道開挖作業(yè)中不存在焊接操作不當(dāng)或防護(hù)不到位R15這項(xiàng)職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)，所以示例中僅對(duì)前4個(gè)職業(yè)危害風(fēng)險(xiǎn)即施工噪聲R11、施工粉塵R12、高溫高濕環(huán)境R13、有毒有害化學(xué)物質(zhì)R14進(jìn)行分析。W4作業(yè)單元的職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)RH評(píng)價(jià)結(jié)果：論域記為URH,W4={x1,x2,…,x8}，條件屬性C={R11，R12,R13,R14}，決策屬性D={1,2}，數(shù)值1和2表示可承擔(dān)和不可承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)；V={1,2,3,4}，數(shù)值1、2、3、4分別表示風(fēng)險(xiǎn)為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)和嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)，風(fēng)險(xiǎn)程度越高，表示需要的整改措施越迫切。構(gòu)造W4作業(yè)單元職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)RH評(píng)價(jià)決策，詳見表2。

按照公式(1)、(2)，可分別計(jì)算各個(gè)指標(biāo)的重要度，其計(jì)算過(guò)程如下：

(1) 計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)影響因素的權(quán)重值：河道開挖作業(yè)(W4)職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)RH各風(fēng)險(xiǎn)影響因素的權(quán)重值為

表1　某油氣管道穿越工程——河流開挖施工WBS-RBS耦合矩陣

表2　河道開挖作業(yè)(W4)職業(yè)健康危害風(fēng)險(xiǎn)R1評(píng)價(jià)決策

U/D={(1,5,6,7),(2,3,4,8)}

U/C={1,2,3,4,5,6,7,8,9,10}

U/(C-C1)={1,(2,4,6),3,5,7,8}

則計(jì)算得

k1=rc(D)-rc-ki,1(D)=1-0.625=0.375

同理,可計(jì)算得到其他指標(biāo)的重要度分別為k2=0.25，k3=0.125，k4=0.25,各指標(biāo)的重要度滿足歸一化要求，則可得到各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重為：ω11=0.375,ω12=0.25,ω13=0.125,ω14=0.25。

同理，可計(jì)算得到河道開挖作業(yè)(W4)安全風(fēng)險(xiǎn)RS、環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)RE各風(fēng)險(xiǎn)影響因素的權(quán)重值。

(2) 計(jì)算各風(fēng)險(xiǎn)影響因素的總權(quán)重值：每個(gè)風(fēng)險(xiǎn)因素的總權(quán)重值為各自的權(quán)重值與對(duì)應(yīng)的準(zhǔn)則層的權(quán)重值的乘積，如R11的總權(quán)重值為

ωR11=ω11×ωRH=0.375×0.064 7=0.024 26≈0.024 3

同理，可計(jì)算得到其他風(fēng)險(xiǎn)影響因素的總權(quán)重值，其計(jì)算結(jié)果見表3。

表3　河道開挖作業(yè)(W4)各風(fēng)險(xiǎn)影響

由表3可見，風(fēng)險(xiǎn)影響因素總權(quán)重值越大，其風(fēng)險(xiǎn)值(見表1)也越大，符合實(shí)際情況，由此可知利用RS理論得到的權(quán)重值可靠性、客觀性高，符合實(shí)際情況。

2.4風(fēng)險(xiǎn)度計(jì)算和評(píng)價(jià)結(jié)果分析

(1) 根據(jù)表3可知，河道開挖作業(yè)(W4)的主要風(fēng)險(xiǎn)是爆破作業(yè)操作不當(dāng)R26、施工支護(hù)不當(dāng)R28、起重機(jī)械故障或使用不當(dāng)R211、設(shè)備停放位置或安全間距不當(dāng)R23、作業(yè)人員操作不當(dāng)R22共5個(gè)風(fēng)險(xiǎn)影響因素，其中爆破作業(yè)操作不當(dāng)R26、施工支護(hù)不當(dāng)R28是嚴(yán)重高風(fēng)險(xiǎn)，極易造成重特大傷亡，因此除了對(duì)施工進(jìn)行監(jiān)管，嚴(yán)格按照操作規(guī)程作業(yè)外，還應(yīng)制定相應(yīng)預(yù)案，以便事故發(fā)生時(shí)能夠?qū)p失降低到最低水平。另外，起重機(jī)械故障或使用不當(dāng)R211、設(shè)備停放位置或安全間距不當(dāng)R23、作業(yè)人員操作不當(dāng)R22是在施工過(guò)程中比較常見的，極易發(fā)生事故，也應(yīng)給予一定的重視，并制定相應(yīng)的控制措施。

