城镇燃气管道第三方破坏因素的模糊概率分析

李　军　张　宏

1.中国石油大学(北京)机械与储运学院,　北京　102249;

2.中石油昆仑燃气有限公司,　北京　100101



城镇燃气管道第三方破坏因素的模糊概率分析

李军1,2张宏1

1.中国石油大学(北京)机械与储运学院,北京102249;

2.中石油昆仑燃气有限公司,北京100101

随着城镇燃气管网覆盖面的扩大,燃气事故严重影响城镇公共安全。城镇燃气管道第三方破坏,已成为燃气管道泄漏事故的主要因素。基于专家判断法,识别得出城镇燃气管道第三方破坏的56个风险因素；采用模糊数学中的模糊集合理论,得到56个风险因素的模糊概率数值,找出薄弱环节,针对性提出防范措施,并验证防范措施的有效性。研究成果可以指导燃气企业加强安全管理,有效降低燃气管道第三方破坏事故风险,提升燃气管道系统的安全性。

城镇燃气管道；第三方破坏；模糊概率；风险因素；评价

0　前言

城镇燃气管道第三方破坏事故频繁,已成为燃气管道破坏的主要因素，如2015年7月20日,兰州大学燃气管道被第三方施工挖断,燃气泄漏爆炸,造成31人受伤[1]。因此,找出城镇燃气管道第三方破坏的风险因素,确定管道被破坏的概率,制定对应措施显得尤为重要。

国内外对长输管道的第三方破坏的风险评价较多[2]，美国Muhbauer W K编写了《管道风险管理手册》[3],英国健康与安全委员会研制了MSIHAP软件可计算管道的失效风险[4],西南石油大学开发了输气管道风险评价软件[5],中国石油管道研究中心研发了定量风险评价软件[6]。国内对城镇燃气输配系统的评价研究也较多，张增刚等人,将模糊数学引入到燃气输配系统的安全评估中[7]；何淑静等人,计算得出了上海城市燃气输配管网的模糊失效率[8]；靳书斌等人,对高压燃气管道第三方破坏失效概率进行了计算[9]；黄小美等人,建立了燃气管道失效概率评估方法[10]。城镇燃气管道处于人口稠密区,管道沿线施工频繁,第三方破坏时有发生,破坏概率影响因素较多,但相应的研究较少。本文利用模糊数学中的模糊集合理论,对识别出的城镇燃气管道第三方破坏的风险因素计算出模糊概率数值,找出薄弱环节,针对性提出防范措施。

1　模糊概率评估计算方法

城镇燃气管道第三方破坏的风险因素较多,如挖掘、巡检人员责任心不强、施工单位配合程度等,这些因素具有不确定性和随机性。本文采用模糊数学中的模糊集合理论对其进行量化处理,采用梯形、三角形分布确定如图1的模糊集合隶属函数f(x),进而确定基本事件的模糊概率[11]。

图1　自然语言的模糊数

1.1对风险因素作主观判断

兼顾专家意见的精确性及工作量,参考李青等人模糊重要度分析方法的研究[12],专家对风险因素可能性大小进行判断。设定评估范围：很小(VS)、小(S)、较小(RS)、中等(M)、较大(RL)、大(L)以及很大(VL)。

1.2通过隶属函数量化专家意见

采用模糊集的α截集对专家评估意见进行综合处理[13],采用图1的隶属函数,得到各模糊语言对应的模糊数W的关系函数：

(1)

式中：a、b分别代表自然语言模糊数的上、下限。

(2)

(3)

1.3计算模糊可能性值

根据左右模糊数排序法[14-15],将模糊数转化为模糊可能性值FPS。该方法定义的最大模糊集和最小模糊集分别为：

(4)

则模糊数W的左右模糊可能性值分别为：

(5)

因此,模糊数W的模糊可能性值为：

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

(6)

1.4将模糊可能性值转化为模糊概率值

(7)

(8)

2　应用实例

2.1应用对象

选取某燃气公司下属单位某街道压燃气管道作案例。管道位于市中心区域,管道长度10.4 km,设计埋深1.8 m,实际平均埋深1.7 m,管材为聚乙烯材质,其中管径160 mm长度7.2 km,管径200 mm长度3.2 km,配有巡线人员3名,该燃气公司有相应的巡检制度、会签制度、现场监护制度及应急预案等管理制度。

2.2确定专家评估小组

选取来自城镇燃气管道设计、施工、维修、运营、安全和科技等专业,具有现场15年以上工作经验的6位高级工程师组成评估组，专家与该燃气公司下属单位无业务联系,以确保评估的公正性。

