城鎮燃氣管道第三方破壞因素的模糊概率分析

李　軍　張　宏

1.中國石油大學(北京)機械與儲運學院,　北京　102249;

2.中石油昆侖燃氣有限公司,　北京　100101

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城鎮燃氣管道第三方破壞因素的模糊概率分析

李軍1,2張宏1

1.中國石油大學(北京)機械與儲運學院,北京102249;

2.中石油昆侖燃氣有限公司,北京100101

隨著城鎮燃氣管網覆蓋面的擴大,燃氣事故嚴重影響城鎮公共安全。城鎮燃氣管道第三方破壞,已成為燃氣管道泄漏事故的主要因素。基于專家判斷法,識別得出城鎮燃氣管道第三方破壞的56個風險因素；采用模糊數學中的模糊集合理論,得到56個風險因素的模糊概率數值,找出薄弱環節,針對性提出防范措施,并驗證防范措施的有效性。研究成果可以指導燃氣企業加強安全管理,有效降低燃氣管道第三方破壞事故風險,提升燃氣管道系統的安全性。

城鎮燃氣管道；第三方破壞；模糊概率；風險因素；評價

0　前言

城鎮燃氣管道第三方破壞事故頻繁,已成為燃氣管道破壞的主要因素，如2015年7月20日,蘭州大學燃氣管道被第三方施工挖斷,燃氣泄漏爆炸,造成31人受傷[1]。因此,找出城鎮燃氣管道第三方破壞的風險因素,確定管道被破壞的概率,制定對應措施顯得尤為重要。

國內外對長輸管道的第三方破壞的風險評價較多[2]，美國Muhbauer W K編寫了《管道風險管理手冊》[3],英國健康與安全委員會研制了MSIHAP軟件可計算管道的失效風險[4],西南石油大學開發了輸氣管道風險評價軟件[5],中國石油管道研究中心研發了定量風險評價軟件[6]。國內對城鎮燃氣輸配系統的評價研究也較多，張增剛等人,將模糊數學引入到燃氣輸配系統的安全評估中[7]；何淑靜等人,計算得出了上海城市燃氣輸配管網的模糊失效率[8]；靳書斌等人,對高壓燃氣管道第三方破壞失效概率進行了計算[9]；黃小美等人,建立了燃氣管道失效概率評估方法[10]。城鎮燃氣管道處于人口稠密區,管道沿線施工頻繁,第三方破壞時有發生,破壞概率影響因素較多,但相應的研究較少。本文利用模糊數學中的模糊集合理論,對識別出的城鎮燃氣管道第三方破壞的風險因素計算出模糊概率數值,找出薄弱環節,針對性提出防范措施。

1　模糊概率評估計算方法

城鎮燃氣管道第三方破壞的風險因素較多,如挖掘、巡檢人員責任心不強、施工單位配合程度等,這些因素具有不確定性和隨機性。本文采用模糊數學中的模糊集合理論對其進行量化處理,采用梯形、三角形分布確定如圖1的模糊集合隸屬函數f(x),進而確定基本事件的模糊概率[11]。

圖1　自然語言的模糊數

1.1對風險因素作主觀判斷

兼顧專家意見的精確性及工作量,參考李青等人模糊重要度分析方法的研究[12],專家對風險因素可能性大小進行判斷。設定評估范圍：很小(VS)、小(S)、較小(RS)、中等(M)、較大(RL)、大(L)以及很大(VL)。

1.2通過隸屬函數量化專家意見

采用模糊集的α截集對專家評估意見進行綜合處理[13],采用圖1的隸屬函數,得到各模糊語言對應的模糊數W的關系函數：

(1)

式中：a、b分別代表自然語言模糊數的上、下限。

(2)

(3)

1.3計算模糊可能性值

根據左右模糊數排序法[14-15],將模糊數轉化為模糊可能性值FPS。該方法定義的最大模糊集和最小模糊集分別為：

(4)

則模糊數W的左右模糊可能性值分別為：

(5)

因此,模糊數W的模糊可能性值為：

FPS(W)=[FPSR(w)+1-FPSL(W)]/2

(6)

1.4將模糊可能性值轉化為模糊概率值

(7)

(8)

2　應用實例

2.1應用對象

選取某燃氣公司下屬單位某街道壓燃氣管道作案例。管道位于市中心區域,管道長度10.4 km,設計埋深1.8 m,實際平均埋深1.7 m,管材為聚乙烯材質,其中管徑160 mm長度7.2 km,管徑200 mm長度3.2 km,配有巡線人員3名,該燃氣公司有相應的巡檢制度、會簽制度、現場監護制度及應急預案等管理制度。

