駱建軍，姚宣德

(1.北京交通大學(xué) 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044；2. 北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京，100048)

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基于AHP法的大口徑PCCP管道斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)管理

駱建軍1，姚宣德2

(1.北京交通大學(xué) 隧道及地下工程教育部工程研究中心，北京 100044；2. 北京市水利規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，北京，100048)

摘要：如何有效地對(duì)大口徑PCCP管道斷絲后管道結(jié)構(gòu)的安全進(jìn)行合理地評(píng)價(jià)，以便采取積極有效的維修措施，是減少南水北調(diào)大口徑PCCP管道運(yùn)營(yíng)期間斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)的有效途徑。提出利用層次分析方法(AHP)建立PCCP管道安全風(fēng)險(xiǎn)層次分析數(shù)學(xué)評(píng)價(jià)模型，對(duì)影響南水北調(diào)地下大口徑PCCP管道斷絲的各種可能因素進(jìn)行專(zhuān)家打分，同時(shí)，通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算，建立PCCP管道安全失效的判斷準(zhǔn)則及判斷標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)大口徑PCCP管道安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的定量化。在此基礎(chǔ)上，開(kāi)發(fā)出一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)南水北調(diào)中線PCCP管道工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的管理軟件。該軟件系統(tǒng)采用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和基于Web-GIS的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)檔案的電子化管理以及安全風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估與預(yù)警預(yù)報(bào)。

關(guān)鍵詞：AHP；大口徑PCCP；管道；斷絲；安全風(fēng)險(xiǎn)管理

作為新型輸水管材，大口徑PCCP管道的經(jīng)濟(jì)性、耐久性、抗震性相對(duì)其他管材具有顯著的優(yōu)勢(shì)；同時(shí),它易于安裝、運(yùn)行費(fèi)用較低，且漏水率極低，因此被廣泛采用。

從20世紀(jì)40年代起，美國(guó)、加拿大等國(guó)家采用PCCP管道進(jìn)行長(zhǎng)距離有壓大管徑輸水工程[1]。中國(guó)也從1988年開(kāi)始，在水利、電力、市政等工程領(lǐng)域使用PCCP管道，目前，南水北調(diào)北京段基本上采取了大口徑PCCP管道(內(nèi)徑4m，見(jiàn)圖1(a))。

圖1　PCCP管道及斷絲圖Fig.1　The map of PCCP Pipe and broken

大口徑PCCP管道的管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，預(yù)應(yīng)力鋼絲通過(guò)在管芯上施加均勻的壓預(yù)應(yīng)力，以抵償由內(nèi)壓和外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。纏繞在管芯上的預(yù)應(yīng)力鋼絲決定了大口徑PCCP管道的強(qiáng)度，但在施工和運(yùn)行過(guò)程中，預(yù)應(yīng)力鋼絲會(huì)遭受不同程度的損傷，在外界環(huán)境及內(nèi)部工作水壓力的作用下，管道出現(xiàn)斷絲甚至爆管現(xiàn)象，如圖1(b)所示，國(guó)外PCCP爆炸事故統(tǒng)計(jì)如表1所示。

目前，中國(guó)尚未有關(guān)于大口徑PCCP管道爆管事故的報(bào)道，其原因或與采用這種管道的時(shí)間并不長(zhǎng)有關(guān)。發(fā)達(dá)國(guó)家大口徑PCCP爆管事故時(shí)有發(fā)生，這也給大口徑PCCP在中國(guó)的進(jìn)一步發(fā)展敲響了警鐘，我們應(yīng)當(dāng)提前做好大口徑PCCP管道由于斷絲而引起爆管事故的安全風(fēng)險(xiǎn)管理工作，防患于未然。

國(guó)際上采取的管道風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)(PRMS)，主要結(jié)合了P-Wave探測(cè)技術(shù)及SoundPrint監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并基于GIS的界面管理和評(píng)價(jià)系統(tǒng)。通過(guò)建立風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)PRMS，可以預(yù)測(cè)每節(jié)管道的剩余壽命，為全部管道的維修、維護(hù)、更換以及費(fèi)用提供決策和支持，到達(dá)最大限度降低管道維護(hù)成本的目標(biāo)。

