楊　凱，呂淑然，張　遠

(首都經濟貿易大學 安全與環(huán)境工程學院，北京100070)

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城市燃氣輸配管網耦合風險研究現(xiàn)狀及展望

楊凱，呂淑然，張遠

(首都經濟貿易大學 安全與環(huán)境工程學院，北京100070)

摘要:城市作為一個復雜的系統(tǒng)，其發(fā)展離不開天燃氣等動力能源，城市燃氣管網運行存在來至人、設備、環(huán)境以及管理等各方面的風險隱患耦合作用，同時隨著城市社會經濟的發(fā)展，其凸顯脆弱性，燃氣管網各種風險相互耦合并引發(fā)事故災難，將會對城市造成極大的破壞，相關事故在國內外屢見不鮮。為了減少城市燃氣管網災害事故的發(fā)生，從風險耦合的角度出發(fā)，對多因素耦合作用下城市燃氣管網災害風險的研究現(xiàn)狀進行文獻分析，從而發(fā)掘已有研究存在的不足。通過對國內外城市燃氣管網耦合災害風險的大量相關文獻進行分析，發(fā)現(xiàn)過往研究存在以下問題：①當前對多因素耦合作用下的城市燃氣管網的災害風險作用機理進行的研究較少；②缺乏對城市燃氣管網多因素耦合災害風險演化規(guī)律的研究；③對城市燃氣管網多因素耦合災害風險評估模型的研究也較少；④也沒有對城市燃氣管網多因素耦合災害風險的動態(tài)管控策略開展研究。針對此四方面的問題，最后提出了在城市復雜環(huán)境下，燃氣管網面對多風險因素耦合作用時的研究方向，對多因素耦合災害風險理論發(fā)展以及城市安全運行和管理起到促進作用。

關鍵詞:城市；燃氣管網；耦合災害風險；演化規(guī)律；風險評估；管控措施

進入21世紀以來，世界石化工業(yè)的迅速發(fā)展促使了管道工業(yè)的成長，使管道運輸成為繼鐵路、公路、水運、航空運輸后的第五大運輸系統(tǒng)。工業(yè)管道不僅可以運輸石油、天然氣、水、化工產品等液態(tài)和氣態(tài)的物質，還能夠輸送面粉、水泥等固體物質。據(jù)統(tǒng)計，全世界在用的各類管道總長達350×104km，其中一半以上的為舊管道。在美國，現(xiàn)役管道中就有超過一半的使用年限超過了40年；在俄羅斯，五分之一油氣管道已經接近設計壽命，近幾年這一數(shù)字將增大到二分之一。目前，我國有油氣長輸管線4×104km多，許多管線已運行20～30年，已接近使用壽命，進入到了事故多發(fā)期[1]。特別是城市中的燃氣輸配管網，與市政管網居民區(qū)、街道、學校等各種大規(guī)模人員聚集區(qū)未能合理科學布局，出現(xiàn)燃氣運輸管道與各種市政管網等近距離或交叉布置，城市基礎設施壓占燃氣管道，甚至部分燃氣管道從居民社區(qū)、學校、廠區(qū)地下而過，使得城市的安全風險性日益加大，一旦發(fā)生事故，不僅會對周邊人員的生命產生威脅，還勢必會引發(fā)高層建筑、地下工程、石油化工等多領域的二次連鎖災害，如火災、毒氣泄漏、化學品爆炸等，對城市經濟、環(huán)境和發(fā)展造成極大的破壞。因此，研究城市燃氣輸配管網的災害風險具有重要的現(xiàn)實意義。

