基于WBS-RBS的城市燃氣管線工程施工風險管理研究

摘要：隨著能源革命的深入推進，天然氣管道在我國整體覆蓋面積和累積長度不斷增加，城市燃氣管線施工工程的重要性愈發凸顯。為了加速規劃建設新型能源體系，針對城市燃氣管線工程施工風險管理進行研究。首先，結合國內外研究現狀和城市燃氣管線工程施工風險管理總體流程，利用工作分解結構（WBS）和風險分解結構（RBS）的方法分析子工程項目的結構并細化風險，將二者耦合形成矩陣；其次，利用失效模型及后果分析（FMEA）進行風險評估；最后，根據分析結果提出城市燃氣管線工程施工風險控制措施。

關鍵詞：城市燃氣管線；施工風險；風險管理；WBS；RBS

0引言

當前，我國持續深入推進能源革命，加大油氣資源的勘探開發和增儲上產力度，加快規劃建設新型能源體系的速度，不斷推進能源綠色低碳轉型和高質量發展。面對能源發展新形勢、新要求，天然氣行業必須推動實現高質量發展，在新型能源建設中發揮更大作用。根據國家能源局發布的《中國天然氣發展報告（2023）》，2022年我國天然氣消費量總計3646億m3，進口天然氣量1503億m3，全國長輸天然氣管道總里程11.8萬km（含地方及區域管道）。管線工程建設是推動天然氣行業發展的基礎工程，因此，研究管線工程施工風險管理具有重要意義。

國內外學者針對燃氣管線工程風險管理及評估進行了大量研究。在長輸燃氣管線方面，董鎖成等[1]基于中蒙俄經濟走廊管線建設地區的特點構建了生態風險評價模型并提出了防控對策；在城市地下管線方面，劉相鋒等[2]采用有序Probit模型分析社會及政府監督對我國城市地下管線安全風險影響的等級及作用，Osouli等[3]提出燃氣管網的可靠性失效機制并評估不同部分的技術檢查活動的優先級，Eskandarzade等[4]基于灰色關聯分析法對管網腐蝕性進行定性風險監測；在隧道下穿管道方面，周偉等[5]在管線控制標準的基礎上提出管線沉降主要控制指標，李小雪等[6]以廣州南站為工程背景對城市地下空間施工風險因素耦合效應進行研究。

綜上所述，有關燃氣管線工程風險管理的研究主要聚焦于識別并建立風險指標體系。本文根據城市燃氣管線施工總體流程及重難點施工方案，利用工作分解結構（Work Breakdown Structure，WBS）和風險分解結構（Risk Breakdown Structure，RBS）的方法對城市燃氣管線工程施工風險因素進行識別和分析，利用失效模型及后果分析（FMEA）進行風險評估，并根據分析結果提出城市燃氣管線工程施工風險控制措施，以期為提高城市燃氣管線工程施工風險控制水平提供參考。

1城市燃氣管線工程施工風險評價模型

1.1風險識別

工作-風險分解結構（WBS-RBS）是風險識別中較為成熟的一種識別方法，應用范圍較為廣泛。其優點在于可針對城市燃氣管線工程施工特點，逐級分解工作模塊及風險單元。WBS指從項目實際情況出發，根據工程流程情況，從整體視角將工作逐步分解為彼此獨立執行的作業單元。RBS指將工程施工過程中可能涉及的風險逐層依次分解，從而得到不同風險類型的子風險。WBS與RBS耦合，將WBS中的子模塊作為矩陣行向量，將RBS中的子風險作為矩陣列向量，構建WBS-RBS風險識別矩陣。

1.2風險評估

在城市燃氣管線工程施工過程中，不同環節、不同類型風險因素潛在的失效影響及對應的模式變化不同，因此，可利用失效模型及后果分析（FMEA）進行風險評估。在風險評估過程中，針對WBS-RBS耦合矩陣中的各個風險因素，分別運用風險嚴重程度（SEV）、潛在失效影響發生頻率（OCC）和探測能力（DET）進行風險量化分析，計算各個失效模型中的風險優先數（RPN），最終構建出具有針對性的城市燃氣管線工程施工風險管理評價系統。RPN的計算公式如下