表1　國(guó)外PCCP爆管事故統(tǒng)計(jì)

根據(jù)檢索和已查閱的文獻(xiàn)資料表明，目前，中國(guó)在大口徑PCCP管道的研究上，主要集中在PCCP管道斷絲的承載能力方面的計(jì)算及試驗(yàn)工作。王五平[2]介紹了國(guó)外用于PCCP爆管預(yù)警的光纖聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成及原理。張宏宇等[3]、董樂(lè)等[4]、王東黎等[5]、胡少偉等[6-7]、Valiente[8]以及其他學(xué)者對(duì)PCCP管道預(yù)應(yīng)力鋼絲斷絲對(duì)PCCP安全性進(jìn)行了預(yù)測(cè)[9-12]。

上述研究表明，目前對(duì)大口徑PCCP管道的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的研究仍然是一個(gè)空白。截止目前，南水北調(diào)工程已經(jīng)運(yùn)營(yíng)了一段時(shí)間，每年的9～10月份的枯水期正是進(jìn)行PCCP管道檢修的時(shí)機(jī)，通過(guò)一定的儀器設(shè)備能夠檢測(cè)到管道的斷絲情況。通過(guò)PCCP管道的斷絲來(lái)預(yù)測(cè)PCCP管道的壽命，這對(duì)南水北調(diào)工程及應(yīng)用大口徑PCCP管道的工程意義重大，因此有必要進(jìn)行相關(guān)的研究工作，以對(duì)中國(guó)大口徑PCCP管道運(yùn)營(yíng)期間的安全風(fēng)險(xiǎn)起指導(dǎo)作用。

1大口徑PCCP管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的AHP分析法

1.1PCCP管道斷絲風(fēng)險(xiǎn)主要因素分析

造成PCCP安全質(zhì)量事故和影響PCCP結(jié)構(gòu)運(yùn)行安全的主要因素包括PCCP預(yù)應(yīng)力鋼絲的斷裂和PCCP管道混凝土的開(kāi)裂。由于大口徑PCCP管道中的預(yù)應(yīng)力鋼絲的抗拉強(qiáng)度很高，工作壓力可以到達(dá)1.8MPa，而且PCCP管道上的混凝土的抗壓能力也非常強(qiáng)，所以PCCP管道在輸水運(yùn)營(yíng)時(shí)能夠承受較高的水壓力。由于施工質(zhì)量及其他原因，導(dǎo)致PCCP管芯中的混凝土出現(xiàn)裂縫，其壽命將會(huì)急劇降低；同時(shí)，由于PCCP埋置于地下，受到外界環(huán)境如地下水的酸性以及腐蝕質(zhì)土壤的影響，預(yù)應(yīng)力鋼絲會(huì)發(fā)生松弛或斷裂，當(dāng)鋼絲斷絲的根數(shù)到達(dá)一定程度時(shí)就會(huì)有發(fā)生爆管的危險(xiǎn)。另外，由于PCCP管長(zhǎng)時(shí)間野外放置，造成預(yù)應(yīng)力鋼絲的松弛，也將使PCCP管受力狀況發(fā)生改變，從而影響PCCP管的安全運(yùn)行。由此可知，影響PCCP管安全運(yùn)行的主要影響因素有：管道的滲漏、預(yù)應(yīng)力鋼絲的松弛和斷絲、管道的管芯混凝土出現(xiàn)裂縫等。所以PCCP管道工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)，應(yīng)包含上述對(duì)PCCP管道安全運(yùn)行產(chǎn)生影響的所有影響因素。

