题目：城市埋地燃气管道
学院能源院 专业建筑环境与设备工程
学号
姓名 学校南京师范大学
摘要
城市埋地燃气管道在大中城市广泛敷设，使用时间长后易发生重大安全事故，鉴于事故危害巨大，制订城市埋地燃气管道的风险评估体系有重要意义。
风险评估体系包括风险的评估和风险的接受准则两部分。风险的评估是根据确定的风险源进行管道失效概率评估和管道失效后果评估。风险的接受准则是要确定什么样的风险可以接受，什么样的风险不能接受。模糊数学方法、粗糙集理论、层次分析法、故障树分析均在风险评估中发挥了重要作用。基于GIS的燃气管道风险评估使得评估更直观和准确。
关键词：风险评估，现状，综合评估，定量评估，GIS
第1章绪论
第1.1节引言
城市埋地燃气管道是将燃气输送到城市各个用户的能源通道，已经成为现代城市的公共基础设施。经过几十年的建设与发展，我国60%以上大中城市地下城市的地下都敷设有大量的城市供气管网，随着未来一个时期我国民用燃气工业的快速发展，建有城市燃气管道的城市还会迅速的上升。这些已建并投入使用的埋地燃气管道大多已经使用了10～30年，甚至部分城市的埋地燃气管道的服役期超过了30年，随着燃气管道埋地时间的增长，由于管道材料质量或施工造成的损伤，加之腐蚀和外力的作用，使管道状况逐渐变差，更使得输送这些易燃、易爆、有毒介质的压力管道容易发生泄漏或者爆炸等事故。部分大中城市已先后发生多起地下燃气管道泄漏爆炸伤人事故，例如：1998年11月，在哈尔滨市动力区内因施工单位违章施工造成煤气管线泄漏，致使8人死亡，27人中毒。1999年12月，西安市莲湖路古都大酒店门前非机动车道地下天然气管道发生爆炸，200米的路面被强大的冲力炸开。2000年1月，广西贵港市城区富士花园到港北区公安分局南梧公路段发生地下油气管道爆炸事故，造成8人当场死亡，16人受伤，公路严重损坏。2004年7月30口比利时首都布鲁塞尔南部一工业区的高压煤气管道由于施工不慎，发生大爆炸。据法新社报道，爆炸至少造成15人死亡，200人受伤。2004年8月1口长春市有名的繁华闹市红旗街由十煤气泄漏造成万人大撤退。城市是人口集中，建筑密集的地区，一旦城市埋地燃气管道发生泄漏爆炸事故都将诱发惨重的人员伤亡和巨大的财产损失后果，因此需要采取科学的管理技术来加强城市埋地燃气管道的管理以保护全民的人身和财产安全。
第1.2节国内外研究状况
1.2.1国外研究状况
20世纪70年代，美国首先开始借鉴经济学和其他工业领域中的风险分析技术来评价油气管道的风险性。美国的PRCI（Pipeline Research Committee International）针对美国和欧洲的输气管道事故数据进行了分析和分类，归纳总结出22种引起管道失效的“基本因素”。
1985年美国Battelle Columbus研究院发表《风险调查指南》，首先在管道风险分析中运用了评分法。W. K. Muhlbauer在此基础上总结了美国近20年的油气管道风险评估研究工作，建立了适用于美国油气长输管线安全管理的管道风险评价指标体系，于1992
年出版了《管道风险管理手册》，1996年出版了第二版，2004年出版了第三版，成为世界各国普遍接受且展开埋地管道风险评估的重要参考文献。
其他许多国家也在开发适合自己国家的油气管道评估方法。如英国针对城市煤气管道风险评估而开发的TRANSPIPE软件，英国Advantica公司开发的专家分析软件PIPESAFE，加拿大CFFR公司的风险分析软件包（PIRAM ID）。
1.2.2国内研究状况
我国最早由潘家华在1995年全面介绍了美国的《管道风险管理手册》，引起广泛关注。国内的风险评估借鉴国外经验，对国内油气长输管道上进行了很多研究，解决了一些实际工程问题。2000年西南石油学院的姚安林和中国石油西南分公司联合开发的“输气管线风险评价软件”在重庆气矿达卧输气管道上成功进行了全线的风险分析和评估。2001年，科技人员用Muhlbauer的评分体系（也称穆氏法）对乌鲁木齐市煤气（天然气）管道工程成功进行了风险评估。
第2章风险评估体系
第2.1节风险评估体系的组成
