摘要：综合分析了燃气管网安全评价中多因素相互作用指标体系，基于耦合理论探讨了安全影响因素一级评价指标间的协调程度，建立了燃气管网多因素相互耦合模型，以哈尔滨某区燃气管网为例，进行了多因素相互耦合的定量分析。
关键词：燃气管网；安全评价；安全影响因素；耦合；耦合度
1 概述
作为城市生命线之一的燃气管网是复杂的系统性综合设施，其安全影响因素众多，地质灾害或外部干扰、腐蚀、管材或施工质量问题、运营管理不当等因素可导致长期服役的燃气管网发生失效事故，燃气管网安全问题日益突出，且燃气具有易燃、易爆、有毒等特点，燃气管网事故导致的经济损失巨大，因此，对供气的安全可靠性要求也越来越高[1]。燃气管网系统各安全影响因素相互耦合、相互影响，进行安全性评价时，不能仅对各因素进行单独分析，还应研究各因素的相互耦合作用，对燃气管网系统整体安全进行分析。本文将影响燃气管网安全的因素分为4个一级评价指标，建立相应的二级评价指标，对燃气管网安全影响因素进行多因素相互耦合的分析。
2 市政燃气管网安全评价指标的建立
天然气行业标准SY/T 6621—2005《输气管道系统完整性管理》将燃气管网的安全影响因素分为9类，包括外腐蚀危险、内腐蚀危险、应力腐蚀开裂危险、制造危险(管子和焊缝)、施工危险(管子环焊缝、制造焊缝、折皱弯曲、螺纹脱扣、管子或接头破裂)、设备危险(垫圈和O形圈、控制、泄压、密封、填料失效)、第三方损坏危险(第三方损坏立即失效、故意破坏、管子的旧损伤)、误操作危险、与天气有关的危险和外力危险(土体位移、暴雨或洪水、寒冷天气、雷击)。
燃气管网安全影响因素复杂，各影响因素间的相关性较强，部分因素对管网安全影响具有不确定性[2]，建立燃气管网安全评价指标体系尤其是与人有关的定性指标时，应该充分考虑指标的模糊性[3、4]；相互间没有影响或影响不大的因素划为同一级评价指标体系，利于说明一级评价指标间的相关性。本文在对燃气管网综合分析基础上，构建出燃气管网安全评价指标体系，共分为4个一级评价指标，分别为：与人有关的安全影响因素指标(简称人因因素)，与管道本体结构有关的安全影响因素指标(简称管体因素)，与管网所处的内外环境有关的安全影响因素指标(简称环境因素)，与管网维修管理有关的安全影响因素指标[5](简称管理因素)。每个一级评价指标包含多个二级评价指标，具体如下。
① 人因因素指标F1
a. 第三方野蛮施工破坏F1,1：主要指挖掘导致瞬间破坏、打桩导致穿孔破坏、施工致使管道移位或划痕导致滞后失效等。
b. 设计人员失误F1,2：包括设计合理性、材料选择、安全系数设计等因设计人员经验、资质造成的潜在失误。
c. 管道员工误操作F1,3：由于经验不足、知识欠缺或工作压力等造成的管道操作员工自身失误。
d. 员工素质与经验F1,4：包括职工的文化水平、获得技术职称的人数、安全技术的掌握程度、安全意识和安全态度等。
e. 公众风险教育和认识水平F1,5：主要指对城市居民和施工人员的教育宣传或培训、管网安全知识普及等。
② 管体因素指标F2
a. 管道埋深F2,1。
b. 管道内腐蚀F2,2：主要指管道内壁与输送燃气所含杂质间相互作用造成的腐蚀。
c. 管材制造与焊接缺陷F2,3：主要指管材本身破损、小裂纹或折皱弯曲，焊接时焊缝存在的缺陷或强度不足。
d. 管道壁厚F2,4。
e. 管道施工影响F2,5：主要指管网建设与维修期间的施工中可能存在的环焊缝缺陷、接头破坏、弯头应力集中、外保护层破坏等。
f. 使用年限F2,6。
g. 运行压力波动F2,7。
h. 管网设备故障F2,8：主要指控制泄压设备故障、密封填料失效、0型垫片失效、管网厂站设备故障等。
③ 环境因素指标B
a. 管道外腐蚀F3,1：主要有土壤腐蚀、大气腐蚀、管-地电位腐蚀、散杂电流影响等。
b. 管道应力腐蚀F3,2。
c. 与天气有关因素F3,3：主要指气温过低、雷击、暴雨洪水等。
d. 土体移动F3,4。
e. 城市地质灾害F3,5：包括地震、地面沉降、砂土液化等。
④ 管理因素指标F4
a. 管道维修管理F4,1。
b. 安全防护应急措施F4,2：包括应急预案的编制、应急设备配置、事故管理等。
c. 管网事故报警系统F4,3。
d. 人员巡线频率F4,4。
e. 政策法律保障F4,5：管网安全规章和责任制是否健全、安全责任制是否明确、责任落实及监督情况等。
3 燃气管网安全影响多因素相互耦合模型
3.1 耦合及耦合度
耦合是指两个(或两个以上)系统或要素间通过相互作用而彼此影响的现象，系统或要素间存在相互依赖、相互协调、相互促进的动态关联关系。耦合度是描述系统或要素间相互影响的程度，系统由无序趋向有序，其关键在于系统内部各变量之间的协同作用，它们决定着系统变化的特征与规律，耦合度正是反映这种协同作用的度量[6]。
燃气管网系统安全影响因素4个一级评价指标间既相互制约又相互对应发展，它们产生的相互影响程度(即耦合度)反映一级评价指标间的协调程度。人因因素的控制、管理因素的加强可以减少管体因素和环境因素的影响，同时又会增加额外的成本，反过来制约人因因素和管理因素的改善，通过这4个一级评价指标相互作用使燃气管网的安全达到相对稳定平衡。
3.2 功效函数
① 确定最优指标向量
本文对二级评价指标采用专家打分法赋值，设二级评价指标Fi,j的值为ei,j，可得到一级评价指标的初值向量如下：
Ei=(ei,1，ei,2，…，ei,j，…，ei,m)T (1)
式中Ei——一级评价指标的初值向量
ei,j——二级评价指标Fi,j的值
m——一级评价指标包含的二级评价指标个数
设emax,i,j为二级评价指标的最优值，则：
Emax,i=(emax,i,1，emax,i,2，…，emax,i,j，…emax,i,m)T (2)
式中Emax,i——一级评价指标的最优指标向量
emax,i,j——二级评价指标Fi,j的最优值
② 确定评判向量
以Emax,i为参考向量，Ei为被比较向量，则二级评价指标与最优指标值间的关联度计算式为：
式中εi,j——二级评价指标Fi,j的值与其最优指标值间的关联度
k——二级评价指标序数，k=1，2，…，m
ρ——分辨系数，一般取0.5或小于0.5
min——取最小值函数
max——取最大值函数
一级评价指标的评判向量为：
Pi=(εi,1，εi,2，…，εi,j，…，εi,m)T (4)
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