城市燃气输配管网耦合风险研究现状及展望

杨　凯，吕淑然，张　远

(首都经济贸易大学 安全与环境工程学院，北京100070)



城市燃气输配管网耦合风险研究现状及展望

杨凯，吕淑然，张远

(首都经济贸易大学 安全与环境工程学院，北京100070)

摘要:城市作为一个复杂的系统，其发展离不开天燃气等动力能源，城市燃气管网运行存在来至人、设备、环境以及管理等各方面的风险隐患耦合作用，同时随着城市社会经济的发展，其凸显脆弱性，燃气管网各种风险相互耦合并引发事故灾难，将会对城市造成极大的破坏，相关事故在国内外屡见不鲜。为了减少城市燃气管网灾害事故的发生，从风险耦合的角度出发，对多因素耦合作用下城市燃气管网灾害风险的研究现状进行文献分析，从而发掘已有研究存在的不足。通过对国内外城市燃气管网耦合灾害风险的大量相关文献进行分析，发现过往研究存在以下问题：①当前对多因素耦合作用下的城市燃气管网的灾害风险作用机理进行的研究较少；②缺乏对城市燃气管网多因素耦合灾害风险演化规律的研究；③对城市燃气管网多因素耦合灾害风险评估模型的研究也较少；④也没有对城市燃气管网多因素耦合灾害风险的动态管控策略开展研究。针对此四方面的问题，最后提出了在城市复杂环境下，燃气管网面对多风险因素耦合作用时的研究方向，对多因素耦合灾害风险理论发展以及城市安全运行和管理起到促进作用。

关键词:城市；燃气管网；耦合灾害风险；演化规律；风险评估；管控措施

进入21世纪以来，世界石化工业的迅速发展促使了管道工业的成长，使管道运输成为继铁路、公路、水运、航空运输后的第五大运输系统。工业管道不仅可以运输石油、天然气、水、化工产品等液态和气态的物质，还能够输送面粉、水泥等固体物质。据统计，全世界在用的各类管道总长达350×104km，其中一半以上的为旧管道。在美国，现役管道中就有超过一半的使用年限超过了40年；在俄罗斯，五分之一油气管道已经接近设计寿命，近几年这一数字将增大到二分之一。目前，我国有油气长输管线4×104km多，许多管线已运行20～30年，已接近使用寿命，进入到了事故多发期[1]。特别是城市中的燃气输配管网，与市政管网居民区、街道、学校等各种大规模人员聚集区未能合理科学布局，出现燃气运输管道与各种市政管网等近距离或交叉布置，城市基础设施压占燃气管道，甚至部分燃气管道从居民社区、学校、厂区地下而过，使得城市的安全风险性日益加大，一旦发生事故，不仅会对周边人员的生命产生威胁，还势必会引发高层建筑、地下工程、石油化工等多领域的二次连锁灾害，如火灾、毒气泄漏、化学品爆炸等，对城市经济、环境和发展造成极大的破坏。因此，研究城市燃气输配管网的灾害风险具有重要的现实意义。