大口徑PCCP管道的管芯纏繞預(yù)應(yīng)力鋼絲，預(yù)應(yīng)力鋼絲通過(guò)在管芯上施加均勻的壓預(yù)應(yīng)力以抵償主要由水壓力所引起的內(nèi)壓和土荷載及車(chē)輛荷載等外荷載產(chǎn)生的拉應(yīng)力。纏繞在管芯上的預(yù)應(yīng)力鋼絲決定了大口徑PCCP管道的強(qiáng)度，但在施工和運(yùn)行過(guò)程中，下列原因會(huì)致使大口徑PCCP管道的預(yù)應(yīng)力鋼絲遭受損傷：

1)選用了質(zhì)量較差的鋼絲，施加預(yù)應(yīng)力過(guò)程中出現(xiàn)氫脆現(xiàn)象。

2)PCCP管道制造過(guò)程中存在缺陷，特別是砂漿保護(hù)層質(zhì)量差，出現(xiàn)麻面甚至裂縫。

3)PCCP管道安裝不當(dāng)，由于碰撞等原因造成砂漿保護(hù)層出現(xiàn)裂縫。

4)PCCP管道由于埋置與地下，當(dāng)管道處于酸性及腐蝕性土壤中時(shí)容易誘發(fā)腐蝕的化合物侵入砂漿層腐蝕砂漿層。

5)在輸水運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，由于沒(méi)有按照操作規(guī)程進(jìn)行正常啟動(dòng)閥及泵而引起的瞬時(shí)水壓波。

預(yù)應(yīng)力鋼絲在酸性環(huán)境中腐蝕到一定程度后出現(xiàn)應(yīng)力松弛甚至斷裂，其所在部位管道強(qiáng)度有一定程度的下降，如果預(yù)應(yīng)力鋼絲的腐蝕進(jìn)一步發(fā)展，PCCP管道同一部位將會(huì)出現(xiàn)更多的斷絲，管道強(qiáng)度明顯降低，當(dāng)斷絲數(shù)目到達(dá)一定數(shù)目后，將導(dǎo)致PCCP管道爆管，PCCP爆管具有突發(fā)性、災(zāi)難性，事先沒(méi)有征兆，爆管發(fā)生后，并不僅僅限于管道供水中斷，還會(huì)引起洪災(zāi)以及公共安全事故[2,13]。

1.2PCCP斷絲AHP模型及模糊評(píng)價(jià)[14]

采用AHP及模糊矩陣法確定大口徑PCCP管道斷絲影響因素的權(quán)重。模糊綜合評(píng)價(jià)法可以分為單因素的模糊評(píng)價(jià)和多層次的模糊評(píng)價(jià)，這里運(yùn)用多層次的模糊評(píng)價(jià)方法，其評(píng)價(jià)過(guò)程如下：

1)確定底層單因素集底層單因素的集合，即U={X1,X2,…,Xn}。

2)給定各因素的權(quán)重評(píng)價(jià)指針體系的層次性非常明顯，可通過(guò)專(zhuān)家打分的方法確定各層單因素的權(quán)重，通常用權(quán)重向量W={w1,w2,…,wn}表示?？梢愿鶕?jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算的結(jié)果而得到底層單因素相對(duì)上層因素的權(quán)重向量

3)建立評(píng)價(jià)等級(jí)集評(píng)價(jià)者對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象可能做出的各種評(píng)價(jià)結(jié)果所組成的集合稱(chēng)為評(píng)價(jià)等級(jí)集，即V=(V1,V2,……,Vn)。此處，評(píng)價(jià)小組的評(píng)價(jià)分為5個(gè)等級(jí)，即：V={V1,V2,V3,V4,V5}={風(fēng)險(xiǎn)非常大，風(fēng)險(xiǎn)大，風(fēng)險(xiǎn)小，風(fēng)險(xiǎn)很小，無(wú)風(fēng)險(xiǎn)}(如表2所示)。其中，V1∈[80，100]、V2∈[60，79]、V3∈[40，59]、V4∈[20，39]、V5∈[0，19]。通常把各區(qū)間的中值作為等級(jí)的參數(shù)，則此參數(shù)列向量為G=(90，70，50，30，10)T。

