基于多级可拓方法的长输油气管道突发事故应急管理能力评估

王耀辉，王文和，朱正祥，薛 剑，袁玮成，贾海民

(1.中国石油塔里木油田公司，新疆 库尔勒 841000；2.重庆科技学院安全工程学院,重庆401331;3.重庆市安全生产科学研究院,重庆 401331)

油气资源长距离输送过程中，管道因受多种因素的影响导致突发事故频频发生。由于油气是易燃、易爆物质，一旦油气在输送过程中出现了突发事故，不仅会对环境造成污染，也会对人民的生命和财产安全构成严重的威胁。常见的长输油气管道的突发事故有凝管事故、憋压事故、火灾爆炸事故、泄漏事故、设备事故、电气事故。因此，油气管道企业需要不断地提升相关的应急管理能力水平，及时有效地解决长输油气管道发生的突发事故。

突发事故具有突然性和复杂性的特点，国内外学者对突发事故应急管理能力评估与建设两个方面展开了研究。国外主要是在国家和政府层面上对突发事故应急能力评估进行了研究，多集中在应急能力评估体系建设方面，如美国是首个实施政府应急能力评价的国家，并建立了应急能力评价系统(简称 CAR)，澳大利亚对应急管理评价方面的研究主要集中在应急管理能力评估体系建设方面。国内自从2003年“非典”事件发生后，对应急管理及应急管理能力评估方面展开了大量的研究，学者们针对油气管道安全管理的研究主要涉及风险评价、管理机制两个方面。如王文和等创造性地通过分析埋地燃气管道火灾的致因因子和耦合过程，建立了埋地燃气管道火灾系统耦合度模型，揭示其内在耦合机制，同时对燃气管道风险的动态性展开了研究，并对传统方法进行了分析，从而提出了基于贝叶斯网络的燃气管道动态风险分析方法;张浩然等首次基于AHP-TOPSIS方法构建了长输油气管道风险评估模型；郑明珠通过对长输油气管道失效原因进行分析，建立了油气管道企业应急管理能力评估指标体系；Li等为了完善燃气集团应急管理体系，分析了燃气的应急管理过程，并通过构建层次结构特征因子的评估模型，使用AHP算法来确定指标权重，找出了管理中的不足之处并加以改进；Han等通过对网络监控、信息传输、数据分析、管道预警决策的设计这几方面对城市天然气管道的安全运行进行了分析，建立了相关的预警发布机制，提高了城市天然气管道运行的安全程度；罗智通过分析企业对油气管道的应急管理过程,建立了油气管道企业应急管理能力评估指标体系，并基于层次分析法构建了油气管道突发事故的应急管理能力评估模型，找出了薄弱环节，提高了油气管道企业应急管理能力。

上述研究都是针对油气管道事故应急管理能力评估方面相关的研究，但是对其评价理论及方法的创新研究较少。伴随着我国油气管道与应急管理领域的快速发展，油气管道存在的安全隐患随之增加，油气管道突发事件应急管理工作也开始呈现新的特点，再加上近年来国家高度重视安全生产与应急管理工作，使得原有的研究暴露出了诸多问题，如评价指标不够全面，评价标准不够明确、实用性不强以及专家打分评价方法主观性过强且缺乏科学性等。鉴于此，为了构建具有科学性、可操作性和实用性的油气管道应急管理能力评估指标体系和适用的评估方法，本文集成层次-熵权法与多级可拓方法，对长输油气管道突发事故的应急管理能力评估进行了研究，建立了长输油气管道突发事故应急管理能力综合评估模型，从而为长输油气管道企业应急管理能力的提升和应急管理过程的实施提供指导，以降低长输油气管道事故发生的可能性以及减少事故发生所造成的人员伤亡和经济损失。

1 长输油气管道突发事故应急管理能力评估

1. 1 长输油气管道建设概况

新中国建立至今，我国的油气管道建设经历了4个发展阶段，分别是1958—1969年的管理建设初始发展阶段、1970—1987年的管理建设快速发展阶段、1988—1995年的管理建设稳步发展阶段和1996年—至今的管道建设加快发展阶段。随着能源行业的“十三五”规划出台后，我国加强了能源产业的改革力度，对其发展的思路和目标有了明确的方向。根据新出台的油气改革政策，为了加快管网体制改革步伐，我国油气管道行业将从四个方面着手：第一是管道输送、运销分离方面；第二是管道输送、定价体系改革方面；第三是油气管网信息公开方面；第四是市场化改革方面。

近些年来，因经济的发展和对能源资源的需求，我国不断地扩大油气管网规模，到2017年底，全国长输油气管道的总里程已经达到13.14万km，预计到2025年时，全国油气管网规模将会达到24万km。因此，我国油气管道企业突发事故的应急管理能力需不断的提高，以及时有效地避免可能发生的事故。

