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1、模糊综合评价法在埋地压力管道 失效可能性分析中的应用王晓梅赵建平( 南京工业大学机械与动力工程学院，南京2 t o 0 0 9 )摘要：城市埋地输气管道运行的安全直接关系到人们的人身财产安全，所以对造成埋地输气管道失效的各影响因素的定量分析是必要的。埋地输气管道工作环境复杂多变，并且在管道的设计、施工、运行和维护期间存在许多诱发管道事故的模糊因素。常规的方法并不能准确描述这些客观实际。为了准确地描述这些模糊因素，本文引入了模糊集合的概念，采用模糊综合评价法对埋地输气管道进行失效可能性分析。美t 词：埋地管道；模糊综合评价法；风险分析T h eA p p l i c a t i o no fF
2、u z z yS y n t h e t i cE v a l u a t i o nM e t h o di nt h eF a i l u r eL i k e l i h o o dA n a l y s i so ft h eB u r i e dP i p e l i n eW A N GX i a o - - m e iZ H A OJ i a n - p i n g( N a n j i n gU n i v e r s i t yo fT e c h n o l o g y ，N a n j i n g2 1 0 0 0 9 )A b s t r a c t ：T h es a
3、 f e t yo ft h eb u r i e dp i p ei sr e l a t e dt ot h ec i t i z e n gl i f ea n dw e a l t h S oi ti sn e c e s s a r yt oq u a r t -t i t a t i v e l ya n a l y z ee v e r yf a i l u r ef a c t o ro ft h ep i p e T h eo p e r a t i o nc o n d i t i o no ft h eb u r i e dp i p ei sv e r yc o m p
4、 l e xa n dv a r i a b l e ，a n dt h e r ea r em a n yf u z z yf a c t o r si nt h ep r o c e s so ft h ed e s i g n ，c o n s t r u c t i o n ，r u n n i n ga n dm a i n t e n a n c e B e c a u s et h e s ef a c t o r sC a l ln o tb ed e s c r i b e do b j e c t i v e l yb yt h em e t h o d sw h i c
5、ha l eg e n e r a l l yu s e dt oe v a l u a t et h er i s ko fp i p e ，t h ec o n c e p to ft h el i l z 可s e ti si n t r o d u c e di nt h i sp a p e r C o n s e q u e n t l y ，t h ef u z z ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm e t h o di sa p p l i e dt oe v a l u a t et h ef a i l u r el i k e
6、l i h o o do ft h eb u r i e dp i p e K e yw o r d s ：b u r i e dp i p e l i n e ；l u z z ys y n t h e t i ce v a l u a t i o nm e t h o d ；r i s ka n a b s l s前言风险是危险转变为事故的概率和损失程度的综合。风险评价是风险管理的依据，其最终的目的是按照人们的意志改变危险或者事故发生的概率，以及一旦出现危险，由于改进了防范措施从而可以降低损失的程度。埋地输气管道承担着气体输送任务，且被输送的气体具有易燃、易爆和腐蚀性等特点。所以一旦管道发
7、生泄漏时气体的释放将会影响到公众的财产和人身安全。输气管道深埋在地下，对其检测和运行状况的掌握都存在一定的困难。故埋地输气管道的运行必然存在一定的风险。其风险主要由两部分组成：一是埋地输气管道发生失效的可能性；二是埋地管道一旦发生事故其后果的严重性。埋地输气管道的运行环境复杂多变，并在管道的设计、施工、运行、操作和维护期间存在着许多诱发管道事故的模糊因素。常规的方法并不能精确描述这些客观实际。像现在常用的评分法，在评价的过程中即带有人的主观性又忽略了各因素的模糊性和关联性”“1 。所以用基于模糊数学的模糊综合评价法能较好的解决埋地输气管道评价过程中各评价因素的模糊性以及这些因素之间的相互性，得
8、出定量的评价结果，从而使评价结果更加合理、科学。1 模糊综合评价法简介工程中存在许多不确定性问题，一般工程的不确。5 6 5 定性可分为两种：一种是随机不确定性，一种是模糊不确定性。对前者是用概率统计方法，后者用模糊集理论解决。所谓的“模糊性”是客观事物差异的中问过渡中存在的“不分明性”。模糊综合评价法是应用模糊变换原理和最大隶属度原则，考虑与被评价对象相关的各个因素的模糊性，并对其做的综合评价。1 1 建立评价模型t 5 , 6 11 1 ，l 建立评价对象的因素集因素就是被评价对象的各种品质因素。评价对象的因素集一般用U 表示。设影响评价对象最终评价结果的评价因素有u 。，“。，则因素集可
