基于集对分析农村燃气工程施工质量预警管理

周兴慧

(安阳华润燃气有限公司，河南安阳455000)

1 概述

近两年来，为加快推进能源结构优化，治理大气污染，我国北方农村地区开展了“气代煤”工程，由于该工程施工规模大，时间紧，导致施工重进度轻安全质量等问题[1]，从而给后续运营带来了安全隐患。为确保农村燃气持续、稳定、健康发展，住建部颁布了《农村管道天然气工程技术导则》，该导则针对农村燃气工程的特殊性及突出问题，提出了相应的技术要求，与GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》在适用范围、导向性等诸方面存在不同，并有针对农村使用燃气特殊问题的条文[2]。燃气事故整体呈现随机性,居民住宅区是燃气事故最易发生的地点[3]，燃气事故往往造成人民生命和财产不可挽回的巨大损失。因此，针对农村燃气工程，为从根源上防止事故发生，加强施工管理并做到施工后工程质量事前预防的预警管理尤为重要。

农村燃气“气代煤”工程施工质量的预警管理是一个新课题，如何能做到事前预防，防患于未然，切实保障人民生命和财产安全，对保证“气代煤”工程的顺利实施和安全运营具有重要作用。在燃气行业，为预防燃气事故，相关研究主要集中于城镇燃气而非农村燃气的风险管理研究[4-9]。为实现对燃气事故的预警管理，文献[10]研究了燃气安全风险的大数据预警模型，文献[11]论证得到关于安全预警的燃气调压器数据采集方案等，以达到实现预警并事前管控的目标。

预警管理是一种事前控制，预警管理实质上是一个控制过程，是为了最终保证顺利实现计划目标，按照预先确定的标准来衡量计划的完成情况并及时纠正计划执行过程中所出现的偏差[12]。在控制过程中，预警管理人员需要依照预警目标来确定不同预警监测指标以及监测指标标准，依据这些标准控制预警管理对象并获得监控信息。之后，预警管理人员将处理后的信息反馈给相关部门的工作人员，工作人员将反馈回来的信息与预警目标比较后对监测指标进行改善、纠正等。在这个循环过程中，使得管理对象尽可能处于安全状态，实现预先控制的目标。因此，建立科学的安全预警模型，加强企业安全预警及评价技术研究，研制有效实用的警情预报技术与方法，对提高企业安全管理技术水平，具有重要的现实意义与长远意义。

由于预警管理是一种事前控制，因而在这一过程中不可避免地存在管理者的主观性，属于不确定的范畴；而被管理对象不安全状态确实存在，属于确定的范畴。因此，对于有人参与的预警管理系统来说，就是一种确定不确定系统，需要采用确定不确定的量来描述，这正是集对理论的核心思想[13] 1-8。为此，本文通过引入集对理论建立“气代煤”工程施工质量的预警管理模型，以实现对其安全运营的事前预防。

2 集对分析

所谓集对，是由一定联系的2个集合所组成的对子[13]9-10。集对分析是我国学者于1989年提出的一种研究同异反确定与不确定性联系状态的系统理论和方法，可通过建立联系数统一处理在系统测评中由模糊、随机、中介和信息不完全所致的不确定性。针对所研究的问题，由一定联系的2个集合或一个系统在指定问题或某个分析过程中得到的同一性联系、对立性联系、差异性联系，可以用结构函数表示为：

u=a+bi+cj

(1)

式中u——两个集合的联系度

a——两个集合在指定问题下的同一度

b——两个集合在指定问题下的差异度

i——差异度系数，i∈[-1,1]，可视不同情况灵活取值

c——两个集合在指定问题下的对立度

j——对立度系数，j=1

a+bi+cj称为三元联系数。在实际问题分析中，由于a、b、c存在取0的情况，可能会导致出现不同联系数，如a+bi同异式，a+cj同反式，bi+cj异反式等。

在三元联系数中，一般a，b，c不相等，其中b代表了系统中的差异性联系，同时由于i可视不同情况在区间[-1,1]灵活取值，随着系统与外界能量、物质和信息的交换，导致b会不断地被分解为同、异、反3个部分，因此bi体现了不确定性联系在一定条件下可以确定的一面和在一般条件下不能确定的一面，是联系度中宏观层次上的参量与微观层次上参量的一个结合点[13]25-26。根据b的大小，将系统在某个势级范围内再分为准、强、弱、微势级，表示系统在该势级范围内由大到小的变化趋势。依据a，b，c大小关系排序，得到集对势的等级和次序关系，见表1。在集对势中，不仅有同、均、反等大势，在大势中也存在准、强、弱、微等小势，表现出系统从量变到质变的演变规律。

表1 集对势的等级和次序关系

续表1

3 预警级别

基于集对理论，根据集对势的等级和次序关系建立了预警管理模型，将评价标准作为一个集合，评价对象作为另一个集合，通过三元联系数中a与c的大小关系将工程施工质量预警划分为红、橙、蓝、绿4个预警级别，并分别给出各级别的应对措施。

