張錦偉，黃繼烈，梁泉水，吳 強(qiáng)

中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司燃?xì)鉄崃υ海ㄋ拇ǔ啥?10081）

天然氣站場多屬性指標(biāo)風(fēng)險評價方法研究

張錦偉，黃繼烈，梁泉水，吳 強(qiáng)

中國市政工程西南設(shè)計研究總院有限公司燃?xì)鉄崃υ海ㄋ拇ǔ啥?10081）

針對天然氣站場多屬性指標(biāo)風(fēng)險評價的難點(diǎn)，提出采用模糊多屬性理論方法來進(jìn)行風(fēng)險評價。將指標(biāo)屬性分為模糊屬性指標(biāo)和確定屬性指標(biāo)，針對不同屬性指標(biāo)采用不同的規(guī)范化處理方法。采用距離來衡量失效可能性大小和失效后果的嚴(yán)重程度，并計算風(fēng)險距離。通過實例分析表明，多屬性指標(biāo)風(fēng)險評價方法能夠應(yīng)用于天然氣站場的風(fēng)險評價中。

風(fēng)險評價；多屬性指標(biāo)；模糊多屬性理論；天然氣站場；風(fēng)險距離

天然氣站場風(fēng)險評價方法主要有定性、半定量和定量評價方法，3種方法在站場風(fēng)險評價中均被廣泛應(yīng)用[1-3]。定性評價法主要采用模糊屬性指標(biāo)，半定量評價法采用非概率屬性指標(biāo)[4]，而定量評價法采用概率屬性指標(biāo)，后兩種指標(biāo)又可稱為確定屬性指標(biāo)。在天然氣站場風(fēng)險分析中，風(fēng)險因素可分為組織管理風(fēng)險、人為因素風(fēng)險、質(zhì)量技術(shù)風(fēng)險和環(huán)境風(fēng)險等，眾多風(fēng)險因素較難采用單一屬性評價指標(biāo)來進(jìn)行全面分析。因此，多屬性指標(biāo)將用于描述天然氣站場的各種風(fēng)險因素，并將多屬性指標(biāo)采用模糊多屬性理論進(jìn)行規(guī)范化處理，使各屬性指標(biāo)值均在統(tǒng)一范圍內(nèi)變化，且變化趨勢一致。

通過規(guī)范化處理后，用距離大小來描述兩要素各自的相對大小值，而后將其相乘得到風(fēng)險距離，并對風(fēng)險距離進(jìn)行等級劃分得到風(fēng)險等級。最后，以某壓氣站風(fēng)險評價為例驗證這里提出的天然氣站場風(fēng)險評價方法的合理性。

1 天然氣站場風(fēng)險評價方法

天然氣站場風(fēng)險（R）是由失效可能性（P）與失效后果嚴(yán)重性（C）構(gòu)成，風(fēng)險等級可由圖1所示的風(fēng)險矩陣[5]來確定。由風(fēng)險矩陣圖可知，風(fēng)險分為4個等級，分別為低風(fēng)險Ⅰ、中等風(fēng)險Ⅱ、較高風(fēng)險Ⅲ及高風(fēng)險Ⅳ。失效可能性分為5級，從1至5級其失效可能性依次增大；失效后果也分為5級，從A至E級其嚴(yán)重程度也依次增大。

圖1 風(fēng)險矩陣圖

天然氣站場風(fēng)險評價方法主要分定性、半定量和定量風(fēng)險評價，其各自的特點(diǎn)如下。

1.1 定性風(fēng)險評價

定性風(fēng)險評價方法主要通過專家經(jīng)驗并采用專家語言，對風(fēng)險因素失效可能性和失效后果進(jìn)行等級判斷，而后將失效可能性等級與失效后果等級構(gòu)成風(fēng)險矩陣，風(fēng)險等級可根據(jù)風(fēng)險矩陣加以確定。該評價方法全依賴于專家的主觀判斷，且未計算出風(fēng)險值，不能進(jìn)行風(fēng)險排序。

1.2 半定量風(fēng)險評價

半定量風(fēng)險評價方法是對風(fēng)險因素間相對失效可能性的大小建立指標(biāo)體系，對每個指標(biāo)體系賦予一定的分值，而后將各指標(biāo)體系分值相加再除以泄漏影響系數(shù)得到風(fēng)險值。該評價方法的失效可能性指標(biāo)體系采用專家意見進(jìn)行構(gòu)建，失效后果即泄漏影響系數(shù)為客觀計算得到。該評價方法對專家主觀判斷的依賴性相對較弱，且能夠計得到風(fēng)險值和風(fēng)險排序，故應(yīng)用較廣泛。

