城市綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系構(gòu)建

楊 林，高文學(xué)，李顏強(qiáng)，嚴(yán)榮松，苗慶偉，王 艷，戶英杰，楊明暢

(1.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司 城市燃?xì)鉄崃ρ芯吭?，天?300384；2.中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300381)

1 概述

城市地下綜合管廊是在城市地下建造的隧道空間，將電力、通信、燃?xì)?、供熱、給排水等各種工程管線集于一體，并設(shè)有專門的檢修口、吊裝口和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)施統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一設(shè)計(jì)、統(tǒng)一建設(shè)和管理。由于燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)性較強(qiáng)，在早期的綜合管廊建設(shè)中不建議將燃?xì)夤艿兰{入敷設(shè)，但經(jīng)過(guò)技術(shù)的不斷完善與科技的發(fā)展，GB 50838—2015《城市綜合管廊工程技術(shù)規(guī)范》對(duì)燃?xì)夤艿涝诰C合管廊內(nèi)的敷設(shè)規(guī)定有了突破，由原來(lái)“不建議將燃?xì)夤艿兰{入敷設(shè)”轉(zhuǎn)變?yōu)椤翱杉{入綜合管廊”，并給予了比較明確和嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定。GB 50289—2016《城市工程管線綜合規(guī)劃規(guī)范》第4.2.2條，明確了綜合管廊內(nèi)可敷設(shè)電力、通信、給水、熱力、再生水、天然氣、污水、雨水管線等城市綜合管線?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)促進(jìn)了全國(guó)天然氣管道納入地下綜合管廊的建設(shè)[1]。

雖然標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范已經(jīng)允許燃?xì)夤艿廊肜?，但也提出了明確和嚴(yán)格的技術(shù)規(guī)定，由于燃?xì)夤艿酪兹家妆奶匦?，目前出于安全的考慮，大多數(shù)綜合管廊工程不太確定燃?xì)夤艿滥芊袢肜?。因此本文將綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估分為入廊前(規(guī)劃可研階段)和運(yùn)行中(運(yùn)維管理階段)兩個(gè)階段，解決燃?xì)夤艿滥芊袢肜纫约叭肜群竽芊癜踩\(yùn)行的問(wèn)題。通過(guò)構(gòu)建城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿涝谝?guī)劃可研階段和運(yùn)維管理階段的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)體系，采用半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，基于管道失效可能性和管道失效后果確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，完成規(guī)劃可研階段和運(yùn)維管理階段綜合管廊燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

2 綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系

綜合管廊燃?xì)夤艿赖奈ｋU(xiǎn)源主要來(lái)自綜合管廊，綜合管廊作為復(fù)雜的綜合體，主要包括管廊本體、入廊管線和廊內(nèi)附屬設(shè)施等。此外危險(xiǎn)源還與綜合管廊周邊環(huán)境和管理方面等諸多其他因素有關(guān)，采用分解結(jié)構(gòu)法確定城市綜合管廊燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)源基本組成[2]。城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)源基本組成見(jiàn)圖1。

圖1 城市地下綜合管廊燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)源基本組成

根據(jù)圖1，綜合管廊燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)源主要包括綜合管廊、周邊環(huán)境、燃?xì)夤艿老到y(tǒng)、其他因素4類，并對(duì)每類危險(xiǎn)源進(jìn)行細(xì)化分解，其次級(jí)分類如下。綜合管廊：管廊本體、入廊管線和廊內(nèi)附屬設(shè)施。周邊環(huán)境：地質(zhì)條件、地震、管道地區(qū)等級(jí)、周邊地下空間情況。燃?xì)夤艿老到y(tǒng)：燃?xì)夤艿馈⑷細(xì)夤艿栏郊?、燃?xì)夤艿辣Ｗo(hù)措施。其他因素：管理水平、其他因素。

基于綜合管廊燃?xì)夤艿牢ｋU(xiǎn)源分析，通過(guò)對(duì)文獻(xiàn)調(diào)查、專家意見(jiàn)等進(jìn)行歸納總結(jié)，確定了綜合管廊燃?xì)夤艿涝谝?guī)劃可研階段的失效可能性指標(biāo)(包括三個(gè)層級(jí)指標(biāo)，其中一級(jí)指標(biāo)4個(gè)、二級(jí)指標(biāo)12個(gè)、三級(jí)指標(biāo)22個(gè))、綜合管廊燃?xì)夤艿涝谶\(yùn)維管理階段的失效可能性指標(biāo)(包括三個(gè)層級(jí)指標(biāo)，其中一級(jí)指標(biāo)4個(gè)、二級(jí)指標(biāo)14個(gè)、三級(jí)指標(biāo)39個(gè))和綜合管廊燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)(包括三個(gè)層級(jí)指標(biāo)，其中一級(jí)指標(biāo)3個(gè)、二級(jí)指標(biāo)17個(gè)、三級(jí)指標(biāo)14個(gè))。