9、表示为：U = “l ，啦，u 。i = 1 州2，n( 1 )每个因素叉按照对评价对象的影响程度可分为m 个等级，因素中的各因素所处的高低、大小、优劣等状态可用“好，较好，一般、较差、差”或“高、较高、一般、较低、低”等模糊语言来表示，此状态集合为因素等级集，如下所示：U = u n ，u n ，。“。 i = 1 ，2 ，n ( 2 )1 1 2 确定权重系数因素权重集反映了各因素对于评价对象的影响大小，其可以用下式表示：A = ( 口l ，口2 ，K ，口。)( 3 )其中n 满足归一化条件：。毛n2 1( 4 )针对因素集中的每一个因素建立相应的等级权重集，其如下式所示：4 。= (
10、口。l ，n ，K ，。) i = 1 ，2 ，n( 5 )其等级权重集也满足归一化条件。1 1 ，3 建立备择集备择集是评价者对评价对象可能做出的各种总的评价结果所组成的集合，一般以评定取值区间或程度语言作为评价目标，通常可以表示为：V = q ，”2 ，K ，巩j( 6 ) 1 2 一级模糊评价一级模糊综合评价法又称为单因素模糊综合评价法。它是通过综合一个因素的各个等级对评判对象取值的贡献，作出的一种单因素的评价。各因素等级的隶属函数矩阵为：矗：Kr 。 K7 甜 MM五7 “对每一因素建立相应的等级权重，即A i = ( 0 d ，5 6 6 o 。，K ，。) 。则一级模糊综合评判矩阵
11、为矗=A loR lA 2oR 2| I fA 。oR 。( 8 )1 3 二级模糊综合评价一级模糊综合评判只考虑了单个因素对评价对象的影响，而忽略了各因素之间的关联性，现给定各因素的权重，再计算被评价对象的风殓等级。雪= A o 矗= 6 1 ，6 ：，置，b 。( 9 )古是备择集y 上的一个子集，最后根据最大隶属度原则确定被评价对象的等级。= K l 耽- 一( b 。) ( 1 0 )吼即为最终的评价结果。2 应用实例以上介绍了模糊综合评价法的原理，现就某市运行2 0 年以上的埋地输气管道进行失效可能性模糊综合评判。埋地输气管道根据其管子的尺寸、技术条件、土质、地域特点、沿线人口分布、
12、外部气候条件等进行单元划分，然后分别对每一个管段进行失效可能性的模糊综合评价。现以其中的一个管段为例进行失效可能性评价。2 1 建立因素集7 1由于造成埋地输气管道失效的因素比较多且复杂，所以本文将采用二级综合评价法对其进行失效可能性的评价。引起埋地输气管道失效的主要可能因索有管道的内外腐蚀、第三方破坏、管理水平和操作水平。且所要考虑的第三方破坏和腐蚀因素中要考察的因素也很多。因此用层次结构图来描述各因素之间的内在联系，使其层次化、条理化。然后根据建立的层次结构图划分因素等级表。其各因素间的逻辑关系如图1 、图2 所示。开裂剥落破搅皱折暗泡麻点 平滑度 色泽 图1 腐蚀各因素问的层次结构图对于
13、设计水平因素的评价，主要选取设计资料、设计参数、设计规范。其等级划分如表l 所示。对于操作水平等级的评价，主要选取规程制定情况、规程的制定情况、人员素质、S e a d a 系统的完备性。其等级划分如表2 所示。图2 第三方各因素间的层次结构图2 2 建立备择集引起埋地输气管道失效可能性的评价的各择集为y = I 级，级，级，级，V 级 ，其中I 级表示管道发生失效的可能性小，V 级表示管道发生失效的可能性大。2 3 建立权重集确定因素权重的方法有很多，比如德尔斐法、专家调查法、层次分析法等。而层次分析法”1 是目前应用较广泛的一种方法，其基本步骤是比较若干因素对同一目标的影响，从而确定它们在
14、目标中占的比重。根据层次分析法，得出的引起失效的各因素的权重为：丑= ( 0 3 6 7 7 ，0 2 9 5 4 ，0 1 8 6 8 ，0 1 5 0 1 )用三角函数确定其每个因素的等级权重以及隶属函数矩阵。2 4 模糊综合评价对第三方破坏、腐蚀破坏、设计失误和操作失误这四个因素等级评价过后，进行管道失效可能性的模糊综合评价。此段管道的腐蚀等级3 级，第三方破坏为3 级，设计失误为2 级，操作失误3 级。则其一级模糊综合评价为：裹1 设计因素等级划分衰因素I 级级m 级级V 级设计资料很完备较完备完备不完备没有设计参数符合要求基本符合要求存在某些不符合要求不符合要求完全不符合设计规范无差
15、距较小差距有一定差距较大差距很大差距裒2 操作因素等级划分衰因素I 缀I I 级级级V 级规程制定规程制定的详细规程制定的较详细规程制定的不够详细规程制定的不详细投有制定规程执行情况好良好一般较差壹 人员素质好良好一般较差差人员培训好良好一般较差壹S c a d a 系统的完备性完备较完备不够完备不完备没有雪I = A l o R I = 0 1 4 6 ，0 2 1 8 6 ，0 2 7 0 9 ，0 2 1 8 6 ，0 1 4 6 ，雪1 = B 2 玩 B 3 = 0 2 2 7 5 ，0 2 9 0 1 ，0 2 3 0 1 ，0 1 5 8 8 ，0 0 9 3 4二级模糊综合评判
16、集雪为： B = A o R= ( O 3 6 7 7 ，0 2 9 5 4 ，0 1 8 6 8 ，0 1 5 0 1 ) O0 1 4 60 2 1 8 6 0 2 7 0 90 2 1 8 60 1 4 60 1 4 60 2 1 8 6 0 2 7 0 90 2 1 8 60 1 4 60 2 2 70 2 9 0 l0 2 3 0 10 1 5 8 8 0 0 9 3 40 1 4 60 2 1 8 6 0 2 7 0 90 2 1 8 60 1 4 6= ( 0 1 6 1 2 ，0 2 3 3 0 ，0 2 6 3 3 ，0 2 0 7 4 ，0 1 3 6 2 )2 5 评价结果根据最大隶属度方法可知此管段的失效可能性为3 级。在经过第三方破坏、腐蚀破坏、设计失误和操作失误的分析后得出某市全市埋地输气管道失效可能性的等级。
