以燃气管网为例——城市典型灾害的综合风险评估技术

城市灾害风险评估—以城市燃气管网为例摘要：以城市燃气管网的风险为研究对象，从定性角度研究对燃气管网进行风险评估的方法。

根据燃气管网事故的历史数据和燃气管网周边设施、环境数据，建立城市燃气管网风险评估指标体系，通过指标体系评估城市燃气管网的风险。

风险指标体系由管网脆弱性指标、事故诱导性指标、事故后果指标以及权重共同组成，综合描述燃气管网事故发生的可能性和后果严重程度。

风险评估方法可以对城市燃气管网进行综合风险评估，为城市燃气管网安全管理提供数据支持，为建立预测预警系统和防灾减灾机制提供依据。

关键词：风险分析燃气管网风险评估安全1 引言随着经济的快速发展及对生活质量要求的逐步提高，城市燃气作为清洁、可高效利用的新型能源在民用、工商业、采暖、交通等领域得到了广泛利用。

是否能够合理的利用天然气将成为衡量能源利用率、大气污染程度以及人民生活水平的标准。

我国城市燃气发展规划明确提出：以提高居民生活质量、改善大气环境、节约能源为目的，在国家政策的支持下，积极发展城市燃气，配合西气东输工程，积极利用天然气，改善沿线城市大气环境质量；加快燃气管网的改造，提高燃气供应系统的安全性，大力开拓天然气市场[1]。

我国城市燃气行业发展前景广阔，一切发展都以输配系统为桥梁[2]。

管网既是燃气进行输送和分配的载体，也是解决输配矛盾的关键问题。

随着城市化进程速度的加快，许多中、小型城市和地区纷纷加大市政建设投资力度，敷设燃气输配管网，城市燃气事业步入蓬勃发展阶段，但也给人类的生存环境带来了一系列的安全隐患。

城市燃气管网的安全问题包括两类：一类是供气源头的规划、设计问题，如供气不足和供气设施的不完备使安全供气得不到保障；另一类则是由于燃气是易燃、易爆和高压气体，在供气过程中发生伤亡事故。

为保证广大人民的生命财产安全，有必要对燃气管网事故进行定性或定量的风险评估。

2 城市燃气管网风险评估体系风险评估指标体系的建立既需要所涉及领域的专业知识，也需要依赖于所掌握的基础数据和资料，风险评估的指标能够同时描述事故发生的可能性和后果严重程度，并充分考虑不同致灾因子相互耦合的影响；各指标的权重则能够综合评估、对比各种事故的重要性，通过分析得出最终的风险评估结果。

2.1 城市燃气管网评估的特点EGIG（European Gas pipeline Incident data Group）对来自各个国家的的燃气管道事故历史数据进行了统计分析[3]。

事故管道基础数据包括管段的直径、压力、使用年限、涂层种类、管线埋深、材料等级和管壁厚度等；燃气事故的原因包括外部破坏、腐蚀、建造错误与材料失效、地质活动、误燃、维护与运行错误以及其他未知原因。

通过对数据进行分析比对可以发现，燃气管网发生事故的可能性随管道直径、最小埋深、管道管壁厚度的增加而减小，随流量、运行压力、使用年限（建造时间长短）的增加而增加。

因此，建成后的燃气管网存在一定的固有风险，固有风险的大小与燃气管网的运行、施工建设情况有关，包括管输流量、压力、管道直径、最小埋深、管壁厚度和使用年限等。

燃气管网事故发生后，其事故影响范围和事故所造成的后果与燃气管网周边设施分布有关，其影响因素包括人口密度分布、财产密度分布、大型公共设施分布、其他城市生命线系统分布等；同时，事故影响范围也与燃气危害属性（毒性、易燃、易爆等）和环境因素（风力、风向、水源分布等）有关。