國內外有關城市燃氣管道重大災害風險的事故屢有報道。2000年8月19日，美國新墨西哥州Carlsbad附近的1條天然氣管道發(fā)生爆炸，造成12人死亡；2010年6月7日，美國德克薩斯州天然氣管道爆炸事故現(xiàn)場的土地被燒焦，事故造成至少3人死亡，10人失蹤。在我國，也發(fā)生了多起燃氣管網爆炸事故。2004年5月29日，瀘州市一居民樓人行道發(fā)生天然氣爆炸，造成5人死亡，35人受傷，10多戶居民的家園被徹底摧毀，80多戶居民受災，數(shù)萬人的正常生活受到影響；2005年5月12日凌晨，深圳市某地下人行通道工程施工區(qū)域發(fā)生燃氣泄漏，隨即引發(fā)爆炸并燃燒，燃氣種類為液化石油氣，事故造成1人死亡， 16受傷人，福明路上約200 m電纜溝蓋板被掀起，部分電纜被損壞，施工現(xiàn)場正南面約100m處的配電柜被損毀；2007年4月24日，北京海淀區(qū)太平路東口一處地下天然氣管道發(fā)生泄漏，兩名正在井下作業(yè)的工人中毒身亡，另一人中毒；2008年1月11日，青島低壓天然氣管道突然爆炸，約百米長的路面出現(xiàn)了塌陷，造成兩名行人受傷，城市燃氣停止供應；2013年12月，溫州40 d內下水道2次爆炸，事件調查組公布結論，兩次爆炸皆因燃氣泄漏所致，燃氣經過土層進入雨水管，再進入污水管，最后在低洼處匯集； 2014年8月1日凌晨，臺灣高雄市前鎮(zhèn)區(qū)多條街道陸續(xù)發(fā)生天然氣外泄，并引發(fā)多次大爆炸，事故造成31人死亡、310人受傷；2014年11月20日，通州區(qū)新華大街吉祥園路口發(fā)生燃氣泄漏爆燃事故，致使兩人輕度灼傷。事故原因為熱力管線施工造成燃氣泄漏等等[2-4]。可以看出，大量的城市燃氣管網發(fā)生泄漏爆炸等事故不僅威脅著人類的生命，造成經濟損失，還不利于社會和諧，影響我國城市化的進程。對此，應加強針對災害風險的評估，對高風險的管網進行預防和整改，減少燃氣管網災害事故造成的經濟損失。因此，研究城市燃氣輸配管網的災害風險具有重要的經濟意義。

城市燃氣管網發(fā)生事故，不僅僅是第三方破壞、管網腐蝕、施工設計、誤操作以及周邊環(huán)境單個因素造成的，可能來至人員、管網設備、環(huán)境以及管理等風險因素以及各方面因素相互耦合的綜合影響，這就形成了城市燃氣管網災害風險的耦合。目前缺乏對多因素耦合作用下的城市燃氣管網災害風險研究，大多數(shù)研究以相對獨立的風險評價為主，評價結果只能顯示單個危險有害因素的重要性，不能整體把握各因素間的相互作用對風險后果的影響。深入開展城市中燃氣管網系統(tǒng)各種風險因素、耦合的形成機理、演化規(guī)律、風險評估的研究非常迫切。因此，開展多因素耦合作用下城市燃氣輸配管網災害風險研究具有重要的理論意義。

1國內外研究現(xiàn)狀

通過查閱大量的國內外相關文獻發(fā)現(xiàn)，目前關于城市燃氣管網風險方面的研究主要集中于城市燃氣管網風險定性定量評價、風險管理與評估系統(tǒng)開發(fā)、油氣管網泄漏監(jiān)測技術以及城市燃氣脆弱性評估等方面。而關于城市燃氣耦合災害風險幾乎沒人研究，其他領域對于耦合研究也主要探討方法上的耦合或集成，而沒有從機理上災害風險耦合，另外對耦合災害風險的討論缺乏系統(tǒng)性。