国内外有关城市燃气管道重大灾害风险的事故屡有报道。2000年8月19日，美国新墨西哥州Carlsbad附近的1条天然气管道发生爆炸，造成12人死亡；2010年6月7日，美国德克萨斯州天然气管道爆炸事故现场的土地被烧焦，事故造成至少3人死亡，10人失踪。在我国，也发生了多起燃气管网爆炸事故。2004年5月29日，泸州市一居民楼人行道发生天然气爆炸，造成5人死亡，35人受伤，10多户居民的家园被彻底摧毁，80多户居民受灾，数万人的正常生活受到影响；2005年5月12日凌晨，深圳市某地下人行通道工程施工区域发生燃气泄漏，随即引发爆炸并燃烧，燃气种类为液化石油气，事故造成1人死亡， 16受伤人，福明路上约200 m电缆沟盖板被掀起，部分电缆被损坏，施工现场正南面约100m处的配电柜被损毁；2007年4月24日，北京海淀区太平路东口一处地下天然气管道发生泄漏，两名正在井下作业的工人中毒身亡，另一人中毒；2008年1月11日，青岛低压天然气管道突然爆炸，约百米长的路面出现了塌陷，造成两名行人受伤，城市燃气停止供应；2013年12月，温州40 d内下水道2次爆炸，事件调查组公布结论，两次爆炸皆因燃气泄漏所致，燃气经过土层进入雨水管，再进入污水管，最后在低洼处汇集； 2014年8月1日凌晨，台湾高雄市前镇区多条街道陆续发生天然气外泄，并引发多次大爆炸，事故造成31人死亡、310人受伤；2014年11月20日，通州区新华大街吉祥园路口发生燃气泄漏爆燃事故，致使两人轻度灼伤。事故原因为热力管线施工造成燃气泄漏等等[2-4]。可以看出，大量的城市燃气管网发生泄漏爆炸等事故不仅威胁着人类的生命，造成经济损失，还不利于社会和谐，影响我国城市化的进程。对此，应加强针对灾害风险的评估，对高风险的管网进行预防和整改，减少燃气管网灾害事故造成的经济损失。因此，研究城市燃气输配管网的灾害风险具有重要的经济意义。

城市燃气管网发生事故，不仅仅是第三方破坏、管网腐蚀、施工设计、误操作以及周边环境单个因素造成的，可能来至人员、管网设备、环境以及管理等风险因素以及各方面因素相互耦合的综合影响，这就形成了城市燃气管网灾害风险的耦合。目前缺乏对多因素耦合作用下的城市燃气管网灾害风险研究，大多数研究以相对独立的风险评价为主，评价结果只能显示单个危险有害因素的重要性，不能整体把握各因素间的相互作用对风险后果的影响。深入开展城市中燃气管网系统各种风险因素、耦合的形成机理、演化规律、风险评估的研究非常迫切。因此，开展多因素耦合作用下城市燃气输配管网灾害风险研究具有重要的理论意义。

1国内外研究现状

通过查阅大量的国内外相关文献发现，目前关于城市燃气管网风险方面的研究主要集中于城市燃气管网风险定性定量评价、风险管理与评估系统开发、油气管网泄漏监测技术以及城市燃气脆弱性评估等方面。而关于城市燃气耦合灾害风险几乎没人研究，其他领域对于耦合研究也主要探讨方法上的耦合或集成，而没有从机理上灾害风险耦合，另外对耦合灾害风险的讨论缺乏系统性。

