基于多級可拓方法的長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估

王耀輝，王文和，朱正祥，薛 劍，袁瑋成，賈海民

(1.中國石油塔里木油田公司，新疆 庫爾勒 841000；2.重慶科技學院安全工程學院,重慶401331;3.重慶市安全生產科學研究院,重慶 401331)

油氣資源長距離輸送過程中，管道因受多種因素的影響導致突發事故頻頻發生。由于油氣是易燃、易爆物質，一旦油氣在輸送過程中出現了突發事故，不僅會對環境造成污染，也會對人民的生命和財產安全構成嚴重的威脅。常見的長輸油氣管道的突發事故有凝管事故、憋壓事故、火災爆炸事故、泄漏事故、設備事故、電氣事故。因此，油氣管道企業需要不斷地提升相關的應急管理能力水平，及時有效地解決長輸油氣管道發生的突發事故。

突發事故具有突然性和復雜性的特點，國內外學者對突發事故應急管理能力評估與建設兩個方面展開了研究。國外主要是在國家和政府層面上對突發事故應急能力評估進行了研究，多集中在應急能力評估體系建設方面，如美國是首個實施政府應急能力評價的國家，并建立了應急能力評價系統(簡稱 CAR)，澳大利亞對應急管理評價方面的研究主要集中在應急管理能力評估體系建設方面。國內自從2003年“非典”事件發生后，對應急管理及應急管理能力評估方面展開了大量的研究，學者們針對油氣管道安全管理的研究主要涉及風險評價、管理機制兩個方面。如王文和等創造性地通過分析埋地燃氣管道火災的致因因子和耦合過程，建立了埋地燃氣管道火災系統耦合度模型，揭示其內在耦合機制，同時對燃氣管道風險的動態性展開了研究，并對傳統方法進行了分析，從而提出了基于貝葉斯網絡的燃氣管道動態風險分析方法;張浩然等首次基于AHP-TOPSIS方法構建了長輸油氣管道風險評估模型；鄭明珠通過對長輸油氣管道失效原因進行分析，建立了油氣管道企業應急管理能力評估指標體系；Li等為了完善燃氣集團應急管理體系，分析了燃氣的應急管理過程，并通過構建層次結構特征因子的評估模型，使用AHP算法來確定指標權重，找出了管理中的不足之處并加以改進；Han等通過對網絡監控、信息傳輸、數據分析、管道預警決策的設計這幾方面對城市天然氣管道的安全運行進行了分析，建立了相關的預警發布機制，提高了城市天然氣管道運行的安全程度；羅智通過分析企業對油氣管道的應急管理過程,建立了油氣管道企業應急管理能力評估指標體系，并基于層次分析法構建了油氣管道突發事故的應急管理能力評估模型，找出了薄弱環節，提高了油氣管道企業應急管理能力。

上述研究都是針對油氣管道事故應急管理能力評估方面相關的研究，但是對其評價理論及方法的創新研究較少。伴隨著我國油氣管道與應急管理領域的快速發展，油氣管道存在的安全隱患隨之增加，油氣管道突發事件應急管理工作也開始呈現新的特點，再加上近年來國家高度重視安全生產與應急管理工作，使得原有的研究暴露出了諸多問題，如評價指標不夠全面，評價標準不夠明確、實用性不強以及專家打分評價方法主觀性過強且缺乏科學性等。鑒于此，為了構建具有科學性、可操作性和實用性的油氣管道應急管理能力評估指標體系和適用的評估方法，本文集成層次-熵權法與多級可拓方法，對長輸油氣管道突發事故的應急管理能力評估進行了研究，建立了長輸油氣管道突發事故應急管理能力綜合評估模型，從而為長輸油氣管道企業應急管理能力的提升和應急管理過程的實施提供指導，以降低長輸油氣管道事故發生的可能性以及減少事故發生所造成的人員傷亡和經濟損失。