三元联系数a+bi+cj的确定是预警管理的关键，为确定联系数并对其同异反进行态势分析，首先确定3个系数a、b、c的值，然后根据a与c的大小关系，确定被评价系统所处的预警级别。

当a

当a=c(c≠0)时，为Ⅱ级橙色预警，表示燃气管道施工质量的不安全状况较为严重，生产系统安全状况较差，需及时采取有针对性的整改措施，以消除不安全因素。

当a>c(c≠0)时，为Ⅲ级蓝色预警，表示燃气管道施工质量的不安全状况一般，生产系统存在个别薄弱环节，需针对问题加强关注并进行相应整改。

当c=0时，为Ⅳ级绿色预警，表示燃气管道施工质量的不安全状况处于可接受的正常阶段，生产系统安全状况整体较好，需持续保持系统安全地运营。

4 预警评价指标体系和三元联系数的确定

对于农村“气代煤”工程，在《农村管道天然气工程技术导则》和GB 50028—2006《城镇燃气设计规范》的基础上，针对工程施工质量的特殊性及突出问题，筛选出评价指标并制定评价标准，见表2。

表2 燃气管道工程施工质量预警管理评价指标体系

续表2

该评价体系有一级评价指标6个，二级评价指标20个。二级评价指标对应的评价标准分为3个级别，前两个级别是在符合相关导则和标准规范的基础上进行了细分，第3个级别是相关导则和标准规范不允许或禁止的，其计算值分别对应于三元联系数中的a、b、c。在实际应用中，a、b、c可根据每个指标的量纲进行计算，如长度可按3个级别的评价标准分别对应的长度与总长度的比值确定，数量可按3个级别的评价标准分别对应的数量与总数量的比值确定。比如，对于“绝缘保护”，实地走访发现需要安装绝缘套管的居民有100户，施工人员对这100户全部安装了绝缘套管，其中只有72户符合“有且固定牢固”，另28户符合“有但固定不牢固”，因此其对应的三元联系数为0.72+0.28i+0.00j。实际应用中可根据工作量和管理要求采取抽查或普查的方式。采用专家打分方法并归一化后确定各评价指标的权重。二级指标、一级指标和总计联系度计算公式为：

uk=ak+bki+ckj

(2)

(3)

(4)

式中uk——第k个二级指标的联系度

ak、bk、ck——第k个二级指标各评价标准对应的数值

Uq——第q个一级指标的联系度

wk——第k个二级指标的权重

n——第q个一级指标中包含的二级指标数量

T——总计联系度

wq——第q个一级指标的权重

m——一级指标的数量

5 案例分析

本文针对某县域燃气公司“气代煤”工程施工质量进行了评价分析，评价对象为村庄A和村庄B，评价结果见表3。

根据公式(2)～(4)，计算得到村庄A总计三元联系数为0.87+0.13i+0.00j，判断处于Ⅳ级绿色预警区域内，其各项评价指标均没有出现不符合标准规范的情况，施工均按照有关标准规范进行。燃气经营企业在后续的安全管理中，应加强巡线和安检，并通过进村和入户安全宣传，普及安全用气常识及应急处理措施，以避免居民由于无知或不当处置而导致安全事故发生。

村庄B总计三元联系数为0.85+0.05i+0.10j，判断处于Ⅲ级蓝色预警区域内，表示燃气管道施工质量的不安全状况一般，生产系统存在个别薄弱环节，需针对问题加强关注并进行相应整改。通过对村庄B各二级指标的三元联系数分析可知，一些项二级评价指标有不符合标准规范要求的情况(c≠0)，尤其是一级指标“室内管道”中的二级指标“穿墙套管”和一级指标“防撞设施”中的二级指标“管道立柱”处于反势区域内。因此，燃气经营企业应补充安装穿墙套管和安装符合要求的管道立柱，同时对其他存在不符合标准规范要求的评价指标进行整改，以消除由于施工质量不佳带来的安全隐患。

表3 村庄A和村庄B “气代煤”工程预警评价结果

6 结论

① 介绍集对分析理论。基于集对分析理论，建立了燃气管道施工质量预警管理模型，即通过三元联系数中a与c的大小关系将工程施工质量预警划分为红、橙、蓝、绿4个预警级别，并分别给出应对措施。

② 预警管理模型中，筛选出6个一级评价指标、20个二级评价指标并制定评价标准。采用专家打分方法并归一化后确定各评价指标的权重。采取抽查或普查的方式，调查并计算得出各二级评价指标的三元联系数，结合各指标的权重，计算得到总计三元联系数，从而判断施工质量的预警级别。

③ 针对两个村庄的燃气工程案例，根据总计三元联系数的计算方法计算得到总计三元联系数。判断两个村庄的施工质量分别处于Ⅳ级绿色和Ⅲ级蓝色预警区域内，通过分析各评价指标的三元联系数，指出后续管理改进的方向。