1.2 长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系构建

在构建长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系时，要全方位地考虑影响因素，尽可能多地收集应急能力评估指标，通过对评估指标的认识、对比和分析，从而保证评估指标体系的科学性、合理性和系统性。根据事故应急管理理论分析长输油气管道突发事故的成因规律，结合长输油气管道事故特点，咨询并听取相关专家的建议，同时参考《油气长输管道工程施工及验收规定》(GB 50369—2014)等规范，构建了由事故预防与应急准备阶段、监测与预警阶段、应急响应阶段和应急恢复阶段4个一级指标和管道有效性管理等19个二级指标以及风险识别与控制等15个三级指标构成的长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系，详见表1。

表1 长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系

2 层次-熵权法在长输油气管道突发事故应急管理能力评估中的应用

层次分析(APH)法是一种系统性的分析方法，该方法简洁实用，所需的定量数据信息一般较少。熵权法是一种相对客观赋值的方法，一方面可用于确定指标权重的过程，另一方面可结合其他方法应用。为了避免主观因素和样本差异性对评估结果的影响，本研究中在确定长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标的权重时，采取了层次法、熵权法两种方法相结合的方法，所得到的结果更为客观、合理。

2.1 AHP法确定指标权重

本文以4个一级指标为例，各一级指标权重的计算及一致性检验的计算过程如下：

(1) 构造一级指标的判断矩阵()。邀请专家对一级指标进行两两评价和打分，从而得到一级指标的判断矩阵():

(2) 计算判断矩阵()的特征向量。求得判断矩阵()的特征向量=(0.305，0.333，0.305，0.057)。(3) 计算判断矩阵()的最大特征值

λ

。按下式计算判断矩阵()的最大特征值：

所以有:

=4.014

(4) 对判断矩阵()进行一致性检验。按下式对判断矩阵进行一致性检验：

=0.005<0.1

若

CR

<0.1，说明判断矩阵符合一致性检验，判断合理。(5) 一级指标权重的确定。根据一致性检验结果可知，该判断矩阵通过了一致性检验，则其特征向量即为各指标的权重，即

W

=0.305，

W

=0.333，

W

=0.305，

W

=0.057。

2. 2 熵权法修正指标权重

利用熵权法对上述各级评价指标的权重进行修正，即将所构建的判断矩阵进行归一化处理后计算各评价指标的信息熵、熵权和最终权重。本文以4个一级指标为例，各一级指标权重的修正计算过程如下：

(1) 将判断矩阵进行归一化处理。判断矩阵归一化处理后的结果为

同理，按照上述方法，可求得长输油气管道突发事故应急能力评估指标体系中各级评估指标的信息熵、熵权、指标权重和修正后的指标权重，其计算结果见表2。

表2 长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系中各级评估指标权重的最终计算结果

3 多级可拓综合评价法在长输油气管道突发事故应急管理能力评估中的应用

3. 1 多级可拓综合评价法

可拓理论由我国学者蔡文于1983 年提出，可拓评价是可拓理论的主要应用之一。传统的可拓评价方法只能对待评价对象进行总体评价(一级评价)，在多级评价指标体系中，传统可拓评价方法并不能很好地体现评价效果。引入多级可拓评价方法，对各三级指标进行可拓评价，进而对各二级指标进行可拓评价，最后综合进行一级评价，如此即可得到待评价对象的所属等级，又可以得到各二级指标的评价结果，便于全面了解待评价对象的状态，为决策提供更有效的数据支持。

3.2 基于多级可拓综合评价法的长输油气管道突发事故应急管理能力评估流程

(1) 确定经典域、节域和待评物元矩阵。设事物的名称为

N

，关于特征

c

的量值为

v

。如果事物

N

有

n

个特征，记作

c

，

c

，…，

c

,相应的量值记作

v

，

v

，…，

v

，则物元记为

(1)

确定经典域为

(2)

式中：

N

表示长输油气管道突发事故应急能力等级域

N

中

j

的风险等级;

c

表示效果等级

N

的特征(

i

=1,2,…,

n

);

x

为评价指标集

c

关于风险等级

N

的量值范围，即各效果等级关于对应特征所取的数值的经典域，其中

α

、

b

分别为指标集

c

在第

j

安全等级下的上、下限。

确定节域为

(3)

式中：

P

表示效果等级的全体;

x

为

P

关于

c

所规定的量值范围。对待评标的物，将所检测得到的数据或者分析的结果用物元

R

表示，成为标的物的待评物元，构建待评物元矩阵：

(4)

式中：

P

表示待评标的物；

x

为

P

关于

c

的量值，即待评标的物检测所得到的具体数值。(2) 计算关联度。首先，确定待评标的物关于各等级的关联度函数,即第

i

个指标数值域属于第

j

个等级的关联度函数为

(5)

其中：

(6)

(7)

然后，按下式计算待评标的物

P

关于等级

j

的关联度:

(8)

式中：

K

(

P

)为待评标的物

P

关于等级

j

的关联度，其中

w

为关联函数对应的权重。

最后，按下式确定待评标的物的评价等级：

K

=max

K

(

P

) (

j

=1,2,…,

m

)

(9)

