杨 林，高文学，李颜强，严荣松，苗庆伟，王 艳，户英杰，杨明畅
(1.中国市政工程华北设计研究总院有限公司 城市燃气热力研究院，天津 300384；
2.中国市政工程华北设计研究总院有限公司，天津 300381)
城市地下综合管廊是在城市地下建造的隧道空间，将电力、通信、燃气、供热、给排水等各种工程管线集于一体，并设有专门的检修口、吊装口和监测系统，实施统一规划、统一设计、统一建设和管理。由于燃气管道危险性较强，在早期的综合管廊建设中不建议将燃气管道纳入敷设，但经过技术的不断完善与科技的发展，GB 50838—2015《城市综合管廊工程技术规范》对燃气管道在综合管廊内的敷设规定有了突破，由原来“不建议将燃气管道纳入敷设”转变为“可纳入综合管廊”，并给予了比较明确和严格的技术规定。GB 50289—2016《城市工程管线综合规划规范》第4.2.2条，明确了综合管廊内可敷设电力、通信、给水、热力、再生水、天然气、污水、雨水管线等城市综合管线。现行标准促进了全国天然气管道纳入地下综合管廊的建设[1]。
虽然标准规范已经允许燃气管道入廊，但也提出了明确和严格的技术规定，由于燃气管道易燃易爆的特性，目前出于安全的考虑，大多数综合管廊工程不太确定燃气管道能否入廊。因此本文将综合管廊燃气管道风险评估分为入廊前(规划可研阶段)和运行中(运维管理阶段)两个阶段，解决燃气管道能否入廊以及入廊后能否安全运行的问题。通过构建城市地下综合管廊燃气管道在规划可研阶段和运维管理阶段的风险指标体系，采用半定量风险评估方法，基于管道失效可能性和管道失效后果确定管道风险等级，完成规划可研阶段和运维管理阶段综合管廊燃气管道的风险评估。
综合管廊燃气管道的危险源主要来自综合管廊，综合管廊作为复杂的综合体，主要包括管廊本体、入廊管线和廊内附属设施等。此外危险源还与综合管廊周边环境和管理方面等诸多其他因素有关，采用分解结构法确定城市综合管廊燃气管道危险源基本组成[2]。城市地下综合管廊燃气管道危险源基本组成见图1。
图1 城市地下综合管廊燃气管道危险源基本组成
根据图1，综合管廊燃气管道危险源主要包括综合管廊、周边环境、燃气管道系统、其他因素4类，并对每类危险源进行细化分解，其次级分类如下。综合管廊：管廊本体、入廊管线和廊内附属设施。周边环境：地质条件、地震、管道地区等级、周边地下空间情况。燃气管道系统：燃气管道、燃气管道附件、燃气管道保护措施。其他因素：管理水平、其他因素。
基于综合管廊燃气管道危险源分析，通过对文献调查、专家意见等进行归纳总结，确定了综合管廊燃气管道在规划可研阶段的失效可能性指标(包括三个层级指标，其中一级指标4个、二级指标12个、三级指标22个)、综合管廊燃气管道在运维管理阶段的失效可能性指标(包括三个层级指标，其中一级指标4个、二级指标14个、三级指标39个)和综合管廊燃气管道失效后果指标(包括三个层级指标，其中一级指标3个、二级指标17个、三级指标14个)。
采用专家打分法确定综合管廊燃气管道风险评估指标权重，考虑了各位专家能力之间存在差异，从而导致专家权威性差异。因此，主要考虑专家在专业技能方面存在差异、工作时间即工作经验的差异、对评估指标的熟悉程度的差异，采用层次分析法确定专家权重，进而对专家打分进行处理，最终得到综合管廊燃气管道风险评估指标权重。
3.1 基于层次分析法的专家权重
层次分析法适用范围较广，可以清楚展现各个不同层次的相对重要程度，在本文中采用层次分析法确定各个专家的权重，专家基本信息见表1。本研究选取了18位专家。
表1 专家基本信息
续表1
3.1.1构建专家能力指标体系
基于专家职称、工作年限、指标的熟悉程度建立了专家能力指标体系，见图2。
图 2 专家能力指标体系
3.1.2确定判断矩阵
将指标重要程度划分为9个等级，并进行两两比较，其中1、3、5、7、9级分别表示两个指标同等重要、略微重要、相当重要、明显重要、绝对重要，2、4、6、8级介于两重要程度之间；