1 長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估

1. 1 長輸油氣管道建設概況

新中國建立至今，我國的油氣管道建設經歷了4個發展階段，分別是1958—1969年的管理建設初始發展階段、1970—1987年的管理建設快速發展階段、1988—1995年的管理建設穩步發展階段和1996年—至今的管道建設加快發展階段。隨著能源行業的“十三五”規劃出臺后，我國加強了能源產業的改革力度，對其發展的思路和目標有了明確的方向。根據新出臺的油氣改革政策，為了加快管網體制改革步伐，我國油氣管道行業將從四個方面著手：第一是管道輸送、運銷分離方面；第二是管道輸送、定價體系改革方面；第三是油氣管網信息公開方面；第四是市場化改革方面。

近些年來，因經濟的發展和對能源資源的需求，我國不斷地擴大油氣管網規模，到2017年底，全國長輸油氣管道的總里程已經達到13.14萬km，預計到2025年時，全國油氣管網規模將會達到24萬km。因此，我國油氣管道企業突發事故的應急管理能力需不斷的提高，以及時有效地避免可能發生的事故。

1.2 長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系構建

在構建長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系時，要全方位地考慮影響因素，盡可能多地收集應急能力評估指標，通過對評估指標的認識、對比和分析，從而保證評估指標體系的科學性、合理性和系統性。根據事故應急管理理論分析長輸油氣管道突發事故的成因規律，結合長輸油氣管道事故特點，咨詢并聽取相關專家的建議，同時參考《油氣長輸管道工程施工及驗收規定》(GB 50369—2014)等規范，構建了由事故預防與應急準備階段、監測與預警階段、應急響應階段和應急恢復階段4個一級指標和管道有效性管理等19個二級指標以及風險識別與控制等15個三級指標構成的長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系，詳見表1。

表1 長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系

2 層次-熵權法在長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估中的應用

層次分析(APH)法是一種系統性的分析方法，該方法簡潔實用，所需的定量數據信息一般較少。熵權法是一種相對客觀賦值的方法，一方面可用于確定指標權重的過程，另一方面可結合其他方法應用。為了避免主觀因素和樣本差異性對評估結果的影響，本研究中在確定長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標的權重時，采取了層次法、熵權法兩種方法相結合的方法，所得到的結果更為客觀、合理。

2.1 AHP法確定指標權重

本文以4個一級指標為例，各一級指標權重的計算及一致性檢驗的計算過程如下：

(1) 構造一級指標的判斷矩陣()。邀請專家對一級指標進行兩兩評價和打分，從而得到一級指標的判斷矩陣():

(2) 計算判斷矩陣()的特征向量。求得判斷矩陣()的特征向量=(0.305，0.333，0.305，0.057)。(3) 計算判斷矩陣()的最大特征值

λ

。按下式計算判斷矩陣()的最大特征值：

所以有:

=4.014

(4) 對判斷矩陣()進行一致性檢驗。按下式對判斷矩陣進行一致性檢驗：

=0.005<0.1

若

CR

<0.1，說明判斷矩陣符合一致性檢驗，判斷合理。(5) 一級指標權重的確定。根據一致性檢驗結果可知，該判斷矩陣通過了一致性檢驗，則其特征向量即為各指標的權重，即

W

=0.305，

W

=0.333，

W

=0.305，

W

=0.057。

2. 2 熵權法修正指標權重

利用熵權法對上述各級評價指標的權重進行修正，即將所構建的判斷矩陣進行歸一化處理后計算各評價指標的信息熵、熵權和最終權重。本文以4個一級指標為例，各一級指標權重的修正計算過程如下：