(2) 同河道開挖作業(yè)(W4)一樣，根據(jù)上述計(jì)算步驟可以對(duì)油氣管道穿越工程各個(gè)作業(yè)的風(fēng)險(xiǎn)影響因素的風(fēng)險(xiǎn)度進(jìn)行計(jì)算并定級(jí)，從而根據(jù)不同的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)制定不同級(jí)別的控制措施。

3結(jié)論

WBS-RBS與RS是一種評(píng)判油氣管道穿越工程典型風(fēng)險(xiǎn)和計(jì)算工程項(xiàng)目總風(fēng)險(xiǎn)度的行之有效、可操作性強(qiáng)的方法，評(píng)價(jià)結(jié)果具有客觀、全面、系統(tǒng)性。本文以油氣管道穿越工程——河流開挖施工為例，利用WBS-RBS與RS方法對(duì)其進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)，得到結(jié)論如下：

(1) 建立WBS-RBS耦合矩陣，分別對(duì)施工作業(yè)和作業(yè)中的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行細(xì)化、分解，打破以往對(duì)項(xiàng)目施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)的片面性，規(guī)避了因風(fēng)險(xiǎn)辨識(shí)不全面帶來(lái)的弊端。

(2) 采用粗糙集(RS)理論確定工程各項(xiàng)作業(yè)單元風(fēng)險(xiǎn)影響因素的權(quán)重，改進(jìn)了以往主觀的經(jīng)驗(yàn)判斷法。根據(jù)計(jì)算所得權(quán)重值對(duì)各個(gè)作業(yè)單元的風(fēng)險(xiǎn)影響因素進(jìn)行排序，并與LEC法的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行比較，兩者相符，從而達(dá)到驗(yàn)證權(quán)重值的客觀性的目的。

(3) WBS-RBS與RS相結(jié)合的油氣管道穿越工程HSE風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法既能從整體上把握工程項(xiàng)目的全局，又能從細(xì)節(jié)上清楚風(fēng)險(xiǎn)對(duì)各作業(yè)單元的影響狀況，使得油氣管道穿越工程中的風(fēng)險(xiǎn)分析更加細(xì)致、系統(tǒng)，具有邏輯性和層次性，有利于河流穿越工程的HSE風(fēng)險(xiǎn)管理。該方法具有普遍性，可推廣至整個(gè)油氣管道工程或其他工程項(xiàng)目，在一定程度上可為其HSE管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

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Risk Assessment on Oil and Gas Pipeline Crossing ProjectBasedontheWBS-RBSandRSMethods

YANLimin,LIQiandeng,WANGYunlong

(SINOPEC Safety Engineering Institute,Qingdao 266071,China)

Abstract:Focusing on actual situation of the oil and gas pipeline crossing project,this paper presents a risk evaluation method combining WBS-RBS and RS.Taking the oil and gas pipeline crossing project,excavation of the river,as an example,the paper adopts the WBS-RBS method to comprehensively identify the HSE risks during construction,and determines the weight of each risk factor by citing RS theory.The assessment method of WBS-RBS combined with RS effectively avoids strong subjectivity and complicated calculation of other methods such as Analytic Hierarchy Process(AHP).The calculated risk level of each work unit and the sequence of the risk factors shows directly the operation process which should be focused on,which provides the scientific basis for engineers and technicians to make risk decisions faster.

Key words:oil and gas pipeline crossing project；WBS-RBS；RS；river excavation；risk assessment

文章編號(hào)：1671-1556(2016)03-0135-05

收稿日期：2015-08-13修回日期：2016-01-20

作者簡(jiǎn)介：顏麗敏(1982—)，女，碩士，工程師，主要從事HSE管理方面的研究工作。E-mail：limin_613@163.com

中圖分類號(hào)：X937；TE973.4

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.13578/j.cnki.issn.1671-1556.2016.03.023