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城市燃气管网安全评估系统的研发与应用

作者:周卫  来源:深圳市燃气集团有限公司 
评论: 更新日期:2013年09月03日

具有如下特点:
  1)主要依据管道现状实测数据,历史数据仅作为参考;
  2)通过中间层参数设计,较好实现了各影响因素的非线性映射;
  3)充分考虑了各影响因素间的交互作用;
  4)具备强大的自学习,自修正功能。先用少量样本建立模型,随着检测数据的逐渐积累,可不断进行自学习,使评估结果接近实际情况。
2.2.2 外力损坏状态
2.2.2.1 影响因素分析
  外力损坏主要是指由于第三方活动或环境自然变化而使管道受损,造成管道破裂,导致燃气外泄。外力损坏在城市燃气管网事故中占有相当高的比例。
  影响城市燃气管网外力损坏的因素包括管道的埋设深度、人在管道附近的活动状况、管道附属设备状况、管道附近其他市政设施、管道附近施工活动、管道沿线标志是否清楚、管道维护管理水平、地质地貌变迁以及地基沉降等。
2.2.2.2 评估单元划分
  评估单元划分原则如下:
  1)管径和压力级制为分段主因素;
  2)地面人流和建筑物情况为第二分段因素;
  3)阀门和凝液缸为第三分段因素。
  根据上述原则,我们将200公里被测管道划分为188个评估单元,并完成了评估数据的现场采集。
2.2.2.3 评估模型建立
  根据外力损坏影响因素的特征,我们采用故障树分析法和模糊综合评估方法相结合的数学模型。通过故障树分析,建立布尔代数模型,求取最小割集(径集),得到引起外力损坏的各种基本事件及其它们的重要度,然后运用模糊集理论求得外力损坏的事故概率。
2.2.3 人为失误状态
2.2.3.1 影响因素分析
    影响人为失误的因素主要是两个方面,一方面是人的素质,即从事管网设计、施工、运行和维护人员的技术和道德素质;另一方面是指对从事设计、施工、运行和维护人员工作的监督。
  对人为失误进行定量或精确评估是十分困难的,往往采用定性、打分或模糊评定的方法进行。在评估中应考虑的因素也较多,主要分为“设计失误”、“施工失误”、“运行失误”和“维护失误”几个方面。
2.2.3.2 数据采集与评估
  为了收集上述的各种影响因素,并考虑数据与资料的归纳与整理方便,我们设计了《人为失误因素的数据采集表》。
2.2.4 安全裕量状态
2.2.4.1 影响因素分析
  安全裕量应考虑的因素较多,其中管网所采用钢管的壁厚、设计压力的选取以及它与操作压力的差距、设计时所计及的载荷性质、所要求的水压试验、允许的超压情况和对管网地质情况的考虑等都对管网的运行安全有影响。
2.2.4.2 数据采集与评估
  为了收集上述的各种影响因素,并考虑数据与资料的归纳与整理方便,设计了《安全裕量数据采集表》。
2.2.5 事故可能性的综合评估
2.2.5.1 建立因素集
  前面对“腐蚀防护”、“外力损坏”、“人为失误”和“安全裕量”等四个影响事故可能性的因素分别进行了等级评估,而这四个因素对事故可能性的影响需运用模糊集理论进行综合评估,得到事故可能性的等级。
2.2.5.2 数据准备
  1)建立备择集
  将事故可能性分为5个等级,用模糊语言表示,形成备择集:
  V={小,较小,一般,较大,大}
  2)建立权重集


    2.3 后果严重度的评估
  后果严重度指管道发生事故时危害后果可能波及的范围和程度,包括对人身和财产的伤害、周边设施及环境的破坏、对社会安定及企业声誉的影响、给用户造成的损害、抢修所需的经济投入等。
  由于后果严重度所涉及的因素大多难以准确量化,且随时间发生变化,需借助灰色理论,进行模糊处理。可以直接建立多变量输入、单变量输出的神经网络模型,并结合遗传算法对神经网络进行调优,将有关参数代入模型,即可综合测算出各管段的事故严重度分值。
2.3.1 影响因素分析
  影响后果严重度评估的因素包括:燃气泄漏速率、管网所在地区的人口和建筑物密度、车流量、周边环境的重要度、一旦发生事故人员疏散能力和管道的可维修性、停止供气的影响、相邻管沟和电缆沟的情况、相邻管沟与住宅的相通情况等。
2.3.2 评估模型建立
  管网事故后果严重度的评估采用了层次分析法与模糊集理论相结合的数学模型。对实地采集或调查的数据和资料进行分析,将影响事故后果严重度的各因素作为模糊评估因素,建立因素集,并建立相应的备择集;建立模糊关系矩阵和评估因素的权重集,求得模糊综合评估结果向量,设定模糊隶属度函数,得到事故发生所造成后果的模糊等级。
    2.3.3 影响因素的等级划分
  为了对调查表得到的数据进行统计和分析,我们将上述影响因素分为8大类,根据各管段或区域的具体调查数据与资料,可对每一个因素按因素分级表确定等级,I级是对事故后果影响最小的等级,V级是对事故后果影响最大的等级。
2.3.4 层次分析确定因素权重
    上述8个因素对事故后果的影响是不完全相等的,它们影响的大小通常用权重来表示,因素权重集反映了各因素对于评估对象的影响大小,记为


    目前使用较为广泛的是用层次分析法(AHP法)确定权重集,它的具体方法是:
  1)首先建立所评估问题的递阶层次结构,把评估问题的各个组成因素按照它们的各自属性和对评估问题的影响程度分成若干个组,不同的组处于不同的层次。建立这种层次结构,必须进行综合评判,因为评估问题中成员指标的重要度不是一个决策者所评估完成的,它必须综合各个评判专家的评估结果。

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