1.1　城市燃气输配管网风险因素耦合机理

耦合风险指的是复杂的风险系统活动过程中不同风险或风险因子之间的相互依赖和相互影响的关系与程度。Lars[5]用一种新方法对印度的卡纳塔克邦州海岸的全球气候改变下的多重灾害进行了评估和管理，使用海岸灾害轮Coastal Hazard Wheel(CHW)来对有限数据下的地区海岸生态系统进行风险识别。作者通过使用公布的地理数据和遥感信息，展示了海岸灾害轮如何应用于地区规划。同时通过GIS系统来开发地区和亚地区的灾害地图，并生产相关的灾害风险数据，该方法能够为海岸长期规划提供支持。M.S. Kappes[6]使用基于指标的方法，对Papathoma飓风灾害评估方法进行改进，对多风险造成的实体脆弱性开展评估。该方法包括以下几方面：对相关区域和相关灾害进行识别并获取灾害信息；脆弱性指标的确定以及数据的收集；因素的权重和脆弱性评估；考虑风险的相互作用。采用该方法研究了建筑物在洪水、泥石流和滑坡作用下应急预案和减灾措施的脆弱性。但是该方法属于定性研究，不能给出确切的灾害等级，同时需要大量的数据才能进行。Sabarethinam[7]提出了一种基于多风险评估(PF-MHRA)过程的参数化脆弱性方法，用于对公路桥梁遭受地震和飓风的组合灾害风险进行评估。Nadejda Komendantova[8]对有关多风险与多灾害的两种决策工具进行了分析，第一种是基于连续蒙特卡罗方法的通用多风险框架，在复杂系统中，该方法可以允许直观和灵活地实现风险的相互作用。另一种是通过利益者输入不同指标的权重来构建风险评级的多风险的决策工具。虽然该方法显示具有很好的应用前景，但是由于其过程复杂，导致不利于推广。D. Asprone[9]对多风险下建筑结构性能进行了验证，讨论了结构寿命期间可能遭受的所有灾害，并针对结构在地震时遭受爆炸的极限倒塌状态的多风险评估概率模型提出了建议，对每年建筑物结构倒塌风险进行计算的同时，还考虑了地震和爆炸诱发的倒塌两种情况。通过对一个在地震区的四层钢精混凝土建筑采用多风险过程进行关于爆炸和地震脆弱性的计算和实施，从而对倒塌的年度风险进行评估。该模型能够为地震区建筑结构风险评估概率计算提供参考。在国内，薛晔[10]介绍了耦合灾害风险基本理论，给出了耦合灾害风险的定义，并对其进行了分类，即分别从相关性、力的合成和风险矩阵三个方而讨论了其耦合效应，根据类型和耦合效应，借助物理学中的触发器讨论耦合灾害风险形成机理。