1.1　城市燃氣輸配管網風險因素耦合機理

耦合風險指的是復雜的風險系統(tǒng)活動過程中不同風險或風險因子之間的相互依賴和相互影響的關系與程度。Lars[5]用一種新方法對印度的卡納塔克邦州海岸的全球氣候改變下的多重災害進行了評估和管理，使用海岸災害輪Coastal Hazard Wheel(CHW)來對有限數(shù)據(jù)下的地區(qū)海岸生態(tài)系統(tǒng)進行風險識別。作者通過使用公布的地理數(shù)據(jù)和遙感信息，展示了海岸災害輪如何應用于地區(qū)規(guī)劃。同時通過GIS系統(tǒng)來開發(fā)地區(qū)和亞地區(qū)的災害地圖，并生產相關的災害風險數(shù)據(jù)，該方法能夠為海岸長期規(guī)劃提供支持。M.S. Kappes[6]使用基于指標的方法，對Papathoma颶風災害評估方法進行改進，對多風險造成的實體脆弱性開展評估。該方法包括以下幾方面：對相關區(qū)域和相關災害進行識別并獲取災害信息；脆弱性指標的確定以及數(shù)據(jù)的收集；因素的權重和脆弱性評估；考慮風險的相互作用。采用該方法研究了建筑物在洪水、泥石流和滑坡作用下應急預案和減災措施的脆弱性。但是該方法屬于定性研究，不能給出確切的災害等級，同時需要大量的數(shù)據(jù)才能進行。Sabarethinam[7]提出了一種基于多風險評估(PF-MHRA)過程的參數(shù)化脆弱性方法，用于對公路橋梁遭受地震和颶風的組合災害風險進行評估。Nadejda Komendantova[8]對有關多風險與多災害的兩種決策工具進行了分析，第一種是基于連續(xù)蒙特卡羅方法的通用多風險框架，在復雜系統(tǒng)中，該方法可以允許直觀和靈活地實現(xiàn)風險的相互作用。另一種是通過利益者輸入不同指標的權重來構建風險評級的多風險的決策工具。雖然該方法顯示具有很好的應用前景，但是由于其過程復雜，導致不利于推廣。D. Asprone[9]對多風險下建筑結構性能進行了驗證，討論了結構壽命期間可能遭受的所有災害，并針對結構在地震時遭受爆炸的極限倒塌狀態(tài)的多風險評估概率模型提出了建議，對每年建筑物結構倒塌風險進行計算的同時，還考慮了地震和爆炸誘發(fā)的倒塌兩種情況。通過對一個在地震區(qū)的四層鋼精混凝土建筑采用多風險過程進行關于爆炸和地震脆弱性的計算和實施，從而對倒塌的年度風險進行評估。該模型能夠為地震區(qū)建筑結構風險評估概率計算提供參考。在國內，薛曄[10]介紹了耦合災害風險基本理論，給出了耦合災害風險的定義，并對其進行了分類，即分別從相關性、力的合成和風險矩陣三個方而討論了其耦合效應，根據(jù)類型和耦合效應，借助物理學中的觸發(fā)器討論耦合災害風險形成機理。該研究為耦合災害風險評估奠定了基礎，完善了災害風險理論。杜軍[11]根據(jù)地震區(qū)的基本情況，選擇坡度、坡向、植被覆蓋指數(shù)、距河流距離等7個評價因子，采用次生地質災害風險性評價的GIS與AHP耦合模型對汶川震后次生地質災害進行風險評估。并對評價結果劃分為三個危險等級。該模型在風險評價方法上進行了耦合，對災后重建具有一定指導作用。劉堂卿[12]從人、設備、環(huán)境和管理角度對空管安全風險進行分析，并闡述了空管安全風險耦合的基本理論，首次提出了空管安全風險耦合的概念，系統(tǒng)分析空管安全風險的耦合過程，對空管安全風險進行了實證分析，并建立了耦合模型，提出了風險管控措施。劉耀龍[13]根據(jù)災害風險學存在著顯著的地理空間尺度差異與尺度效應，提出災害風險尺度耦合的概念與類型，從數(shù)據(jù)、方法和區(qū)劃三個方面提出災害風險研究中的空間降尺度和空間升尺度耦合思路。喬萬冠[14]研究了煤礦事故風險因子的耦合作用，并對耦合風險開展了仿真研究?；谙到y(tǒng)動力學方法對建立了系統(tǒng)動力學模型，并采用Vensim-PLE進行仿真分析，最后基于解耦原理提出煤礦耦合風險管控措施。

綜上可以看出，國外學者關于風險方面的耦合，主要是考慮不同自然災害的耦合作用對道路橋梁等建筑物造成的傷害，這些災害包括地震、海嘯、泥石流等。通過采取不同的評價指標建立風險評價模型來衡量受災對象的災害等級以及脆弱性。這些模型能夠對自然災害帶給建筑的風險進行定量的評價，但是大部分需要大量的數(shù)據(jù)才能實現(xiàn)評價。國內也主要針對自然災害耦合進行了研究，不過更多注重研究方法的耦合，采用不同方法實現(xiàn)對災害風險更加全面的研究。薛曄給出風險耦合的普遍定義，但是沒有具體結合城市燃氣管道風險的特點對其進行耦合風險分析。

自然災害風險耦合往往是幾類自然災害的共同作用，不涉及人員、管理等風險因子的耦合，普通安全生產風險耦合沒有考慮城市復雜環(huán)境對風險因子耦合的影響，而城市復雜環(huán)境下的燃氣輸配管網風險受到來自于人、設備、環(huán)境以及管理等多重風險因素的耦合作用，受城市發(fā)展趨勢影響，具有一定的靈活性，各種風險因子間相互作用性更強，因此有必要對多因素作用下城市燃氣管網系統(tǒng)災害風險的耦合機理和模型進行研究，從而為下一步耦合災害風險的動態(tài)演化提供理論支持。