3 綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

采用專家打分法確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，考慮了各位專家能力之間存在差異，從而導(dǎo)致專家權(quán)威性差異。因此，主要考慮專家在專業(yè)技能方面存在差異、工作時(shí)間即工作經(jīng)驗(yàn)的差異、對(duì)評(píng)估指標(biāo)的熟悉程度的差異，采用層次分析法確定專家權(quán)重，進(jìn)而對(duì)專家打分進(jìn)行處理，最終得到綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重。

3.1 基于層次分析法的專家權(quán)重

層次分析法適用范圍較廣，可以清楚展現(xiàn)各個(gè)不同層次的相對(duì)重要程度，在本文中采用層次分析法確定各個(gè)專家的權(quán)重，專家基本信息見(jiàn)表1。本研究選取了18位專家。

表1 專家基本信息

續(xù)表1

3.1.1構(gòu)建專家能力指標(biāo)體系

基于專家職稱、工作年限、指標(biāo)的熟悉程度建立了專家能力指標(biāo)體系，見(jiàn)圖2。

圖 2 專家能力指標(biāo)體系

3.1.2確定判斷矩陣

將指標(biāo)重要程度劃分為9個(gè)等級(jí)，并進(jìn)行兩兩比較，其中1、3、5、7、9級(jí)分別表示兩個(gè)指標(biāo)同等重要、略微重要、相當(dāng)重要、明顯重要、絕對(duì)重要，2、4、6、8級(jí)介于兩重要程度之間；相對(duì)不重要?jiǎng)t采用倒數(shù)取值的方式，如1/3、1/5、1/7、1/9等。比較每個(gè)層次的相對(duì)重要性，構(gòu)建準(zhǔn)則層、專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣。

專家職稱包括教授級(jí)高級(jí)工程師、高級(jí)工程師、工程師、教授、副教授，在職稱上教授級(jí)高級(jí)工程師與教授等同，高級(jí)工程師與副教授等同。如：專家1職稱為高級(jí)工程師，專家3職稱為教授級(jí)高級(jí)工程師，則職稱上專家1比專家3略微不重要，職稱判斷矩陣第1行第3列為1/3；專家1職稱為高級(jí)工程師，專家9職稱為工程師，職稱上專家1比專家9略微重要，職稱判斷矩陣第1行第9列為3。

本文將專家工作年限分為[10 a, 20 a)、[20 a, 30 a)、[30 a, 40 a)3個(gè)等級(jí)。如：專家1工作年限為28 a，專家3工作年限為30 a，工作年限上專家1比專家3略微不重要，則工作年限判斷矩陣第1行第3列為1/3；專家1工作年限為28 a，專家5工作年限為18 a，工作年限上專家1比專家5略微重要，則工作年限判斷矩陣第1行第5列為3。

根據(jù)專家近期的研究方向及對(duì)城市綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的了解程度，將專家對(duì)指標(biāo)的熟悉程度分為熟悉、很熟悉、非常熟悉3個(gè)等級(jí)。如：專家1對(duì)指標(biāo)很熟悉，專家10對(duì)指標(biāo)非常熟悉，則對(duì)指標(biāo)熟悉程度上專家1比專家10略微不重要，對(duì)指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣第1行第10列為1/3；專家1對(duì)指標(biāo)很熟悉，專家2對(duì)指標(biāo)熟悉，則對(duì)指標(biāo)熟悉程度上專家1比專家2略微重要，對(duì)指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣第1行第2列為3。

以準(zhǔn)則層和專家職稱為例，具體判斷矩陣分別見(jiàn)圖3、4。專家工作年限、指標(biāo)熟悉程度判斷矩陣省略。

因素職稱工作年限指標(biāo)熟悉程度職稱111工作年限111指標(biāo)熟悉程度111

3.1.3計(jì)算專家權(quán)重

首先計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積，再對(duì)乘積進(jìn)行求n次方根的計(jì)算，最后進(jìn)行歸一化處理，具體計(jì)算式為[3]：

(1)

(2)

(3)

式中Mi——判斷矩陣A第i行元素的乘積

n——判斷矩陣A的階數(shù)