该研究为耦合灾害风险评估奠定了基础，完善了灾害风险理论。杜军[11]根据地震区的基本情况，选择坡度、坡向、植被覆盖指数、距河流距离等7个评价因子，采用次生地质灾害风险性评价的GIS与AHP耦合模型对汶川震后次生地质灾害进行风险评估。并对评价结果划分为三个危险等级。该模型在风险评价方法上进行了耦合，对灾后重建具有一定指导作用。刘堂卿[12]从人、设备、环境和管理角度对空管安全风险进行分析，并阐述了空管安全风险耦合的基本理论，首次提出了空管安全风险耦合的概念，系统分析空管安全风险的耦合过程，对空管安全风险进行了实证分析，并建立了耦合模型，提出了风险管控措施。刘耀龙[13]根据灾害风险学存在着显著的地理空间尺度差异与尺度效应，提出灾害风险尺度耦合的概念与类型，从数据、方法和区划三个方面提出灾害风险研究中的空间降尺度和空间升尺度耦合思路。乔万冠[14]研究了煤矿事故风险因子的耦合作用，并对耦合风险开展了仿真研究。基于系统动力学方法对建立了系统动力学模型，并采用Vensim-PLE进行仿真分析，最后基于解耦原理提出煤矿耦合风险管控措施。

综上可以看出，国外学者关于风险方面的耦合，主要是考虑不同自然灾害的耦合作用对道路桥梁等建筑物造成的伤害，这些灾害包括地震、海啸、泥石流等。通过采取不同的评价指标建立风险评价模型来衡量受灾对象的灾害等级以及脆弱性。这些模型能够对自然灾害带给建筑的风险进行定量的评价，但是大部分需要大量的数据才能实现评价。国内也主要针对自然灾害耦合进行了研究，不过更多注重研究方法的耦合，采用不同方法实现对灾害风险更加全面的研究。薛晔给出风险耦合的普遍定义，但是没有具体结合城市燃气管道风险的特点对其进行耦合风险分析。

自然灾害风险耦合往往是几类自然灾害的共同作用，不涉及人员、管理等风险因子的耦合，普通安全生产风险耦合没有考虑城市复杂环境对风险因子耦合的影响，而城市复杂环境下的燃气输配管网风险受到来自于人、设备、环境以及管理等多重风险因素的耦合作用，受城市发展趋势影响，具有一定的灵活性，各种风险因子间相互作用性更强，因此有必要对多因素作用下城市燃气管网系统灾害风险的耦合机理和模型进行研究，从而为下一步耦合灾害风险的动态演化提供理论支持。