1.3 定量風(fēng)險評價

定量風(fēng)險評價方法采用風(fēng)險因素的客觀失效概率乘以失效后果來定量計算，從而得到風(fēng)險值。該評價方法不依賴于專家的主觀判斷，且能夠計算風(fēng)險值和風(fēng)險排序，但風(fēng)險因素的客觀失效概率難以準(zhǔn)確得到，故應(yīng)用受到一定限制。

2 多屬性指標(biāo)距離轉(zhuǎn)化方法

由于天然氣站場風(fēng)險構(gòu)成因素復(fù)雜，對天然氣站場項目進(jìn)行風(fēng)險評價時，單一的某種評價方法難以滿足要求，故需要將上述2種或3種風(fēng)險評價方法結(jié)合起來進(jìn)行分析。3種評價方法的失效可能性指標(biāo)分別用3種不同屬性的指標(biāo)來體現(xiàn)，即定性評價方法用模糊屬性指標(biāo)來描述，半定量評價方法用非概率型確定屬性指標(biāo)來描述，而定量風(fēng)險評價方法用概率型確定屬性指標(biāo)來描述。失效后果有2種不同屬性指標(biāo)，分別為模糊屬性指標(biāo)和非概率型確定屬性指標(biāo)。將采用模糊多屬性理論[6]對3種不同屬性的指標(biāo)進(jìn)行規(guī)范化處理，經(jīng)規(guī)范化后，3種屬性指標(biāo)值均在[0，1]范圍內(nèi)。

2.1 模糊屬性指標(biāo)距離轉(zhuǎn)化算法

2.1.1 指標(biāo)表示方法

模糊屬性指標(biāo)采用5級模糊語言來描述，如用“低（L）”“較低（RL）”“中等（M）”“較高（RH）”“高（H）”來表示。將模糊語言轉(zhuǎn)換成三角模糊數(shù)x=（a，b，c），其對應(yīng)的隸屬度函數(shù)μ（x）見圖2。

圖2 模糊數(shù)x對應(yīng)的隸屬度函數(shù)μ（x）

μ（x）的表達(dá)式見式（1）。其中，a，b，c為x對應(yīng)的坐標(biāo)值。

2.1.2 規(guī)范化方法

引入模糊屬性兩點(diǎn)理想點(diǎn)法[7]來進(jìn)行模糊屬性指標(biāo)的規(guī)范化處理。其中分別表示j屬性在決策者心目中可能的正負(fù)理想值。

理想點(diǎn)法轉(zhuǎn)換公式為：

2.1.3 距離轉(zhuǎn)化公式

任意兩模糊數(shù)（x1，x2）的距離為兩模糊數(shù)的左右模糊集相對距離的加權(quán)代數(shù)和，即加權(quán)考夫曼（Kaufmann）距離，根據(jù)上述定義加權(quán)考夫曼距離計算式為：

其中，β=0.5表示決策者為不確定中性者。

2.2 確定屬性指標(biāo)距離轉(zhuǎn)化算法

2.2.1 指標(biāo)表示方法

確定屬性指標(biāo)可以采用非概率確定屬性指標(biāo)，即用P＞1的數(shù)來表示，或采用概率確定屬性指標(biāo)P∈[0,1]的數(shù)來表示。

2.2.2 規(guī)范化方法

引入確定屬性兩點(diǎn)理想點(diǎn)法來進(jìn)行模糊屬性指標(biāo)的規(guī)范化處理。其中分別表示j屬性在決策者心目中可能的正負(fù)理想值。

理想點(diǎn)法轉(zhuǎn)換公式為：

2.2.3 距離轉(zhuǎn)化公式

確定數(shù)距離為兩確定數(shù)之間的歐幾里得（Eu?clidean）距離，其計算式為：

3 風(fēng)險距離和風(fēng)險等級

風(fēng)險距離的計算采用失效可能性距離加上失效后果距離。失效可能性和失效后果距離是將各類屬性指標(biāo)通過多屬性指標(biāo)距離轉(zhuǎn)化方法，進(jìn)行規(guī)范化處理后通過公式（5）和（10）計算得到。

對風(fēng)險距離進(jìn)行等級劃分即得到風(fēng)險等級，其劃分參考圖1的劃分方法。分用Rmin和Rmax來表示風(fēng)險距離的最小值和最大值，其劃分標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)表

4 實例分析

以某壓氣站為例，對其進(jìn)行風(fēng)險評價。首先將壓氣站的風(fēng)險因素分為三大類：人為因素、靜設(shè)備因素、動設(shè)備因素。人為因素具有較大的不確定性，其失效可能性指標(biāo)P1采用模糊屬性指標(biāo)來進(jìn)行描述；根據(jù)文獻(xiàn)[8]的研究，靜設(shè)備因素失效可能性指標(biāo)P2采用非概率確定屬性指標(biāo)來進(jìn)行描述；根據(jù)文獻(xiàn)[9]的方法，動設(shè)備因素失效可能性指標(biāo)P3采用概率確定屬性指標(biāo)來進(jìn)行描述。