Aij——判斷矩陣A的元素

mi——判斷矩陣A第i行元素乘積的n次方根

Wi——判斷矩陣A第i行元素的權(quán)重

基于上述計(jì)算方法，采用MATLAB軟件對(duì)建立的判斷矩陣進(jìn)行計(jì)算，得到準(zhǔn)則層中職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重，得到專家職稱權(quán)重、工作年限權(quán)重、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重(指標(biāo)層權(quán)重)，指標(biāo)層權(quán)重與準(zhǔn)則層權(quán)重乘積求和，最終得到可以反映專家綜合能力的專家權(quán)重。準(zhǔn)則層中專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度權(quán)重均為1/3。專家各指標(biāo)層權(quán)重及專家權(quán)重計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 專家各指標(biāo)層權(quán)重及專家權(quán)重計(jì)算結(jié)果

續(xù)表2

3.1.4一致性檢驗(yàn)

基于上述步驟得出的權(quán)重矩陣，計(jì)算判斷矩陣的最大特征值λmax，并對(duì)其進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。具體計(jì)算式[3]為：

Q=AW

(4)

(5)

(6)

(7)

式中Q——新構(gòu)建矩陣

A——判斷矩陣

W——判斷矩陣A相應(yīng)的權(quán)重矩陣

λmax——判斷矩陣的最大特征值

Qi——新構(gòu)建矩陣Q的第i個(gè)元素

CI——一致性指標(biāo)

CR——一致性比例

RI——隨機(jī)一致性指標(biāo)

隨機(jī)一致性指標(biāo)RI隨階數(shù)的變化而不同[4]，具體見(jiàn)表3。

表3 隨機(jī)一致性指標(biāo)RI

通過(guò)計(jì)算一致性比例檢驗(yàn)判斷矩陣的權(quán)重計(jì)算結(jié)果是否可靠。當(dāng)一致性比例低于0.1時(shí)認(rèn)為該判斷矩陣得到的權(quán)重計(jì)算結(jié)果是可靠的。

通過(guò)計(jì)算得出，專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度的判斷矩陣一致性比例CR分別為0.002 3、0.005 0和0.006 5。CR均小于0.1，所以確定判斷矩陣是符合一致性要求的，計(jì)算得出的專家權(quán)重的結(jié)果是可信、可用的。

3.2 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

18位專家對(duì)規(guī)劃可研階段管道失效可能性指標(biāo)權(quán)重、運(yùn)維管理階段管道失效可能性指標(biāo)權(quán)重、管道失效后果指標(biāo)權(quán)重進(jìn)行賦值，將各個(gè)專家權(quán)重與指標(biāo)權(quán)重相乘并累加，得到綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，具體見(jiàn)表4～6，表中“—”表示無(wú)三級(jí)指標(biāo)及三級(jí)指標(biāo)權(quán)重。

表4 規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重

續(xù)表4

表5 運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重

續(xù)表5

4 綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

本文采用半定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，即根據(jù)管道失效可能性和管道失效后果確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。前文已確定規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)及權(quán)

表6 燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)權(quán)重

重、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)及權(quán)重、燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)及權(quán)重。根據(jù)被評(píng)估管道實(shí)際情況，確定管道失效可能性二級(jí)或三級(jí)指標(biāo)的得分和管道失效后果二級(jí)或三級(jí)指標(biāo)得分，由此計(jì)算管道失效可能性分值和管道失效后果分值，確定管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

4.1 管道失效可能性、失效后果分值計(jì)算

根據(jù)團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)T/CDHA 9—2022《熱力管道安全評(píng)估方法》，綜合管廊燃?xì)夤艿赖氖Э赡苄苑种祽?yīng)根據(jù)各級(jí)指標(biāo)權(quán)重和二級(jí)或三級(jí)指標(biāo)得分計(jì)算，計(jì)算式為：

(8)

(9)

(10)