1.2　城市燃气输配管网耦合风险评估

B.W.Greenwood[15]对含硫天然气管道风险分析中遇到的困难进行了分析，深入讨论了以风险形式来表示社区灾害的问题，主要包括以下问题：气体从管道破裂释放的速率；温度、密度以及气体喷射气压等气体参数；管道的失效频率；人口分布；不同天气情况的影响；毒害等级以及屏蔽、地形和潜在接受者的年龄等问题。由于风险评估受输入参数影响较大，每个问题的影响因素较多，本文对此进行了考虑，最后对气体管道对社区带来的风险进行了预测。Tom Bajcar[16]等提出了一种精细的方式量化第三方干扰可能对天然气输送管道造成的影响，重点是人口密度变化对风险的影响。研究采用多学科综合方法，包括对风险评估的建议、灾害事件的物理结果、灾害事件和城镇规划的历史数据等方面。文章确定了两个人口分布的定量边界区域，采用人口密度确定郊区的风险系数，从而提出了计算安全距离和区域的新方法。该方法基于定量风险评价的结果，从而更加精确地用于确定郊区风险等级，该方法可以更好地服务于燃气管道风险评估和决策。Anjuman Shahriar[17]等基于模糊领结的可持续性评价方法对油气管道进行风险分析，研究还探讨了各种因素之间的依存关系间是如何影响分析结果的，采用三重底线(TBL)可持续标准的模糊效用值(FUV)进行风险评估，即社会、环境和经济后果。该方法可以用于管道公司根据管道失效时导致的多维结果开展风险管理和风险决策，为专业人员进行专门的风险预防和控制提供帮助，但是文章没有考虑各种风险因素间的相互影响作用。A.J. Brito[18]提出了一种风险评估决策模型，并基于多属性效用理论对部分天然气管道风险排序。采用决策分析概念，在明确和一致的风险测量方法下，该模型定量地包含了决策者关于风险的偏好和行为。同时允许对管道管段风险进行层级划分，进而进行管道的管段风险排序。Anderson J. Brito[19]提出一个多重判据模型来评估天然气管道风险，对管道进行风险分段。该模型整合了效用函数与多准则决策辅助方法，从而考虑燃气管道允许失效带来的多维风险管理决策问题。文章强调从人、环境和经济出发考虑风险带来的影响，而忽略了风险对社会政治、文化带来的影响。Young-Do Jo[20]分析了高压天然气管道对个人的风险，重点介绍了一种能准确计算天然气管道对个体带来的风险的方法。该方法基于燃气管道距离周边建筑物时的合理路径规划的可视化场景。距离选取为辐射等级相当于32 kW/m2时的场景，计算得出来源于输气管道的风险要低于化工城对其周边建筑带来的风险。K.-S. Park[21]设计出一套系统用于韩国城市燃气管道风险评估和管理。设施风险系数采用结果与频率表达形式，并与成本关联。结果事件分析了管道小孔泄漏、大孔泄漏以及断裂的情况。采用人员伤亡、火灾、建筑物损坏以及气体泄漏等来评估后果。在每种情况下，频率按照后果的主要原因来进行估计，主要原因包括由第三方工作、挖掘腐蚀、焊接缺陷和地面运动。谷洪雁[22]利用灰色聚类法把城市压力管道系统当作一个灰色系统来研究，建立不同的聚类指标所拥有的隶属函数，确定聚类权重值。马令申[23]采用失效树分析法建立了城市埋地燃气管道失效树，使用布尔代数化简法确定了该失效树的最小割集，通过对失效树结构重要度的定性分析，得出导致城市埋地燃气管道失效的主要原因是第三方破坏和腐蚀的结论，并提出了延长城市埋地燃气管道寿命的相应措施。石磊明[24]利用模糊数学方法与指数评分方法相结合的城市燃气管道风险评价方法，建立了管道失效故障树，详细分析各类事故原因及其组合，建立城市燃气输配管道系统风险指数评分体系， Matlab编程计算的方法，对常用隶属函数进行分析和比较，得出了准确度较好的适用管道风险评价的隶属函数。汪涛[25]运用模糊综合评判方对城市天然气管网的风险评价进行了全面的研究。对评估模型、判断标准和可接受性进行了研究，编制了城市天然气管网模糊风险评价软件。张乃方[26]采用层次-专家咨询综合评价法确定了每项风险评价指标的权重，并将风险管理引入到城市燃气管网系统管理的理念，提出了城市燃气管网风险管理的基本流程图。牛伟伟[27]采用GIS 技术研究城市燃气管道事故的应急救援系统，并建立了能够预防事故发生、降低事故损失的城市燃气管道应急救援系统。孙丽芳[28]基于层次分析法的模糊综合评价方对城市燃气管道失效风险进行了评估，提出了利用GIS技术重构城市燃气管道管理系统的思想。王璨[29]通过模糊综合评判模型对城市燃气管道进行风险评估，利用层次分析法和专家打分法解决模糊综合评判模型中权重和隶属度的问题，从人失误的角度出发，提出控制对策和管理措施。胡惠荣[30]用层次分析法构造了基于的燃气管道风险评估系统的基本模型，并进行了改进和优化，开发了城市燃气管道风险评估系统。

