基于物元可拓法的海底油气管道失效可能性分析

王惠 邓昊 胡利民 彭锦雅智

摘 要：考虑到海底油气管道事故的高风险性和高污染性，本文将组合赋权法和物元可拓法引入海底油气管道的失效可能性分析中，构建管道失效可能性评价指标体系;采用G1法确定主观权重，熵权法确定客观权重，基于加法集成法确定指标的组合权重;根据指标分值和组合权重，应用物元可拓法得出管道的综合关联度，确定失效可能性等级以及等级变量特征值，进而得出管道失效可能性排序，找出高风险管段。实例分析表明，物元可拓能对海底油气管道失效可能性进行评价，可为海底油气管道的风险管理提供理论指导依据。

关键词：海底油气管道;失效可能性;物元可拓;熵权法;组合赋权法

中图分类号：TE38 文献标识码： A 文章编号：1671-2064（2020）02-0163-04

0 引言

目前我国已建成多个大型海上油田，铺设约5000km海底管道[1]，海上石油发展迅速。环境侵蚀、材料老化疲劳、第三方破坏、误操作等因素势必会导致海管系统的损伤累积，逐渐被破坏，引发事故[2]。例如，2010年7月大连输油管道爆炸引发油罐起火，造成1500多吨原油泄漏，百余平方公里海域受到污染[3]。因此，有必要进行海底管道失效可能性分析，探索其主要面临的风险，为海底管道的安全管理提供理论支持。

已有学者将数学方法应用于海底管道失效可能性研究。俞树荣等[4]基于解析层次法，得到管道失效可能性及失效后果权重;兰圣迎等[5]基于分门别类的赋值方法和数值归一化方法，得出海洋石油工程环境风险指数的计算方法体系;李佳俊[6]构建针对海洋因素的海底管道系统灰色模糊综合评价模型，得出管道失效可能性;谢云杰[7]模糊综合评价法获得海底管道失效可能性程度。这些方法评价虽思路清晰，结论明確，但不同程度地存在着基础资料获取不易、应用不便等问题。笔者发现物元可拓法是一种融合物元理论和可拓集合理论的评价方法[8]，该方法适用性强，目前广泛应用于火灾风险评价[9]和隧道塌方风险评估[10]等领域。

鉴于此，笔者将基于物元可拓法，建立海底管道失效可能性评价体系，得出高风险管道和主要影响因素，为科学合理的分析海底油气管道失效可能性提供理论支撑。

1 构建海底管道失效可能性评价指标

考虑到海底管道受海洋环境因素的影响较大[11-12]，通过不断的修正与完善，构建海底管道失效可能性评价指标体系，如图1所示。

2 基于物元可拓论的失效可能性分析

2.1 指标权重计算

2.1.1 主观赋权

G1法是郭亚军教授提出的一种新的权重确定方法[11]，它通过对AHP进行改进，无需一致性检验[12]。该方法可操作性强，计算量与AHP相比，明显降低，便于使用。

（1）对评价指标集建立一个关于重要程度的序关系;

（2）专家对相邻评价指标xk与xk-1之间的重要程度之比rk进行赋值。rk的取值可参照表1。

3.2 一级指标可拓评价结果

由式（7）～（11）计算二级指标的关联度，将二级指标的组合权重及其关联度代入式（12），得出二级指标的综合关联度，即可得到一级指标关于等级Nj的综合关联度，由式（13）得到一级指标的失效可能性等级，以管段D为例，结果如表4所示。

由表4可知管段D由第三方破坏造成失效的可能性等级为III“中等”，由其余三个一级因素造成管道失效的可能性等级为IV“较高”，因此，应重视管道本体状况因素、腐蚀因素和自然环境影响因素对管道的影响。

3.3 管段失效可能性综合评价

由式（12）和（13）可得管段D的失效可能性等级，同理可得其他管段的失效可能性等级，评价结果如表5所示。

由表5可知，管段A和管段E的失效可能性等级均为II“较低”，由式（14）计算管段A和管段E的等级变量特征值，判断失效可能性等级偏向另一等级的程度，计算结果：=2.04，=1.98，得出管段A的失效可能性等级偏向等级III（严格说来属于2.04级），管段E的失效可能性等级偏向等级I级（严格来说属于1.98级）。

由以上计算分析可得管段的失效可能性排序依次为管段D→管段C→管段A→管段E→管段B，其中管段D失效可能性最大，由表4可知，主要影响因素是管道本体状况、腐蚀和自然环境影响，因高度重视，加强监测;管段C的失效可能性为中等，影响管段C失效可能性的主要因素有第三方破坏和误操作等因素。

4 结语

海底油气管道一旦失效发生泄漏事故将会对沿海产业和海洋生态环境造成不可估量的损失，本文首先从第三方破坏、管道本体状况、腐蚀、误操作和自然环境影响5个方面构建海底油气管道失效可能性指标体系，较为全面地考虑了海底油气管道失效的主要诱因。将G1法和熵权法结合进行组合赋权，融合了决策者的知识经验和客观数据，使权重的确定更为合理。

其次，结合组合赋权的可拓理论的分析模型概念清晰、理论严谨，是以定量数值表示结果，可以较完整地反映待评事物的综合水平，为海底管道失效可能性评价提供了一种新的技术手段。

最后，引用双层次可拓分析方法，不仅可以得到海底管道失效可能性所属级别，还给出了偏向级别，为管道失效可能性排序提供依据;还可以通过指标层找出管道在运行过程中最的薄弱之处，对海底管道的安全管理具有明确的指导性作用。

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