城鎮燃氣管道風險綜合評價方法的選擇

摘 要

摘要：對城鎮燃氣管道進行風險評價，就是建立一套科學的多因素決策評價體系。通過比較分析5種現代綜合評價方法的優缺點及適用性，選擇層次分析法應用于城鎮燃氣管道風險評價。關
摘要：對城鎮燃氣管道進行風險評價，就是建立一套科學的多因素決策評價體系。通過比較分析5種現代綜合評價方法的優缺點及適用性，選擇層次分析法應用于城鎮燃氣管道風險評價。
關鍵詞：綜合評價方法；層次分析法；城鎮燃氣管道；風險評價
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，燃氣管網的風險評價技術發展很快[1～4]，但目前國內城鎮埋地燃氣管網的風險評價往往局限于某一類或幾類影響因素，不能全面系統地反映城鎮埋地燃氣管網的安全性。風險評價或稱風險分析，是一種基于數據資料、運行經驗、直觀認識等對事物的風險狀況進行描述和量化分析的科學方法，燃氣管道傳統的安全管理正在向風險管理的方向過渡。將風險量化，進行分析、比較，為管道系統的科學管理提供可靠的依據，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險的目的。
1 常用綜合評價方法簡介
    綜合評價方法能夠對多屬性體系結構做出全局性、整體性的評價，是評價風險項目最有效的工具。但由于綜合評價結果的敏感性，采用不同的評價方法，綜合評價結果存在著差別。
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合的多準則決策方法。這一方法的特點是對復雜決策問題的本質、影響因素以及內在關系等進行深入分析后，構建一個層次結構模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數學化，從而將多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題，用一種簡便的方法進行決策。它利用數學模型把人的思維過程層次化、數量化，為分析、決策、預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，FCE)是借助模糊數學的一些概念，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)，因而該方法的應用幾乎涵蓋了所有領域[6、7]。
1.3 數據包絡分析法
   數據包絡分析法(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。在運用和發展運籌學理論與實踐的基礎上，逐漸形成了主要依賴線性規劃技術并常常用于經濟定量分析的非參數方法。DEA可以看作是一種非參數的經濟估計方法，實質是根據一組關于輸入、輸出的觀察值來確定有效生產前沿面。由于DEA不需要預先估計參數，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越性，該方法近年來被廣泛運用到技術進步、技術創新、成本收益、資源配置、金融投資、非生產性等各個領域，進行有效性分析，從而進行評價決策[8、9]。
1.4 人工神經網絡評價法
   人工神經網絡評價法(Artificial Neural Net，ANN)是近年來快速發展的人工智能技術。其基本原理是模仿人腦的信息處理模式建立類似的函數神經元，實現神經元之間的連接以及整體網絡的架構，通過訓練過程將輸入層與輸出層之間的對應關系以權值的方式保存在隱含層中。訓練完好的神經網絡可以用于實際問題的解決，將新問題的輸入信息代入神經網絡，則可以快速得到對應的輸出結果。由于其思想的新穎性以及計算機技術的飛速發展，ANN在越來越多的領域中得到應用，特別是在知識復雜、微觀認識不完備的環境領域，主要包括：環境管理、環境質量評價、環境參數預測等方面[10]。
1.5 灰色綜合評價法
    灰色系統理論是中國學者鄧聚龍教授首先提出的，包括灰關聯度評價方法、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，主要工具是關聯分析，通過比較數列與參考數列的關聯系數和相關度，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方案。應用領域包括企業的經濟效益評價、農業發展水平評價、國防競爭力測算、工程領域等[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，做到結構嚴謹，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合，增強科學性和實用性。
當因素多(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分析和科學決策方法。
2
模糊綜合評價法
數學模型簡單，容易掌握，對多因素、多層次的復雜問題評價效果比較好，是別的數學分支和模型難以替代的方法，這種模型應用廣泛。
評價時要注意評價人數不能太少以及評價者必須對被評價事物有相當深的了解(特別是涉及專業方面的知識)。
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)，因而該方法的應用幾乎涵蓋了所有領域。
3
數據包絡分析法
無需任何權重假設，每個輸入、輸出的權重不是根據評價者的主觀認定，而是由決策單元的實際數據求得的最優權重，具有很強的客觀性。
只表明評價單元的相對發展指標，無法表示出實際發展水平。
用來評價多輸入和多輸出的部門的相對有效性。
4
人工神經網絡評價法
具有運算速度快、問題求解效率高、自學能力強、適應面寬等優點，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，需要大量的訓練樣本，應用的范圍是有限的。
特別適用于在知識復雜、微觀認識不完備的環境領域。
5
灰色綜合評價法
對數據量沒有要求，數據多與少都可以分析，計算簡單，通俗易懂。
要求樣本數據具有時間序列特性。
在系統數據資料較少和條件不滿足統計要求的情況下更具實用性。
3 城鎮燃氣管道風險綜合評價方法的選用
對城鎮燃氣管道進行風險評價，就是建立一套科學的評價體系，通過科學的評價方法獲得管道綜合的風險指標，這一指標應能客觀地描述特定的燃氣管道的風險狀況。在現階段城鎮燃氣風險評價技術方法中，普遍采用的是指數評分法。應用指數評分法建立城鎮燃氣管道風險評價模型基本流程見圖1。
 