国外学者针对燃气管网风险评估和风险决策的角度，多采用包括人-环境-经济在内的多维综合风险评价模型，国外在管道风险评价方面更加注重对参数选取，更加注重个体风险和安全距离的研究，以定量评价模型为主。而国内对于管道风险评价，多以定性或者半定量评价为主，主要采用故障树、指数评分方法、模糊层次法建立评价模型，并采用 GIS等技术、专家系统原理构建城市燃气管网系统管理评估系统，进而对城市油气管网系统风险管理提出一些对策措施。主要对第三方破坏、腐蚀、操作失误等风险因素进行分析和评价，评价的结果往往也是雷同。

燃气管道在运营过程中，各类风险因子在同一时空域，具有强烈的相互作用。这些因素耦合作用会影响燃气管道灾害事故的发生，因此对燃气管道进行风险评价时应考虑城市燃气输配管网风险因子的耦合特点，可采用神经网络和模糊理论对燃气管网耦合灾害风险进行评估。

1.3　城市燃气输配管网耦合风险灾害事故演化

M. Suffo[31]对分析了塞维索指令框架下的领土兼容性的化学环境风险的演变。以安达卢西亚自治区为例，采用灾害、脆弱性、接近度等代表风险的指标对进行风险分析，结合GIS平台进行空间上的风险分析，基于数据结果，得出风险趋势，能够为风险预测提供支持。Emmanuelle Dupont[32]对欧洲30个国家每年道路伤亡人数的潜在风险和趋势演化模型进行了研究，对每年最能获得的曝光指标数据和死亡人数数据，利用双变量潜在风险时间序列模型进行快速分析。该模型假设事故曝光的数量和死亡人数是相关的，从而得出事故死亡率趋势和风险曝光趋势的动态演化过程。对该模型进行了验证和调查后，基于实际情况建立了两种不同形式的结构模型。并用模型对一些国家未来的事故伤亡进行了预测。Priscilla Damico[33]对欧洲渔业中生鱼肉里面异尖线虫的风险管理演变进行了研究。由于鱼中寄生虫引起了官方控制部门和消费者的关注，为了降低鱼产品消费的行业风险，制定了大量的文件。通过对国际和地区立法的回顾，同时专注于鱼类食品经营者的实际利益问题，分析了标准的演变。赵贤利[34]基于复杂网络模型，构建了机场飞行区风险演化数学模型以及风险演化拓扑结构模型。从聚类系数、平均路径长度、度分布对机场飞行区风险演化数学模型进行了阐述，从入出度、节点子网数、所含支链数对风险演化拓扑结构模型进行了分析，并提出了风险断链控制方案。王勇胜[35]从复杂系统理论出发，提出了基于“群”视角的风险管理理论框架，并应用贝叶斯网络推理进行了群风险演化分析。何叶荣[36]对煤矿安全管理中存在的风险源进行辨识的基础上，分析风险的演化机理，建立了煤矿安全管理风险演化机理模型，揭示了安全管理监控系统、管理组织、管理模式、管理能力、管理要素五类18项风险因子在风险诱因(管理失范)的促动作用下进行演化的规律。。赵怡晴[37]构建了尾矿库事故隐患关联的复杂网络，给出了尾矿库隐患状态及风险演化的系统动力学模型并结合矿山尾矿库案例进行了应用分析。通过隐患关联的复杂网络法、隐患转移的三态法以及风险演化的系统动力学模型的巧妙结合能够明确地表征尾矿库事故隐患及风险演化规律，包括隐患作用关系、递演途径、风险程度等。李光荣[38]采用结构方程理论与方法对国有煤炭企业生产安全风险、资产运营风险、社会责任风险的影响因素和形成机理进行实证研究，在此基础上建立了煤炭企业全面风险演化路径模型。任星星[39]研究了事故环境风险评价框架模型以及危险化学品事故风险评估方法上，对危险化学品事故风险的定量评估和动态演化展开深入探讨。

国外学者主要通过建立模型预测指标，采集风险预测数据，建立相应的预测模型，得出事故演化趋势，从而对未来发生的事故进行预测。国内主要采用复杂网络、复杂系统理论、结构方程等方法建立系统风险演化模型，得出风险因素到风险事故的演化过程，主要注重演化路径的分析和研究。

城市燃气管网耦合风险灾害事故是由多种风险因子共同作用造成的，不同的时间段、天气、应急施救措施等外部条件对事故后果的发展方向会产生的不同的影响，与事件动态演化规律相关。通过对耦合风险演化规律进行研究，可以获得其在时间和空间上的变化规律，以及在不同外界条件下事故演化规律和交叉影响概率。因此，有必要从时间和空间的角度对城市燃气输配管网耦合风险灾害事故的演变规律开展研究，为探索采取不同救援措施做铺垫。