风险评估体系需要确定两个方面，第一个方面是风险的评估，第二个方面是风险的接受准则。风险的评估一般分为管道失效（泄漏）风险评估和事故后果（风险）评估，目的是要得出风险的等级，风险的接受准则是风险评估体系的标准，是要找到风险的可接受范围与风险等级间的对应关系，以确定什么风险可以接受、什么风险不能接受。
第2.2节风险评估的方法
风险评估的方法可分为定性评估法、定量评估法和综合评估法。
2.2.1定性评估法
定性风险评估法是一种典型的模糊分析法，这是一种快捷的风险评估方法，从主要的角度对风险成分进行分析，主要包括故障模与影响分析法（Failure Mode and Effect Analysis，简称FMEA法）和故障树分析法（Fault Tree Analysis，简称FTA法）。
2.2.2定量评估法
定量风险评估是燃气管道风险评价的高级阶段，通过联合考虑诸如设备故障和安全系统失灵这样的单个事件，可以算出最终事故的发生概率，被认为是绝对事故频率的严密的数学和统计学方法。定量评估法主要包括马尔可夫预测法、模拟仿真法、排队论法等。
2.2.3综合评估法
综合评估法是半定量的方法，介于定量风险评价方法和定性风险评价方法之间，主要包括风险协调技术和概率风险评估法（Probabilistic Risk Assessment，简称PRA法），前者在燃气管道安全性风险分析上尚未应用，后者即穆氏法对应的类型。
第2.3节风险评估方法的适应性
2.3.1 穆氏法简介
穆氏法是世界范围内最为广泛采用的综合评估法。第一步，识别各种风险事件。第二步，由专家们对可能出现的风险因素或风险事件的重要性进行评价，给出每一风险事件的权重。第三步，确定每一风险事件发生的可能性，并分为若干个等级表示。第四步，
将每一风险事件的权重与风险事件可能性的分值相乘，求出该风险事件的得分；再将每一风险事件的得分累加，得到风险总分，其即为风险评价的结果。显然，风险总分越高，说明风险越大。第五步，结合扩散系数与产品危害评估泄漏影响系数，将风险总分与泄漏影响系数相乘得到相对风险评估值。第六步，将风险评价结果和评价标准比较。整个评估模型见图2-1。
图2-1 穆氏法风险评估的基本模型 2.3.2 国内评估方法与穆氏法的相似处
国内的埋地燃气管道风险评估的完整方法都与穆氏法的部分影子，主要体现在借鉴穆氏法中影响管道失效的层级因素和各因素的权重以及用专家评估的方法对因素打分或分级。一般将燃气管道层次失效因素归结为4类一级因素，每类一级因素下又分为若干二级甚至三级、四级因素，对每类因素根据管网实际情况给予评分。4类一级因素分别为第三方破坏、腐蚀原因、设计原因和误操作原因。
2.3.3 穆氏法的适应性分析
国内地埋燃气管道风险评估体系与穆氏法发生分歧的原因根本上是穆氏法的适用性问题。穆氏法主要用于美国油气长输管道的风险评估，而城市埋地燃气管道和穆氏法的适用对象上有很大的差异。曾静、许俊城等分析认为，城市埋地燃气管道和油气长输
管道间有很多主要差异。城市埋地燃气管道是网状，有很多管道附件，支管、阀门繁多，管道变径普遍，材质不同管道相连很常见，不同于同一管材、变径、分支很少的长输管道。城市埋地管道分期建设，建设标准不一，铺设在人口稠密地区，周围环境复杂，腐蚀条件主要考虑土壤腐蚀，基本没有进行阴极保护。长输管道统一建设，验收标准较高，缺陷少，有阴极保护措施，能进行完善的管理，但由于处于野外，还要考虑空气、自然恶劣环境的腐蚀。在国内方面适用，基于以上不同，评价对象和因素权重处理方法不适用，穆氏法中需要的某些参数国内尚难以提供，穆氏法中的腐蚀模型不适用，有如违章占用、在人口稠密地区可能造成财产损失和环境损失，这些情况造成穆氏法不能直接用于国内城市埋地燃气管道风险评估。
第2.4节国内使用的评估方法
由于定性评估法有明显的专家影响的的缺陷，国内目前使用的是改进的综合评估法和与专家评分相结合的定量分析法。
2.4.1 改进的综合评估法
综合评估法的改进主要体现在引入模糊综合分析法和层次分析法。
2.4.1.1 模糊综合分析法
模糊综合分析法来源于模糊数学。模糊数学是美国加利福尼亚大学控制论专家（L.
