基于D-S证据理论的输电线路工程施工安全风险评价

夏 睿，吴千丰，许长青，丁 磊，刘 帅

(1.国网江苏省电力有限公司，江苏 南京 210000； 2.国网江苏省电力有限公司 宿迁供电分公司，江苏 宿迁 223800)

输变电工程项目具有点多、线长、高分散等特点，被普遍认为是安全风险较高的工程。近些年来，随着电网建设规模不断扩大、输电距离的增加以及电压等级的不断提高，导致输变电线路工程施工的难度越来越大，施工过程中的安全问题日益凸显。

在施工前，对相关工程进行安全风险评价可以有效预防事故的发生[1]。由于输变电工程常见作业形式复杂且大多涉及高风险作业，导致输变电工程事故频发，如何通过对输变电工程施工过程进行安全风险评价从而减少事故的发生，已成为相关学者们关注的热点[2]。安磊等[3]对输变电工程风险发生的原因进行的逐层分解，并采用故障树法构建输变电工程风险评估模型；高杨杨[4]引入三角模糊数进行主客观综合赋权来确定各指标，并将云模型与其结合，建立了输变电工程安全评价模型；潘华等[5]引入了熵权与物元可拓模型相结合的评价方法建立了输变电工程安全评价模型；李明等[6]运用了层次分析法建立某特高压输变电工程的风险评估模型。

D-S证据理论作为一种不确定的推理方法，能够解决多个可能冲突的数据源不确定信息推理和融合的问题[6-8]，该方法已经在滑坡、基坑支护、灾害评估、水利等工程领域得到了很好的应用。杜修力等[9-10]建立了基于证据理论的深基坑工程施工风险综合评价模型；徐卫亚等[11]建立一种基于改进D-S证据理论的滑坡安全性多指标综合评价模型，以实现对滑坡安全性的综合评判；宋英华等[12-13]采用D-S证据理论，建立了火灾评价及预警模型。在水利方面，王燕等[14]构建了基于D-S证据理论融合多源信息的安全性评价模型，评价了采空区形状对水利大坝安全的影响；张亚琳[15]采用基于D-S证据理论的综合评价方法对天津市南水北调工程进行安全性评价。大量的工程实例已经验证了D-S证据法的稳定性和可行性，而该方法在输电线路工程施工的风险评价上没有被较好的应用。本文采用D-S证据理论，结合层次分析法对输电线路工程施工风险安全性进行评价，并结合宿迁某110 kV架空输电线路进行了验证，研究结果为输变电工程施工安全水平提升提供了一定的参考。

1 研究区概况

某110 kV架空路线路径长约3.5 km，途经宿迁市区，沿线有城市道路可供使用，本线路通道部分位于沟塘及河网周边，施工运输条件一般。该路线将采用双回架空线路，建设双回路直线杆12基，双回路转角杆6基，双回路转角塔2基，采用钻孔灌注桩基础施工。

2 输电线路工程安全指标体系

输电线路工程施工安全风险评价指标体系是进行施工风险评价的基础。根据安全系统的4M要素，结合输电线路工程施工的特点，可将施工风险指标分为人员、设备、环境、管理4个一级指标，根据工程资料、理论规范和专家意见等，每个指标可分为若干二级指标。本文通过对宿迁某110 kV架空输电线路实地调查分析，并查阅相关文献资料[16-18]，结合国家相关法律及相应的行业标准，如《国家电网公司基建安全管理规定》《国家电网公司输变电工程施工安全风险识别评估及预控措施管理办法》《国家电网公司输变电工程安全文明施工标准化管理办法》《电力安全事故应急处置和调查处理条例》等，明确了输电线路施工安全风险评价指标，如图1所示。

图1 输变电线路工程施工安全风险评价指标体系Fig.1 Evaluation index system for construction safety risk of power transmission and transformation line project

3 D-S证据理论模型构建

D-S证据理论是由Dempster和Shafer提出的处理不确定不完备信息的方法，在区分不确定以及精确反映证据收集方面极具成效。基于D-S证据理论，构建输变电线路工程施工安全风险评价模型，其基本思路为：①在建立输电线路工程施工风险评价指标体系基础上，采用层次分析法来确定各指标的权重；②以风险等级的集合为识别框，确定风险等级判决的证据，也即建立mass函数；③采用证据推理的递推合成算法逐层融合指标mass函数，并根据融合结果进行决策。