4)確定隸屬關(guān)系，建立模糊評(píng)價(jià)矩陣。從U到V的一個(gè)模糊映射所確定的模糊關(guān)系R可以表示為一個(gè)模糊矩陣。

表2　管道結(jié)構(gòu)極限狀態(tài)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)

其中rij為隸屬度，即第i個(gè)指標(biāo)隸屬于第j個(gè)評(píng)價(jià)等級(jí)的程度。

根據(jù)專(zhuān)家調(diào)查結(jié)果，采用模糊統(tǒng)計(jì)的方法構(gòu)造隸屬度函數(shù)，可以得到矩陣

5)進(jìn)行一級(jí)模糊矩陣的運(yùn)算，得到模糊綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Bi=Wi·R1i。

根據(jù)權(quán)重集Wi和模糊矩陣R1i，則可以求出單因素評(píng)判向量Bi，計(jì)算結(jié)果為

其中bi(i=1,2,……,5)分別為該層次因素的評(píng)價(jià)結(jié)果隸屬于評(píng)語(yǔ)集的隸屬度。

對(duì)上面的A11～A1n單因素進(jìn)行上述計(jì)算后，得出B1，B2，…，Bn，可以得到一級(jí)模糊矩陣B。

通過(guò)前面的統(tǒng)計(jì)分析，得出各因素A11～A1n對(duì)目標(biāo)事件影響的權(quán)重

進(jìn)行二級(jí)模糊綜合評(píng)判，得到模糊綜合評(píng)判集

式中：ci(i=1,2,……,5)分別為表示評(píng)價(jià)結(jié)果隸屬于評(píng)語(yǔ)集的隸屬度。

2PCCP管道斷絲的風(fēng)險(xiǎn)控制標(biāo)準(zhǔn)

PCCP管道經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行后，管道會(huì)出現(xiàn)不同程度的斷絲現(xiàn)象。斷絲以后，鋼絲會(huì)釋放一定的拉力，從而可能影響到整個(gè)管道的承載能力。本文在參考文獻(xiàn)[9,14]的基礎(chǔ)上，利用ABAQUS軟件分析內(nèi)徑4 m的PCCP管道斷絲對(duì)PCCP結(jié)構(gòu)安全的影響。

埋置式PCCP-E型管道由混凝土、鋼筒、預(yù)應(yīng)力鋼絲和砂漿保護(hù)層4種材料構(gòu)成。PCCP管道長(zhǎng)5 000 mm，內(nèi)徑4 000 mm，管芯厚度350 mm，保護(hù)層厚度32 mm，預(yù)應(yīng)力鋼絲實(shí)際直徑7 mm，實(shí)際繞絲面積為2 694 mm2/m，實(shí)際繞絲間距為14.3 mm。PCCP的材料參數(shù)見(jiàn)表3。

表3　PCCP材料參數(shù)

為了更明確的表示出斷絲后PCCP所處的受力狀態(tài)，結(jié)合美國(guó)AWWA C304中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，將PCCP受力狀態(tài)按如圖2所示的3個(gè)極限狀態(tài)進(jìn)行分析，PCCP斷絲時(shí)應(yīng)力分布如圖3所示。

圖2　不同斷絲數(shù)時(shí)各極限狀態(tài)內(nèi)壓Fig.2　Press limit state in different number of broken

通過(guò)上述數(shù)值模擬計(jì)算分析可知：

1)隨著PCCP管道同一部位的斷絲數(shù)目的增加，PCCP管道的承載能力降低，同樣，在這3種極限狀態(tài)下，為了保證安全運(yùn)營(yíng)，PCCP管道內(nèi)所允許施加的內(nèi)水壓力應(yīng)該逐漸降低，否則容易出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

圖3　預(yù)應(yīng)力鋼絲從PCCP結(jié)構(gòu)中部往兩邊逐步斷絲時(shí)的應(yīng)力分布示意圖Fig.3　The stress distribution when pre-stressed steel wire gradually broken from the middleto both sides of the