3.1 指數評分法簡介
    指數評分法是一種主觀分類記分技術，通過賦予各類風險因素的相對權重，組成一個總的風險評分表，該方法的核心是建立指數體系。評價步驟為：a.找出誘發事故的各種因素，并加以分類；b.根據歷史記錄和現場調查制定的權重評分標準加以評分；c.將以上的評分相加；d.根據輸送介質的危險性及影響面的大小綜合評定得出泄漏影響系數；e.將指數評分和與所得泄漏影響系數進行綜合計算，最后得出相對風險值[11]。
3.2 綜合評價法的選擇
    城鎮燃氣管道是一個十分復雜的系統，它要涉及大量的相關因素，如第三方損害、管道及其附屬設施本體質量、腐蝕因素、施工質量、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。面對這樣一個復雜系統，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，就需要構造數學模型來模擬。在構造模型的過程中需要大量的數據資料，但是許多因素還是不能單純用數據來表示，這就要把大系統分為若干個相互關聯的子系統，將問題層次化，然后再根據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；數據包絡分析法只表明評價單元的相對發展指標，無法表示出實際發展水平；人工神經網絡評價法需要大量的訓練樣本；灰色綜合評價法要求樣本數據具有時間序列特性。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分析和科學決策方法。
    城鎮燃氣指數風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險評價問題是一個多目標、多層次、結構復雜、因素眾多的大系統問題。關鍵是各個因素權重的確定，這需要決策者依經驗判斷予以量化，將定性與定量分析相結合，對影響管道安全運行的各個因素權重進行計算，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查數據進行分析、綜合，通過計算確定管道事故發生可能性因素的權重，從而結合燃氣管道指數評分法得出管道風險指數得分[12、13]。
例如，我們把城鎮燃氣灰鑄鐵管道風險評價層次化，一共分成4個一級因素，設定風險權重和為400%，然后將4個一級因素繼續層次化，每個一級因素經層次分析并加權平均計算后得出埋地灰鑄鐵天然氣管道各風險因素的權重。圖2是城鎮燃氣灰鑄鐵管道層次分析結構。
 
   利用管理、維護、搶修記錄統計等資料，計算權重設定層次分值，最后給每一段管道打分，計算出風險因素現狀指數評分的總分值為第三方損害因素得分、管道及其附屬設施本體質量因素得分、施工質量因素得分、土壤影響因素得分之和。
4 結語
   風險管理技術在我國的燃氣行業還剛剛起步，很多技術和理論還需要在實踐中不斷地完善和發展。管道風險評價方法是事故樹法、層次分析法等多種風險評價方法的綜合。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，適合應用于根據管道管理、維護、統計資料及管理維護人員(專家)的經驗運用管理學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.建設部沈陽煤氣熱力研究設計院 遼寧沈陽 110026；2.沈陽建筑大學 遼寧沈陽 110168)