1.2　城市燃氣輸配管網耦合風險評估

B.W.Greenwood[15]對含硫天然氣管道風險分析中遇到的困難進行了分析，深入討論了以風險形式來表示社區(qū)災害的問題，主要包括以下問題：氣體從管道破裂釋放的速率；溫度、密度以及氣體噴射氣壓等氣體參數(shù)；管道的失效頻率；人口分布；不同天氣情況的影響；毒害等級以及屏蔽、地形和潛在接受者的年齡等問題。由于風險評估受輸入參數(shù)影響較大，每個問題的影響因素較多，本文對此進行了考慮，最后對氣體管道對社區(qū)帶來的風險進行了預測。Tom Bajcar[16]等提出了一種精細的方式量化第三方干擾可能對天然氣輸送管道造成的影響，重點是人口密度變化對風險的影響。研究采用多學科綜合方法，包括對風險評估的建議、災害事件的物理結果、災害事件和城鎮(zhèn)規(guī)劃的歷史數(shù)據(jù)等方面。文章確定了兩個人口分布的定量邊界區(qū)域，采用人口密度確定郊區(qū)的風險系數(shù)，從而提出了計算安全距離和區(qū)域的新方法。該方法基于定量風險評價的結果，從而更加精確地用于確定郊區(qū)風險等級，該方法可以更好地服務于燃氣管道風險評估和決策。Anjuman Shahriar[17]等基于模糊領結的可持續(xù)性評價方法對油氣管道進行風險分析，研究還探討了各種因素之間的依存關系間是如何影響分析結果的，采用三重底線(TBL)可持續(xù)標準的模糊效用值(FUV)進行風險評估，即社會、環(huán)境和經濟后果。該方法可以用于管道公司根據(jù)管道失效時導致的多維結果開展風險管理和風險決策，為專業(yè)人員進行專門的風險預防和控制提供幫助，但是文章沒有考慮各種風險因素間的相互影響作用。A.J. Brito[18]提出了一種風險評估決策模型，并基于多屬性效用理論對部分天然氣管道風險排序。采用決策分析概念，在明確和一致的風險測量方法下，該模型定量地包含了決策者關于風險的偏好和行為。同時允許對管道管段風險進行層級劃分，進而進行管道的管段風險排序。Anderson J. Brito[19]提出一個多重判據(jù)模型來評估天然氣管道風險，對管道進行風險分段。該模型整合了效用函數(shù)與多準則決策輔助方法，從而考慮燃氣管道允許失效帶來的多維風險管理決策問題。文章強調從人、環(huán)境和經濟出發(fā)考慮風險帶來的影響，而忽略了風險對社會政治、文化帶來的影響。Young-Do Jo[20]分析了高壓天然氣管道對個人的風險，重點介紹了一種能準確計算天然氣管道對個體帶來的風險的方法。該方法基于燃氣管道距離周邊建筑物時的合理路徑規(guī)劃的可視化場景。距離選取為輻射等級相當于32 kW/m2時的場景，計算得出來源于輸氣管道的風險要低于化工城對其周邊建筑帶來的風險。K.-S. Park[21]設計出一套系統(tǒng)用于韓國城市燃氣管道風險評估和管理。設施風險系數(shù)采用結果與頻率表達形式，并與成本關聯(lián)。結果事件分析了管道小孔泄漏、大孔泄漏以及斷裂的情況。采用人員傷亡、火災、建筑物損壞以及氣體泄漏等來評估后果。在每種情況下，頻率按照后果的主要原因來進行估計，主要原因包括由第三方工作、挖掘腐蝕、焊接缺陷和地面運動。谷洪雁[22]利用灰色聚類法把城市壓力管道系統(tǒng)當作一個灰色系統(tǒng)來研究，建立不同的聚類指標所擁有的隸屬函數(shù)，確定聚類權重值。馬令申[23]采用失效樹分析法建立了城市埋地燃氣管道失效樹，使用布爾代數(shù)化簡法確定了該失效樹的最小割集，通過對失效樹結構重要度的定性分析，得出導致城市埋地燃氣管道失效的主要原因是第三方破壞和腐蝕的結論，并提出了延長城市埋地燃氣管道壽命的相應措施。石磊明[24]利用模糊數(shù)學方法與指數(shù)評分方法相結合的城市燃氣管道風險評價方法，建立了管道失效故障樹，詳細分析各類事故原因及其組合，建立城市燃氣輸配管道系統(tǒng)風險指數(shù)評分體系， Matlab編程計算的方法，對常用隸屬函數(shù)進行分析和比較，得出了準確度較好的適用管道風險評價的隸屬函數(shù)。汪濤[25]運用模糊綜合評判方對城市天然氣管網的風險評價進行了全面的研究。對評估模型、判斷標準和可接受性進行了研究，編制了城市天然氣管網模糊風險評價軟件。張乃方[26]采用層次-專家咨詢綜合評價法確定了每項風險評價指標的權重，并將風險管理引入到城市燃氣管網系統(tǒng)管理的理念，提出了城市燃氣管網風險管理的基本流程圖。牛偉偉[27]采用GIS 技術研究城市燃氣管道事故的應急救援系統(tǒng)，并建立了能夠預防事故發(fā)生、降低事故損失的城市燃氣管道應急救援系統(tǒng)。孫麗芳[28]基于層次分析法的模糊綜合評價方對城市燃氣管道失效風險進行了評估，提出了利用GIS技術重構城市燃氣管道管理系統(tǒng)的思想。王璨[29]通過模糊綜合評判模型對城市燃氣管道進行風險評估，利用層次分析法和專家打分法解決模糊綜合評判模型中權重和隸屬度的問題，從人失誤的角度出發(fā)，提出控制對策和管理措施。胡惠榮[30]用層次分析法構造了基于的燃氣管道風險評估系統(tǒng)的基本模型，并進行了改進和優(yōu)化，開發(fā)了城市燃氣管道風險評估系統(tǒng)。