(1) 將判斷矩陣進行歸一化處理。判斷矩陣歸一化處理后的結果為

同理，按照上述方法，可求得長輸油氣管道突發事故應急能力評估指標體系中各級評估指標的信息熵、熵權、指標權重和修正后的指標權重，其計算結果見表2。

表2 長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系中各級評估指標權重的最終計算結果

3 多級可拓綜合評價法在長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估中的應用

3. 1 多級可拓綜合評價法

可拓理論由我國學者蔡文于1983 年提出，可拓評價是可拓理論的主要應用之一。傳統的可拓評價方法只能對待評價對象進行總體評價(一級評價)，在多級評價指標體系中，傳統可拓評價方法并不能很好地體現評價效果。引入多級可拓評價方法，對各三級指標進行可拓評價，進而對各二級指標進行可拓評價，最后綜合進行一級評價，如此即可得到待評價對象的所屬等級，又可以得到各二級指標的評價結果，便于全面了解待評價對象的狀態，為決策提供更有效的數據支持。

3.2 基于多級可拓綜合評價法的長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估流程

(1) 確定經典域、節域和待評物元矩陣。設事物的名稱為

N

，關于特征

c

的量值為

v

。如果事物

N

有

n

個特征，記作

c

，

c

，…，

c

,相應的量值記作

v

，

v

，…，

v

，則物元記為

(1)

確定經典域為

(2)

式中：

N

表示長輸油氣管道突發事故應急能力等級域

N

中

j

的風險等級;

c

表示效果等級

N

的特征(

i

=1,2,…,

n

);

x

為評價指標集

c

關于風險等級

N

的量值范圍，即各效果等級關于對應特征所取的數值的經典域，其中

α

、

b

分別為指標集

c

在第

j

安全等級下的上、下限。

確定節域為

(3)

式中：

P

表示效果等級的全體;

x

為

P

關于

c

所規定的量值范圍。對待評標的物，將所檢測得到的數據或者分析的結果用物元

R

表示，成為標的物的待評物元，構建待評物元矩陣：

(4)

式中：

P

表示待評標的物；

x

為

P

關于

c

的量值，即待評標的物檢測所得到的具體數值。(2) 計算關聯度。首先，確定待評標的物關于各等級的關聯度函數,即第

i

個指標數值域屬于第

j

個等級的關聯度函數為

(5)

其中：

(6)

(7)

然后，按下式計算待評標的物

P

關于等級

j

的關聯度:

(8)

式中：

K

(

P

)為待評標的物

P

關于等級

j

的關聯度，其中

w

為關聯函數對應的權重。

最后，按下式確定待評標的物的評價等級：

K

=max

K

(

P

) (

j

=1,2,…,

m

)

(9)

式中：

K

為待評標的物的評價等級。

3. 3 實例應用與分析

本文將長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估等級劃分為Ⅰ～Ⅳ級，分別對應應急管理能力的優劣等級：強、較強、一般、弱，其中各個等級的評價標準為：Ⅰ級為<90,100>，Ⅱ級為<80，90>，Ⅲ級為<70，80>，Ⅳ級為<0，70>。

以某L段管道為例，邀請相關專家進行問卷調查，根據問卷調查的結果，利用層次-熵權法計算各級評估指標的權重，并對現有長輸油氣管道突發事故應急管理能力的各級評估指標按照劃分的應急能力評估等級進行評分。為了排除專家主觀因素對評價結果的影響，采用Dong等提出的專家評估法進行計算，邀請4名專家進行打分，4位專家均來自油氣長輸管道研究領域，考慮到各專家對于長輸油氣管道突發事故應急管理能力的評判能力存在一定差別，通過對專家的職稱、學歷和工齡三方面進行比較衡量，采用層次分析法確定各專家的權重，取各專家評分的加權平均值作為專家評分結果。參與工程實例分析的專家信息見表3，由層次分析法確定專家的權重

