基于層次分析法的隧道機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

陳 磊 / 青海省海東公路總段麥秀隧道管理所

基于層次分析法的隧道機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)

陳 磊 / 青海省海東公路總段麥秀隧道管理所

隧道系統(tǒng)是一個(gè)龐大而復(fù)雜的系統(tǒng),其影響因素常常是灰色、模糊、難以量化的,因此很難采用單一指標(biāo)來(lái)對(duì)其進(jìn)行評(píng)價(jià),必須進(jìn)行多角度、多層次的評(píng)價(jià)。本文從設(shè)備、管理及運(yùn)營(yíng)環(huán)境3個(gè)方面,選取17項(xiàng)對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)影響較大的因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo),運(yùn)用層次分析法建立了隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系,提出一套科學(xué)的用于隧道機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)的方法。

層次分析法；隧道機(jī)電系統(tǒng)；安全評(píng)價(jià)

機(jī)電系統(tǒng)是隧道安全運(yùn)營(yíng)最關(guān)鍵的因素之一,涉及到通風(fēng)、照明、檢測(cè)和監(jiān)控等多個(gè)因素,因此采用科學(xué)的評(píng)價(jià)方法對(duì)其安全運(yùn)營(yíng)狀況作出正確評(píng)價(jià),可為隧道維護(hù)及安全運(yùn)營(yíng)決策提供重要依據(jù)。

一、層次分析法的概述

層次分析法是一種解決多目標(biāo)復(fù)雜問(wèn)題的定性與定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化的工程方法，該方法將復(fù)雜的系統(tǒng)和過(guò)程數(shù)學(xué)化、程序化，將人們主觀的定性分析定量化，將各要素之間的差異形象化、數(shù)值化，具有層次分解性、定量與定性相結(jié)合等特點(diǎn)。

二、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的建立

隧道機(jī)電系統(tǒng)從其功能劃分主要有:照明及照明控制系統(tǒng)、通風(fēng)及通風(fēng)控制系統(tǒng)、交通檢測(cè)與誘導(dǎo)控制系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)與消防系統(tǒng)、閉路電視及中控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、緊急疏散控制系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)。應(yīng)用層次分析法研究隧道機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)中的各個(gè)影響因素,并對(duì)各個(gè)因素進(jìn)行分類(lèi)、細(xì)化,確定一個(gè)三層次、多指標(biāo)的隧道機(jī)電系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)層次模型。影響系統(tǒng)安全運(yùn)營(yíng)的因素包括隧道機(jī)電設(shè)備、設(shè)備管理及運(yùn)營(yíng)環(huán)境3個(gè)方面,下屬共17個(gè)安全指標(biāo),如圖所示。

三、隧道機(jī)電系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)指標(biāo)

對(duì)隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全性進(jìn)行評(píng)價(jià), 是為了分析隧道存在的問(wèn)題與不足,進(jìn)一步提出發(fā)展方向與整改措施。分析的結(jié)論正確與否,與評(píng)價(jià)指標(biāo)的選取直接相關(guān)。評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇, 應(yīng)遵循目的性原則、系統(tǒng)性原則、可操作性和實(shí)用性原則、科學(xué)性和可靠性原則、可比性原則、指標(biāo)之間的獨(dú)立性原則、相對(duì)性原則、導(dǎo)向性原則、直觀性原則與可測(cè)性原則。按照以上原則, 隧道機(jī)電系統(tǒng)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)主要包括以下幾方面。

