城市生命线燃气管道风险评估技术研究

引言

随着我国城镇化水平的不断加快，燃气管网规模日益增长。目前，我国正处于燃气突发事件易发、频发、多发阶段，城市燃气泄漏爆炸安全风险隐患日益凸显，重特大事故在地区和行业间呈现波动反弹态势，如吉林松原“7.4”较大燃气爆炸事故、湖北十堰“6.13”重大燃气爆炸事故等，严重影响人民群众生命财产安全与社会和谐稳定，已经成为了党和国家高度关注的重点。

城市燃气管道大多敷设于人口稠密的城区地下，非常容易受到内外部环境扰动的影响，且随着大量公共服务设施、人员密集场所、地下空间、地下管网等的大量建设，燃气突发事件的发生、发展、致灾过程也逐渐趋于复杂，呈现出致灾原因相互影响、致灾后果相互耦合的现象。现阶段的燃气管道风险评估方法虽然能够对燃气管道风险进行一定程度的描述，但依旧未形成系统的、完善的技术体系，燃气管道城市化风险防控依旧存在问题发现效率低、数据分析手段少、评估结果指向性模糊等问题，无法满足国家对城市风险监测预警系统平台建设的要求，因此，有必要对城市燃气管道系统性的风险评估方法进行拓展研究。

针对现阶段燃气管道风险评估方法研究与应用要求之间的矛盾，通过风险评估关键要素解构，提出了现有燃气管道风险评估指标体系改进方案，相关成果可以为城市生命线工程建设、应用、推广提供支撑。

一、燃气管道风险评估现状

风险评估就是综合考虑不同风险因素之间的相互作用及影响，根据国家相关的安全标准和行业内公认的指标确定风险评估基准，衡量风险的程度，判断该系统是否需要采取进一步的控制措施[1-2]。

近年来，在燃气管道的风险评估方面，学者们也开展了大量的研究。王春雪等[3]通过对管道风险因素的识别，利用模糊理论、贝叶斯网络理论构建了燃气管道泄漏至在混合概率评估模型；侯经纬等[4]通过对环境因素、用户因素、管道施工、管道腐蚀、第三方破坏、误操作等多类型燃气管道风险因素辨识，结合模糊综合层次评价方法构建了燃气管道失效评估模型。王新颖等[5-6]通过对燃气管道风险因素的分析，结合深度学习、数据挖掘等方式对燃气管道风险进行了预测评估；曾小康等[7]针对城市燃气管道风险因素的复杂性和模糊性，通过引入模糊数学思想和方法，结合 AHP 和熵权法和风险分析矩阵，较为全面的实现了对燃气管道风险的评估。但是，上述方法虽然对传统评估体系进行了创新，其评估方法在全面性、动态性、合规性及智能化应用方面依旧存在一定的疑问。

而对于如今一些标准规范中采用的的风险评估方法，多数采用的是基于美国《管道风险管理手册》的风险评估指标体系[8]，从损伤可能性和后果严重度两个方面入手，对燃气管道损伤及致灾风险因素进行分析，并根据相关规范及管道事故历史统计数据，通过专家打分的方式得到风险值，进行风险评价。但是该类型的方法在评估过程涉及大量与人、物状态相关的定性评估指标，在信息化和数据化应用层面具备较大难度。

二、风险评估方法关键要素解构

对于城市燃气管道风险的管控，明确的了解管道存在什么样的风险，导致风险的因素有哪些，如何进行针对性的防治，是燃气企业和生命线工程的重中之重。因此，对于燃气管道的风险评估不应只限于对整体风险的概括性描述，同样需要对管道具体异常项进行评估。结合既有的燃气管道风险评估方法的研究，可通过基于指标体系的燃气管道风险评估方法实现对管道异常项及管道综合风险的描述。