國外學者針對燃氣管網風險評估和風險決策的角度，多采用包括人-環(huán)境-經濟在內的多維綜合風險評價模型，國外在管道風險評價方面更加注重對參數(shù)選取，更加注重個體風險和安全距離的研究，以定量評價模型為主。而國內對于管道風險評價，多以定性或者半定量評價為主，主要采用故障樹、指數(shù)評分方法、模糊層次法建立評價模型，并采用 GIS等技術、專家系統(tǒng)原理構建城市燃氣管網系統(tǒng)管理評估系統(tǒng)，進而對城市油氣管網系統(tǒng)風險管理提出一些對策措施。主要對第三方破壞、腐蝕、操作失誤等風險因素進行分析和評價，評價的結果往往也是雷同。

燃氣管道在運營過程中，各類風險因子在同一時空域，具有強烈的相互作用。這些因素耦合作用會影響燃氣管道災害事故的發(fā)生，因此對燃氣管道進行風險評價時應考慮城市燃氣輸配管網風險因子的耦合特點，可采用神經網絡和模糊理論對燃氣管網耦合災害風險進行評估。

1.3　城市燃氣輸配管網耦合風險災害事故演化

M. Suffo[31]對分析了塞維索指令框架下的領土兼容性的化學環(huán)境風險的演變。以安達盧西亞自治區(qū)為例，采用災害、脆弱性、接近度等代表風險的指標對進行風險分析，結合GIS平臺進行空間上的風險分析，基于數(shù)據(jù)結果，得出風險趨勢，能夠為風險預測提供支持。Emmanuelle Dupont[32]對歐洲30個國家每年道路傷亡人數(shù)的潛在風險和趨勢演化模型進行了研究，對每年最能獲得的曝光指標數(shù)據(jù)和死亡人數(shù)數(shù)據(jù)，利用雙變量潛在風險時間序列模型進行快速分析。該模型假設事故曝光的數(shù)量和死亡人數(shù)是相關的，從而得出事故死亡率趨勢和風險曝光趨勢的動態(tài)演化過程。對該模型進行了驗證和調查后，基于實際情況建立了兩種不同形式的結構模型。并用模型對一些國家未來的事故傷亡進行了預測。Priscilla Damico[33]對歐洲漁業(yè)中生魚肉里面異尖線蟲的風險管理演變進行了研究。由于魚中寄生蟲引起了官方控制部門和消費者的關注，為了降低魚產品消費的行業(yè)風險，制定了大量的文件。通過對國際和地區(qū)立法的回顧，同時專注于魚類食品經營者的實際利益問題，分析了標準的演變。趙賢利[34]基于復雜網絡模型，構建了機場飛行區(qū)風險演化數(shù)學模型以及風險演化拓撲結構模型。從聚類系數(shù)、平均路徑長度、度分布對機場飛行區(qū)風險演化數(shù)學模型進行了闡述，從入出度、節(jié)點子網數(shù)、所含支鏈數(shù)對風險演化拓撲結構模型進行了分析，并提出了風險斷鏈控制方案。王勇勝[35]從復雜系統(tǒng)理論出發(fā)，提出了基于“群”視角的風險管理理論框架，并應用貝葉斯網絡推理進行了群風險演化分析。何葉榮[36]對煤礦安全管理中存在的風險源進行辨識的基礎上，分析風險的演化機理，建立了煤礦安全管理風險演化機理模型，揭示了安全管理監(jiān)控系統(tǒng)、管理組織、管理模式、管理能力、管理要素五類18項風險因子在風險誘因(管理失范)的促動作用下進行演化的規(guī)律。。趙怡晴[37]構建了尾礦庫事故隱患關聯(lián)的復雜網絡，給出了尾礦庫隱患狀態(tài)及風險演化的系統(tǒng)動力學模型并結合礦山尾礦庫案例進行了應用分析。通過隱患關聯(lián)的復雜網絡法、隱患轉移的三態(tài)法以及風險演化的系統(tǒng)動力學模型的巧妙結合能夠明確地表征尾礦庫事故隱患及風險演化規(guī)律，包括隱患作用關系、遞演途徑、風險程度等。李光榮[38]采用結構方程理論與方法對國有煤炭企業(yè)生產安全風險、資產運營風險、社會責任風險的影響因素和形成機理進行實證研究，在此基礎上建立了煤炭企業(yè)全面風險演化路徑模型。任星星[39]研究了事故環(huán)境風險評價框架模型以及危險化學品事故風險評估方法上，對危險化學品事故風險的定量評估和動態(tài)演化展開深入探討。