1、隧道重要度指標(biāo)。隧道重要度可以從用途、功能和地理特征3方面來(lái)評(píng)價(jià)。

2、運(yùn)營(yíng)環(huán)境指標(biāo)。反映運(yùn)營(yíng)環(huán)境安全影響水平的指標(biāo)有動(dòng)態(tài)指標(biāo)與靜態(tài)指標(biāo)。動(dòng)態(tài)指標(biāo)主要包括交通組織、管制速度、交通量、大型車(chē)比例、運(yùn)行速度、運(yùn)行速度方差及氣候狀況7個(gè)指標(biāo),照明亮度、等效聲級(jí)等對(duì)安全影響相對(duì)較小且一般容易控制,可不予考慮。靜態(tài)指標(biāo)主要包括道路與隧道洞口接線處運(yùn)行速度差、道路與隧道洞口運(yùn)行速度行程內(nèi)的線形一致性、道路與隧道洞口接線橫斷面的過(guò)渡、相鄰隧道的間距共4個(gè)指標(biāo)。

3、土建結(jié)構(gòu)指標(biāo)。主要有每一方向隧道孔數(shù)、隧道線形、坡度、橫通道間距、緊急停車(chē)帶間距、隧道長(zhǎng)度、車(chē)道寬度、路面橫向摩擦力系數(shù)以及路面縱向摩擦力系數(shù)9個(gè)指標(biāo), 隧道洞門(mén)形式、隧道內(nèi)壁、防排水系統(tǒng)等指標(biāo)影響較小且難以量化,可不予考慮。

4、機(jī)電系統(tǒng)指標(biāo)。機(jī)電系統(tǒng)可分為應(yīng)急救援系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)2類(lèi), 其都可用一定無(wú)故障工作時(shí)間下的可靠度來(lái)反映。應(yīng)急救援系統(tǒng)包括通風(fēng)及通風(fēng)控制系統(tǒng)、照明及照明控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、火災(zāi)檢測(cè)與報(bào)警系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)6個(gè)指標(biāo)。輔助系統(tǒng)包括閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、交通與環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)、交通控制與誘導(dǎo)系統(tǒng)、緊急電話(huà)系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)以及防雷接地系統(tǒng)6個(gè)指標(biāo)。

5、運(yùn)營(yíng)管理指標(biāo)。可從安全防范措施、應(yīng)急預(yù)案、危險(xiǎn)品運(yùn)輸車(chē)輛管理、信息發(fā)布、救援設(shè)施與隊(duì)伍、隧道管理人員培訓(xùn)、宣傳教育7個(gè)方面來(lái)評(píng)價(jià)。

四、隧道機(jī)電系統(tǒng)安全性評(píng)價(jià)方法

隧道安全評(píng)價(jià)方法按照方法特征可分為: 定性方法、定量方法、定性與定量相結(jié)合的綜合方法。常用的定性方法有安全檢查法、安全檢查表分析法、專(zhuān)家評(píng)議法、專(zhuān)家函詢(xún)法、預(yù)先危險(xiǎn)性分析、故障假設(shè)分析法等。定量方法主要有模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)判法、層次分析法、蒙特卡洛數(shù)值模擬法、CIM 模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。定性與定量相結(jié)合的方法有事故樹(shù)法、事件樹(shù)法、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指數(shù)矩陣法等。此外, 還有一些后期發(fā)展起來(lái)的改進(jìn)綜合應(yīng)用方法, 如信心指數(shù)法、模糊層次綜合評(píng)價(jià)方法、模糊事故樹(shù)法、事故樹(shù)與模糊綜合評(píng)判的組合分析法等。評(píng)價(jià)方法的選擇, 取決于評(píng)價(jià)目的和評(píng)價(jià)指標(biāo)。

1、隧道重要度評(píng)價(jià)。任何一條隧道的重要度均可從用途、功能、地理特征3方面來(lái)考察。用字母代表隧道不同方面的特征,即可通過(guò)字母相互組合描述隧道的整體特征。例如:字母組合ace表示某隧道為民用山嶺隧道,隧道等級(jí)屬于一般道路。隧道的整體特征主要有 8 種 : ace、acf、ade、adf、bce、bcf、bde、bdf。采用專(zhuān)家評(píng)議法對(duì)以上8種隧道的重要度進(jìn)行評(píng)價(jià)。該評(píng)價(jià)結(jié)果一旦被接受,就可以運(yùn)用到所有隧道重要度的評(píng)價(jià)中, 因此專(zhuān)家組成員的選取非常重要。