1.4　城市燃气输配管网耦合风险动态管理

关于城市燃气管网风险动态管理方面的研究内容较少，其他关于风险动态管理的研究如下所示。王进志[40]针对隧道施工的特殊性，对雪峰山特长铁路隧道的不良地质风险开展了再评估与风险动态管理研究，从而促进了隧道风险再评估与动态管理方法在隧道风险管理方面的推广和应用。孙班军[41]结合系统论的相关观点，分析了企业风险管理的动态性，强调在风险管理中运用系统思维，并在此基础上建立了企业风险的动态管理模式和机制，为企业风险动态管理提供参考和借鉴。赵映超[42]在分析与风险管理有关的各种理论基础上，提出了基于时间维、环境维和知识维三维结构的项目风险动态管理观点。以PDCA循环的基本思想为指导，构建了项目风险动态管理模式。该方法能够实现项目风险动态管理，提高项目管理的成功率。杨瑞丽[43]基于建设项目风险管理的过程、风险产生发展所经历的三个阶段以及建设工程项目实施的全过程，针对建设项目风险本身的特性，研究了建设项目风险管理随风险因素变化需要不断更新的管理思路，并提出了一种基于过程的、动态的建设项目风险管理的思路。郎需庆[44]基于油库火灾模式，提出现代化油库的安全管理应采用事前管理模式，将系统安全的理念应用到油库安全管理中，建立油库火灾风险动态体系。该体系的具体实施需要配套软件系统和专项检测技术的支撑，它实施需要根据油库的实际情况进行完善。聂相田[45]在工程风险状态所包括的发生概率、损失大小、可预测性、可控制性和可转移性5个参数的基础上，以时间和空间为变量来探究工程风险状态转移规律，建立工程风险状态转移模型，探讨了工程风险随着时间和空间变化而转移的表示方式。刘小凤[46-48]运用层次分析法建立了房地产项目的风险评价指标体系，并构建了风险评估的模型，最后提出房地产项目风险管理是一个动态的循环的过程。Young-Do Jo[49]对通过控制人的错误行为的动态管理方式来降低企业生产风险的内容进行了研究。大多数重大事故是由于人的错误行为与机械故障共同导致的，文章专注于人的错误行为与机械故障的巧合，介绍了人错误行为的动态管理概念，指出当机械设备在测试或维修时，对人员进行短暂的错误行为管理可以有效地减少事故的发生。由于零备件的定期测试时间可以确定，利用这段时间对员工进行动态行为管理，可以有效见效事故损失。Nicola Paltrinieri[50]基于非典型场景动态过程的风险识别(DyPASI)和动态风险评估(DRA)方法提出一种新的风险动态管理方法。该方法能够进行早期风险预警并系统地更新相关的风险，可用于系统的全寿命周期中的精确决策。方法应用过程需要收集大量的关于工厂、设备、材料的风险概念。利用该方法对概念进行分析可以强化灾害识别和动态实时风险评估。但是，该方法只有关联到一个合适的安全文化才能发挥其功效。Aymen Mili[51]利用故障模型影响与危害分析方法，对动态风险管理与生产力提高之间的关系进行了研究。文章提出了基于设备维修方法的风险，这依赖于定期自动更新的设备风险分析，包括设备故障的历史，从而获得最新的设备风险。该模型简化了风险识别和评估，并使其更加可靠。Jens Rasmussen[52]对一个动态社会的风险管理进行了研究，探讨了建模问题。文章指出涉及风险管理的社会技术系统包括立法人员、管理和工作计划人员以及操作人员几个不同等级，该系统受到来自技术革新、竞争环境以及政府监管和公众压力等多方面的压力。针对这些系统层级出现的问题，应该进行跨学科研究，考虑社会各层级的具体风险要素，采用面向系统功能而不是结构的方法，对工作系统局限性、可接受性能边界等行为产生机理的模型开展分析。

针对动态风险管理，国内学者主要从系统安全的观念出发，考虑时间、空间的维度，分析系统全寿命周期内的风险变化，从而能够实时地对风险进行动态跟踪控制。国外学者主要采用动态风险识别技术，着重研究类似人的行为、设备运转这样的动态过程存在的风险，从而提出相应的动态控制方法。城市燃气管网耦合风险不仅具有一般风险的特征，还需要考虑多因素耦合灾害风险的特点，各种风险因素可能因为相互作用，发生相互促进或削弱现象，因此有必要从多因子耦合灾害风险的特点和耦合机理出发，基于解耦原理，从不同的角度提出针对性的风险管控措施。

2城市燃气输配管网风险治理研究展望

多因素耦合作用下城市燃气管网系统灾害风险进行研究，综合考虑人员、管网设备、环境以及管理等各方面存在的风险因素，分析各因素间相互耦合的作用机理，构建风险耦合模型；然后对城市燃气管网系统多因素耦合灾害风险的演化规律开展研究，利用复杂网络模型和系统动力学原理等理论，从时空上对多因素耦合下的灾害风险的演化规律进行定性定量分析，获得其演化规律；从城市脆弱性出发，结合环境、社会和经济方面的因素，对城市燃气管网多因素耦合作用下的灾害风险进行评估；基于灾害风险耦合机理、动态演化规律以及风险评估结果研究，从解耦理论出发，提出对城市燃气管网耦合风险动态管理和控制措施。