2)PCCP某一環(huán)向部位出現(xiàn)斷絲后，該部位混凝土由于受到斷絲的拉伸力而出現(xiàn)裂縫，隨著管道內(nèi)水壓力的增大，斷絲部位的鋼筒也更容易受到內(nèi)水壓力施加給鋼筒向外的壓力而屈服。沿PCCP管道縱向部位，未斷絲的鋼絲離斷絲部位越近，其受到的應(yīng)力越大，也越容易屈服。

3)通過(guò)數(shù)值計(jì)算分析，當(dāng)PCCP管道同一部位的預(yù)應(yīng)力鋼絲的斷絲數(shù)目少于25根時(shí)，PCCP管道仍可以在較高的內(nèi)水壓力、管道外部水土荷載和管自重應(yīng)力的共同作用下保持良好的整體工作性能。

4)當(dāng)PCCP管道同一部位的預(yù)應(yīng)力鋼絲的斷絲數(shù)超過(guò)25根時(shí)，在無(wú)內(nèi)水壓力而僅僅有外部荷載作用下，PCCP管道混凝土由于斷絲對(duì)混凝土的拉伸就已經(jīng)開(kāi)裂。此時(shí)，如果未及時(shí)進(jìn)行斷絲的修補(bǔ)，當(dāng)管道處于運(yùn)營(yíng)狀態(tài)時(shí)，管道中的壓力水通過(guò)混凝土裂縫流至鋼筒或鋼絲層，鋼筒或鋼絲浸水后，將處于被腐蝕(侵蝕)狀態(tài)，耐久性也將遭受影響。在這種情況下，雖然管道在達(dá)到彈性極限狀態(tài)(鋼筒屈服)之前PCCP仍能承擔(dān)一定的內(nèi)水壓力，但隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間的推移，鋼筒或鋼絲的銹蝕以及混凝土的劣化會(huì)增加爆管的風(fēng)險(xiǎn)[3-4]。

3基于GIS的PCCP管道斷絲風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)

PCCP管道工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)應(yīng)包括：管道、環(huán)境和運(yùn)行狀態(tài)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，管道安全運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、管道安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)(其中包括：風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)則，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析、評(píng)估與評(píng)價(jià)，管道安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)等)和基于GIS的界面的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)(其中包括：結(jié)合結(jié)構(gòu)狀態(tài)和結(jié)構(gòu)損壞模型及資產(chǎn)管理準(zhǔn)則，對(duì)管道剩余壽命的預(yù)測(cè)，并對(duì)全部管道的維修、維護(hù)、更換情況等進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)管理)。

3.1PCCP管道斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)管理軟件系統(tǒng)開(kāi)發(fā)

大口徑PCCP管道斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)采用基于光纖光柵傳感技術(shù)的自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和Web-GIS的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。軟件采用B/S架構(gòu)和面向?qū)ο蠹夹g(shù)，包括數(shù)據(jù)采集，信號(hào)解調(diào)處理，風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估處理模塊，Web-GIS及實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)。并采用PHP和HTML語(yǔ)言進(jìn)行軟件源碼編程。

該系統(tǒng)能實(shí)時(shí)采集監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，能夠?qū)嘟z安全風(fēng)險(xiǎn)事件進(jìn)行動(dòng)態(tài)評(píng)估與預(yù)警預(yù)報(bào)，從而為及時(shí)針對(duì)風(fēng)險(xiǎn)做出應(yīng)對(duì)措施提供依據(jù)；可切實(shí)降低了工程管道的安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，有效預(yù)防或減少了事故的發(fā)生。同時(shí)能夠方便運(yùn)營(yíng)管理人員對(duì)工程管道結(jié)構(gòu)安全狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理維護(hù)。

南水北調(diào)中線PCCP管道工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)，主要由光纖光柵傳感器數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)解調(diào)儀、數(shù)據(jù)傳輸和安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)3個(gè)部分組成。軟件框架如圖4所示。