ω

=(0.324,0.257,0.216,0.203)，計算后的專家評分結果見表4。

表3 專家信息描述

表4 長輸油氣管道應急管理能力評估指標體系中各級評估指標權重專家評分結果

以事故預防與應急準備階段

Q

的計算為例，先計算其經典域和節域，進而確定其關聯度，對所有指標關聯度計算完成后進行一級評價和二級評價，最終確定其應急管理能力水平等級。具體流程如下：(1) 確定經典域和節域。由公式(2)和(3)，(

c

)的經典域和節域可表示如下：

(2) 計算關聯度。

c

的專家評分為

x

，由公式(6)和(7)可計算得到：

ρ

(

x

,

x

)=2，

ρ

(

x

,

x

)=-2，

ρ

(

x

,

x

)=8，

ρ

(

x

,

x

)=18，

ρ

(

x

,

x

)=-12。由公式(5)可計算得到

c

關于各等級

j

(

j

=1，2，3，4)的關聯度函數

K

(

c

)分別為：

K

(

c

)=-0.142 9，

K

(

c

)=0.200 0，

K

(

c

)=-0.400 0，

K

(

c

)=-0.600 0。

同理，可求得其他各項三級指標和部分二級指標關于各等級的關聯度函數。

(3) 一級評價。對管道有效性管理(

c

)進行一級評價，由公式(8)可確定其各子因素相對等級

j

的關聯度為

=[-0.230 7 0.084 5 -0.108 8 -0.450 8]

同理，使用同樣方法可得部分二級指標及所有一級指標相對等級

j

的關聯度，各級評估指標關聯度的計算結果見表5。

表5 長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系中各級評估指標關聯度的計算結果

(4) 二級評價。對待評估對象

U

進行二級評價，由公式(8)可得：

=[-0.300 380.004 10-0.051 20-0.328 50]

(5) 應急管理能力水平等級判定。由公式(9)可確定評估對象

U

的應急管理能力水平等級，計算得

K

=max

K

(

P

)=

K

(

U

)=0.004 1。

(6) 評價結果及分析。按照多級可拓評估方法計算得出該L段管道突發事故應急管理能力水平綜合關聯度為0.004 1，根據最大隸屬度原則分析可知該L段管道的突發事故應急管理能力水平等級為Ⅱ級，說明該管道企業的總體應急管理能力較強，但仍需要進一步提升，該結論與該L段管道的實際情況基本吻合。此外，由表5可知，部分L段管道評估指標的應急管理能力水平等級為一般，例如一級指標中的監測與預警階段，二級指標中的管道隱患排查治理、信息監測、應急預案修改完善、信息接收與報告，三級指標中的防范措施、應急隊伍保障、環境治理。根據該評估結果，針對該L段管道突發事故應急管理能力評估中存在的薄弱環節，管道公司應提高管道的監測與預警能力，提高管道的隱患排查治理能力，完善應急預案和演練建設，提高油氣管道企業應急保障能力，從而強化管道公司的應急管理能力水平。

4 結 論

(1) 本文以長輸油氣管道突發事件應急管理能力為研究對象，通過綜合前人的研究成果，并結合我國管道及應急管理相關的法律法規、規章制度，建立了以事故預防與應急準備、監測與預警、應急響應、應急恢復4個一級指標和應急培訓、應急保障、應急處置等19個二級指標以及防范措施、技術保障、管道搶修等15個三級指標的長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系。

(2) 結合層次分析法和熵權法確定油氣管道突發事故應急管理能力各級評估指標的權重系數，避免了對評估指標賦權的主觀性，并利用多級可拓綜合評價方法建立了長輸油氣管道突發事故應急管理能力綜合評估模型。

(3) 應用構建的長輸油氣管道突發事故應急管理能力評估指標體系和評估模型對某管道進行了實例驗證，定量求出了該管道的突發事故應急管理能力水平等級為Ⅱ級，說明該管道企業的總體應急管理能力較強但仍需要進一步提升，所得評估結果與實際情況相符，表明該評估模型具有一定的工程實用價值，并針對評估結果對其薄弱環節提出了改進措施與建議，以提高油氣管道企業的應急保障能力。