基于ISM和AHP的燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩匮芯?/h1>
2019-04-30 05:07:40王慶國
煤氣與熱力 2019年4期
王慶國， 郭 敏
(1.天津市陜津天然氣集輸有限公司，天津300112；2.天津市賽達管道工程有限公司，天津300385)
1 概述
隨著城市燃?xì)庑枨罅康娜找嬖鲩L，天然氣在我國已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用[1]，尤其是在節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，天然氣因其高效、潔凈的特點，在能源利用中所占比例日趨增大[2]，2015年末我國城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)總長度已超過60×104km。伴隨城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的日漸完善，天然氣泄漏帶來的安全問題也成為人們關(guān)注的重點，因此提出了管道完整性的概念。管道完整性是指管道承受荷載范圍及其安全運行能力，管道完整性管理是為了保證完整性展開的管控活動[3]。管道完整性管理首先必須綜合考慮各影響因素的關(guān)聯(lián)性，尋找潛在的危險因素[4]。為保證燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運行，管道完整性管理應(yīng)做到“重點”、“要點”相結(jié)合，“要點”是保證燃?xì)夤芫W(wǎng)完整性的必要條件，“重點”則是影響管網(wǎng)完整性的關(guān)鍵因素。筆者通過整理分析城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩刂g的關(guān)聯(lián)性，建立解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)，并利用解釋結(jié)構(gòu)模型和層次分析法分析城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩刂g的層次關(guān)系以及各影響因素的影響權(quán)重，為管道完整性管理提供理論依據(jù)。
2 解釋結(jié)構(gòu)模型建立步驟
解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)需要根據(jù)人們知識和實踐經(jīng)驗，通過將繁瑣的系統(tǒng)分解成多個子系統(tǒng)來構(gòu)造多級階梯結(jié)構(gòu)模型[5]，該模型可以清晰地對同一系統(tǒng)中容易模糊混淆的觀點或影響因素之間的關(guān)聯(lián)性進行表述。燃?xì)夤艿劳暾缘挠绊懸蛩劐e綜復(fù)雜，相互影響，但有相對明顯的階層關(guān)系，因此本文通過建立燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩氐慕忉尳Y(jié)構(gòu)模型，并對模型進行層級間的劃分，分析各階層影響因素。解釋結(jié)構(gòu)模型建立步驟為：
① 選定研究目標(biāo)及其影響因素。確定燃?xì)夤艿劳暾詾槟繕?biāo)事件，并通過收集專家意見及現(xiàn)場調(diào)研等多種途徑對目標(biāo)事件的影響因素進行收集整理。
② 建立意識模型[6]及影響因素有向圖。通過學(xué)術(shù)討論會反復(fù)討論研究，并結(jié)合專家意見，確定目標(biāo)事件與影響因素以及影響因素之間的關(guān)聯(lián)方案，建立主觀意識模型，劃分子系統(tǒng)，并繪制影響因素有向圖[7]。此步驟人為因素起作用較大。
③ 建立并計算鄰接矩陣與可達矩陣。通過各影響因素的關(guān)聯(lián)性建立鄰接矩陣，并利用布爾達代數(shù)運算法則對鄰接矩陣進行計算，得到可達矩陣。通過可達矩陣對影響燃?xì)夤艿赖?4個因素進行定量描述。