2.2城市燃气管网风险评估指标的选取本文使用的指标体系由管网脆弱性指标、事故诱导性指标、事故后果指标组成[4]。

其中，管网脆弱性指标和事故诱导性指标为可能性指标，事故后果指标为后果指标。

2.2.1 燃气管网脆弱性指标管网脆弱性指标主要用于描述燃气管网应对燃气事故的脆弱性和突发性，即燃气管网系统的固有风险。

可分为线路运行指标和铺设建造指标两类，见图1。

2.2.2燃气管网事故诱导性指标事故诱因指标主要用于分析事故受外界条件诱发的可能性，即燃气事故发生的外部原因。

可以分为外界干扰指标、腐蚀指标、设计缺陷指标、误操作指标、地质活动指标五大类，见图2。

2.2.3 燃气管网事故后果指标事故后果指标主要用于分析事故发生的后果，即事故发生后对外部环境的影响，以及所造成的损失。

可以分为泄漏危害指标和事故影响指标两大类。

如图3所示。

2.3 城市燃气管网风险评估权重计算指标的权重应当反映该因素所导致的危险因素演变为事故的可能性概率；后果指标的权重应当反映该因素所导致的事故后果的严重程度。

对于可能性指标中的管网脆弱性指标，其权重的确定应当根据实际燃气管网的管线数据，通过灰色关联度法计算权重，即权重与进行风险评估的燃气管网的实际属性有关，需首先进行管道运行基础数据的收集和整理，再进行权重计算，评估燃气管网的固有风险值。

[5-7]图1 管网脆弱性指标图2 管网事故诱导性指标图3 管网事故后果指标对于可能性指标中的事故诱导性指标，应当根据实际的燃气管网事故历史数据，通过可靠性工程数学概率统计的方法计算燃气管网失效率和可靠度函数，并通过可靠度函数确定权重。

在计算过程中，首先计算二级指标的权重，再按二级指标类别依次计算三级指标的权重。

对于事故后果指标，其权重的确定可以参照肯特法指标体系中对于事故后果指标的设定思路进行确定，综合考虑燃气管网事故可能造成燃气管网人员伤亡、财产损失、城市生命线系统次生衍生灾害等不同事故后果，评估燃气管网失效可能造成危害的大小。

对于处于相同城区的燃气管网，燃气管道周边设施和环境情况基本相同，可以采用相同的权重进行风险评估[8]。

（1）评价指标的确定所谓评价指标就是评价对象的各种属性或性能，它们是对被评价对象进行评价的依据。

管道系统的评价指标按其属性可分为两类，第一类是趋上优指标，即指标值越大，评估结果越大；第二类是趋下优指标，即指标值越小，评估结果越大。

（2）最优指标集的确定最优指标集是从各评价对象的同一指标中选出最优的一个组成的数集，它是各评价对象比较的基准。

最优指标集和各评价对象的指标值共同组成指标集矩阵。

式中，X i(k)表示第i个评价对象的第k个经模糊处理的指标值，即i为所评的对象，k为指标值。

（3）数据的规格化处理在选取风险评估指标的过程中，为全面考虑影响风险评估体系的指标，会同时存在定量指标和定性指标。

因此，需利用等级值划分将定性指标量化为定量值，从而便于综合风险值的计算。

其次，在选取的指标体系中可能同时存在正相关和负相关的指标。

因此需将与综合风险值为负相关的评估指标转化为正相关。

在实际的应用过程中，可以运用灰色关联倒数[9]化像定理，求指标的倒数，将负相关转化为正相关。

最后，由于参评指标通常具有不同的量纲，因而必须对其进行无量纲化处理。

本文采用均值化变换，即每列的值均除以各列的平均值：（4）计算关联系数比较绝对差数列得到Δmin 和Δmax ，根据关联系数公式计算：式中ρ为分辨系数，取值[0,1]，其值的大小只影响关联系数的大小，不影响关联序，一般取中间值0.5。

