摘要：针对杭州市钢质燃气管道的运营现状，建立钢质燃气管道安全风险评估系统。探讨了风险评估系统的建设思想、主要技术(ArcGIS平台技术、组合检测技术、概率分析与专家调查技术、管道剩余强度与剩余寿命预测技术)、实现方法及应用。

关键词： 钢质燃气管道； 风险评估； 剩余强度； 因素权重； ArcGIS平台

Abstract：In view of the operation status of steel gas pipeline in Hangzhou City，a steel gas pipeline safety risk assessment system is established．The construction concept，main technologies(ArcGIS platform technology，combined detection technology，probability analysis and expert investigation technology．pipeline residual strength and life prediction technology)，implementation method and application of the risk assessment system are discussed．

Key words： steel gas pipeline； risk assessment； residual strength；factor weight； ArcGIS platform

杭州市作为“西气东输”工程的末端，于2003年6月开始了天然气利用工程建设，于2004年8月开始向市区供应天然气。截至目前，杭州市已投运的高压管道达70 km，中低压管道逾3 500 km(其中高中压管道多为钢管，少数中压管道为铸铁管，低压管道为钢管、铸铁管、PE管)，建成并投运北门站、南门站及星桥、下沙、良渚、留祥、西郊、临平6座高中压调压计量站，供气范围覆盖5大主城区和滨江区，实现杭州市主城区全部使用天然气。与此同时，杭州市燃气集团有限公司(以下简称杭燃集团)大力推进天然气利用工程建设和用户市场的开拓，每年新增管网逾100 km，新增燃气用户数达(4～5)×10⁴户。

杭燃集团钢质燃气管道安全风险评估系统是基于埋地钢质燃气管网事故发生原因和机制进行全面和系统的研究，并根据实地调研考察和专家建议寻求影响杭州市各级压力管道失效及后果的各项因素，对于可能造成重大后果的事故隐患，建立响应的数学模型并进行事故模拟，预测极端情况下事故的影响范围和影响程度，以及事故发生的可能性，给出量化结果。通过对300 km中压A管道实施外防腐检测与开挖验证修复，完善并量化管道与环境的相关参数，确定杭州市燃气管网评估模型及总体架构研究方法，健全影响杭州市各类管网风险的因素、赋值及权重分配机制，建立管网安全评估系统，对运行的天然气管网实施风险评估，并根据风险评估结果合理确定管网巡检样板，优化人员配置，科学地确定管网维护和改造计划，优化资金的使用，实现从被动管理到主动管理的转变。

整个系统建设的基本思想是：①对埋地钢质燃气管网事故发生的原因和机制进行系统调研，收集燃气管网失效与事故后果相关影响因素数据，并根据专家建议辨识和筛选影响因素集。②根据影响因素集的属性特点以及专家指标权重建议，建立燃气管网风险因素指标权重体系，并对管网进行智能分段与风险评估。③建立管道事故可能性和事故后果严重程度的二维风险矩阵，确定管道风险等级。④根据风险评估的结果，对管道失效的原因与失效后果进行风险分析。⑤根据风险分析结果，首次制定各级风险管段的风险控制措施，并对措施的有效性进行评定。⑥按照制定的风险控制措施对管道进行技术改造，对改造后的管道进行二次评估，直到风险达到可接受水平。通过实现管道的计划性维护与检测，降低管道风险，提高管道完整性^[1]4。

风险评估^[2-3]根据潜在危险发生的概率确定风险的可接受程度，决定是否采取措施。根据评判的过程及结果的定量程度可分为定性评估、半定量评估和定量评估3类^[4]。