2.2確定專家評估小組

選取來自城鎮燃氣管道設計、施工、維修、運營、安全和科技等專業,具有現場15年以上工作經驗的6位高級工程師組成評估組，專家與該燃氣公司下屬單位無業務聯系,以確保評估的公正性。

2.3收集信息

專家評估組根據自身經驗、燃氣業務知識和參考相關資料[16-21],以及當地燃氣法規制度、生活習慣、風土人情等情況,整理成調查表,見表1。被評估單位需按照表格,提供填寫近1個月的數據,專家通過現場檢查、資料審查、人員詢問等方式進行評估。

表1城鎮燃氣管道第三方破壞調查表

序號風險因素風險因素的說明現場數據1管道周邊活動:挖掘包含挖掘的次數、深度被評估單位提供2管道周邊活動:打樁包含次數、與管道的距離被評估單位提供3管道周邊活動:鉆孔施工性質及機械道路施工、大型軋路機4施工單位資質手續是否齊全被評估單位提供5施工作業人員素質作業人員來源被評估單位提供6地上施工缺陷描述施工方法及與管道距離被評估單位提供7人員誤操作指非蓄意破壞產生的誤操作,明確動作形式被評估單位提供8交通意外指車輛對燃氣設施造成的危害此段為地下管段,無地上設施9法律責任追究程度指法律追責與造成危害程度匹配情況被評估單位提供10執法力度指執法部門對第三方施工監管力度情況被評估單位提供11法律完善情況指對第三方監管的法律制度完善情況相關法規12巡檢制度指企業巡檢制度能否滿足第三方管控要求專家評審巡線管理制度完善情況13巡檢人員責任心巡檢人員工作態度專家現場調查14發現施工跡象能力巡檢人員發現施工跡象能力與工作需要是否匹配專家現場調查15與居民物業關系是否與管網附近居民物業建立有效聯動專家審查資料16與企業關系是否與管網附近企業建立有效聯動專家審查資料17與政府關系是否與當地政府建立有效聯動專家審查資料18施工單位配合程度施工單位是否按照燃氣企業要求進行施工作業專家現場調查19竣工資料完整程度竣工資料是否完整專家審查資料20管道定位情況燃氣管道是否能夠準確定位專家審查資料21管道資料更新情況管道資料是否按路由變化及時更新記錄專家審查資料22保護方案是否根據施工條件編制有效保護方案專家審查資料23內部信息傳達會簽、保護方案、應急預案等是否有效傳達到現場監護人員專家審查資料24內部信息交接監護人員交接班信息是否有效傳遞專家審查資料25與建設方交底與建設方是否有效進行技術交底專家審查資料26與現場人員交底與現場具體施工人員是否進行有效技術交底專家審查資料27管道現場防護是否按照保護方案進行有效防護專家審查資料28工程機具使用情況工程機具使用情況是否滿足管道保護的要求專家現場調查29安全距離施工點與管道距離是否滿足會簽要求專家現場調查30管道信息管道路由、標高、管徑、材質等信息是否準確完整專家審查資料31回填土質是否符合要求回填材料是否滿足對管道的保護要求專家審查資料32埋深情況管道埋深是否達到保護要求專家審查資料33回填機具使用情況回填機具的使用是否滿足對管道的保護要求專家現場調查34監護時段監護事件是否滿足現場需要專家審查資料35現場人員執行力監護人員是否按照監護方案進行監護并達到預期效果專家現場調查36護欄立柱間距護欄立柱間距不大于120mm專家現場調查37護欄完整性是否有護欄或護欄是否完整專家現場調查38護欄立柱高度高度不小于1500mm專家現場調查39護欄與設施隔離間距不小于750mm專家現場調查40材料強度是否能夠滿足抗沖擊要求專家現場調查41警戒色使用是否按照規定使用警戒色專家現場調查42抗沖擊緩沖間距護欄與設施間距能否滿足抗沖擊要求專家現場調查43防墜措施是否采取防墜措施并達到強度要求專家現場調查44支撐情況對管道的支撐是否能滿足對管道保護要求專家現場調查45標志質量標志質量是否達到使用要求專家現場調查

2.4評估風險因素

被評估單位填寫表1后,6位專家經過實地調查,依據自身經驗及個人知識,填寫專家評估統計表,見表2。表2涵蓋表1中56項風險因素,如管道周邊活動的挖掘、打樁、鉆孔，施工單位無證作業，施工人員能力不足，地上施工缺陷等,此處僅列舉以上6項。

2.5管段風險因素的模糊概率

根據表2,利用模糊數學中的模糊集合理論,將專家的模糊評價量化。采用MATLAB軟件,參數設置完成后,系統將自動進行計算,并將計算結果輸出到excel表格中,得到管段風險因素模糊概率,見表3。