此外，对于燃气管道风险评估方法的改进，除了对评估结果的要求，同样需要保证其适用性。城市生命线工程燃气管道风险评估方法需要满足以下方面：

（1）城市燃气管道风险管理是城市公共安全的重要组成部分，实现城市燃气管道风险管理需要评估结果有理有据，能切实反映管道安全运行状态，且具备较高认可度；

（2）城市燃气管道的风险构成是一个包含众多影响因素的体系，实现城市燃气管道风险管理需要对燃气管道各个因素、各个角度、各个维度管道运行状态的准确掌控，且评估结果需要具备相对统一的度量，可直观反映管道安全状态；

（3）城市燃气管道安全运行状态是一个动态的过程，实现城市燃气管道风险管理需要管道风险可以基于实际数据和反馈数据进行评估结果的动态更新，及时反映管道实际安全水平；

（4）城市燃气管道风险评估涉及数据庞杂，普遍存在数据质量差、数据获取难度大、数据处理难度高等问题，城市燃气管道风险评估方法在面对各类数据问题下开展对燃气管道风险的可靠评估。

（5）城市生命线系统平台是城市现代化、信息化、智能化建设的重要组成部分，基于城市生命线系统平台实现燃气管道风险管理需要评估方法具备信息化、数据化应用能力，且具备灵活的可配置能力。

三、风险评估方法改进方案

3.1 风险要素全面提取

燃气管道的风险评估需要针对各种损伤类型进行充分的考虑，在这个方面，现有的燃气专业标准规范已经进行了详尽的描述，以燃气专业现行标准规范为基础，构建燃气专业风险评估知识库，通过对知识库的梳理，以标准规范中关注的要素作为管道风险评估的主要因素，实现对燃气管道风险要素及对应应对措施的全面提取。涉及风险要素如《GB 50028-2006 城镇燃气设计规范》对管道埋深、穿越、管道检测等因素的描述、《GB 55009-2021 燃气工程项目规范》对管道巡检、腐蚀防护、管道保护范围划分及保护范围内不得从事的活动类型等。

3.2 风险要素标准化评估

基于对评估要素的全面分析提取，结合标准规范中对评估要素的描述，以合规性作为评估要素的评估规则划分依据。对于具体的指标所表征风险大小，现有的评估方法大多都是基于统计数据、经验数据的指标要素分析，通过赋不同的分值进行评估，这些方法可以直观的对指标表征的风险大小进行排序，但是却缺乏相对统一的度量标准，无法依据结果进行可视化的展示。因此，本文基于统一的分值等级表征方法，以是否满足相关标准规范、可接受程度进行分值划分，直观对指标风险进行描述，如图（2）所示。此外，传统风险评估指标体系中难以定量评估的指标也可通过此方法进行分值评估。

3.3 风险要素动态评估

图 2 风险指标评估分值划分原则

城市燃气管道风险评估的目的除了对城市燃气系统运行状态进行了解掌控，也是期望对风险管道进行整改，消除管道风险。因此，燃气管道风险评估方法在城市生命线工程的现代化、信息化、智能化应用中应当是动态、闭环的，而非静态、一次性的。对于具体的实现方式，以指标要素评估为核心，在指标要素合规性评估规则基础上结合管控措施进行动态闭环处理以构建完整的指标要素评估规则。

图 3 指标要素闭环评估流程

如图（3）所示，当存在不合规、不可接受的指标要素时，依次对是否采取防治措施进行判断，当已采取相关防治措施后，指标要素的转变为合规、可接受水平，对应分值降低。例如管道埋深不足，若已采取增加埋深、增设物理防护等措施时，管道风险降低。

3.4 管网风险系统评估

通过评估要素全面性、要素合规性、要素评估动态性构建的燃气管道指标要素评估规则，可以对燃气管道的各项状态进行全面表征，但是无法切实实现对燃气管道风险描述。因此，需要结合系统性分析对燃气管道风险进行评估。