2.3收集信息

专家评估组根据自身经验、燃气业务知识和参考相关资料[16-21],以及当地燃气法规制度、生活习惯、风土人情等情况,整理成调查表,见表1。被评估单位需按照表格,提供填写近1个月的数据,专家通过现场检查、资料审查、人员询问等方式进行评估。

表1城镇燃气管道第三方破坏调查表

序号风险因素风险因素的说明现场数据1管道周边活动:挖掘包含挖掘的次数、深度被评估单位提供2管道周边活动:打桩包含次数、与管道的距离被评估单位提供3管道周边活动:钻孔施工性质及机械道路施工、大型轧路机4施工单位资质手续是否齐全被评估单位提供5施工作业人员素质作业人员来源被评估单位提供6地上施工缺陷描述施工方法及与管道距离被评估单位提供7人员误操作指非蓄意破坏产生的误操作,明确动作形式被评估单位提供8交通意外指车辆对燃气设施造成的危害此段为地下管段,无地上设施9法律责任追究程度指法律追责与造成危害程度匹配情况被评估单位提供10执法力度指执法部门对第三方施工监管力度情况被评估单位提供11法律完善情况指对第三方监管的法律制度完善情况相关法规12巡检制度指企业巡检制度能否满足第三方管控要求专家评审巡线管理制度完善情况13巡检人员责任心巡检人员工作态度专家现场调查14发现施工迹象能力巡检人员发现施工迹象能力与工作需要是否匹配专家现场调查15与居民物业关系是否与管网附近居民物业建立有效联动专家审查资料16与企业关系是否与管网附近企业建立有效联动专家审查资料17与政府关系是否与当地政府建立有效联动专家审查资料18施工单位配合程度施工单位是否按照燃气企业要求进行施工作业专家现场调查19竣工资料完整程度竣工资料是否完整专家审查资料20管道定位情况燃气管道是否能够准确定位专家审查资料21管道资料更新情况管道资料是否按路由变化及时更新记录专家审查资料22保护方案是否根据施工条件编制有效保护方案专家审查资料23内部信息传达会签、保护方案、应急预案等是否有效传达到现场监护人员专家审查资料24内部信息交接监护人员交接班信息是否有效传递专家审查资料25与建设方交底与建设方是否有效进行技术交底专家审查资料26与现场人员交底与现场具体施工人员是否进行有效技术交底专家审查资料27管道现场防护是否按照保护方案进行有效防护专家审查资料28工程机具使用情况工程机具使用情况是否满足管道保护的要求专家现场调查29安全距离施工点与管道距离是否满足会签要求专家现场调查30管道信息管道路由、标高、管径、材质等信息是否准确完整专家审查资料31回填土质是否符合要求回填材料是否满足对管道的保护要求专家审查资料32埋深情况管道埋深是否达到保护要求专家审查资料33回填机具使用情况回填机具的使用是否满足对管道的保护要求专家现场调查34监护时段监护事件是否满足现场需要专家审查资料35现场人员执行力监护人员是否按照监护方案进行监护并达到预期效果专家现场调查36护栏立柱间距护栏立柱间距不大于120mm专家现场调查37护栏完整性是否有护栏或护栏是否完整专家现场调查38护栏立柱高度高度不小于1500mm专家现场调查39护栏与设施隔离间距不小于750mm专家现场调查40材料强度是否能够满足抗冲击要求专家现场调查41警戒色使用是否按照规定使用警戒色专家现场调查42抗冲击缓冲间距护栏与设施间距能否满足抗冲击要求专家现场调查43防坠措施是否采取防坠措施并达到强度要求专家现场调查44支撑情况对管道的支撑是否能满足对管道保护要求专家现场调查45标志质量标志质量是否达到使用要求专家现场调查

2.4评估风险因素

被评估单位填写表1后,6位专家经过实地调查,依据自身经验及个人知识,填写专家评估统计表,见表2。表2涵盖表1中56项风险因素,如管道周边活动的挖掘、打桩、钻孔，施工单位无证作业，施工人员能力不足，地上施工缺陷等,此处仅列举以上6项。

2.5管段风险因素的模糊概率

根据表2,利用模糊数学中的模糊集合理论,将专家的模糊评价量化。采用MATLAB软件,参数设置完成后,系统将自动进行计算,并将计算结果输出到excel表格中,得到管段风险因素模糊概率,见表3。