國外學者主要通過建立模型預測指標，采集風險預測數(shù)據(jù)，建立相應的預測模型，得出事故演化趨勢，從而對未來發(fā)生的事故進行預測。國內主要采用復雜網絡、復雜系統(tǒng)理論、結構方程等方法建立系統(tǒng)風險演化模型，得出風險因素到風險事故的演化過程，主要注重演化路徑的分析和研究。

城市燃氣管網耦合風險災害事故是由多種風險因子共同作用造成的，不同的時間段、天氣、應急施救措施等外部條件對事故后果的發(fā)展方向會產生的不同的影響，與事件動態(tài)演化規(guī)律相關。通過對耦合風險演化規(guī)律進行研究，可以獲得其在時間和空間上的變化規(guī)律，以及在不同外界條件下事故演化規(guī)律和交叉影響概率。因此，有必要從時間和空間的角度對城市燃氣輸配管網耦合風險災害事故的演變規(guī)律開展研究，為探索采取不同救援措施做鋪墊。

1.4　城市燃氣輸配管網耦合風險動態(tài)管理

關于城市燃氣管網風險動態(tài)管理方面的研究內容較少，其他關于風險動態(tài)管理的研究如下所示。王進志[40]針對隧道施工的特殊性，對雪峰山特長鐵路隧道的不良地質風險開展了再評估與風險動態(tài)管理研究，從而促進了隧道風險再評估與動態(tài)管理方法在隧道風險管理方面的推廣和應用。孫班軍[41]結合系統(tǒng)論的相關觀點，分析了企業(yè)風險管理的動態(tài)性，強調在風險管理中運用系統(tǒng)思維，并在此基礎上建立了企業(yè)風險的動態(tài)管理模式和機制，為企業(yè)風險動態(tài)管理提供參考和借鑒。趙映超[42]在分析與風險管理有關的各種理論基礎上，提出了基于時間維、環(huán)境維和知識維三維結構的項目風險動態(tài)管理觀點。以PDCA循環(huán)的基本思想為指導，構建了項目風險動態(tài)管理模式。該方法能夠實現(xiàn)項目風險動態(tài)管理，提高項目管理的成功率。楊瑞麗[43]基于建設項目風險管理的過程、風險產生發(fā)展所經歷的三個階段以及建設工程項目實施的全過程，針對建設項目風險本身的特性，研究了建設項目風險管理隨風險因素變化需要不斷更新的管理思路，并提出了一種基于過程的、動態(tài)的建設項目風險管理的思路。郎需慶[44]基于油庫火災模式，提出現(xiàn)代化油庫的安全管理應采用事前管理模式，將系統(tǒng)安全的理念應用到油庫安全管理中，建立油庫火災風險動態(tài)體系。該體系的具體實施需要配套軟件系統(tǒng)和專項檢測技術的支撐，它實施需要根據(jù)油庫的實際情況進行完善。聶相田[45]在工程風險狀態(tài)所包括的發(fā)生概率、損失大小、可預測性、可控制性和可轉移性5個參數(shù)的基礎上，以時間和空間為變量來探究工程風險狀態(tài)轉移規(guī)律，建立工程風險狀態(tài)轉移模型，探討了工程風險隨著時間和空間變化而轉移的表示方式。劉小鳳[46-48]運用層次分析法建立了房地產項目的風險評價指標體系，并構建了風險評估的模型，最后提出房地產項目風險管理是一個動態(tài)的循環(huán)的過程。Young-Do Jo[49]對通過控制人的錯誤行為的動態(tài)管理方式來降低企業(yè)生產風險的內容進行了研究。大多數(shù)重大事故是由于人的錯誤行為與機械故障共同導致的，文章專注于人的錯誤行為與機械故障的巧合，介紹了人錯誤行為的動態(tài)管理概念，指出當機械設備在測試或維修時，對人員進行短暫的錯誤行為管理可以有效地減少事故的發(fā)生。由于零備件的定期測試時間可以確定，利用這段時間對員工進行動態(tài)行為管理，可以有效見效事故損失。Nicola Paltrinieri[50]基于非典型場景動態(tài)過程的風險識別(DyPASI)和動態(tài)風險評估(DRA)方法提出一種新的風險動態(tài)管理方法。該方法能夠進行早期風險預警并系統(tǒng)地更新相關的風險，可用于系統(tǒng)的全壽命周期中的精確決策。方法應用過程需要收集大量的關于工廠、設備、材料的風險概念。利用該方法對概念進行分析可以強化災害識別和動態(tài)實時風險評估。但是，該方法只有關聯(lián)到一個合適的安全文化才能發(fā)揮其功效。Aymen Mili[51]利用故障模型影響與危害分析方法，對動態(tài)風險管理與生產力提高之間的關系進行了研究。文章提出了基于設備維修方法的風險，這依賴于定期自動更新的設備風險分析，包括設備故障的歷史，從而獲得最新的設備風險。該模型簡化了風險識別和評估，并使其更加可靠。Jens Rasmussen[52]對一個動態(tài)社會的風險管理進行了研究，探討了建模問題。文章指出涉及風險管理的社會技術系統(tǒng)包括立法人員、管理和工作計劃人員以及操作人員幾個不同等級，該系統(tǒng)受到來自技術革新、競爭環(huán)境以及政府監(jiān)管和公眾壓力等多方面的壓力。針對這些系統(tǒng)層級出現(xiàn)的問題，應該進行跨學科研究，考慮社會各層級的具體風險要素，采用面向系統(tǒng)功能而不是結構的方法，對工作系統(tǒng)局限性、可接受性能邊界等行為產生機理的模型開展分析。