（5）计算关联度根据关联度公式，可得比较数列X j对参考数列X1的关联度，即对各列求平均，得到每列的平均值：（6）计算关联系数平均值同样按上述步骤，依次改变参考数列，求出所有两两数列的关联度值，得到关联矩阵R(n×n)，其中R的对角元素均为1。

求出关联矩阵R中各行平均值r i（7）计算指标权重根据实际的燃气管网事故的运行数据和环境数据，即可计算得出各级指标的权重。

3. 风险评估及实例管道的风险评价由于管道各段工作条件的多样性，整条管道各段的风险程度也不尽相同。

因此，对燃气管网进行风险评估，必须对整个燃气管网进行适当的区域划分，根据管段属性将燃气管网划分为不同的管段。

划分管段的状态特征包括：周围人口密度、环境土壤条件、防腐层状况、管道使用年限、管道设计与运行参数等[10]。

3.1 风险评估的步骤（1）收集、整理燃气管网的基本数据，包括管网运行参数和管道数据、周边环境和设施的数据、燃气管网泄漏事故原因等历史数据；（2）根据数据信息，根据数据信息的种类和特点选择适当的方法，计算燃气管网风险评估指标体系的权重；（3）根据燃气管网数据信息，对燃气管网的风险进行评分。

[11-12]包括：根据燃气管网运行参数和管道数据信息，对燃气管网脆弱性指标进行评分；根据燃气管网周边环境和管网运行情况，对燃气管网事故诱因指标进行评分；根据管输介质危险性及影响范围内周边环境和设施的数据信息，对泄漏事故后果指标进行评分；（4）根据评分结果，将管网脆弱性指标、事故诱因指标、泄漏危害指标和事故后果指标相乘，计算燃气管网的综合风险评估值[13-14]，并根据风险评估值评定燃气管网的风险等级，进行风险管理，制定改进措施。

3.2 风险评估实例本文选取一个小型城市燃气管网进行风险评估。

共有95个管段和92个节点，其基础数据包括管线材料、埋设方式、管径、管长、管壁厚度、防腐层种类、防腐层电阻、土壤腐蚀性、漏点线密度、是否有阳极保护、运行年数、管地电位、设计压降、设计流量、上点埋深、本点埋深、权属单位、埋设时间、设计压力级和所在地点等。

燃气管网的拓扑结构见图4。

图4 燃气管网的拓扑结构图图5 燃气管网的定性风险评估结果根据该小型城市燃气管网运行数据和环境数据，运用上述指标体系和评估方法进行风险评估，结果见图5所示。

根据风险评估结果的大小，利用统计学的分位数法将所有管段分为四类，并分别用红色、橙色、黄色和蓝色进行标识。

根据这一分类方法，每一类别中均包含相同个数的元素。

因此，在风险评估结果示意图中，标识为红色的管段，代表风险评估结果从大到小排序位于前四分之一的管段，即为风险最大的部分管段；而标识为蓝色的管段，代表风险评估结果从大到小排序位于后四分之一的管段，即为风险最小的部分管段。

4. 结论本文以城市燃气管网的风险为研究对象，根据燃气管网事故的历史数据和燃气管网周边设施、环境数据，建立城市燃气管网风险评估指标体系评估城市燃气管网的风险。

为城市燃气管网安全管理提供数据支持，为建立预测预警系统和防灾减灾机制提供依据。

所提出的风险评估方法具有普遍性，可以广泛应用于城市燃气管网的风险评估，并可根据评估目的的不同和基础数据的特点选择适当的方法进行风险评估。

[15]风险评估的目的是为了更好地进行风险控制，为决策者提供制定措施的依据。

因此，风险评估的结果具有较强的时效性，如果能够将前面的工作系统地集成在地理信息系统平台上，通过简便的操作对大的燃气管网进行风险评估，并通过可视化的方式进行直观的显示，就可以更好地为风险控制的决策服务。

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