城鎮(zhèn)燃氣管道風(fēng)險綜合評價方法的選擇

摘 要

摘要：對城鎮(zhèn)燃氣管道進行風(fēng)險評價，就是建立一套科學(xué)的多因素決策評價體系。通過比較分析5種現(xiàn)代綜合評價方法的優(yōu)缺點及適用性，選擇層次分析法應(yīng)用于城鎮(zhèn)燃氣管道風(fēng)險評價。關(guān)
摘要：對城鎮(zhèn)燃氣管道進行風(fēng)險評價，就是建立一套科學(xué)的多因素決策評價體系。通過比較分析5種現(xiàn)代綜合評價方法的優(yōu)缺點及適用性，選擇層次分析法應(yīng)用于城鎮(zhèn)燃氣管道風(fēng)險評價。
關(guān)鍵詞：綜合評價方法；層次分析法；城鎮(zhèn)燃氣管道；風(fēng)險評價
Choice of Comprehensive Risk Evaluation Methods of City Gas Pipeline
YU Jing-chun，SONG Hai-ning，WANG Xiang-ning，XU Lin-lin
Abstract：The risk evaluation of city gas pipeline is to establish a set of scientific multifactor decision evaluation system. Through comparing and analyzing the advantages，disadvantages and applicability of five modern comprehensive evaluation methods，the analytic hierarchy process is chosen for risk evaluation of city gas pipeline.
Key words：comprehensive evaluation method；analytic hierarchy process；city gas pipeline；risk evaluation
    近年來，燃氣管網(wǎng)的風(fēng)險評價技術(shù)發(fā)展很快[1～4]，但目前國內(nèi)城鎮(zhèn)埋地燃氣管網(wǎng)的風(fēng)險評價往往局限于某一類或幾類影響因素，不能全面系統(tǒng)地反映城鎮(zhèn)埋地燃氣管網(wǎng)的安全性。風(fēng)險評價或稱風(fēng)險分析，是一種基于數(shù)據(jù)資料、運行經(jīng)驗、直觀認識等對事物的風(fēng)險狀況進行描述和量化分析的科學(xué)方法，燃氣管道傳統(tǒng)的安全管理正在向風(fēng)險管理的方向過渡。將風(fēng)險量化，進行分析、比較，為管道系統(tǒng)的科學(xué)管理提供可靠的依據(jù)，從而能夠合理運用有限的人力、財力和物力等資源條件，采取最為合理的措施，達到最為有效地減小風(fēng)險的目的。
1 常用綜合評價方法簡介
    綜合評價方法能夠?qū)Χ鄬傩泽w系結(jié)構(gòu)做出全局性、整體性的評價，是評價風(fēng)險項目最有效的工具。但由于綜合評價結(jié)果的敏感性，采用不同的評價方法，綜合評價結(jié)果存在著差別。
1.1 層次分析法
   層次分析法(analytic hierarchy process，AHP)是美國著名的運籌學(xué)家T.L.Satty等人在20世紀70年代提出的一種定性與定量分析相結(jié)合的多準則決策方法。這一方法的特點是對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素以及內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析后，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學(xué)化，從而將多目標、多準則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題，用一種簡便的方法進行決策。它利用數(shù)學(xué)模型把人的思維過程層次化、數(shù)量化，為分析、決策、預(yù)報或控制提供定量的分析。它尤其適合于人的定性判斷起重要作用、對決策結(jié)果難以直接準確計量的場合[5]。
1.2 模糊綜合評價法
   模糊綜合評價法(fuzzy comprehensive evaluation，F(xiàn)CE)是借助模糊數(shù)學(xué)的一些概念，對實際的綜合評價問題提供一些評價的方法。它是對受多種因素影響的事物做出全面評價的一種十分有效的多因素決策方法，其特點是評價結(jié)果不是絕對地肯定或否定，而是以一個模糊集合來表示。由于模糊綜合評價方法可以較好地解決綜合評價中的模糊性(如事物類屬性之間的不清晰性，評價專家認識上的模糊性等)，因而該方法的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有領(lǐng)域[6、7]。
1.3 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法