④ 建立解釋結(jié)構(gòu)模型。解析可達矩陣，分解目標(biāo)事件影響因素的層次與連通模塊[5]，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。
3 管道完整性解釋結(jié)構(gòu)模型
3.1 管道完整性影響因素分析
本文所選目標(biāo)事件為燃?xì)夤艿劳暾??；?016年天津市14家管道氣公司安全檢查數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)查、專家意見收集整理燃?xì)夤艿劳暾缘挠绊懸蛩?，并結(jié)合“人、機、料、法、環(huán)”管理思路[8]，從人為因素、環(huán)境因素、安全技術(shù)、法治監(jiān)管、社會經(jīng)濟利益、管理體系、管網(wǎng)因素7個子系統(tǒng)對影響因素進行劃分，并將7個子系統(tǒng)細(xì)化分為24個影響因素[9-13]，見表1。解析燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩貎?nèi)部關(guān)聯(lián)性并繪制有向圖，結(jié)果見圖1。
表1 影響因素的隸屬關(guān)系
圖1 燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩赜邢驁D
3.2 建立鄰接矩陣與可達矩陣
鄰接矩陣A可描述某因素Si通過長度為l的通路可到達其他因素Sj的情況[14]：當(dāng)i≠j時，若因素Si對因素Sj有直接影響，則記Aij=1，否則記Aij=0；當(dāng)i=j時，Aij表示因素自身的通路情況，數(shù)值為0。例如員工素質(zhì)S1可能造成操作失誤S2，則A12=1。本文基于燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩赜邢驁D建立鄰接矩陣A，見圖2。
圖2鄰接矩陣
可達矩陣計算見式(1)、(2)。通過鄰接矩陣A加上單位矩陣I后的冪運算得到，其中矩陣(A+I)的冪運算[5]的運算法則為布爾達代數(shù)運算法則[13]。
通過依次取n為1～24進行試算，找出能滿足公式(1)的n值，然后代入公式(2)計算得到可達矩陣。
(A+I)1≠(A+I)2，…，(A+I)n-1≠
(A+I)n，(A+I)n=(A+I)n+1
(1)
R=(A+I)n
(2)
式中A——鄰接矩陣
I——單位矩陣
n——整數(shù)，取值范圍1～24
R——可達矩陣
通過MATLAB編程計算可得，當(dāng)n=7時公式(1)成立，此時R=(A+I)7。可達矩陣見圖3。
圖3可達矩陣
3.3 建立解釋結(jié)構(gòu)模型
可達矩陣R中元素Rij表示因素Sj對因素Si的影響情況，當(dāng)且僅當(dāng)i行中只有一列元素為1時，表示因素Si有且僅有一個影響因素Sj，則定義因素Si為一級影響因素。刪除一級影響因素所在的行與列，得到新的可達矩陣R1[7]，矩陣R1中m行當(dāng)且僅當(dāng)只有一列元素為1時，定義該因素Sm為二級影響因素。以此類推可將24個影響因素進行等級劃分。
影響管道完整性的影響因素共劃分為7個等級，各級影響因素分別為L1={7，19，22，23}，L2={5，18，21，24}，L3={2，9，15，20}，L4={1，3，4，6，14}，L5={8，13，17}，L6={12，16}，L7={10，11}。分析7級影響因素，根據(jù)影響因素連通模塊建立燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩氐慕忉尳Y(jié)構(gòu)模型，見圖4。
根據(jù)圖4，劃分7級影響因素至3個層面：表層影響因素、中間影響因素及深層影響因素。對管道完整性有直接影響的因素為表層影響因素，包括第三方破壞、管道外腐蝕及應(yīng)力腐蝕、巡線頻次、運行壓力及波動、管網(wǎng)設(shè)備故障、操作失誤、使用時間、管道內(nèi)腐蝕、管材質(zhì)量。不受其他因素影響且不可控程度較高的因素為深層影響因素，包括第三方利益、安全監(jiān)控水平、不可抗力因素、政府監(jiān)控體制、法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)利潤，其中身體狀況雖然不受其他因素影響，但其可控程度較高，因此劃分至中間影響因素。除表層影響因素、深層影響因素以外的其他影響因素稱為中間影響因素，包括安全防護程度、防護設(shè)備完整性、規(guī)章制度完整性、身體狀況、員工素質(zhì)、操作技能、安全教育培訓(xùn)制度、安全投入、安全評價體系。