相对不重要则采用倒数取值的方式，如1/3、1/5、1/7、1/9等。比较每个层次的相对重要性，构建准则层、专家职称、工作年限、指标熟悉程度判断矩阵。
专家职称包括教授级高级工程师、高级工程师、工程师、教授、副教授，在职称上教授级高级工程师与教授等同，高级工程师与副教授等同。如：专家1职称为高级工程师，专家3职称为教授级高级工程师，则职称上专家1比专家3略微不重要，职称判断矩阵第1行第3列为1/3；
专家1职称为高级工程师，专家9职称为工程师，职称上专家1比专家9略微重要，职称判断矩阵第1行第9列为3。
本文将专家工作年限分为[10 a, 20 a)、[20 a, 30 a)、[30 a, 40 a)3个等级。如：专家1工作年限为28 a，专家3工作年限为30 a，工作年限上专家1比专家3略微不重要，则工作年限判断矩阵第1行第3列为1/3；
专家1工作年限为28 a，专家5工作年限为18 a，工作年限上专家1比专家5略微重要，则工作年限判断矩阵第1行第5列为3。
根据专家近期的研究方向及对城市综合管廊燃气管道风险评估技术的了解程度，将专家对指标的熟悉程度分为熟悉、很熟悉、非常熟悉3个等级。如：专家1对指标很熟悉，专家10对指标非常熟悉，则对指标熟悉程度上专家1比专家10略微不重要，对指标熟悉程度判断矩阵第1行第10列为1/3；
专家1对指标很熟悉，专家2对指标熟悉，则对指标熟悉程度上专家1比专家2略微重要，对指标熟悉程度判断矩阵第1行第2列为3。
以准则层和专家职称为例，具体判断矩阵分别见图3、4。专家工作年限、指标熟悉程度判断矩阵省略。
因素职称工作年限指标熟悉程度职称111工作年限111指标熟悉程度111
3.1.3计算专家权重
首先计算判断矩阵每一行元素的乘积，再对乘积进行求n次方根的计算，最后进行归一化处理，具体计算式为[3]：
(1)
(2)
(3)
式中Mi——判断矩阵A第i行元素的乘积
n——判断矩阵A的阶数
Aij——判断矩阵A的元素
mi——判断矩阵A第i行元素乘积的n次方根
Wi——判断矩阵A第i行元素的权重
基于上述计算方法，采用MATLAB软件对建立的判断矩阵进行计算，得到准则层中职称、工作年限、指标熟悉程度权重，得到专家职称权重、工作年限权重、指标熟悉程度权重(指标层权重)，指标层权重与准则层权重乘积求和，最终得到可以反映专家综合能力的专家权重。准则层中专家职称、工作年限、指标熟悉程度权重均为1/3。专家各指标层权重及专家权重计算结果见表2。
表2 专家各指标层权重及专家权重计算结果
续表2
3.1.4一致性检验
基于上述步骤得出的权重矩阵，计算判断矩阵的最大特征值λmax，并对其进行一致性检验。具体计算式[3]为：
Q=AW
(4)
(5)
(6)
(7)
式中Q——新构建矩阵
A——判断矩阵
W——判断矩阵A相应的权重矩阵
λmax——判断矩阵的最大特征值
Qi——新构建矩阵Q的第i个元素
CI——一致性指标
CR——一致性比例
RI——随机一致性指标
随机一致性指标RI随阶数的变化而不同[4]，具体见表3。
表3 随机一致性指标RI
通过计算一致性比例检验判断矩阵的权重计算结果是否可靠。当一致性比例低于0.1时认为该判断矩阵得到的权重计算结果是可靠的。
通过计算得出，专家职称、工作年限、指标熟悉程度的判断矩阵一致性比例CR分别为0.002 3、0.005 0和0.006 5。CR均小于0.1，所以确定判断矩阵是符合一致性要求的，计算得出的专家权重的结果是可信、可用的。
3.2 风险评估指标权重
18位专家对规划可研阶段管道失效可能性指标权重、运维管理阶段管道失效可能性指标权重、管道失效后果指标权重进行赋值，将各个专家权重与指标权重相乘并累加，得到综合管廊燃气管道风险评估指标权重，具体见表4～6，表中“—”表示无三级指标及三级指标权重。
表4 规划可研阶段燃气管道失效可能性指标权重
续表4
表5 运维管理阶段燃气管道失效可能性指标权重
续表5