考虑到单个指标要素的不合规就存在导致突发事件的可能性，例如管道埋深不足、服役年限过久、未定期检测等。因此，管道风险的系统性分析并不是以弱化指标要素独立性进行的，而是独立性和系统性共同作用的结果，即基于指标要素风险评估结果，采用事故树等方法结合管道损伤类型、致灾后果、风险管理等相关性分析结果对基础指标要素进行主观或客观的配置组合，构建各个角度、各个层面、各个维度的系统性评估框架，如图（4）所示；进一步，基于基础指标要素独立性评估结果，结合系统性分析框架，采用取最大值、相关性分析等方式对过程指标、维度进行评估，并最终结合风险矩阵等方法，在保证要素评估独立性和管道风险系统性的前提下实现对管道风险的评估。

3.5 风险评估合理可靠

通过对燃气管道指标要素评估规则的构建及管道风险系统性评估可以从底层逻辑保证方法的可靠性，实现从指标角度对管道运行状态进行表征。但是，对应于前文提到的燃气管道面临问题，实现燃气管道风险的可靠评估还需要解决数据完整性方面的问题。

对于待评估对象数据缺失的情况，现有的方法中主要是通过取默认值、降低指标影响或不考虑来进行管道风险评估。为了更加可靠的对管道风险进行评估，针对不同数据问题可采用不同方式进行处理：（1）当待评估区域所有管道都不存在该数据或者难以获取 可不考虑该指标要素；（2）当待评估区域获取数据中存在某一项指标数据， 事故案例统计分析、管道数据库分析等进行指标重要度的评估，并依据指 值的确定；（3）当待评估管道数据存在明显异常值，如管道直径过大、管道年限过久等，可以基于指标重要度采用默认值进行计算。

四、结语

针对现阶段燃气管道风险评估方法研究水平与应用要求之间的矛盾，本文基于现有燃气管道风险评估现状，通过风险评估方法技术研究与应用关键要素解构，提出基于现行燃气专业标准规范的燃气管道风险评估方法改进方案，对应评估方法的的实现：

（1）全面性：实现对燃气管道多角度下的安全状态表征，实现燃气管道体检式分析；

（2）合规性：可实现对风险评估有法可依，有理有据的评估；

（3）动态性：实现对燃气管道风险的动态闭环管理以及管道风险要素、防治措施的可视化（4）系统性：实现可配置化的、结合风险要素评估独立性和管道风险评估系统性的评估；

（5）可靠性：通过数据缺陷处理，结合管道综合评估算法，可实现数据缺失条件下的燃气管道险合理评估。

五、参考文献

[1]陈建中.我国燃气管道风险评估及现状[J].安全，2013，34（06）：6-7+11.

[2] 张 琼 雅 ， 张 胜 杰 . 城 市 燃 气 管 道 风 险 评 价 研 究 [J]. 山 西 建筑，2020，46（22）：94-95+100.DOI：10.13719/j.cnki.cn14-1279/tu.2020.22.037.

[3]王春雪，吕淑然.城市燃气管道泄漏致灾混合概率风险评估研究[J].中国安全科学学报，2016，26（12）：146-151.

[4] 侯经纬，刘香芝，朱家琪，等.基于模糊综合层次评价的城市燃气管网风险评估[J].化学工程与装备，2018，255（4）：156-160+171.

[5]王新颖，张惠然，张瑞程，赵斌，陈海群.基于深度学习的大数据管网风险评价方法[J].消防科学与技术，2019，38（06）：902-905.

[6]王新颖，宋兴帅，杨泰旺，陈海群，王凯全.LS-SVM 模型在城市燃气管道风险评估中的应用[J].消防科学与技术，2017，36（11）：1598-1601.

[7]曾小康，冯阳，赖文庆，汤彬坤，吴涛，伏喜斌，黄学斌，钟舜聪，钟剑锋.基于 AHP-熵权法的城市燃气管道风险评价[J].中国安全生产科学技术，2021，17（05）：130-135.

[8] Muhlbauer W K . Pipeline risk management manual[M]. Gulf Pub. Co. 2003.