A. Zadeh）教授于1965年首先提出的。所谓的“模糊性”是客观事物差异的中间过渡中存在的“不分明性”。即事物没有明确的边界、质的定义和量上的明确界限。如在很多问题上，人们对事物的评价带有模糊性，习惯用模糊语言来描述被评价事物，如用“很好、较好、好、一般、较坏、很坏”来描述被评事物的某一因素的好坏程度，用“很精确、较精确、一般、较不精确、不精确”等模糊语言来描述收集资料的精确程度等等。这样就把指数评价的穆氏法中的专家评分具体指数变化为一个模糊评价，这样做第一能避免专家在对某一因素程度评具体分值时的主观失误，第二能避免在以具体绝对标准界定某因素分数时，中间过渡状态难以评分的问题。
模糊综合评价法的评价方法是考虑应用模糊变换原理和最大隶属度原则，隶属函数确定的准确性直接影响到管道风险评估结果的准确性。二级模糊综合评价法的基本模型如下：
1. 建立评价对象的因素集
2. 影响评价项目各因素权重的确定
3. 建立备择集
4. 建立单因素评判
5. 综合评判
模糊综合评估法的能用模糊集方法来描述和处理模糊因素，使评价结果接近工程实
际，也能填补因在建设初期未建立相应数据库使得按标准具体评分无法进行的不足。模糊综合评估方法具备处理高度非线性系统的能力。模糊数学的方法特别适合高度非线性系统或系统的数学模型不准确甚至很难得到的情况。模糊综合评估是基于评估过程的非线性特点而提出的，它利用模糊数学中的模糊运算法则，对非线性的评价论域进行量化综合，得到可比的量化评价结果。因此，模糊综合评估能降低人为的主观影响。
2.4.1.2 层次分析法
层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP，一种系统分析+运筹学方法）是美国运筹学家T. L. Saaty教授于70年代初提出的，于1982年引入我国，并逐渐成为系统工程研究的主流。它是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析法。它比较适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析。AHP法是通过分析复杂问题包含的各种因素及其相互关系，将问题分解为不同的要素，把这些要素分为不同层次，建立一个多层次的分析结构模型。在每一层中按一定的准则，对该层各要素进行逐对比较，建立判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征根及相应的特征向量，得出该层要素对十上一层某一要素的权重。此方法是把n个评价因素排成一个n阶判断矩阵，专家通过对因素两两比较，根据各因素的重要程度来确定矩阵中元素值的大小。有学者将层次分析法进行了改进，把模糊数学的思想和方法引入到层次分析法中建立模糊层次分析法的理论。层次分析法需要建立因素判断矩阵，模糊层次分析法需要建立的是模糊一致性矩阵。应用层次分析法可以减少设定权重时的主观性。
2.4.2 与专家评分相结合的定量分析法
与专家评分相结合的定量分析法采用与综合评价法不同的评估思路。定量分析方法会求出风险值，风险值=管道失效（泄漏）概率×失效后果（风险）值。所以计算失效概率和风险值是最重要的两个方面。
2.4.2.1 管道失效泄漏概率计算
在计算失效（泄漏）概率方面，需要运用粗糙集和故障树理论进行分析。
粗糙集理论是波兰学者Z.Pawlak提出的一种数据推理方法。它的主要思想是在保持知识库分类能力不变的前提下，通过知识（属性）约简，导出问题的决策或分类规律。对于分类来说，各个属性之间往往存在某些程度上的依赖或关联，并不是所有的条件属性都是必要的，有些条件属性是多余的，去除这些多余属性不会影响原来的分类效果。约简即定义为不含多余属性并保证分类正确的最小属性集。
故障树分析( FTA )属一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它把系统不希望出现的事件作为故障树的顶事件，用规定的逻辑符号自上而下地分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素，及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，即故障树的基本事件为止。故障树的定性分析包括最小割集、最小径集的分析。最小割集是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集，在燃气管道风险评估的实际应用中，最小割集是例如“材料抗腐蚀性差”、“缓蚀剂失效”这样的基本