本文采用半定量风险评估方法，即根据管道失效可能性和管道失效后果确定管道风险等级。前文已确定规划可研阶段燃气管道失效可能性指标及权
表6 燃气管道失效后果指标权重
重、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标及权重、燃气管道失效后果指标及权重。根据被评估管道实际情况，确定管道失效可能性二级或三级指标的得分和管道失效后果二级或三级指标得分，由此计算管道失效可能性分值和管道失效后果分值，确定管道风险等级。
4.1 管道失效可能性、失效后果分值计算
根据团体标准T/CDHA 9—2022《热力管道安全评估方法》，综合管廊燃气管道的失效可能性分值应根据各级指标权重和二级或三级指标得分计算，计算式为：
(8)
(9)
(10)
式中P——失效可能性分值
a——一级指标数量
qi——一级指标i的权重
Pi——一级指标i的失效可能性得分
b——二级指标数量，随i变化
qij——一级指标i下二级指标j的权重
Pij——一级指标i下二级指标j的失效可能性得分
c——三级指标数量，随i、j变化
qijk——一级指标i二级指标j下三级指标k的权重
Pijk——一级指标i二级指标j下三级指标k的失效可能性得分
当二级指标下无三级指标时，Pij直接给出，不按式(10)计算。
综合管廊燃气管道的失效后果分值(量符号为C)同理计算。
4.2 管道风险等级
本项目中综合管廊燃气管道风险等级划分以失效后果得分为主，兼顾最低合理可行原则，基于管道失效可能性分值和失效后果分值，将管道风险等级划分为低风险、中风险、中高风险、高风险，见表7。
表7 风险等级划分
以某综合管廊燃气管道为例进行运维管理阶段风险评估。此综合管廊为预制拼装混凝土结构的干支混合综合管廊，廊内附属设施齐全，且管线齐全，涵盖了给水与可再生水管道、排水管渠、热力管道、电力电缆、通信线缆等，管廊的整体规划设计与施工质量良好，符合相关标准。综合管廊周边环境中，地质条件良好，场地稳定性较好，岩土工程性质中湿陷性为Ⅱ级且胀缩等级为Ⅱ级，地基无液化情况，场地类别为Ⅱ类，地震烈度为7度。此外，管道地区等级为二级地区，管廊附近有地下商业工程。综合管廊内燃气管道为DN 150 mm的中压管道，运行时间低于5 a，材质为低合金钢。综合管廊燃气管道投入运行期间，管廊及管线的巡检、检测、维护基本良好，具有较为完善的运行管理制度，但部分地方巡检和检测结果处理不及时。
根据综合管廊燃气管道实际情况，得到各指标得分。运维管理阶段燃气管道失效可能性指标得分见表8，燃气管道失效后果指标得分见表9。表8、9中“—”表示无三级指标。当有三级指标时，得分为三级指标得分；
当无三级指标时，得分为二级指标得分。
表8 运维管理阶段燃气管道失效可能性指标得分
续表8
根据表5、8，计算得出综合管廊燃气管道失效可能性分值为23.47。同样，根据表6、9，计算得出综合管廊燃气管道失效后果分值为48.72。根据表7，可以看出，该综合管廊燃气管道的风险等级为中风险。
① 针对综合管廊燃气管道能否入廊和入廊后能否安全运行问题，构建规划可研阶段燃气管道失效可能性指标体系、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标体系、燃气管道失效后果指标体系。
表9 燃气管道失效后果指标得分
续表9
② 采用层次分析法建立专家权重计算模型，构建以专家职称、工作年限、指标熟悉程度为准则层的专家能力指标体系，确定综合管廊燃气管道风险评估专家权重，并对专家打分进行处理，得到规划可研阶段、运维管理阶段燃气管道失效可能性指标权重和管道失效后果指标权重。
③ 基于综合管廊燃气管道实际情况，确定管道失效可能性指标得分和管道失效后果指标得分，结合指标权重计算得出管道失效可能性分值和管道失效后果分值，根据管道风险等级划分原则，确定综合管廊燃气管道风险等级。
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