3.1 基于AHP确定指标权重

作为一种主观赋予权重值的方法，层次分析法(AHP)权重的计算基本步骤可以分为3步：①构建决策判断矩阵，根据专家意见确定各因子与目标相关的重要性，采用九分制(1—9)进行比较，见表1。②计算权向量，通过计算矩阵的主特征值和对应的归一化特征值，计算各因子的权重。③计算结果一致性检验，为了保证所得权重的准确性，需要计算一致性指标(CI)和一致性比率(CR)。当满足条件时，则认为构建的矩阵合理，否则应做适当的修正[19-20]。

表1 判断矩阵1—9标度及其含义Tab.1 Sacle of relative importance of 1—9

通过层次分析并经过一致性检验后分别得到，第1层指标权重：wi=[0.340，0.125，0.058，0.478]。第2层指标的权重：人员风险w1j=[0.175，0.284，0.485，0.056]，设备风险w2j=[0.539，0.297，0.164]，环境风险w3j=[0.284，0.619，0.096]，管理风险w4j=[0.116，0.395，0.218，0.271]。

3.2 基于证据理论的施工风险评价

3.2.1 基于证据理论的施工风险评价

评价指标的基本支持度即某一评价指标Aij被评定成Rh的概率，表示为βijh。本文邀请了10位经验丰富且参与本项目的评委对该条线路的施工风险进行评价，根据专家意见计算指标基本支持度，专家初始评价意见见表2。

表2 初始评价结果Tab.2 Initial evaluation results

以人员风险A1为例说明其含义，对于一级指标A1“人员风险”下的二级指标A11“人员施工经验”的评价，有6位评委将其风险等级判定为“中”，则其基本支持度β113=0.6，有3位评委将其风险等级判定为“较低”，则β112=0.3，有1位评委将其风险等级判定为“低”，则β111=0.1。

3.2.2 构造mass函数

在D-S证据理论中，通常决策者对整个证据只有α的信任度，即决策者对指标的评价结果不予完全相信，要予以一定的折扣α，一般0≤α≤1，参数a大致上反映决策者对指标评价结果所给出的信任度，文中取α=0.9。以下根据指标间的相对权重确定相应的折扣率，并结合专家评语构造mass函数，即基本概率分配函数[10]。

构造mass函数主要思路是将评价指标中权重最大的指标确定为关键指标，并将该评价结果设定为一个基准。建立输电线路施工安全风险评价指标的mass函数，见表3。

表3 评价指标的基本概率分配Tab.3 Basic probability distribution of evaluation index

3.2.3 证据推理合成算法

采用文献[21-22]总结的递归算法来合成mass函数，将表3中的指标mass函数合成得到表4。

表4 评价指标融合计算结果Tab.4 Results of evaluation index fusion calculation

3.2.4 综合评价

根据证据推理递推合成公式，可以得到综合评价矩阵A，A={0.000，0.000，0.724，0.275，0.000，0.000}，评价结果表明从项目总体来说，专家对该项目的风险为中的支持度为72.4%，为较高的支持度为27.5%。按照最大隶属度原则该项目的风险评价等级为中。根据ALARP准则和相关文献规范[23]，建立输电线路工程施工风险等级(表5)，在输电线路工程施工需要采取风险应急措施，注意施工监测。

表5 风险接受准则Tab.5 Acceptability criteria of risk

4 结语

输电线路施工是一项涉及到人员、设备、环境、管理等多方面的复杂工作。本文通过全面分析影响输电线路工程施工风险的因素，并采用D-S证据理论对宿迁某110 kV架空输电线路工程施工风险进行了评价。

(1)从人员风险、设备风险、环境风险、管理风险方面总结了影响输电线路工程施工安全风险的14个因素，并对其进行了量化处理。

(2)该输电线路工程施工风险等级为中等，在工程施工过程中要注意监测，需要采取风险应急措施，风险等级判断与工程实际相符。

(3)基于D-S证据理论的输电线路工程施工风险安全评价模型具有合理性和可行性，为输电线路工程施工风险安全性评价提供了新的方法与思路。