表2专家评估统计表

序号风险因素打分专家一专家二专家三专家四专家五专家六1管道周边活动:挖掘VLRLVLVLVLVL2管道周边活动:打桩RSMRLLLM3管道周边活动:钻孔MLMVLLL4施工单位无证作业VLLRLVLRLVL5施工人员能力不足VLVLVLVLVLVL6地上施工缺陷VSRSVSSRSM

表3管段风险因素模糊概率统计表

序号风险因素模糊概率序号风险因素模糊概率1施工人员能力不足0.08550129管道周边活动:钻孔0.0168642施工单位不配合0.07128730无有效保护方案0.0167983巡检人员责任心不强0.06676631监护责任追究不到位0.0157364管道周边活动:挖掘0.05501732管道占压0.0150215执法力度不足0.05335733安全常识宣传不足0.0133886现场人员执行力不够0.05189834监控激励措施不足0.0127127管道无法准确定位0.04572135回填土质不符合要求0.0104488支撑失效0.04425436与政府关系不和谐0.0098249埋深不足0.04398237与居民物业不和谐0.00979710机具碰撞0.03905438与企业关系不和谐0.00979711发现施工迹象能力不足0.03724839人员误操作0.00944512监护时段不合理0.03688740使用不当0.00940613巡检考核失效0.03668341无举报制度0.00929214资料缺失0.03614242机具碾压0.00847215法律不完善0.03612643管道周边活动:打桩0.00808916施工单位无证作业0.03429544质量缺陷0.00759817未与现场人员交底0.03255245地下防护缺失0.00741618领导重视不足0.03026446无防坠措施0.00585619管道资料未更新0.02990647警示信息不完整0.00531820安全距离不足0.02949648缓冲间距不足0.00498221遮挡防护失效0.02946349防护材料强度不足0.00493522第三方管控流程不完善0.02848350护栏缺失0.00418523法律责任追究不够0.02580751护栏与设施隔离不足0.00349524内部信息传达不畅通0.02467752护栏立柱间距不够0.00349525内部信息交接不通畅0.02467753护栏立柱高度不足0.00286426未与建设方交底0.02093554警戒色使用不当0.00229127法制宣传不足0.01827155地上施工缺陷0.00064228培训不足0.01790656交通意外0.000537

3　防范措施

对评价出的风险因素,通过实施相应的管控措施后,进行风险降低决策及决策优化。实施6个月后,再按上述过程进行评估计算,计算出管道风险因素模糊概率均已下降,验证对薄弱环节所采用的管控措施是可行的。主要风险因素相应的管控措施见表4。

表4主要风险因素相应的管控措施

风险因素相应的管控措施采取管控措施后风险因素的概率施工人员能力不足增加现场管道及设备设施保护的指导0.002593施工单位不配合通过政府职能部门与施工单位加强沟通0.003875巡检人员责任心不强对巡检人员进行培训,明确岗位职责,增加奖惩力度0.000271管道周边活动:挖掘按照挖掘作业方法确定现场管控措施0.005227执法力度不足与政府相应部门进行沟通,促进执法力度0.009727现场人员执行力不够对现场人员进行培训,明确岗位职责,增加奖惩力度0.000394发现施工迹象能力不足对巡检人员进行培训,提升能力0.001101监护时段不合理结合施工进度制定监护时间0.000913巡检考核失效完善巡检制度0.000347资料缺失通过现场勘查,与工程技术人员沟通,补全资料0.005628法律不完善向政府部门建议,完善有关第三方破坏的法律法规0.005986施工单位无证作业会签时审查施工单位资质,杜绝无证施工0.001778管道资料未更新根据现场变化,及时更新管道资料0.001679法律责任追究不够向人大或政府提出意见,完善相关法律法规的责任追究条款0.000347管道周边活动:钻孔按钻孔管控要求加大监管1.1×10-5

4　结论

1)基于专家判断法,结合当地燃气法规制度、地域特点、燃气使用等情况,整理得到城镇燃气管道第三方破坏的56个风险因素。

2)基于模糊数学中的模糊集合理论,对城镇燃气管道第三方破坏的56个风险因素进行量化处理,计算得出模糊概率数值。

3)对评价出的主要风险因素,通过实施相应的管控措施后,进行风险再评价,验证措施的有效性。通过验证,此方法对燃气管道进行第三方破坏分析评价具有实际意义,能够查找存在的薄弱环节,提高可靠性。

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2015-12-29

国家自然科学基金项目(51534008)

李军(1979-),男,山东泰安人,高级工程师,博士研究生,主要从事城市燃气安全管理工作。

10.3969/j.issn.1006-5539.2016.02.024