影响因素事件。
使用粗糙集理论的属性约简算法可以简化故障树的风险因素，利用最小割集可以计算顶上事件发生概率。同样的，故障树法也能帮助设置几个平行因素的权重。
在失效概率计算中，专家评分主要表现在对最小割集的概率判断上，是最基础的一环。
2.4.2.2 管道失效风险计算
在失效后果（风险）值计算中，重点是如下：
计算泄漏流量。需要根据不同管道直径、压力，环境工况，是否及时切断气源来计算泄漏流量甚至泄漏流量的时间函数。
计算泄漏气体的物理效应。燃气泄漏后，燃气的扩散模型能计算空间燃气浓度分布，泄漏燃气遭到点燃后的蒸汽云爆炸事故、喷射火事故、闪火事故的伤害面积有具体的对应计算方法和模型。如燃气扩散的小孔模型、管道模型、大孔模型；高斯烟羽扩散模型、高斯烟团扩散模型；计算爆炸冲击波的TNT当量法、自相似法、多能模型和数值模拟法；能定量评价爆炸事故后果的APIpub581模型等。计算方法和模型的研究是这类研究的重点，也是定量评估中需要重点说明和有待更深入研究的部分。燃气扩散浓度可以再考虑燃气管道周围地形、设施的影响，浓度分布的前提条件是从地面放出而实际的埋地燃气管道情况需要做修正。
事故伤害面积乘以事故地人员密度即为伤亡人数的风险值。事故面积乘以范围内财产情况即为财产损失风险值。燃气泄漏事故后的环境后果风险值较难评定。
第2.5节风险的接受准则和风险评估结论
2.5.1 风险接受准则
比较可行的风险的接受准则有以下几种，基于单一指数或等级的准则、风险矩阵法和FN曲线法：
基于单一指数或等级的准则，划定两条标准线——可容忍风险下限和可容忍风险上限，风险指数或等级在可容忍风险下限以下时无风险；在两者之间可以容忍，但需要采取措施降低风险；超过可容忍风险上限则必须拒绝风险，采取措施。
由于量化风险往往受到资料收集不完善或技术上无法精确估算的限制，其量化的数据存在着极大的不确定性，而且实施它上需花费较多的时间与精力。因此，以相对的风险来表示是一种可行的方法，风险矩阵法即是其中一例。风险矩阵将决定风险的两大变量（可能性估计与后果）采用相对的方法，以危险的严重性（即失效/泄漏后果）为列，以危险发生的可能性为行，按不同组合划分综合风险等级。风险矩阵法示意图见图2-2。
FN曲线（1967年Farmer首先采用概率论的方法推荐了一条各种事故所允许的发生限制曲线），它是最常用的风险表示形式。FN曲线广泛用于定义风险接受准则，以横轴
表示给定事故产生的后果，典型的衡量标准是人员死亡数目、财产损失费用，纵轴表示给定事故的发生概率，将事故的发生概率和事故产生的后果以图形的形式表示，则每种事故对应图中的一个点，对系统中每一个危险事件进行分析，落在FN曲线上方的点所对应的事故具有较高的风险，落在FN曲线下方的点所对应的事故具有较低的风险。
Ⅴ
失
效
可
能
性
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 失效后果
图5-2 风险矩阵法示意图
2.5.2 风险评估结论
结合上述的风险评估方法，穆氏法这样的指数综合评估法和得出最终风险值的定量评估法克可以用基于单一指数或等级的准则。模糊综合评估法可以分别得出泄漏风险等级和泄漏后果等级，运用风险矩阵法可以有效评估。定量评估法得出分别事故发生概率值和后果风险值后可以结合FN曲线图进行风险评估。
第3章基于GIS的燃气管道风险评估
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并用地理模型分析方法，适时提供空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。
GIS最基本的功能是将分散收集到的各种空间、非空间信息输入到计算机中，建立起有相互联系的数据库。GIS的数据库是以图形为基础，根据不同的要求有不同的数据结构。对管道来说，除了地理图和地形图所需的数据外，还包括管道性质、材质类型以及道路、山丘、铁路、水文和电缆等数字化的数据。GIS可以根据使用要求，生成不同比例的地图。在GIS中，每一个覆盖地域的数据都可以综合起来，通过对这些数据的处理，可以得到各种数据的影响结果。
如果将GIS用于城市燃气管道风险分析中，并用GIS软件作出管道风险评估图，会使风险评估变得更加直观准确。
第4章结论
燃气已经成为城市重要的能源形式，在过去几十年里我国大中城市埋地燃气管网的建设带来对埋地燃气管网安全性的日益关注。鉴于燃气的易燃易爆特性，埋地燃气管网发生泄漏事故会造成严重后果，因此很有必要做好城市埋地燃气管网的风险评估。本文回顾了国内外燃气管道风险评估的发展情况，对国内风险评估体系的现状作出较为清晰的介绍。有如下具体工作：