RPN=SEV×OCC×DET（1）

1.3風險評估流程

首先，進行風險因素定性分析，即根據項目特點，運用WBS-RBS方法對項目過程中不同環節的各類風險因素進行劃分，描述其潛在影響因素、對應失效影響及發生頻率；其次，對風險因素進行定量分析，即對風險嚴重程度（SEV）、潛在失效影響發生頻率（OCC）和探測能力（DET）進行10分制評分，分值越高，表示風險嚴重程度越高、頻率越高、探測能力越低。再次，以項目為核心要素，邀請5名業內專家進行打分，包括項目經理、施工人員、運營及設計專家。對專家打分情況進行匯總，計算出對應的RPN值，進一步解析表格信息。最后，對失效模型進行再評估，針對項目具體現狀提出解決措施，有效對項目施工過程進行風險管理。

2案例分析

2.1項目概況

東北某城市燃氣管線二標段工程于2023年年初啟動，預計于2025年完工。工程范圍橫跨新舊城區，途徑居民區、市政道路及農用區域，涉及各類地上物的占地補償、恢復賠償及審批流程問題。

2.2基于WBS-RBS的項目風險識別

2.2.1工作分解

根據該工程的《施工組織設計》《工程測量規范》等文件，從整體上將其分解為施工準備期、一般地段施工期、穿越地段施工期及整體收尾期4個階段，作為一級指標的4個分部工程，下設15個子分部工程。東北某城市燃氣管線工程施工工作分解圖如圖1所示。其中，施工準備期工作包含線路交樁、測量放線和作業帶清理；一般地段施工期工作包含布管、管溝開挖、管道組焊、補口補傷、管溝回填；穿越地段施工期工作包含管線穿越設備安裝、頂進/鉆進、主體管線穿越；整體收尾期工作包含穿越連頭、管道干燥、水工保護、地貌恢復。

2.2.2風險分解

根據該城市燃氣管線工程施工風險管理相關資料，結合工作分解結構圖與各子分部工程的特點，將施工過程存在的風險歸納為成本風險、進度風險、質量風險、安全風險和環境風險五大類，共計28項子風險。東北某城市燃氣管線工程施工風險分解圖如圖2所示。

由圖2可知，成本風險主要包括定位放線偏差、穿越設備安裝費用波動、材料質量未達標或價格變動、進口材料及設備滯留、人員調動管理不當5個因素，它們會增加倉儲成本，影響資金流動，不利于項目順利開展，延長項目結算周期和復雜程度。

進度風險除受設計方案圖樣不詳、天氣狀況影響、財務流水周轉慢、設備材料未到位、特殊活動管制這些常規因素影響，也受地下已建管線及光纜情況、沿線并行和交叉施工的影響。在城市燃氣管線施工過程中，由于不同城市經濟發展水平不同，居民聚集情況、燃氣需求量、各類管線分布及標準存在差異，需要在地下已建管線的基礎上進行不同部門或項目沿線并行和交叉施工的配合。

質量風險包括材料質量標準情況、技術人員專業程度、監理工作到位程度、焊接質量不達標4個因素。尤其地下空間的城市燃氣管線工程施工管道防腐層保護及傷口補傷需要確保焊接質量，嚴格完成檢漏工作，根據燃氣管線標準要求按照工序逐步進行后續施工工作。

安全風險除了設計規劃不當、施工人員受傷、財務流水周轉慢、安全防護設備不足，安全警示不到位、用電不當這些常規因素，還包含穿越地段突發災害、檢漏不規范兩個因素，導致燃氣泄漏，甚至引發火災或爆炸風險。

環境風險除施工廢棄物管理不當，易燃、易爆、有毒物品控制不規范、噪聲控制不達標常規因素，還包括對施工地貌恢復不完善導致的環境風險。

2.2.3構建WBS-RBS風險識別矩陣

將圖1和圖2結合，構建東北某城市燃氣管線工程施工工作-風險分解耦合矩陣（表1），即WBS-RBS風險識別矩陣。在分部工程與風險交點中，如果有風險，則標“1”；沒有風險，則標“0”。

WBS-RBS風險識別矩陣為風險管理提供了一定的分析依據，提升了項目決策的科學化程度。根據表1的縱向可知，管道組焊、補口補傷、主體管線穿越為該項目施工的重點和難點；根據表1的橫向可知，進度風險和成本風險是引發城市燃氣管線工程施工風險的重要因素，應加以重點關注。

2.3基于RPN值的項目風險評估

通過對專家評分結果的分析可知，在28項風險中，有4項風險的PRN值超過150，分別為材料質量未達標或價格變動、財務流水周轉慢、焊接質量不達標、穿越地段突發災害，它們的PRN值分別為224、245、180、160。通過對專家評分相關數據的整理，得到潛在失效模式及后果分析（FMEA）表，見表2。