   數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法(data envelopment analysis，DEA)和模型是1978年由美國A.Charnes和W.W.Cooper等人首先提出的，它用來評價多輸入和多輸出的部門(稱為決策單元)的相對有效性。在運用和發(fā)展運籌學(xué)理論與實踐的基礎(chǔ)上，逐漸形成了主要依賴線性規(guī)劃技術(shù)并常常用于經(jīng)濟定量分析的非參數(shù)方法。DEA可以看作是一種非參數(shù)的經(jīng)濟估計方法，實質(zhì)是根據(jù)一組關(guān)于輸入、輸出的觀察值來確定有效生產(chǎn)前沿面。由于DEA不需要預(yù)先估計參數(shù)，在避免主觀因素和簡化運算、減少誤差等方面有著不可低估的優(yōu)越性，該方法近年來被廣泛運用到技術(shù)進步、技術(shù)創(chuàng)新、成本收益、資源配置、金融投資、非生產(chǎn)性等各個領(lǐng)域，進行有效性分析，從而進行評價決策[8、9]。
1.4 人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法
   人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法(Artificial Neural Net，ANN)是近年來快速發(fā)展的人工智能技術(shù)。其基本原理是模仿人腦的信息處理模式建立類似的函數(shù)神經(jīng)元，實現(xiàn)神經(jīng)元之間的連接以及整體網(wǎng)絡(luò)的架構(gòu)，通過訓(xùn)練過程將輸入層與輸出層之間的對應(yīng)關(guān)系以權(quán)值的方式保存在隱含層中。訓(xùn)練完好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)可以用于實際問題的解決，將新問題的輸入信息代入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，則可以快速得到對應(yīng)的輸出結(jié)果。由于其思想的新穎性以及計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，ANN在越來越多的領(lǐng)域中得到應(yīng)用，特別是在知識復(fù)雜、微觀認識不完備的環(huán)境領(lǐng)域，主要包括：環(huán)境管理、環(huán)境質(zhì)量評價、環(huán)境參數(shù)預(yù)測等方面[10]。
1.5 灰色綜合評價法
    灰色系統(tǒng)理論是中國學(xué)者鄧聚龍教授首先提出的，包括灰關(guān)聯(lián)度評價方法、灰色聚類分析方法等?；疑C合評價法(gray comprehensive evaluation，GCE)是一種定性分析和定量分析相結(jié)合的綜合評價方法，可以較好地解決評價指標難以準確量化和統(tǒng)計的問題，排除人為帶來的影響[5]。運用灰色綜合評價方法對研究對象進行綜合評價，主要工具是關(guān)聯(lián)分析，通過比較數(shù)列與參考數(shù)列的關(guān)聯(lián)系數(shù)和相關(guān)度，來確定各種影響因素或備選方案的重要度，進而決定重要因素或最優(yōu)方案。應(yīng)用領(lǐng)域包括企業(yè)的經(jīng)濟效益評價、農(nóng)業(yè)發(fā)展水平評價、國防競爭力測算、工程領(lǐng)域等[6]。
2 常用評價方法比較
    常用的評價方法比較見表1。
表1 綜合評價方法比較
序號
方法名稱
優(yōu)點
缺點
適用性
1
層次分析法
提供了層次思維框架，便于整理思路，做到結(jié)構(gòu)嚴謹，思路清晰；通過對比進行標度，增加了判斷的客觀性；把定性判斷與定量推斷結(jié)合，增強科學(xué)性和實用性。
當(dāng)因素多(超過9個)時，標度工作量太大，宜引起標度專家反感和判斷混亂。
適合于具有定性的，或定性、定量兼有的決策分析，是一種十分有效的系統(tǒng)分析和科學(xué)決策方法。
2
模糊綜合評價法
數(shù)學(xué)模型簡單，容易掌握，對多因素、多層次的復(fù)雜問題評價效果比較好，是別的數(shù)學(xué)分支和模型難以替代的方法，這種模型應(yīng)用廣泛。
評價時要注意評價人數(shù)不能太少以及評價者必須對被評價事物有相當(dāng)深的了解(特別是涉及專業(yè)方面的知識)。
由于模糊綜合評價方法可以較好地解決綜合評價中的模糊性(如事物類屬性之間的不清晰性，評價專家認識上的模糊性等)，因而該方法的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有領(lǐng)域。
3
數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法
無需任何權(quán)重假設(shè)，每個輸入、輸出的權(quán)重不是根據(jù)評價者的主觀認定，而是由決策單元的實際數(shù)據(jù)求得的最優(yōu)權(quán)重，具有很強的客觀性。
只表明評價單元的相對發(fā)展指標，無法表示出實際發(fā)展水平。
用來評價多輸入和多輸出的部門的相對有效性。
4
人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法
具有運算速度快、問題求解效率高、自學(xué)能力強、適應(yīng)面寬等優(yōu)點，并且較好地模擬了評價專家進行綜合評價的過程。
精度不高，需要大量的訓(xùn)練樣本，應(yīng)用的范圍是有限的。
特別適用于在知識復(fù)雜、微觀認識不完備的環(huán)境領(lǐng)域。
5
灰色綜合評價法
對數(shù)據(jù)量沒有要求，數(shù)據(jù)多與少都可以分析，計算簡單，通俗易懂。
