基于層次分析法的隧道機電系統(tǒng)安全評價

陳 磊 / 青海省海東公路總段麥秀隧道管理所

基于層次分析法的隧道機電系統(tǒng)安全評價

陳 磊 / 青海省海東公路總段麥秀隧道管理所

隧道系統(tǒng)是一個龐大而復雜的系統(tǒng),其影響因素常常是灰色、模糊、難以量化的,因此很難采用單一指標來對其進行評價,必須進行多角度、多層次的評價。本文從設備、管理及運營環(huán)境3個方面,選取17項對隧道機電系統(tǒng)安全運營影響較大的因素作為評價指標,運用層次分析法建立了隧道機電系統(tǒng)的安全評價指標體系,提出一套科學的用于隧道機電系統(tǒng)安全評價的方法。

層次分析法；隧道機電系統(tǒng)；安全評價

機電系統(tǒng)是隧道安全運營最關鍵的因素之一,涉及到通風、照明、檢測和監(jiān)控等多個因素,因此采用科學的評價方法對其安全運營狀況作出正確評價,可為隧道維護及安全運營決策提供重要依據(jù)。

一、層次分析法的概述

層次分析法是一種解決多目標復雜問題的定性與定量分析相結(jié)合的系統(tǒng)化、層次化的工程方法，該方法將復雜的系統(tǒng)和過程數(shù)學化、程序化，將人們主觀的定性分析定量化，將各要素之間的差異形象化、數(shù)值化，具有層次分解性、定量與定性相結(jié)合等特點。

二、評價指標體系的建立

隧道機電系統(tǒng)從其功能劃分主要有:照明及照明控制系統(tǒng)、通風及通風控制系統(tǒng)、交通檢測與誘導控制系統(tǒng)、火災檢測與消防系統(tǒng)、閉路電視及中控系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、緊急疏散控制系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)。應用層次分析法研究隧道機電系統(tǒng)安全運營管理系統(tǒng)中的各個影響因素,并對各個因素進行分類、細化,確定一個三層次、多指標的隧道機電系統(tǒng)安全運營層次模型。影響系統(tǒng)安全運營的因素包括隧道機電設備、設備管理及運營環(huán)境3個方面,下屬共17個安全指標,如圖所示。

三、隧道機電系統(tǒng)安全性評價指標

對隧道機電系統(tǒng)的安全性進行評價, 是為了分析隧道存在的問題與不足,進一步提出發(fā)展方向與整改措施。分析的結(jié)論正確與否,與評價指標的選取直接相關。評價指標的選擇, 應遵循目的性原則、系統(tǒng)性原則、可操作性和實用性原則、科學性和可靠性原則、可比性原則、指標之間的獨立性原則、相對性原則、導向性原則、直觀性原則與可測性原則。按照以上原則, 隧道機電系統(tǒng)安全評價指標主要包括以下幾方面。

1、隧道重要度指標。隧道重要度可以從用途、功能和地理特征3方面來評價。

2、運營環(huán)境指標。反映運營環(huán)境安全影響水平的指標有動態(tài)指標與靜態(tài)指標。動態(tài)指標主要包括交通組織、管制速度、交通量、大型車比例、運行速度、運行速度方差及氣候狀況7個指標,照明亮度、等效聲級等對安全影響相對較小且一般容易控制,可不予考慮。靜態(tài)指標主要包括道路與隧道洞口接線處運行速度差、道路與隧道洞口運行速度行程內(nèi)的線形一致性、道路與隧道洞口接線橫斷面的過渡、相鄰隧道的間距共4個指標。

3、土建結(jié)構(gòu)指標。主要有每一方向隧道孔數(shù)、隧道線形、坡度、橫通道間距、緊急停車帶間距、隧道長度、車道寬度、路面橫向摩擦力系數(shù)以及路面縱向摩擦力系數(shù)9個指標, 隧道洞門形式、隧道內(nèi)壁、防排水系統(tǒng)等指標影響較小且難以量化,可不予考慮。

4、機電系統(tǒng)指標。機電系統(tǒng)可分為應急救援系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)2類, 其都可用一定無故障工作時間下的可靠度來反映。應急救援系統(tǒng)包括通風及通風控制系統(tǒng)、照明及照明控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、火災檢測與報警系統(tǒng)以及通訊系統(tǒng)6個指標。輔助系統(tǒng)包括閉路電視監(jiān)視系統(tǒng)、交通與環(huán)境檢測系統(tǒng)、交通控制與誘導系統(tǒng)、緊急電話系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)以及防雷接地系統(tǒng)6個指標。