圖4燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩亟忉尳Y(jié)構(gòu)模型
4 影響力計算
層次分析法(AHP)可以通過定量及定性分析，對多影響因素事件處置提供數(shù)據(jù)支持[15]。因此利用層次分析法分別分析管道完整性3個層面的影響因素，可以得到各層面每個影響因素的影響力。其中表層影響因素對目標(biāo)事件有著最為直接的影響，也是對目標(biāo)事件進行掌控最為有效的環(huán)節(jié)，因此本文以表層影響因素為例，利用AHP法對燃?xì)夤艿劳暾员韺佑绊懸蛩氐挠绊懥M行排序。
基于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩亟忉尳Y(jié)構(gòu)模型，建立表層影響因素指標(biāo)體系?；谔旖蚴泄艿罋獍踩珯z查數(shù)據(jù)及專家意見，結(jié)合標(biāo)度法[6]對各表層影響因素的影響力進行賦值，并通過建立判斷矩陣計算管道完整性的表層影響因素指標(biāo)權(quán)重，計算結(jié)果見表2。分析表2數(shù)據(jù)可知：在表層影響因素中，管網(wǎng)設(shè)備故障、運行壓力及波動、使用時間、管材質(zhì)量、管道內(nèi)腐蝕都屬于管網(wǎng)因素，所占權(quán)重達0.509 4，更容易對管道完整性造成破壞，因此加強對管道設(shè)計、管材選取、管道施工以及管道維護的監(jiān)控對燃?xì)夤艿劳暾杂兄顬橹苯拥挠绊憽?/p>
表2 燃?xì)夤艿辣韺佑绊懸蛩刂笜?biāo)權(quán)重
5 結(jié)論
① 針對燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩乇姸唷㈥P(guān)系復(fù)雜且結(jié)構(gòu)不清的特點，采用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)方法，通過可達矩陣對影響燃?xì)夤艿劳暾缘?4個因素進行定量描述，將燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩胤譃?級，并劃分層次和關(guān)聯(lián)關(guān)系，為城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾怨芾硖峁├碚撘罁?jù)。
② 基于解釋結(jié)構(gòu)模型確定的燃?xì)夤艿劳暾员韺佑绊懸蛩兀ㄟ^層次分析法(AHP)對各表層影響因素的影響力進行計算。在表層影響因素中，管網(wǎng)因素(指管網(wǎng)設(shè)備故障、運行壓力及波動、使用時間、管材質(zhì)量和管道內(nèi)腐蝕)和人為因素(指操作失誤)是影響安全生產(chǎn)的最直接、最重要的因素，管網(wǎng)因素占比達50.94%，其中操作失誤、管網(wǎng)設(shè)備故障以及管材質(zhì)量對管道完整性的影響較大。
猜你喜歡
輪圖的平衡性長春師范大學(xué)學(xué)報(2022年12期)2023-01-13 11:41:32 稠油熱采水泥環(huán)完整性研究云南化工(2021年9期)2021-12-21 07:44:00 燃?xì)夤艿佬孤┲鲃勇晫W(xué)探測方法煤氣與熱力(2021年5期)2021-07-22 09:02:16 2.5 MPa及以上城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿琅c輸氣管道區(qū)別煤氣與熱力(2021年3期)2021-06-09 06:16:28 莫斷音動聽 且惜意傳情——論音樂作品“完整性欣賞”的意義中國音樂教育(2017年4期)2017-05-20 