3城市燃氣管線工程施工風險控制措施

3.1成本風險控制措施

在定位放線位置確定方面，分配專業技術人員，及時溝通協調設計圖樣的偏差，確定準確的位置信息。分階段對材料運輸及分配情況進行分析，提高子工程項目的匹配程度，提高匯率的關注度，根據不同情況設計針對性方案。

3.2進度風險控制措施

針對城市燃氣管線工程施工特點設置整體進度計劃，根據各子項目內容特點設置里程碑事件并在項目進程中及時跟進；對偏差進行早期更正，避免偏差累積；設置專業人員對涉及“沿線并行和交叉施工”的情況進行梳理，通過溝通避免信息差影響項目進度。

3.3質量風險控制措施

在物料運輸過程中，涉及不同種類材料數目、規格和等級等的驗收，由監理單位、施工單位及供貨方共同核對，按照施工驗收規范檢查完畢后，再進行裝車、調度、拆卸及堆放等活動。在燃氣管線施工過程中，管道組焊環節所需的技術要求較高，焊接質量與檢驗有效性直接影響后續環節工作量、整體工程效率和安全性。因此，管道組焊需由專業焊接人員嚴格按照焊接流程規范執行，并詳細記錄焊接信息，以降低返修或修補的概率。由于燃氣具有易燃易爆炸的風險，專業質檢人員需及時跟進無損檢測及對應修補并完善燃氣管線。

3.4安全風險控制措施

城市燃氣管線工程施工應嚴格按照流程要求，匹配對應的安全裝備及人員。完成施工便道和作業帶的修筑工作是施工開展的前提，滿足機械運布管車輛掉頭、轉彎半徑的需要，提高施工作業的安全性，為機械化設備施工創造安全、標準的作業環境。此外，城市燃氣管線施工過程涉及的穿越河渠一般為小型河渠、中小型河渠及溝渠。除進行常規工種組織，根據情況以導流管方式在導流渠或圍堰堤壩上施工。由于河流內有流水，兩岸與河床具有一定的高度差，因此應選擇枯水期進行作業，同時對特種工種進行演練及培訓。

3.5環境風險控制措施

城市燃氣管線工程施工應及時關注天氣情況，遵循國家相關規定依規處理廢棄物，對易燃、易爆、有毒物品嚴格把控。在完成燃氣管線鋪設和回填后，須對施工區域地貌進行恢復。城市燃氣管線施工區域須按照原樣恢復的地貌一般為梯田、沖溝、小河、林地等（林地不恢復植被），其他地貌則按盡量按原貌恢復的原則進行恢復。在燃氣管線施工區域完成工作后，須拆除施工中的臨時裝置，將清理的土方廢渣運至指定清理地點，并盡早按照原有路面及結構規范完成道路恢復。

4結語

根據城市燃氣管線工程施工總體流程，利用WBS-RBS方法對施工風險因素進行識別，建立WBS-RBS風險矩陣，并利用FMEA進行風險評估。后續研究中，應繼續收集同類不同城市燃氣管線項目數據，對失效模型進行再評估的同時，進一步篩選城市燃氣管線工程施工風險影響因素，不斷完善城市燃氣管線工程施工風險管理體系。

參考文獻

[1]董鎖成，李懿珈，李富佳，等.中蒙俄經濟走廊交通及管線建設的生態風險區劃及對策研究[J].中國科學院院刊，2021，36（2）：141-149.

[2]劉相鋒，吳穎婕.社會監督和政府監管對城市地下管線安全影響研究——來自地下管線安全事故微觀數據[J].商業經濟與管理，2022（8）：84-96.

[3]OSOULI K，ESKANDARZADE M，TUTUNCHI A，et al.Risk assessment of an urban natural gas polyethylene piping system[J].Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice，2022（11）：91-101.

[4]ESKANDARZADE M，ERSHADI M N，ABBASZADEH B，et al.Consequence assessment of hazardous liquid pipelines using gray relational analysis[J].Journal of Pipeline Systems Engineering and Practice，2023（14）：131-145.

[5]周偉，牛斌，曾德光，等.淺埋暗挖法隧道下穿管線施工控制標準及控制措施研究[J].城市軌道交通研究，2021，24（9）：20-24.

[6]李小雪，雷可，譚忠盛，等.城市地下空間施工風險因素耦合效應研究[J].土木工程學報，2021，54（S1）：76-86.PMT

收稿日期：2023-10-17

作者簡介：

鄭穎莉（通信作者）（1997—），女，研究方向：工程管理。

苗蘊慧（1983—），女，博士，碩士研究生導師，研究方向：運作管理。