1. 强调燃气管道风险评估体系的组成部分是风险的评估和风险的接受准则。
2. 分析国外的穆氏法在国内燃气管道风险评估的适应性，得出不完全适合直接在国内应用，但具有很大参考价值的结论。
3. 介绍了国内风险评估体系，评估方法主要应用改进的综合评估法和与专家评分相结合的定量分析法，风险的接受准则主要有基于单一指数或等级的准则、风险矩阵法和FN曲线法。
4. 介绍了模糊数学、粗糙集理论、故障树分析、层次分析法等方法在传统综合评估法或定量分析法上的改进运用。
5. 分析了GIS能在燃气管道风险评估中发挥的作用。
参考文献
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[12] 贾增科. 城市燃气管道风险评价研究[D].邯郸：河北工程大学，2008
题目：城市埋地燃气管道
学院能源院 专业建筑环境与设备工程
学号
姓名 学校南京师范大学
摘要
城市埋地燃气管道在大中城市广泛敷设，使用时间长后易发生重大安全事故，鉴于事故危害巨大，制订城市埋地燃气管道的风险评估体系有重要意义。
风险评估体系包括风险的评估和风险的接受准则两部分。风险的评估是根据确定的风险源进行管道失效概率评估和管道失效后果评估。风险的接受准则是要确定什么样的风险可以接受，什么样的风险不能接受。模糊数学方法、粗糙集理论、层次分析法、故障树分析均在风险评估中发挥了重要作用。基于GIS的燃气管道风险评估使得评估更直观和准确。
关键词：风险评估，现状，综合评估，定量评估，GIS
第1章绪论
第1.1节引言
城市埋地燃气管道是将燃气输送到城市各个用户的能源通道，已经成为现代城市的公共基础设施。经过几十年的建设与发展，我国60%以上大中城市地下城市的地下都敷设有大量的城市供气管网，随着未来一个时期我国民用燃气工业的快速发展，建有城市燃气管道的城市还会迅速的上升。这些已建并投入使用的埋地燃气管道大多已经使用了10～30年，甚至部分城市的埋地燃气管道的服役期超过了30年，随着燃气管道埋地时间的增长，由于管道材料质量或施工造成的损伤，加之腐蚀和外力的作用，使管道状况逐渐变差，更使得输送这些易燃、易爆、有毒介质的压力管道容易发生泄漏或者爆炸等事故。部分大中城市已先后发生多起地下燃气管道泄漏爆炸伤人事故，例如：1998年11月，在哈尔滨市动力区内因施工单位违章施工造成煤气管线泄漏，致使8人死亡，27人中毒。1999年12月，西安市莲湖路古都大酒店门前非机动车道地下天然气管道发生爆炸，200米的路面被强大的冲力炸开。2000年1月，广西贵港市城区富士花园到港北区公安分局南梧公路段发生地下油气管道爆炸事故，造成8人当场死亡，16人受伤，公路严重损坏。2004年7月30口比利时首都布鲁塞尔南部一工业区的高压煤气管道由于施工不慎，发生大爆炸。据法新社报道，爆炸至少造成15人死亡，200人受伤。2004年8月1口长春市有名的繁华闹市红旗街由十煤气泄漏造成万人大撤退。城市是人口集中，建筑密集的地区，一旦城市埋地燃气管道发生泄漏爆炸事故都将诱发惨重的人员伤亡和巨大的财产损失后果，因此需要采取科学的管理技术来加强城市埋地燃气管道的管理以保护全民的人身和财产安全。
第1.2节国内外研究状况
1.2.1国外研究状况
20世纪70年代，美国首先开始借鉴经济学和其他工业领域中的风险分析技术来评价油气管道的风险性。美国的PRCI（Pipeline Research Committee International）针对美国和欧洲的输气管道事故数据进行了分析和分类，归纳总结出22种引起管道失效的“基本因素”。
1985年美国Battelle Columbus研究院发表《风险调查指南》，首先在管道风险分析中运用了评分法。W. K. Muhlbauer在此基础上总结了美国近20年的油气管道风险评估研究工作，建立了适用于美国油气长输管线安全管理的管道风险评价指标体系，于1992
年出版了《管道风险管理手册》，1996年出版了第二版，2004年出版了第三版，成为世界各国普遍接受且展开埋地管道风险评估的重要参考文献。
其他许多国家也在开发适合自己国家的油气管道评估方法。如英国针对城市煤气管道风险评估而开发的TRANSPIPE软件，英国Advantica公司开发的专家分析软件PIPESAFE，加拿大CFFR公司的风险分析软件包（PIRAM ID）。
1.2.2国内研究状况