09:21:06 PE80燃?xì)夤艿赖膽?yīng)力松弛模型與實驗驗證中國塑料(2016年4期)2016-06-27 06:33:52 基于鄰接矩陣變型的K分網(wǎng)絡(luò)社團算法網(wǎng)絡(luò)空間安全(2016年3期)2016-06-15 20:27:07 淺談燃?xì)夤艿赖暮附蛹夹g(shù)上海煤氣(2016年1期)2016-05-09 07:12:38 精子DNA完整性損傷的發(fā)生機制及診斷治療中國男科學(xué)雜志(2016年9期)2016-03-20 15:00:13 一種判定的無向圖連通性的快速Warshall算法讀寫算·教研版(2015年13期)2015-07-28 07:13:11
王慶國， 郭 敏
(1.天津市陜津天然氣集輸有限公司，天津300112；2.天津市賽達管道工程有限公司，天津300385)
1 概述
隨著城市燃?xì)庑枨罅康娜找嬖鲩L，天然氣在我國已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用[1]，尤其是在節(jié)能環(huán)保的大環(huán)境下，天然氣因其高效、潔凈的特點，在能源利用中所占比例日趨增大[2]，2015年末我國城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)總長度已超過60×104km。伴隨城鎮(zhèn)燃?xì)夤芫W(wǎng)的日漸完善，天然氣泄漏帶來的安全問題也成為人們關(guān)注的重點，因此提出了管道完整性的概念。管道完整性是指管道承受荷載范圍及其安全運行能力，管道完整性管理是為了保證完整性展開的管控活動[3]。管道完整性管理首先必須綜合考慮各影響因素的關(guān)聯(lián)性，尋找潛在的危險因素[4]。為保證燃?xì)夤芫W(wǎng)的安全運行，管道完整性管理應(yīng)做到“重點”、“要點”相結(jié)合，“要點”是保證燃?xì)夤芫W(wǎng)完整性的必要條件，“重點”則是影響管網(wǎng)完整性的關(guān)鍵因素。筆者通過整理分析城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩刂g的關(guān)聯(lián)性，建立解釋結(jié)構(gòu)模型(Interpretative Structural Modeling,簡稱ISM)，并利用解釋結(jié)構(gòu)模型和層次分析法分析城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩刂g的層次關(guān)系以及各影響因素的影響權(quán)重，為管道完整性管理提供理論依據(jù)。
2 解釋結(jié)構(gòu)模型建立步驟
解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)需要根據(jù)人們知識和實踐經(jīng)驗，通過將繁瑣的系統(tǒng)分解成多個子系統(tǒng)來構(gòu)造多級階梯結(jié)構(gòu)模型[5]，該模型可以清晰地對同一系統(tǒng)中容易模糊混淆的觀點或影響因素之間的關(guān)聯(lián)性進行表述。燃?xì)夤艿劳暾缘挠绊懸蛩劐e綜復(fù)雜，相互影響，但有相對明顯的階層關(guān)系，因此本文通過建立燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩氐慕忉尳Y(jié)構(gòu)模型，并對模型進行層級間的劃分，分析各階層影響因素。解釋結(jié)構(gòu)模型建立步驟為：
① 選定研究目標(biāo)及其影響因素。確定燃?xì)夤艿劳暾詾槟繕?biāo)事件，并通過收集專家意見及現(xiàn)場調(diào)研等多種途徑對目標(biāo)事件的影響因素進行收集整理。
② 建立意識模型[6]及影響因素有向圖。通過學(xué)術(shù)討論會反復(fù)討論研究，并結(jié)合專家意見，確定目標(biāo)事件與影響因素以及影響因素之間的關(guān)聯(lián)方案，建立主觀意識模型，劃分子系統(tǒng)，并繪制影響因素有向圖[7]。此步驟人為因素起作用較大。