式中P——失效可能性分值

a——一級(jí)指標(biāo)數(shù)量

qi——一級(jí)指標(biāo)i的權(quán)重

Pi——一級(jí)指標(biāo)i的失效可能性得分

b——二級(jí)指標(biāo)數(shù)量，隨i變化

qij——一級(jí)指標(biāo)i下二級(jí)指標(biāo)j的權(quán)重

Pij——一級(jí)指標(biāo)i下二級(jí)指標(biāo)j的失效可能性得分

c——三級(jí)指標(biāo)數(shù)量，隨i、j變化

qijk——一級(jí)指標(biāo)i二級(jí)指標(biāo)j下三級(jí)指標(biāo)k的權(quán)重

Pijk——一級(jí)指標(biāo)i二級(jí)指標(biāo)j下三級(jí)指標(biāo)k的失效可能性得分

當(dāng)二級(jí)指標(biāo)下無(wú)三級(jí)指標(biāo)時(shí)，Pij直接給出，不按式(10)計(jì)算。

綜合管廊燃?xì)夤艿赖氖Ш蠊种?量符號(hào)為C)同理計(jì)算。

4.2 管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

本項(xiàng)目中綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分以失效后果得分為主，兼顧最低合理可行原則，基于管道失效可能性分值和失效后果分值，將管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分為低風(fēng)險(xiǎn)、中風(fēng)險(xiǎn)、中高風(fēng)險(xiǎn)、高風(fēng)險(xiǎn)，見(jiàn)表7。

表7 風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分

5 綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估案例

以某綜合管廊燃?xì)夤艿罏槔M(jìn)行運(yùn)維管理階段風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。此綜合管廊為預(yù)制拼裝混凝土結(jié)構(gòu)的干支混合綜合管廊，廊內(nèi)附屬設(shè)施齊全，且管線齊全，涵蓋了給水與可再生水管道、排水管渠、熱力管道、電力電纜、通信線纜等，管廊的整體規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工質(zhì)量良好，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。綜合管廊周邊環(huán)境中，地質(zhì)條件良好，場(chǎng)地穩(wěn)定性較好，巖土工程性質(zhì)中濕陷性為Ⅱ級(jí)且脹縮等級(jí)為Ⅱ級(jí)，地基無(wú)液化情況，場(chǎng)地類別為Ⅱ類，地震烈度為7度。此外，管道地區(qū)等級(jí)為二級(jí)地區(qū)，管廊附近有地下商業(yè)工程。綜合管廊內(nèi)燃?xì)夤艿罏镈N 150 mm的中壓管道，運(yùn)行時(shí)間低于5 a，材質(zhì)為低合金鋼。綜合管廊燃?xì)夤艿劳度脒\(yùn)行期間，管廊及管線的巡檢、檢測(cè)、維護(hù)基本良好，具有較為完善的運(yùn)行管理制度，但部分地方巡檢和檢測(cè)結(jié)果處理不及時(shí)。

根據(jù)綜合管廊燃?xì)夤艿缹?shí)際情況，得到各指標(biāo)得分。運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)得分見(jiàn)表8，燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)得分見(jiàn)表9。表8、9中“—”表示無(wú)三級(jí)指標(biāo)。當(dāng)有三級(jí)指標(biāo)時(shí)，得分為三級(jí)指標(biāo)得分；當(dāng)無(wú)三級(jí)指標(biāo)時(shí)，得分為二級(jí)指標(biāo)得分。

表8 運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)得分

續(xù)表8

根據(jù)表5、8，計(jì)算得出綜合管廊燃?xì)夤艿朗Э赡苄苑种禐?3.47。同樣，根據(jù)表6、9，計(jì)算得出綜合管廊燃?xì)夤艿朗Ш蠊种禐?8.72。根據(jù)表7，可以看出，該綜合管廊燃?xì)夤艿赖娘L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為中風(fēng)險(xiǎn)。

6 結(jié)論

① 針對(duì)綜合管廊燃?xì)夤艿滥芊袢肜群腿肜群竽芊癜踩\(yùn)行問(wèn)題，構(gòu)建規(guī)劃可研階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)體系、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)體系、燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)體系。

表9 燃?xì)夤艿朗Ш蠊笜?biāo)得分

續(xù)表9

② 采用層次分析法建立專家權(quán)重計(jì)算模型，構(gòu)建以專家職稱、工作年限、指標(biāo)熟悉程度為準(zhǔn)則層的專家能力指標(biāo)體系，確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)評(píng)估專家權(quán)重，并對(duì)專家打分進(jìn)行處理，得到規(guī)劃可研階段、運(yùn)維管理階段燃?xì)夤艿朗Э赡苄灾笜?biāo)權(quán)重和管道失效后果指標(biāo)權(quán)重。

③ 基于綜合管廊燃?xì)夤艿缹?shí)際情況，確定管道失效可能性指標(biāo)得分和管道失效后果指標(biāo)得分，結(jié)合指標(biāo)權(quán)重計(jì)算得出管道失效可能性分值和管道失效后果分值，根據(jù)管道風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)劃分原則，確定綜合管廊燃?xì)夤艿里L(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。