2、運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)。運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)主要分4個(gè)階段進(jìn)行,通過(guò)對(duì)運(yùn)營(yíng)環(huán)境的11個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)分別打分,并加以計(jì)算進(jìn)而對(duì)整個(gè)運(yùn)營(yíng)環(huán)境做出評(píng)價(jià)。具體過(guò)程如下:1)風(fēng)險(xiǎn)潛勢(shì)評(píng)價(jià)。包括交通量、大型車(chē)比例、運(yùn)行速度、運(yùn)行速度方差、氣候狀況、道路與隧道洞口接線處運(yùn)行速度差的評(píng)價(jià)。2) 安全潛勢(shì)評(píng)價(jià)。包括交通組織、管制速度、道路與隧道洞口運(yùn)行速度行程內(nèi)的線形一致性、道路與隧道洞口接線橫斷面的過(guò)渡、相鄰隧道間距的評(píng)價(jià)。3)計(jì)算分級(jí)百分比:式中,RRF為風(fēng)險(xiǎn)比率因子,可根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)分?jǐn)?shù)與風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)之間的關(guān)系換算出來(lái); SP 為評(píng)價(jià)所得的安全總分與最高安全分?jǐn)?shù)值比。4) 隧道運(yùn)營(yíng)環(huán)境等級(jí)劃分。

3、土建結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)。采用安全檢查表分析法與故障假設(shè)分析法相結(jié)合。評(píng)價(jià)過(guò)程可以分為以下3步: 建立合適的安全檢查表; 將實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)測(cè)得的評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)據(jù)值與隧道建設(shè)期間的相關(guān)設(shè)計(jì)資料、標(biāo)準(zhǔn)作比較,完成分析;編制分析結(jié)果文件。故障假設(shè)分析法鼓勵(lì)思考潛在的事故和可能導(dǎo)致的后果,可以彌補(bǔ)安全檢查表編制時(shí)經(jīng)驗(yàn)的不足;而檢查表又可以使故障假設(shè)分析法更系統(tǒng)化。因此將2種方法相結(jié)合可以互相取長(zhǎng)補(bǔ)短,最終得到更合理的評(píng)價(jià)結(jié)果。

4、機(jī)電系統(tǒng)評(píng)價(jià)。隧道機(jī)電系統(tǒng)規(guī)模大而復(fù)雜,對(duì)該系統(tǒng)的評(píng)價(jià)是一個(gè)典型的多因素、多層次問(wèn)題。通過(guò)層次分析法為機(jī)電系統(tǒng)的評(píng)價(jià)建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系并為各指標(biāo)分配權(quán)重, 最后結(jié)合綜合評(píng)價(jià)方法得出機(jī)電系統(tǒng)的安全等級(jí)。

5、運(yùn)營(yíng)管理評(píng)價(jià)。鑒于運(yùn)營(yíng)管理的7個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)多數(shù)屬于定性指標(biāo),采用專(zhuān)家評(píng)議法對(duì)隧道運(yùn)營(yíng)管理中的不安全因素進(jìn)行分析、評(píng)價(jià)。要求專(zhuān)家組評(píng)議的結(jié)論中包括:運(yùn)營(yíng)管理中的不安全指標(biāo)及相應(yīng)的整改建議, 隧道運(yùn)營(yíng)管理的安全等級(jí)。

總之，公路隧道作為特殊路段,具有易發(fā)生事故及事故危害程度大、難于處理的特點(diǎn),是公路運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的瓶頸路段。應(yīng)用層次分析法的原理和方法,結(jié)合公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能及公路隧道機(jī)電系統(tǒng)的管理建立了包括設(shè)備、管理及運(yùn)營(yíng)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的隧道機(jī)電系統(tǒng)的安全評(píng)價(jià)模型,得出了 17個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值。

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