我国最早由潘家华在1995年全面介绍了美国的《管道风险管理手册》，引起广泛关注。国内的风险评估借鉴国外经验，对国内油气长输管道上进行了很多研究，解决了一些实际工程问题。2000年西南石油学院的姚安林和中国石油西南分公司联合开发的“输气管线风险评价软件”在重庆气矿达卧输气管道上成功进行了全线的风险分析和评估。2001年，科技人员用Muhlbauer的评分体系（也称穆氏法）对乌鲁木齐市煤气（天然气）管道工程成功进行了风险评估。
第2章风险评估体系
第2.1节风险评估体系的组成
风险评估体系需要确定两个方面，第一个方面是风险的评估，第二个方面是风险的接受准则。风险的评估一般分为管道失效（泄漏）风险评估和事故后果（风险）评估，目的是要得出风险的等级，风险的接受准则是风险评估体系的标准，是要找到风险的可接受范围与风险等级间的对应关系，以确定什么风险可以接受、什么风险不能接受。
第2.2节风险评估的方法
风险评估的方法可分为定性评估法、定量评估法和综合评估法。
2.2.1定性评估法
定性风险评估法是一种典型的模糊分析法，这是一种快捷的风险评估方法，从主要的角度对风险成分进行分析，主要包括故障模与影响分析法（Failure Mode and Effect Analysis，简称FMEA法）和故障树分析法（Fault Tree Analysis，简称FTA法）。
2.2.2定量评估法
定量风险评估是燃气管道风险评价的高级阶段，通过联合考虑诸如设备故障和安全系统失灵这样的单个事件，可以算出最终事故的发生概率，被认为是绝对事故频率的严密的数学和统计学方法。定量评估法主要包括马尔可夫预测法、模拟仿真法、排队论法等。
2.2.3综合评估法
综合评估法是半定量的方法，介于定量风险评价方法和定性风险评价方法之间，主要包括风险协调技术和概率风险评估法（Probabilistic Risk Assessment，简称PRA法），前者在燃气管道安全性风险分析上尚未应用，后者即穆氏法对应的类型。
第2.3节风险评估方法的适应性
2.3.1 穆氏法简介
穆氏法是世界范围内最为广泛采用的综合评估法。第一步，识别各种风险事件。第二步，由专家们对可能出现的风险因素或风险事件的重要性进行评价，给出每一风险事件的权重。第三步，确定每一风险事件发生的可能性，并分为若干个等级表示。第四步，
将每一风险事件的权重与风险事件可能性的分值相乘，求出该风险事件的得分；再将每一风险事件的得分累加，得到风险总分，其即为风险评价的结果。显然，风险总分越高，说明风险越大。第五步，结合扩散系数与产品危害评估泄漏影响系数，将风险总分与泄漏影响系数相乘得到相对风险评估值。第六步，将风险评价结果和评价标准比较。整个评估模型见图2-1。
图2-1 穆氏法风险评估的基本模型 2.3.2 国内评估方法与穆氏法的相似处
国内的埋地燃气管道风险评估的完整方法都与穆氏法的部分影子，主要体现在借鉴穆氏法中影响管道失效的层级因素和各因素的权重以及用专家评估的方法对因素打分或分级。一般将燃气管道层次失效因素归结为4类一级因素，每类一级因素下又分为若干二级甚至三级、四级因素，对每类因素根据管网实际情况给予评分。4类一级因素分别为第三方破坏、腐蚀原因、设计原因和误操作原因。
2.3.3 穆氏法的适应性分析
国内地埋燃气管道风险评估体系与穆氏法发生分歧的原因根本上是穆氏法的适用性问题。穆氏法主要用于美国油气长输管道的风险评估，而城市埋地燃气管道和穆氏法的适用对象上有很大的差异。曾静、许俊城等分析认为，城市埋地燃气管道和油气长输
管道间有很多主要差异。城市埋地燃气管道是网状，有很多管道附件，支管、阀门繁多，管道变径普遍，材质不同管道相连很常见，不同于同一管材、变径、分支很少的长输管道。城市埋地管道分期建设，建设标准不一，铺设在人口稠密地区，周围环境复杂，腐蚀条件主要考虑土壤腐蚀，基本没有进行阴极保护。长输管道统一建设，验收标准较高，缺陷少，有阴极保护措施，能进行完善的管理，但由于处于野外，还要考虑空气、自然恶劣环境的腐蚀。在国内方面适用，基于以上不同，评价对象和因素权重处理方法不适用，穆氏法中需要的某些参数国内尚难以提供，穆氏法中的腐蚀模型不适用，有如违章占用、在人口稠密地区可能造成财产损失和环境损失，这些情况造成穆氏法不能直接用于国内城市埋地燃气管道风险评估。
第2.4节国内使用的评估方法
由于定性评估法有明显的专家影响的的缺陷，国内目前使用的是改进的综合评估法和与专家评分相结合的定量分析法。
2.4.1 改进的综合评估法
综合评估法的改进主要体现在引入模糊综合分析法和层次分析法。
2.4.1.1 模糊综合分析法
模糊综合分析法来源于模糊数学。模糊数学是美国加利福尼亚大学控制论专家（L.