針對動態(tài)風險管理，國內學者主要從系統(tǒng)安全的觀念出發(fā)，考慮時間、空間的維度，分析系統(tǒng)全壽命周期內的風險變化，從而能夠實時地對風險進行動態(tài)跟蹤控制。國外學者主要采用動態(tài)風險識別技術，著重研究類似人的行為、設備運轉這樣的動態(tài)過程存在的風險，從而提出相應的動態(tài)控制方法。城市燃氣管網耦合風險不僅具有一般風險的特征，還需要考慮多因素耦合災害風險的特點，各種風險因素可能因為相互作用，發(fā)生相互促進或削弱現(xiàn)象，因此有必要從多因子耦合災害風險的特點和耦合機理出發(fā)，基于解耦原理，從不同的角度提出針對性的風險管控措施。

2城市燃氣輸配管網風險治理研究展望

多因素耦合作用下城市燃氣管網系統(tǒng)災害風險進行研究，綜合考慮人員、管網設備、環(huán)境以及管理等各方面存在的風險因素，分析各因素間相互耦合的作用機理，構建風險耦合模型；然后對城市燃氣管網系統(tǒng)多因素耦合災害風險的演化規(guī)律開展研究，利用復雜網絡模型和系統(tǒng)動力學原理等理論，從時空上對多因素耦合下的災害風險的演化規(guī)律進行定性定量分析，獲得其演化規(guī)律；從城市脆弱性出發(fā)，結合環(huán)境、社會和經濟方面的因素，對城市燃氣管網多因素耦合作用下的災害風險進行評估；基于災害風險耦合機理、動態(tài)演化規(guī)律以及風險評估結果研究，從解耦理論出發(fā)，提出對城市燃氣管網耦合風險動態(tài)管理和控制措施。

2.1　城市燃氣輸配管網風險耦合機理研究

對城市燃氣管網的各種災害風險因素進行耦合分析，充分考慮人員、管網設備、環(huán)境以及管理四個方面的風險因素，分析各種風險因素間的耦合機制，同時選取合適的風險耦合模型，構建城市燃氣管網多因素耦合災害風險模型，并對模型進行驗證分析。

(1)城市燃氣輸配管網災害風險耦合機理分析

介紹多風險因素耦合的基本理論和概念，基于災害系統(tǒng)理論對城市燃氣管網的耦合災害風險進行分類；分析城市燃氣管網風險因素及其耦合過程。基于系統(tǒng)動力學原理，分別從單因子以及多因子的角度對災害風險耦合作用進行分析，從而得到不同因子之間的耦合作用機制，為后文耦合風險評估和災害事故演化提供理論基礎。

(2)城市燃氣輸配管網災害風險耦合模型構建

對已有耦合理論模型進行對比分析，構建多因素耦合下的城市燃氣管網系統(tǒng)災害風險耦合模型，結合實例對城市燃氣管網災害風險結構模型進行驗證。

2.2　城市燃氣輸配管網耦合災害風險評估研究

通過綜合分析脆弱性理論的特點以及城市燃氣管網耦合災害風險因素的特征，基于脆弱性理論，從致險因子系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)以及承災系統(tǒng)的角度建立城市燃氣管網耦合災害風險指標體系；對比分析常用燃氣管網風險評估方法的優(yōu)缺點，闡述選取模糊神經網絡評估方法的原因，并利用模糊神經網絡評估法對城市燃氣管網多因素耦合災害風險進行評估。

2.3　城市燃氣輸配管網耦合風險災害事故動態(tài)演化研究

利用情景分析法、復雜網絡模型、系統(tǒng)動力學模型對城市燃氣輸配管網多因素耦合的災害風險演化機理開展研究，定量分析不同條件下，風險因素向災害事故的轉化規(guī)律。