圖4　軟件框架Fig.4　Software

圖5中給出了該風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)的主要工作流程。其中,外場(chǎng)設(shè)備主要通過(guò)高性能光纖光柵傳感器，對(duì)工程管道關(guān)鍵部位結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)或周?chē)h(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)信息提取，通過(guò)光信號(hào)解調(diào)技術(shù)轉(zhuǎn)化為有效物理數(shù)據(jù)信號(hào)；然后通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸層寫(xiě)入中心數(shù)據(jù)庫(kù)，并通過(guò)有限元分析模型進(jìn)行求解，所得物理量具有實(shí)時(shí)變形監(jiān)控的功能。如果發(fā)生異常錯(cuò)誤，系統(tǒng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)事件預(yù)警，并產(chǎn)生相應(yīng)事件日志提示。用戶(hù)可根據(jù)提示信息進(jìn)行管道安全風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)救和預(yù)防措施。

圖5　軟件工作主要流程圖Fig.5　The flow diagram of main software

通過(guò)Web-GIS對(duì)南水北調(diào)工程現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理，進(jìn)而將系統(tǒng)、直觀、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)展現(xiàn)給用戶(hù)，使用戶(hù)可以根據(jù)報(bào)表信息及時(shí)做出相應(yīng)的決策。

該軟件使用戶(hù)能夠方便的對(duì)工程管道的安全狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，為管道的安全運(yùn)營(yíng)提供專(zhuān)業(yè)軟件平臺(tái)，其具有以下特點(diǎn)：

1)界面友好，便于用戶(hù)操作。

2)基于GIS地理信息系統(tǒng)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管道的統(tǒng)一監(jiān)測(cè)和管理。

3)基于B/S架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。

4)采用光纖光柵傳感測(cè)試技術(shù)，可高效采集管道結(jié)構(gòu)安全數(shù)據(jù)。

5)可根據(jù)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行安全預(yù)警。

圖6給出了基于Web-GIS的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖，圖7是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的管理界面。

圖6　基于Web-GIS的實(shí)時(shí)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)圖Fig.6 Real time monitoring data based on Web-GIS

圖7　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)Fig.7　Real time monitoring data management

3.2基于GIS的管道斷絲實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)

基于上述的層次分析法并輔以專(zhuān)家打分等方法，開(kāi)發(fā)了基于層次分析法的大口徑PCCP管道斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)管理監(jiān)測(cè)(檢測(cè))系統(tǒng)，如圖8所示。圖中的背景圖是主界面中大地圖按一定比例縮小形成的，背景圖上面是可以用鼠標(biāo)拖動(dòng)、鍵盤(pán)控制的層，通過(guò)控制這個(gè)層，進(jìn)一步控制大地圖在主界面上的顯示。

圖8　地圖瀏覽Fig.

3.3管道變形風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及控制

在菜單或者導(dǎo)航按鈕區(qū)中，選擇【變形風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警及控制】，單擊它進(jìn)入風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)頁(yè)面，如圖9所示。

圖9　管道變形預(yù)警Fig.9　The pipeline deformation

管道斷絲風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估由兩部分組成，第1部分是人工對(duì)管道相關(guān)構(gòu)件進(jìn)行損害評(píng)價(jià)，第2部分為系統(tǒng)用傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化評(píng)估，如圖10所示。

1)構(gòu)件損壞評(píng)估你可以根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)因素進(jìn)行損壞的人工選擇，系統(tǒng)已裂縫為例，損壞程度有3種選擇，不同的選擇會(huì)對(duì)評(píng)估結(jié)果具有不同程度的影響。

2)自動(dòng)化評(píng)估該工作模式下，系統(tǒng)自動(dòng)根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)計(jì)算評(píng)估，結(jié)合第一步的損害評(píng)估結(jié)果，進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并對(duì)變形風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行打分。