表2專家評估統計表

序號風險因素打分專家一專家二專家三專家四專家五專家六1管道周邊活動:挖掘VLRLVLVLVLVL2管道周邊活動:打樁RSMRLLLM3管道周邊活動:鉆孔MLMVLLL4施工單位無證作業VLLRLVLRLVL5施工人員能力不足VLVLVLVLVLVL6地上施工缺陷VSRSVSSRSM

表3管段風險因素模糊概率統計表

序號風險因素模糊概率序號風險因素模糊概率1施工人員能力不足0.08550129管道周邊活動:鉆孔0.0168642施工單位不配合0.07128730無有效保護方案0.0167983巡檢人員責任心不強0.06676631監護責任追究不到位0.0157364管道周邊活動:挖掘0.05501732管道占壓0.0150215執法力度不足0.05335733安全常識宣傳不足0.0133886現場人員執行力不夠0.05189834監控激勵措施不足0.0127127管道無法準確定位0.04572135回填土質不符合要求0.0104488支撐失效0.04425436與政府關系不和諧0.0098249埋深不足0.04398237與居民物業不和諧0.00979710機具碰撞0.03905438與企業關系不和諧0.00979711發現施工跡象能力不足0.03724839人員誤操作0.00944512監護時段不合理0.03688740使用不當0.00940613巡檢考核失效0.03668341無舉報制度0.00929214資料缺失0.03614242機具碾壓0.00847215法律不完善0.03612643管道周邊活動:打樁0.00808916施工單位無證作業0.03429544質量缺陷0.00759817未與現場人員交底0.03255245地下防護缺失0.00741618領導重視不足0.03026446無防墜措施0.00585619管道資料未更新0.02990647警示信息不完整0.00531820安全距離不足0.02949648緩沖間距不足0.00498221遮擋防護失效0.02946349防護材料強度不足0.00493522第三方管控流程不完善0.02848350護欄缺失0.00418523法律責任追究不夠0.02580751護欄與設施隔離不足0.00349524內部信息傳達不暢通0.02467752護欄立柱間距不夠0.00349525內部信息交接不通暢0.02467753護欄立柱高度不足0.00286426未與建設方交底0.02093554警戒色使用不當0.00229127法制宣傳不足0.01827155地上施工缺陷0.00064228培訓不足0.01790656交通意外0.000537

3　防范措施

對評價出的風險因素,通過實施相應的管控措施后,進行風險降低決策及決策優化。實施6個月后,再按上述過程進行評估計算,計算出管道風險因素模糊概率均已下降,驗證對薄弱環節所采用的管控措施是可行的。主要風險因素相應的管控措施見表4。

表4主要風險因素相應的管控措施

風險因素相應的管控措施采取管控措施后風險因素的概率施工人員能力不足增加現場管道及設備設施保護的指導0.002593施工單位不配合通過政府職能部門與施工單位加強溝通0.003875巡檢人員責任心不強對巡檢人員進行培訓,明確崗位職責,增加獎懲力度0.000271管道周邊活動:挖掘按照挖掘作業方法確定現場管控措施0.005227執法力度不足與政府相應部門進行溝通,促進執法力度0.009727現場人員執行力不夠對現場人員進行培訓,明確崗位職責,增加獎懲力度0.000394發現施工跡象能力不足對巡檢人員進行培訓,提升能力0.001101監護時段不合理結合施工進度制定監護時間0.000913巡檢考核失效完善巡檢制度0.000347資料缺失通過現場勘查,與工程技術人員溝通,補全資料0.005628法律不完善向政府部門建議,完善有關第三方破壞的法律法規0.005986施工單位無證作業會簽時審查施工單位資質,杜絕無證施工0.001778管道資料未更新根據現場變化,及時更新管道資料0.001679法律責任追究不夠向人大或政府提出意見,完善相關法律法規的責任追究條款0.000347管道周邊活動:鉆孔按鉆孔管控要求加大監管1.1×10-5

4　結論

1)基于專家判斷法,結合當地燃氣法規制度、地域特點、燃氣使用等情況,整理得到城鎮燃氣管道第三方破壞的56個風險因素。

2)基于模糊數學中的模糊集合理論,對城鎮燃氣管道第三方破壞的56個風險因素進行量化處理,計算得出模糊概率數值。

3)對評價出的主要風險因素,通過實施相應的管控措施后,進行風險再評價,驗證措施的有效性。通過驗證,此方法對燃氣管道進行第三方破壞分析評價具有實際意義,能夠查找存在的薄弱環節,提高可靠性。

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2015-12-29

國家自然科學基金項目(51534008)

李軍(1979-),男,山東泰安人,高級工程師,博士研究生,主要從事城市燃氣安全管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.024