③ 建立并計算鄰接矩陣與可達矩陣。通過各影響因素的關(guān)聯(lián)性建立鄰接矩陣，并利用布爾達代數(shù)運算法則對鄰接矩陣進行計算，得到可達矩陣。通過可達矩陣對影響燃?xì)夤艿赖?4個因素進行定量描述。
④ 建立解釋結(jié)構(gòu)模型。解析可達矩陣，分解目標(biāo)事件影響因素的層次與連通模塊[5]，建立解釋結(jié)構(gòu)模型。
3 管道完整性解釋結(jié)構(gòu)模型
3.1 管道完整性影響因素分析
本文所選目標(biāo)事件為燃?xì)夤艿劳暾??；?016年天津市14家管道氣公司安全檢查數(shù)據(jù)、現(xiàn)場調(diào)查、專家意見收集整理燃?xì)夤艿劳暾缘挠绊懸蛩?，并結(jié)合“人、機、料、法、環(huán)”管理思路[8]，從人為因素、環(huán)境因素、安全技術(shù)、法治監(jiān)管、社會經(jīng)濟利益、管理體系、管網(wǎng)因素7個子系統(tǒng)對影響因素進行劃分，并將7個子系統(tǒng)細(xì)化分為24個影響因素[9-13]，見表1。解析燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩貎?nèi)部關(guān)聯(lián)性并繪制有向圖，結(jié)果見圖1。
表1 影響因素的隸屬關(guān)系
圖1 燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩赜邢驁D
3.2 建立鄰接矩陣與可達矩陣
鄰接矩陣A可描述某因素Si通過長度為l的通路可到達其他因素Sj的情況[14]：當(dāng)i≠j時，若因素Si對因素Sj有直接影響，則記Aij=1，否則記Aij=0；當(dāng)i=j時，Aij表示因素自身的通路情況，數(shù)值為0。例如員工素質(zhì)S1可能造成操作失誤S2，則A12=1。本文基于燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩赜邢驁D建立鄰接矩陣A，見圖2。
圖2鄰接矩陣
可達矩陣計算見式(1)、(2)。通過鄰接矩陣A加上單位矩陣I后的冪運算得到，其中矩陣(A+I)的冪運算[5]的運算法則為布爾達代數(shù)運算法則[13]。
通過依次取n為1～24進行試算，找出能滿足公式(1)的n值，然后代入公式(2)計算得到可達矩陣。
(A+I)1≠(A+I)2，…，(A+I)n-1≠
(A+I)n，(A+I)n=(A+I)n+1
(1)
R=(A+I)n
(2)
式中A——鄰接矩陣
I——單位矩陣
n——整數(shù)，取值范圍1～24
R——可達矩陣
通過MATLAB編程計算可得，當(dāng)n=7時公式(1)成立，此時R=(A+I)7。可達矩陣見圖3。
圖3可達矩陣
3.3 建立解釋結(jié)構(gòu)模型
可達矩陣R中元素Rij表示因素Sj對因素Si的影響情況，當(dāng)且僅當(dāng)i行中只有一列元素為1時，表示因素Si有且僅有一個影響因素Sj，則定義因素Si為一級影響因素。刪除一級影響因素所在的行與列，得到新的可達矩陣R1[7]，矩陣R1中m行當(dāng)且僅當(dāng)只有一列元素為1時，定義該因素Sm為二級影響因素。以此類推可將24個影響因素進行等級劃分。
影響管道完整性的影響因素共劃分為7個等級，各級影響因素分別為L1={7，19，22，23}，L2={5，18，21，24}，L3={2，9，15，20}，L4={1，3，4，6，14}，L5={8，13，17}，L6={12，16}，L7={10，11}。分析7級影響因素，根據(jù)影響因素連通模塊建立燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩氐慕忉尳Y(jié)構(gòu)模型，見圖4。