5、運營管理指標?？蓮陌踩婪洞胧鳖A案、危險品運輸車輛管理、信息發(fā)布、救援設施與隊伍、隧道管理人員培訓、宣傳教育7個方面來評價。

四、隧道機電系統(tǒng)安全性評價方法

隧道安全評價方法按照方法特征可分為: 定性方法、定量方法、定性與定量相結(jié)合的綜合方法。常用的定性方法有安全檢查法、安全檢查表分析法、專家評議法、專家函詢法、預先危險性分析、故障假設分析法等。定量方法主要有模糊數(shù)學綜合評判法、層次分析法、蒙特卡洛數(shù)值模擬法、CIM 模型法、神經(jīng)網(wǎng)絡方法。定性與定量相結(jié)合的方法有事故樹法、事件樹法、風險評價指數(shù)矩陣法等。此外, 還有一些后期發(fā)展起來的改進綜合應用方法, 如信心指數(shù)法、模糊層次綜合評價方法、模糊事故樹法、事故樹與模糊綜合評判的組合分析法等。評價方法的選擇, 取決于評價目的和評價指標。

1、隧道重要度評價。任何一條隧道的重要度均可從用途、功能、地理特征3方面來考察。用字母代表隧道不同方面的特征,即可通過字母相互組合描述隧道的整體特征。例如:字母組合ace表示某隧道為民用山嶺隧道,隧道等級屬于一般道路。隧道的整體特征主要有 8 種 : ace、acf、ade、adf、bce、bcf、bde、bdf。采用專家評議法對以上8種隧道的重要度進行評價。該評價結(jié)果一旦被接受,就可以運用到所有隧道重要度的評價中, 因此專家組成員的選取非常重要。

2、運營環(huán)境評價。運營環(huán)境評價主要分4個階段進行,通過對運營環(huán)境的11個評價指標分別打分,并加以計算進而對整個運營環(huán)境做出評價。具體過程如下:1)風險潛勢評價。包括交通量、大型車比例、運行速度、運行速度方差、氣候狀況、道路與隧道洞口接線處運行速度差的評價。2) 安全潛勢評價。包括交通組織、管制速度、道路與隧道洞口運行速度行程內(nèi)的線形一致性、道路與隧道洞口接線橫斷面的過渡、相鄰隧道間距的評價。3)計算分級百分比:式中,RRF為風險比率因子,可根據(jù)風險分數(shù)與風險分級之間的關系換算出來; SP 為評價所得的安全總分與最高安全分數(shù)值比。4) 隧道運營環(huán)境等級劃分。

3、土建結(jié)構(gòu)評價。采用安全檢查表分析法與故障假設分析法相結(jié)合。評價過程可以分為以下3步: 建立合適的安全檢查表; 將實際現(xiàn)場測得的評價指標數(shù)據(jù)值與隧道建設期間的相關設計資料、標準作比較,完成分析;編制分析結(jié)果文件。故障假設分析法鼓勵思考潛在的事故和可能導致的后果,可以彌補安全檢查表編制時經(jīng)驗的不足;而檢查表又可以使故障假設分析法更系統(tǒng)化。因此將2種方法相結(jié)合可以互相取長補短,最終得到更合理的評價結(jié)果。

4、機電系統(tǒng)評價。隧道機電系統(tǒng)規(guī)模大而復雜,對該系統(tǒng)的評價是一個典型的多因素、多層次問題。通過層次分析法為機電系統(tǒng)的評價建立評價指標體系并為各指標分配權(quán)重, 最后結(jié)合綜合評價方法得出機電系統(tǒng)的安全等級。

5、運營管理評價。鑒于運營管理的7個評價指標多數(shù)屬于定性指標,采用專家評議法對隧道運營管理中的不安全因素進行分析、評價。要求專家組評議的結(jié)論中包括:運營管理中的不安全指標及相應的整改建議, 隧道運營管理的安全等級。

總之，公路隧道作為特殊路段,具有易發(fā)生事故及事故危害程度大、難于處理的特點,是公路運輸網(wǎng)絡的瓶頸路段。應用層次分析法的原理和方法,結(jié)合公路隧道機電系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成、系統(tǒng)功能及公路隧道機電系統(tǒng)的管理建立了包括設備、管理及運營環(huán)境評價指標的隧道機電系統(tǒng)的安全評價模型,得出了 17個評價指標的權(quán)重值。

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