A. Zadeh）教授于1965年首先提出的。所谓的“模糊性”是客观事物差异的中间过渡中存在的“不分明性”。即事物没有明确的边界、质的定义和量上的明确界限。如在很多问题上，人们对事物的评价带有模糊性，习惯用模糊语言来描述被评价事物，如用“很好、较好、好、一般、较坏、很坏”来描述被评事物的某一因素的好坏程度，用“很精确、较精确、一般、较不精确、不精确”等模糊语言来描述收集资料的精确程度等等。这样就把指数评价的穆氏法中的专家评分具体指数变化为一个模糊评价，这样做第一能避免专家在对某一因素程度评具体分值时的主观失误，第二能避免在以具体绝对标准界定某因素分数时，中间过渡状态难以评分的问题。
模糊综合评价法的评价方法是考虑应用模糊变换原理和最大隶属度原则，隶属函数确定的准确性直接影响到管道风险评估结果的准确性。二级模糊综合评价法的基本模型如下：
1. 建立评价对象的因素集
2. 影响评价项目各因素权重的确定
3. 建立备择集
4. 建立单因素评判
5. 综合评判
模糊综合评估法的能用模糊集方法来描述和处理模糊因素，使评价结果接近工程实
际，也能填补因在建设初期未建立相应数据库使得按标准具体评分无法进行的不足。模糊综合评估方法具备处理高度非线性系统的能力。模糊数学的方法特别适合高度非线性系统或系统的数学模型不准确甚至很难得到的情况。模糊综合评估是基于评估过程的非线性特点而提出的，它利用模糊数学中的模糊运算法则，对非线性的评价论域进行量化综合，得到可比的量化评价结果。因此，模糊综合评估能降低人为的主观影响。
2.4.1.2 层次分析法
层次分析法（Analytical Hierarchy Process，AHP，一种系统分析+运筹学方法）是美国运筹学家T. L. Saaty教授于70年代初提出的，于1982年引入我国，并逐渐成为系统工程研究的主流。它是一种定性分析和定量分析相结合的系统分析法。它比较适用于多准则、多目标的复杂问题的决策分析。AHP法是通过分析复杂问题包含的各种因素及其相互关系，将问题分解为不同的要素，把这些要素分为不同层次，建立一个多层次的分析结构模型。在每一层中按一定的准则，对该层各要素进行逐对比较，建立判断矩阵。通过计算判断矩阵的最大特征根及相应的特征向量，得出该层要素对十上一层某一要素的权重。此方法是把n个评价因素排成一个n阶判断矩阵，专家通过对因素两两比较，根据各因素的重要程度来确定矩阵中元素值的大小。有学者将层次分析法进行了改进，把模糊数学的思想和方法引入到层次分析法中建立模糊层次分析法的理论。层次分析法需要建立因素判断矩阵，模糊层次分析法需要建立的是模糊一致性矩阵。应用层次分析法可以减少设定权重时的主观性。
2.4.2 与专家评分相结合的定量分析法
与专家评分相结合的定量分析法采用与综合评价法不同的评估思路。定量分析方法会求出风险值，风险值=管道失效（泄漏）概率×失效后果（风险）值。所以计算失效概率和风险值是最重要的两个方面。
2.4.2.1 管道失效泄漏概率计算
在计算失效（泄漏）概率方面，需要运用粗糙集和故障树理论进行分析。
粗糙集理论是波兰学者Z.Pawlak提出的一种数据推理方法。它的主要思想是在保持知识库分类能力不变的前提下，通过知识（属性）约简，导出问题的决策或分类规律。对于分类来说，各个属性之间往往存在某些程度上的依赖或关联，并不是所有的条件属性都是必要的，有些条件属性是多余的，去除这些多余属性不会影响原来的分类效果。约简即定义为不含多余属性并保证分类正确的最小属性集。
故障树分析( FTA )属一种图形演绎法，是故障事件在一定条件下的逻辑推理方法。它把系统不希望出现的事件作为故障树的顶事件，用规定的逻辑符号自上而下地分析导致顶事件发生的所有可能的直接因素，及其相互间的逻辑关系，并由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因，即故障树的基本事件为止。故障树的定性分析包括最小割集、最小径集的分析。最小割集是引起顶上事件发生必须的最低限度的割集，在燃气管道风险评估的实际应用中，最小割集是例如“材料抗腐蚀性差”、“缓蚀剂失效”这样的基本
影响因素事件。
使用粗糙集理论的属性约简算法可以简化故障树的风险因素，利用最小割集可以计算顶上事件发生概率。同样的，故障树法也能帮助设置几个平行因素的权重。
在失效概率计算中，专家评分主要表现在对最小割集的概率判断上，是最基础的一环。
2.4.2.2 管道失效风险计算
在失效后果（风险）值计算中，重点是如下：
计算泄漏流量。需要根据不同管道直径、压力，环境工况，是否及时切断气源来计算泄漏流量甚至泄漏流量的时间函数。