根據(jù)圖4，劃分7級影響因素至3個層面：表層影響因素、中間影響因素及深層影響因素。對管道完整性有直接影響的因素為表層影響因素，包括第三方破壞、管道外腐蝕及應(yīng)力腐蝕、巡線頻次、運行壓力及波動、管網(wǎng)設(shè)備故障、操作失誤、使用時間、管道內(nèi)腐蝕、管材質(zhì)量。不受其他因素影響且不可控程度較高的因素為深層影響因素，包括第三方利益、安全監(jiān)控水平、不可抗力因素、政府監(jiān)控體制、法律法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)以及企業(yè)利潤，其中身體狀況雖然不受其他因素影響，但其可控程度較高，因此劃分至中間影響因素。除表層影響因素、深層影響因素以外的其他影響因素稱為中間影響因素，包括安全防護程度、防護設(shè)備完整性、規(guī)章制度完整性、身體狀況、員工素質(zhì)、操作技能、安全教育培訓(xùn)制度、安全投入、安全評價體系。
圖4燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩亟忉尳Y(jié)構(gòu)模型
4 影響力計算
層次分析法(AHP)可以通過定量及定性分析，對多影響因素事件處置提供數(shù)據(jù)支持[15]。因此利用層次分析法分別分析管道完整性3個層面的影響因素，可以得到各層面每個影響因素的影響力。其中表層影響因素對目標(biāo)事件有著最為直接的影響，也是對目標(biāo)事件進行掌控最為有效的環(huán)節(jié)，因此本文以表層影響因素為例，利用AHP法對燃?xì)夤艿劳暾员韺佑绊懸蛩氐挠绊懥M行排序。
基于城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩亟忉尳Y(jié)構(gòu)模型，建立表層影響因素指標(biāo)體系?；谔旖蚴泄艿罋獍踩珯z查數(shù)據(jù)及專家意見，結(jié)合標(biāo)度法[6]對各表層影響因素的影響力進行賦值，并通過建立判斷矩陣計算管道完整性的表層影響因素指標(biāo)權(quán)重，計算結(jié)果見表2。分析表2數(shù)據(jù)可知：在表層影響因素中，管網(wǎng)設(shè)備故障、運行壓力及波動、使用時間、管材質(zhì)量、管道內(nèi)腐蝕都屬于管網(wǎng)因素，所占權(quán)重達0.509 4，更容易對管道完整性造成破壞，因此加強對管道設(shè)計、管材選取、管道施工以及管道維護的監(jiān)控對燃?xì)夤艿劳暾杂兄顬橹苯拥挠绊憽?/p>
表2 燃?xì)夤艿辣韺佑绊懸蛩刂笜?biāo)權(quán)重
5 結(jié)論
① 針對燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩乇姸唷㈥P(guān)系復(fù)雜且結(jié)構(gòu)不清的特點，采用解釋結(jié)構(gòu)模型(ISM)方法，通過可達矩陣對影響燃?xì)夤艿劳暾缘?4個因素進行定量描述，將燃?xì)夤艿劳暾杂绊懸蛩胤譃?級，并劃分層次和關(guān)聯(lián)關(guān)系，為城鎮(zhèn)燃?xì)夤艿劳暾怨芾硖峁├碚撘罁?jù)。
② 基于解釋結(jié)構(gòu)模型確定的燃?xì)夤艿劳暾员韺佑绊懸蛩兀ㄟ^層次分析法(AHP)對各表層影響因素的影響力進行計算。在表層影響因素中，管網(wǎng)因素(指管網(wǎng)設(shè)備故障、運行壓力及波動、使用時間、管材質(zhì)量和管道內(nèi)腐蝕)和人為因素(指操作失誤)是影響安全生產(chǎn)的最直接、最重要的因素，管網(wǎng)因素占比達50.94%，其中操作失誤、管網(wǎng)設(shè)備故障以及管材質(zhì)量對管道完整性的影響較大。
猜你喜歡
長春師范大學(xué)學(xué)報(2022年12期)2023-01-13 11:41:32
云南化工(2021年9期)2021-12-21 07:44:00
煤氣與熱力(2021年5期)2021-07-22 09:02:16
煤氣與熱力(2021年3期)2021-06-09 06:16:28
中國音樂教育(2017年4期)2017-05-20 09:21:06
中國塑料(2016年4期)2016-06-27 06:33:52
網(wǎng)絡(luò)空間安全(2016年3期)2016-06-15 20:27:07
上海煤氣(2016年1期)2016-05-09 07:12:38
中國男科學(xué)雜志(2016年9期)2016-03-20 15:00:13
讀寫算·教研版(2015年13期)2015-07-28 07:13:11