要求樣本數(shù)據(jù)具有時間序列特性。
在系統(tǒng)數(shù)據(jù)資料較少和條件不滿足統(tǒng)計要求的情況下更具實用性。
3 城鎮(zhèn)燃氣管道風(fēng)險綜合評價方法的選用
對城鎮(zhèn)燃氣管道進行風(fēng)險評價，就是建立一套科學(xué)的評價體系，通過科學(xué)的評價方法獲得管道綜合的風(fēng)險指標，這一指標應(yīng)能客觀地描述特定的燃氣管道的風(fēng)險狀況。在現(xiàn)階段城鎮(zhèn)燃氣風(fēng)險評價技術(shù)方法中，普遍采用的是指數(shù)評分法。應(yīng)用指數(shù)評分法建立城鎮(zhèn)燃氣管道風(fēng)險評價模型基本流程見圖1。
 
3.1 指數(shù)評分法簡介
    指數(shù)評分法是一種主觀分類記分技術(shù)，通過賦予各類風(fēng)險因素的相對權(quán)重，組成一個總的風(fēng)險評分表，該方法的核心是建立指數(shù)體系。評價步驟為：a.找出誘發(fā)事故的各種因素，并加以分類；b.根據(jù)歷史記錄和現(xiàn)場調(diào)查制定的權(quán)重評分標準加以評分；c.將以上的評分相加；d.根據(jù)輸送介質(zhì)的危險性及影響面的大小綜合評定得出泄漏影響系數(shù)；e.將指數(shù)評分和與所得泄漏影響系數(shù)進行綜合計算，最后得出相對風(fēng)險值[11]。
3.2 綜合評價法的選擇
    城鎮(zhèn)燃氣管道是一個十分復(fù)雜的系統(tǒng)，它要涉及大量的相關(guān)因素，如第三方損害、管道及其附屬設(shè)施本體質(zhì)量、腐蝕因素、施工質(zhì)量、土壤影響因素、最小覆土厚度、交通繁忙程度、占壓情況、管徑等。面對這樣一個復(fù)雜系統(tǒng)，單用定性方法研究肯定是行不通的，如果用定量方法來研究，就需要構(gòu)造數(shù)學(xué)模型來模擬。在構(gòu)造模型的過程中需要大量的數(shù)據(jù)資料，但是許多因素還是不能單純用數(shù)據(jù)來表示，這就要把大系統(tǒng)分為若干個相互關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)，將問題層次化，然后再根據(jù)不同因素的重要性程度進行評價。
    模糊綜合評價法可以較好地解決綜合評價中的模糊性；數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法只表明評價單元的相對發(fā)展指標，無法表示出實際發(fā)展水平；人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價法需要大量的訓(xùn)練樣本；灰色綜合評價法要求樣本數(shù)據(jù)具有時間序列特性。而層次分析法具有定性的，或定性、定量兼有的決策分析，它是一種十分有效的系統(tǒng)分析和科學(xué)決策方法。
    城鎮(zhèn)燃氣指數(shù)風(fēng)險評分方法是管道管理中具有決策性意義的工作，是一個將問題分級并且層次化的過程。也就是說燃氣管道風(fēng)險評價問題是一個多目標、多層次、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、因素眾多的大系統(tǒng)問題。關(guān)鍵是各個因素權(quán)重的確定，這需要決策者依經(jīng)驗判斷予以量化，將定性與定量分析相結(jié)合，對影響管道安全運行的各個因素權(quán)重進行計算，并進行多目標決策分析。層次分析法正是解決這一問題的有效方法。采用層次分析法對調(diào)查數(shù)據(jù)進行分析、綜合，通過計算確定管道事故發(fā)生可能性因素的權(quán)重，從而結(jié)合燃氣管道指數(shù)評分法得出管道風(fēng)險指數(shù)得分[12、13]。
例如，我們把城鎮(zhèn)燃氣灰鑄鐵管道風(fēng)險評價層次化，一共分成4個一級因素，設(shè)定風(fēng)險權(quán)重和為400%，然后將4個一級因素繼續(xù)層次化，每個一級因素經(jīng)層次分析并加權(quán)平均計算后得出埋地灰鑄鐵天然氣管道各風(fēng)險因素的權(quán)重。圖2是城鎮(zhèn)燃氣灰鑄鐵管道層次分析結(jié)構(gòu)。
 
   利用管理、維護、搶修記錄統(tǒng)計等資料，計算權(quán)重設(shè)定層次分值，最后給每一段管道打分，計算出風(fēng)險因素現(xiàn)狀指數(shù)評分的總分值為第三方損害因素得分、管道及其附屬設(shè)施本體質(zhì)量因素得分、施工質(zhì)量因素得分、土壤影響因素得分之和。
4 結(jié)語
   風(fēng)險管理技術(shù)在我國的燃氣行業(yè)還剛剛起步，很多技術(shù)和理論還需要在實踐中不斷地完善和發(fā)展。管道風(fēng)險評價方法是事故樹法、層次分析法等多種風(fēng)險評價方法的綜合。層次分析法十分適用于具有定性的或定性、定量兼有的決策分析，適合應(yīng)用于根據(jù)管道管理、維護、統(tǒng)計資料及管理維護人員(專家)的經(jīng)驗運用管理學(xué)的理論綜合賦予各因素的分值。
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(本文作者：于京春1 宋海寧2 王湘寧1 徐琳琳1 1.建設(shè)部沈陽煤氣熱力研究設(shè)計院 遼寧沈陽 110026；2.沈陽建筑大學(xué) 遼寧沈陽 110168)