圖10　管道風(fēng)險(xiǎn)自動(dòng)化評(píng)估Fig.10　Automation risk assessment of

3.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及趨勢(shì)分析

在菜單中或者導(dǎo)航按鈕區(qū)中選擇【數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及趨勢(shì)分析】，單擊它進(jìn)入多因素對(duì)比趨勢(shì)分析界面，在選擇了傳感器與分析時(shí)段的開(kāi)始與結(jié)束時(shí)間后，點(diǎn)擊趨勢(shì)分析，就可以對(duì)比該時(shí)間段內(nèi)，多個(gè)傳感器的數(shù)據(jù)在相同時(shí)間點(diǎn)時(shí)的變形變化曲線，便于對(duì)多因素進(jìn)行對(duì)比分析，如圖11所示。

圖11　實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸分析Fig.11　Analysis of real time monitoring data

4結(jié)論

1)建立了基于層次分析法(HAP)的大口徑PCCP管道斷絲安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型及評(píng)價(jià)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)大口徑PCCP管道斷絲的安全風(fēng)險(xiǎn)定量化評(píng)估。

2)通過(guò)對(duì)管道斷絲的分析，確定了PCCP管道斷絲對(duì)結(jié)構(gòu)安全影響的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估準(zhǔn)則。

3)開(kāi)發(fā)出一款專(zhuān)門(mén)針對(duì)南水北調(diào)中線PCCP管道工程安全運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的管理軟件，能采用自動(dòng)化實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)和基于Web-GIS的風(fēng)險(xiǎn)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能完成監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集、數(shù)據(jù)檔案的電子化管理以及安全風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)評(píng)估與預(yù)警預(yù)報(bào)。

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(編輯王秀玲)

LargediameterPCCPpipelinebrokenwiressafetyriskmanagementbasedonAPHmethod

LuoJianjun1,YaoXuande2

(1.TunnelandUndergroundEngineeringResearchCenterofMinistryofEducation,BeijingJiao-tongUniversity,Beijing100044,P.R.China; 2.BeijingInstituteofWater,Beijing100048,P.R.China)

Abstract:EffectivelyevaluatingthesafetyonthestructureoflargediameterPCCPpipelinebrokenwiresandtakingeffectivemeasurestorepairarethewaystoreducethesafetyriskofbrokenwiresduringSouthtoNorthWaterDiversionProjectlargediameterPCCPpipelineoperation.Basedonthemethodofanalytichierarchyprocess,thehierarchyanalysismathematicalevaluationmodelisestablished.ThepossiblefactorsoftheinfluencesofvariousofSouthtoNorthWaterDiversionProjectofundergroundlargediameterPCCPpipebrokenwiresarescoredbyexperts.Atthesametime,thePCCPpipelinesafetyfailurejudgmentcriterionandthejudgmentstandardareestablishedthroughthenumericalsimulation.ThequantificationofsafetyriskassessmentoflargediameterPCCPpipeisrealized.AspecificPCCPNorthSouthPipelineengineeringsafetyrunningandriskmanagementsoftwareisdeveloped.Withreal-timemonitoringautomationtechnologyandtheriskmanagementsystemofWeb-GIS,thesoftwarecanperformreal-timeacquisitionofthemonitoringdata,datafileofelectronicmanagementanddynamicassessmentandearlywarmingofsafetyrisk.

Keywords:AHP；largediameterPCCP；pipeline；brokenwire；safetyriskmanagement

doi:10.11835/j.issn.1674-4764.2016.03.010

收稿日期：2015-08-16

基金項(xiàng)目：“十一五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2006BAB04A04)

作者簡(jiǎn)介：駱建軍(1971-)，男，博士，副教授，主要從事隧道及地下工程研究，(E-mail)jj_luo@126.com。

Foundationitem：TheNationalKeyTechnologyResearchandDevelopmentProgramDuringthe“11th5-YearPlan” (No.2006BAB04A04)

中圖分類(lèi)號(hào)：TV312

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1674-4764(2016)03-0065-08

Received:2015-08-16

Authorbrief：LuoJianjun(1971-)，PhD，associateprofessor，mainresearchinterests：tunnelandundergroundengineering，(E-mail)jj_luo@126.com.