站場人為因素主要對人員學(xué)歷、經(jīng)驗和素質(zhì)[10]來進(jìn)行分析，得到該站場人為因素的失效可能性等級P1為“低”。

靜設(shè)備包括承壓容器、管道和閥門。根據(jù)文獻(xiàn)[8]的方法，將靜設(shè)備失效可能性總分賦予100分，根據(jù)站場實際情況得到靜設(shè)備的失效可能性分值P2為86分。

動設(shè)備包括壓縮機(jī)、泵。根據(jù)文獻(xiàn)[9]相關(guān)方法計算得到其失效概率P3為0.015。

站場失效后果可借鑒管道風(fēng)險管理手冊[11]采用泄漏影響系數(shù)C來描述，取值為0.2～88，其值越大，表明后果越嚴(yán)重。由于天然氣泄漏可能會引起火災(zāi)爆炸等嚴(yán)重后果，故站場泄漏影響系數(shù)C取80。

4.1 指標(biāo)規(guī)范化

對失效可能性P和失效后果C進(jìn)行規(guī)范化處理，首先需要確定各屬性指標(biāo)的正負(fù)理想值，見表2。

對P1值“低”進(jìn)行規(guī)范化處理，首先根據(jù)圖2確定其三角模糊數(shù)為（0，0，0.25），將其代入公式（4）經(jīng)過規(guī)范化處理后，得到其值為（0，0，0.25）。

表2 正負(fù)理想值

對P2值86分進(jìn)行規(guī)范化處理，由于指標(biāo)分值的特殊意義，分值越大，表明失效可能性越低，故根據(jù)式（9）可得到規(guī)范化后，其值為0.14。

對P3和C的規(guī)范化處理過程與P2類似，但規(guī)范化公式采用公式（8），得到規(guī)范化后的值分別為0.015和0.909。

4.2 風(fēng)險距離計算

將P1規(guī)劃化后的值（0，0，0.25）代入公式（5）得到失效可能性距離D（P1）=0.0625，將P2、P3和C規(guī)范化后的值代入公式（10）得到D（P2）=0.14、D（P3）= 0.015、D（C）=0.909。

4.3 風(fēng)險評價

4.3.1 風(fēng)險距離計算

通過可靠性理論可以計算出失效可能性P1、P2、P3的綜合失效可能性距離為0.218，從而可以得到風(fēng)險距離為1.127。

4.3.2 風(fēng)險等級確定

失效可能性指標(biāo)與失效后果指標(biāo)經(jīng)過規(guī)范化處理后均在[0，1]內(nèi)，風(fēng)險距離為二者相加，故風(fēng)險距離在[0，2]內(nèi)。根據(jù)表1可以計算出風(fēng)險等級劃分區(qū)間表，見表3。

表3 風(fēng)險等級劃分區(qū)間表

根據(jù)表3可知，站場風(fēng)險等級為“較高風(fēng)險III”。

對該站場進(jìn)行定性風(fēng)險分析：站場失效可能性指標(biāo)P1、P2、P3均處于較低等級而失效后果等級處于較高等級，將二者與圖1風(fēng)險矩陣進(jìn)行對比，得到的風(fēng)險等級同樣為“較高風(fēng)險III”。

兩種風(fēng)險評價方法的結(jié)果一致，與站場實際風(fēng)險相符，因此本文提出的多屬性指標(biāo)風(fēng)險評價方法，在天然氣站場的風(fēng)險評價中具有一定的適用性。

5 結(jié)論

1）提出了天然氣站場多屬性指標(biāo)風(fēng)險評價方法，解決了3種類型風(fēng)險指標(biāo)（定性、半定量和定量指標(biāo)）難以綜合計算風(fēng)險值的難題。

2）通過實例驗證，采用“相加”得到的風(fēng)險值，能夠反映站場的實際風(fēng)險水平。

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Aiming at the difficulties in the multi-attribute risk assessment index of natural gas station,it is proposed to evaluate the risk of natural gas station using fuzzy multi-attribute theory.At first,the indexes are divided into the fuzzy attribute indexes and the determi?nation attribute indexes.Secondly,the distance is used to measure the probability of the failure and the severity of the failure result,and the risk distance is calculated.Finally,the analysis of an example shows that the multi-attribute index risk assessment method can be used for the risk assessment of natural gas station.

risk assessment；multi-attribute index；fuzzy multi-attribute theory；natural gas station；risk distance

左學(xué)敏

2016-04-03

張錦偉（1986-），男，碩士，主要從事燃?xì)夤こ淘O(shè)計研究工作。