城市供热管网泄露风险评价研究

城市供热管网泄露风险评价研究

徐效起

上海大学管理学院，上海 200444

摘 要: 城市供热管网是城市的生命线。然而，供热管网作为供热系统的薄弱环节，管网泄漏事故时有发生。针对城市供热管网风险因素的复杂性，引入模糊数学思想和方法，结合AHP-熵权法确定评价指标的综合权重，再运用模糊综合评价法评估供热管道泄露风险等级。

关键词:城市供热管道;AHP;熵权法;模糊综合评价法;风险评价

0 引言

集中供热系统在我国北方城镇中有着重要作用，其承担着人们生产和生活稳定的职责，是城镇的生命线。随着供热管网服役年限的增长，事故频发，这使得管网的安全性收到普遍关注。

在城市供热管道泄露风险评价过程中，包含因素众多，且这些因素的复杂性和模糊性是客观存在的，使各类风险因素不能被精确地数量化。因此，引入模糊数学的思想和方法，将使风险评价结果更能真实反映管道现场状况。国内外学者对供热管网风险评价都进行了深入研究。郑方[61]利用模糊数学理论对以区域热水锅炉房为热源的供热直埋管网运行中的疲劳循环次数进行深入分析。张艳博等[1]提出了将热成像应用到供热管道安全评价方面。赵卫星等[2]将弱磁检测技术的思想和方法运用到供热系统中。黄涛等[3]采用模糊层次分析法针对热网泄漏风险进行评价。巴振宁等[4]在城市燃气 管道腐蚀风险评价中引入改进AHP和模糊综合分析法，建立腐蚀风险评价模型。

本文引入模糊数学思想和方法，采用AHP－熵权法的组合权重法确定综合权重，再结合模糊综合评价法，建立城市城市供热管道泄漏风险评价模型。

1   评价体系的建立

城市供热管道进行风险评价之前，需完成识别、归纳管道泄漏事故的各种风险影响因素，并建立科学的城市供热管道评价体系。根据有关标准和规范，并结合热力专家的经验，建立供热管道风险评价指标体系。本文确定了46个评价指标。目标层：供热管道泄漏风险评价；一级指标：腐蚀因素、管道设备自身因素、运行与维护因素及外部环境因素等4个指标；二级指标：外腐蚀、内腐蚀、应力腐蚀、安装缺陷及沟槽缺陷等15个指标；三级指标：土壤腐蚀性强、存在杂散电流、外护层失效及施工设计缺陷等46个底层指标。

1评价模型的建立

1.1建立因素集

     确定因素集，表示为，, 其中，为评价因素，i为同一层次上含有因素的个数。本文确定了46个评价底因素。

2.2  建立评语集

确定评语集，表示为。,为评价结果，n为评价等级。

2.3确定权重集

确定权重集，表示为。根据因素集U中各因素的重要程度不同，对每个评价因素赋予相应的权重值，采用AHP－熵权法的组 合权重法确定因素集中各评价因素的综合权重值。

2.3.1层次分析法

运用AHP确定风险因素的主观权重。

1）构造判断矩阵。

2)一致性检验。

①计算判断矩阵最大的特征根，公式为：

  (1)

②计算判断矩阵的一次性指标,公式为：

(2)

③计算一致性比率公式为：

                            (3)

其中为平均随机一致性指数，表示偏差范围，用以判断计算结果是否合理。判定准则是：当 n<3 时，判定矩阵始终相同；当 CR<0.10 时，就表明判定矩阵之间存在可接受的统一性；当 CR≥0.10 时，就必须对判断矩阵做出调整修改，直至实现 CR<0.10。

2.3.2熵权法

运用熵权法确定风险因素的客观权重。

1）建立个样本、个评价因素的判断矩阵。

2）将判断矩阵归一化处理

(4)

3）计算指标的熵

(5)

式中

4）计算指标的差异系数

(6)                   

5)计算指标的熵权

(7)

2.3.3 组合权重

运用AHP和熵权法分别计算每一准则下各风险因 素权重大小，再运用组合权重法计算综合权重，如 式(8)所示

                                           （8）

本文取为0.5，最终的综合权重计算公式如4.15所示：

（9）

2.4 建立模糊评价矩阵

通过邀请暖通工程建设、设计及运营维护单位的专家，咨询项目实际情况，独立进行各指标风险评语判断，专家模糊评估表见表（表略）。评语集为风险等级：较低风险、中等风险、较高风险。

根据公式确定单因素隶属度，其中，，表示有位专家对指标赋予了这个评价等级，代表咨询调查的专家总人数。

（1）计算第三级评价指标模糊矩阵

       统计专家对第二级指标的隶属度,得出模糊评价矩阵：

若越趋近于1，则第个指标属于矩阵的程度越高。

（2）计算二级评价指标模糊矩阵

根据（1）计算的到的第三极指标模糊矩阵计算第二级指标模糊矩阵，公式为：

(10)

其中，为第三极指标对应于第二级指标的权重向量，为第三级模糊矩阵。综合第二级指标隶属度，可得出第二级评价指标模糊隶属度矩阵。

（3）计算第一级评价指标模糊矩阵

同理，根据第二级指标对应于第一级的权重向量和第二级评价指标模糊矩阵，可计算出第一级指标的模糊矩阵

。

（4）目标层综合运算及最终评价结果

第一级指标的模糊矩阵与权重向量相乘，可得目标层的模糊评价向量，即:

(11)

将目标层的模糊评价向量进行归一化处理，通过计算得到。根据最大隶属度原则，即，评价对象隶属于第等级，评语等级为最终的模糊综合评价结果。

3  结论

1)构建城市供热管道泄露风险评价体系，包括外腐蚀因素、设管道设备初始因素及野蛮施工因素等在内46个评价指标，反映当前城市供热管道所面临的风险现状。

2)建立城市供热管道泄露风险评价模型，运用AHP－熵权法与模糊综合评价法进行风险评价，该模型方法用以相似管道的风险评价。

参考文献：

[1]张艳博,任瑞峰,梁鹏,等.基于热成像的埋地热力管道缺陷检测试验研究[J].仪器仪表学报,2020,41(06):161-170.

[2]赵卫星, 夏桂锁, 于润桥, etal. 弱磁热力管道安全评价技术研究[J].南昌航空大学学报（自然科学版）, 2018, 032(004):93-98,116.

[3]黄涛,杨迪,崔旭阳,等.基于模糊层次分析法的热网泄漏风险评估[J].煤气与热力,2020,40(06):8-11+41.

[4]巴振宁,韩亚鑫,梁建文.基于改进AHP和模糊综合评价法的燃气管道腐蚀风险评价[J].安全与环境学报,2018,18(06):2103-2109

第一作者简介：姓名：徐效起  单位：上海大学管理学院   单位地址：上海市宝山区上大路599号   地址邮编：200444  性别：男   学历：硕士研究生   研究方向：供热管道风险管理研究