计算泄漏气体的物理效应。燃气泄漏后，燃气的扩散模型能计算空间燃气浓度分布，泄漏燃气遭到点燃后的蒸汽云爆炸事故、喷射火事故、闪火事故的伤害面积有具体的对应计算方法和模型。如燃气扩散的小孔模型、管道模型、大孔模型；高斯烟羽扩散模型、高斯烟团扩散模型；计算爆炸冲击波的TNT当量法、自相似法、多能模型和数值模拟法；能定量评价爆炸事故后果的APIpub581模型等。计算方法和模型的研究是这类研究的重点，也是定量评估中需要重点说明和有待更深入研究的部分。燃气扩散浓度可以再考虑燃气管道周围地形、设施的影响，浓度分布的前提条件是从地面放出而实际的埋地燃气管道情况需要做修正。
事故伤害面积乘以事故地人员密度即为伤亡人数的风险值。事故面积乘以范围内财产情况即为财产损失风险值。燃气泄漏事故后的环境后果风险值较难评定。
第2.5节风险的接受准则和风险评估结论
2.5.1 风险接受准则
比较可行的风险的接受准则有以下几种，基于单一指数或等级的准则、风险矩阵法和FN曲线法：
基于单一指数或等级的准则，划定两条标准线——可容忍风险下限和可容忍风险上限，风险指数或等级在可容忍风险下限以下时无风险；在两者之间可以容忍，但需要采取措施降低风险；超过可容忍风险上限则必须拒绝风险，采取措施。
由于量化风险往往受到资料收集不完善或技术上无法精确估算的限制，其量化的数据存在着极大的不确定性，而且实施它上需花费较多的时间与精力。因此，以相对的风险来表示是一种可行的方法，风险矩阵法即是其中一例。风险矩阵将决定风险的两大变量（可能性估计与后果）采用相对的方法，以危险的严重性（即失效/泄漏后果）为列，以危险发生的可能性为行，按不同组合划分综合风险等级。风险矩阵法示意图见图2-2。
FN曲线（1967年Farmer首先采用概率论的方法推荐了一条各种事故所允许的发生限制曲线），它是最常用的风险表示形式。FN曲线广泛用于定义风险接受准则，以横轴
表示给定事故产生的后果，典型的衡量标准是人员死亡数目、财产损失费用，纵轴表示给定事故的发生概率，将事故的发生概率和事故产生的后果以图形的形式表示，则每种事故对应图中的一个点，对系统中每一个危险事件进行分析，落在FN曲线上方的点所对应的事故具有较高的风险，落在FN曲线下方的点所对应的事故具有较低的风险。
Ⅴ
失
效
可
能
性
Ⅳ Ⅲ Ⅱ Ⅰ Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ⅴ 失效后果
图5-2 风险矩阵法示意图
2.5.2 风险评估结论
结合上述的风险评估方法，穆氏法这样的指数综合评估法和得出最终风险值的定量评估法克可以用基于单一指数或等级的准则。模糊综合评估法可以分别得出泄漏风险等级和泄漏后果等级，运用风险矩阵法可以有效评估。定量评估法得出分别事故发生概率值和后果风险值后可以结合FN曲线图进行风险评估。
第3章基于GIS的燃气管道风险评估
地理信息系统（Geographic Information System，简称GIS）是以采集、存储、管理、描述、分析地球表面及空间和地理分布有关的数据的信息系统。它是以地理空间数据库为基础，在计算机硬、软件环境的支持下，对空间相关数据进行采集、管理、操作、分析、模拟和显示，并用地理模型分析方法，适时提供空间和动态的地理信息，为地理研究、综合评价定量分析和决策服务而建立起来的一类计算机应用系统。
GIS最基本的功能是将分散收集到的各种空间、非空间信息输入到计算机中，建立起有相互联系的数据库。GIS的数据库是以图形为基础，根据不同的要求有不同的数据结构。对管道来说，除了地理图和地形图所需的数据外，还包括管道性质、材质类型以及道路、山丘、铁路、水文和电缆等数字化的数据。GIS可以根据使用要求，生成不同比例的地图。在GIS中，每一个覆盖地域的数据都可以综合起来，通过对这些数据的处理，可以得到各种数据的影响结果。
如果将GIS用于城市燃气管道风险分析中，并用GIS软件作出管道风险评估图，会使风险评估变得更加直观准确。
第4章结论
燃气已经成为城市重要的能源形式，在过去几十年里我国大中城市埋地燃气管网的建设带来对埋地燃气管网安全性的日益关注。鉴于燃气的易燃易爆特性，埋地燃气管网发生泄漏事故会造成严重后果，因此很有必要做好城市埋地燃气管网的风险评估。本文回顾了国内外燃气管道风险评估的发展情况，对国内风险评估体系的现状作出较为清晰的介绍。有如下具体工作：
1. 强调燃气管道风险评估体系的组成部分是风险的评估和风险的接受准则。
2. 分析国外的穆氏法在国内燃气管道风险评估的适应性，得出不完全适合直接在国内应用，但具有很大参考价值的结论。
3. 介绍了国内风险评估体系，评估方法主要应用改进的综合评估法和与专家评分相结合的定量分析法，风险的接受准则主要有基于单一指数或等级的准则、风险矩阵法和FN曲线法。
4. 介绍了模糊数学、粗糙集理论、故障树分析、层次分析法等方法在传统综合评估法或定量分析法上的改进运用。
5. 分析了GIS能在燃气管道风险评估中发挥的作用。
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