杭州市燃气管网具有敷设环境多样性、多压力级制运行、管龄差异大、管道干扰因素多、事故后果差异大等特点，单独采用某类方法难以满足评估的需要。因此，系统开发过程中，通过研究各类风险评估方法的适应性、优缺点，并综合考虑杭州市燃气管网历史数据等因素，结合国际国内相关标准，参照W．Kent Muhlbauer提出的专家评分法^[5]，采纳了其将风险分成管道失效可能性和失效后果两大部分的建议，确定杭州市燃气管网风险评估模型采取以KENT打分法为原型(事故可能性归结于第三方破坏、腐蚀因素、设计因素、操作因素等4个主要因素，各因素设有若干评估指标，专家设定指标权重；事故后果严重程度由管道内介质的急剧危害、长期危害、人口分布、泄漏影响等共同决定)，根据因素情况确定管道系统发生事故可能性的分值和事故后果严重程度的分值，再将这些分值分成5个级别，根据事故可能性的级别和事故后果的级别以风险矩阵法^[6]原理确定风险等级。在风险评估过程中，将专家函询、概率分析有机融合，建立了一套完整、准确、便于实施的风险评估体系。

3．2．1 ArcGIS平台技术

天然气管网的运行、维护在新形势下离不开地理信息系统(GIS)的支持。杭燃集团历来重视GIS的建设，l999年就已经建立起了GIS，该系统是一个围绕MapInfo产品实施的平台。随着杭燃集团的高速发展，先前系统已不能满足发展要求，2008年迁移到ArcGIS9．3平台上。ArcGIS^[7]是美国环境系统研究所于20世纪70年代后期推出的地理信息系统，早期的ArcGIS称为ArcInfo，主要运行在UNIX系统下，后来陆续移植到基于Windows NT的平台上和基于DOS的平台上。20世纪90年代推出全新的基于桌面的地理信息系统，称为ArcGlS，主要包括ArcGIS Desktop、Workstation、ArcIMS、ArcObjects、ArcSDE、ArcGIS Server等6个部分，为用户提供地图浏览、数据组织、制图综合、地图输出、空间分析、数据管理等全面的空间数据引擎。目前杭燃集团以该平台为基础已实施的系统包括：杭州市燃气管网地理信息系统、杭州市燃气管网地理维护系统、杭州燃气GPS管道巡检系统、燃气管道安全风险评估系统等。

3．2．2组合检测技术

燃气管道检测是进行风险评估之前必须完成的数据收集工作，主要包括：查明防腐层破损、缺陷点的位置；评估防腐层的防护性能；测试阴极保护系统的保护效果；调查管道沿线土壤腐蚀性(如土壤电阻率、腐蚀速度等)等方面。考虑到杭州市道路拥挤、地下管道众多、周边环境复杂等因素，为保证检测的准确性和客观性，需针对不同的检测对象和环境采取不同的仪器与技术组合来完成，如采用C扫描^[8]、DCVG测试技术^[1]62-64、皮尔逊仪器、多频智能管线定位仪等，通过比较和开挖验证，发现最优组合和最佳检测步骤。

3．2．3概率分析与专家调查技术

因素权重是一级权重、二级权重、三级权重的集合，是风险评估的基准指标。在研究过程中，同时采取了概率计算、专家调查论证结合的方式，来确定各因素的多级指标权重。

①     采用概率计算计算一级权重

从现有统计资料可知，管道的事故发生一般满足浴盆曲线规律^[9]，初期处于磨合阶段，管道工作不稳定，后期接近设计寿命，事故发生也较频繁。若只考虑中间的稳定期(大约l0～20年)，则管道失效速率可视为常数，每类因素引起的事故时间间隔服从指数分布，每类因素引起的事故次数服从Poisson分布。分别求得各类因素引起的管道发生故障的概率，然后进行归一化处理，得到各类因素的一级权重。

②专家调查取得二、三级权重

专家调查法就是把在评判或决策问题中所要考虑的因素，由调查人员先制定出表格，然后根据研究问题的具体内容，在行业内邀请资历高、专业知识丰富并且有实际经验的专家就各因素重要程度进行打分，填入调查表，最后汇总，计算出各因素重要程度系数。具体步骤如下。

a．制定调查表

因素重要程度系数α_i的调查表见表1。

 

 

α_ij表示第j位专家对因素μ_i给定的重要程度系数值，要求满足。调查时，要聘请足够数量的专家，一般认为专家越多越好。填写调查表时，要求每位专家独立完成，不要互相讨论或交换意见。

b．编制调查的汇总表

将专家的调查表进行汇总，见表2。