(1)基于情景構建的城市燃氣輸配管網耦合災害風險演化分析

考慮城市燃氣管網耦合災害事故發(fā)生的可能后果，利用情景分析法對各種事故場景和發(fā)展趨勢進行描述，然后利用模糊聚類分析方法對主要的事故場景進行聚類分析，總結出主要的災害事故種類，同時考慮災害事故中可能出現(xiàn)的天氣、救援以及其他因素對災害事故發(fā)展趨勢的影響，最后利用馬爾可夫鏈模型對主要災害風險的交叉影響概率進行分析，從而得到城市燃氣管網耦合災害風險動態(tài)演化規(guī)律。

(2)城市燃氣輸配管網耦合災害風險系統(tǒng)動力學研究

綜合分析城市燃氣管網耦合災害風險的主要風險因素，從時空的等角度出發(fā)，基于復雜網絡模型構建耦合災害風險因素關聯(lián)的拓撲網絡結構，闡述風險與事故在空間上因果關系；同時建立相關風險因素的系統(tǒng)動力學模型，分析風險各要素和災害事故在時間上的轉化情況。

2.4　城市燃氣輸配管網耦合災害風險管控措施研究

在對城市燃氣管網多因素災害風險耦合的成因、過程、動態(tài)演化以及耦合災害風險評估的基礎上，為預防和控制城市燃氣管網耦合災害風險，從安全科學、災害風險控制理論出發(fā)，基于解耦理論，利用霍爾三維結構模型，提出城市燃氣管網的時空上的風險管控策略。

3結論

綜觀國內外相關研究，針對目前城市排水涵道內的油氣混合物爆炸研究方面仍存在的問題，在今后應當重點開展以下研究：①對城市燃氣管網系統(tǒng)中各種災害風險的耦合作用機理開展研究，建立風險耦合模型，為風險預警預測和評估提供理論依據(jù)；②開展城市燃氣管網耦合災害風險評估研究，為耦合災害風險管理以及控制策略提供參考；③開展城市燃氣管網耦合災害風險事故演化規(guī)律研究，掌握外界因素對災害事故發(fā)生后果的影響，這對事故救援具有重要意義；④開展城市燃氣管網耦合災害風險管控措施研究，從風險耦合機理和演化規(guī)律出發(fā)，可以有效地控制城市燃氣管網災害事故的發(fā)展和蔓延。

以上研究不僅發(fā)展和豐富了耦合災害風險的相關理論及應用，也從不同的角度分析了城市燃氣管網風險災害的相互作用機理、事故演變過程。對城市燃氣管網耦合災害風險的評估以及基于解耦理論的動態(tài)管控措施的提出，對特大型城市安全運行以及城市風險災害治理起到促進作用，因此具有重要的學術價值和現(xiàn)實意義。

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Research Status and Prospects of Coupled Disaster Risk for City Gas Pipeline Network

Yang Kai, Lv Shuran and Zhang Yuan

(SchoolofSafetyandEnvironmentalEngineering,CapitalUniversityof

EconomicsandBusiness,Beijing100070,China)

Abstract:The city as a complex system and its development is inseparable from energy, such as oil and natural gas. Potential risk factors including human error, equipment failure, adverse environment, management deficiencies and other aspects are existence in running city gas pipeline network. At the same time the development of social and economic in city, highlight its vulnerability. Various risks of gas pipeline network coupled to each other and lead to disasters, and it will give rise to great damage and serious consequences. Accidents are common in China and abroad. In order to reduce the incidence of city gas pipeline network disasters from the perspective of multi-factor coupling, literature analysis of research status of city gas pipeline network disaster risk is adopted to uncover the deficiency. Based on analyzing a large number of domestic and overseas literatures about city gas pipeline network multi-factor coupling disaster risk, it is found that ①Research on the multi-factor coupling mechanism for disaster risk of city gas pipeline network are relatively sparse; ②Research on the evolution of multi-factor coupling disaster risk about city gas pipeline network are lacking; ③There are little research on assessment model of multi-factor coupling disaster risk about city gas pipeline network; ④It is lack of research on the dynamic disaster risk management and control strategy of city gas pipeline. Finally, with the aim of addressing those problems, the paper puts forward the research direction on multi-factor coupling disaster risk of the city gas pipeline network in future, it provide a catalytic role for the development of disaster risk coupling theory and city safe operation and management.

Key words:city; gas pipeline network; coupled disaster risk; law of evolution; risk assessment; management and control measures

作者簡介：楊凱(1986-)，男，四川華鎣人，博士研究生，主要從事風險管理、災害預防與控制等研究工作. E-mail：ycyangk@163.com

基金項目：國家自然科學基金資助項目(51474151)

收稿日期：2015-07-27修回日期：2015-09-14

中圖分類號：TE88；X43

文獻標志碼：A

文章編號：1000-811X(2016)01-0162-08

doi:10.3969/j.issn.1000-811X.2016.01.031