式中：

K

为待评标的物的评价等级。

3. 3 实例应用与分析

本文将长输油气管道突发事故应急管理能力评估等级划分为Ⅰ～Ⅳ级，分别对应应急管理能力的优劣等级：强、较强、一般、弱，其中各个等级的评价标准为：Ⅰ级为<90,100>，Ⅱ级为<80，90>，Ⅲ级为<70，80>，Ⅳ级为<0，70>。

以某L段管道为例，邀请相关专家进行问卷调查，根据问卷调查的结果，利用层次-熵权法计算各级评估指标的权重，并对现有长输油气管道突发事故应急管理能力的各级评估指标按照划分的应急能力评估等级进行评分。为了排除专家主观因素对评价结果的影响，采用Dong等提出的专家评估法进行计算，邀请4名专家进行打分，4位专家均来自油气长输管道研究领域，考虑到各专家对于长输油气管道突发事故应急管理能力的评判能力存在一定差别，通过对专家的职称、学历和工龄三方面进行比较衡量，采用层次分析法确定各专家的权重，取各专家评分的加权平均值作为专家评分结果。参与工程实例分析的专家信息见表3，由层次分析法确定专家的权重

ω

=(0.324,0.257,0.216,0.203)，计算后的专家评分结果见表4。

表3 专家信息描述

表4 长输油气管道应急管理能力评估指标体系中各级评估指标权重专家评分结果

以事故预防与应急准备阶段

Q

的计算为例，先计算其经典域和节域，进而确定其关联度，对所有指标关联度计算完成后进行一级评价和二级评价，最终确定其应急管理能力水平等级。具体流程如下：(1) 确定经典域和节域。由公式(2)和(3)，(

c

)的经典域和节域可表示如下：

(2) 计算关联度。

c

的专家评分为

x

，由公式(6)和(7)可计算得到：

ρ

(

x

,

x

)=2，

ρ

(

x

,

x

)=-2，

ρ

(

x

,

x

)=8，

ρ

(

x

,

x

)=18，

ρ

(

x

,

x

)=-12。由公式(5)可计算得到

c

关于各等级

j

(

j

=1，2，3，4)的关联度函数

K

(

c

)分别为：

K

(

c

)=-0.142 9，

K

(

c

)=0.200 0，

K

(

c

)=-0.400 0，

K

(

c

)=-0.600 0。

同理，可求得其他各项三级指标和部分二级指标关于各等级的关联度函数。

(3) 一级评价。对管道有效性管理(

c

)进行一级评价，由公式(8)可确定其各子因素相对等级

j

的关联度为

=[-0.230 7 0.084 5 -0.108 8 -0.450 8]

同理，使用同样方法可得部分二级指标及所有一级指标相对等级

j

的关联度，各级评估指标关联度的计算结果见表5。

表5 长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系中各级评估指标关联度的计算结果

(4) 二级评价。对待评估对象

U

进行二级评价，由公式(8)可得：

=[-0.300 380.004 10-0.051 20-0.328 50]

(5) 应急管理能力水平等级判定。由公式(9)可确定评估对象

U

的应急管理能力水平等级，计算得

K

=max

K

(

P

)=

K

(

U

)=0.004 1。

(6) 评价结果及分析。按照多级可拓评估方法计算得出该L段管道突发事故应急管理能力水平综合关联度为0.004 1，根据最大隶属度原则分析可知该L段管道的突发事故应急管理能力水平等级为Ⅱ级，说明该管道企业的总体应急管理能力较强，但仍需要进一步提升，该结论与该L段管道的实际情况基本吻合。此外，由表5可知，部分L段管道评估指标的应急管理能力水平等级为一般，例如一级指标中的监测与预警阶段，二级指标中的管道隐患排查治理、信息监测、应急预案修改完善、信息接收与报告，三级指标中的防范措施、应急队伍保障、环境治理。根据该评估结果，针对该L段管道突发事故应急管理能力评估中存在的薄弱环节，管道公司应提高管道的监测与预警能力，提高管道的隐患排查治理能力，完善应急预案和演练建设，提高油气管道企业应急保障能力，从而强化管道公司的应急管理能力水平。

4 结 论

(1) 本文以长输油气管道突发事件应急管理能力为研究对象，通过综合前人的研究成果，并结合我国管道及应急管理相关的法律法规、规章制度，建立了以事故预防与应急准备、监测与预警、应急响应、应急恢复4个一级指标和应急培训、应急保障、应急处置等19个二级指标以及防范措施、技术保障、管道抢修等15个三级指标的长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系。

(2) 结合层次分析法和熵权法确定油气管道突发事故应急管理能力各级评估指标的权重系数，避免了对评估指标赋权的主观性，并利用多级可拓综合评价方法建立了长输油气管道突发事故应急管理能力综合评估模型。

(3) 应用构建的长输油气管道突发事故应急管理能力评估指标体系和评估模型对某管道进行了实例验证，定量求出了该管道的突发事故应急管理能力水平等级为Ⅱ级，说明该管道企业的总体应急管理能力较强但仍需要进一步提升，所得评估结果与实际情况相符，表明该评估模型具有一定的工程实用价值，并针对评估结果对其薄弱环节提出了改进措施与建议，以提高油气管道企业的应急保障能力。