2.1　城市燃气输配管网风险耦合机理研究

对城市燃气管网的各种灾害风险因素进行耦合分析，充分考虑人员、管网设备、环境以及管理四个方面的风险因素，分析各种风险因素间的耦合机制，同时选取合适的风险耦合模型，构建城市燃气管网多因素耦合灾害风险模型，并对模型进行验证分析。

(1)城市燃气输配管网灾害风险耦合机理分析

介绍多风险因素耦合的基本理论和概念，基于灾害系统理论对城市燃气管网的耦合灾害风险进行分类；分析城市燃气管网风险因素及其耦合过程。基于系统动力学原理，分别从单因子以及多因子的角度对灾害风险耦合作用进行分析，从而得到不同因子之间的耦合作用机制，为后文耦合风险评估和灾害事故演化提供理论基础。

(2)城市燃气输配管网灾害风险耦合模型构建

对已有耦合理论模型进行对比分析，构建多因素耦合下的城市燃气管网系统灾害风险耦合模型，结合实例对城市燃气管网灾害风险结构模型进行验证。

2.2　城市燃气输配管网耦合灾害风险评估研究

通过综合分析脆弱性理论的特点以及城市燃气管网耦合灾害风险因素的特征，基于脆弱性理论，从致险因子系统、环境系统以及承灾系统的角度建立城市燃气管网耦合灾害风险指标体系；对比分析常用燃气管网风险评估方法的优缺点，阐述选取模糊神经网络评估方法的原因，并利用模糊神经网络评估法对城市燃气管网多因素耦合灾害风险进行评估。

2.3　城市燃气输配管网耦合风险灾害事故动态演化研究

利用情景分析法、复杂网络模型、系统动力学模型对城市燃气输配管网多因素耦合的灾害风险演化机理开展研究，定量分析不同条件下，风险因素向灾害事故的转化规律。

(1)基于情景构建的城市燃气输配管网耦合灾害风险演化分析

考虑城市燃气管网耦合灾害事故发生的可能后果，利用情景分析法对各种事故场景和发展趋势进行描述，然后利用模糊聚类分析方法对主要的事故场景进行聚类分析，总结出主要的灾害事故种类，同时考虑灾害事故中可能出现的天气、救援以及其他因素对灾害事故发展趋势的影响，最后利用马尔可夫链模型对主要灾害风险的交叉影响概率进行分析，从而得到城市燃气管网耦合灾害风险动态演化规律。

(2)城市燃气输配管网耦合灾害风险系统动力学研究

综合分析城市燃气管网耦合灾害风险的主要风险因素，从时空的等角度出发，基于复杂网络模型构建耦合灾害风险因素关联的拓扑网络结构，阐述风险与事故在空间上因果关系；同时建立相关风险因素的系统动力学模型，分析风险各要素和灾害事故在时间上的转化情况。

2.4　城市燃气输配管网耦合灾害风险管控措施研究

在对城市燃气管网多因素灾害风险耦合的成因、过程、动态演化以及耦合灾害风险评估的基础上，为预防和控制城市燃气管网耦合灾害风险，从安全科学、灾害风险控制理论出发，基于解耦理论，利用霍尔三维结构模型，提出城市燃气管网的时空上的风险管控策略。

3结论

综观国内外相关研究，针对目前城市排水涵道内的油气混合物爆炸研究方面仍存在的问题，在今后应当重点开展以下研究：①对城市燃气管网系统中各种灾害风险的耦合作用机理开展研究，建立风险耦合模型，为风险预警预测和评估提供理论依据；②开展城市燃气管网耦合灾害风险评估研究，为耦合灾害风险管理以及控制策略提供参考；③开展城市燃气管网耦合灾害风险事故演化规律研究，掌握外界因素对灾害事故发生后果的影响，这对事故救援具有重要意义；④开展城市燃气管网耦合灾害风险管控措施研究，从风险耦合机理和演化规律出发，可以有效地控制城市燃气管网灾害事故的发展和蔓延。

以上研究不仅发展和丰富了耦合灾害风险的相关理论及应用，也从不同的角度分析了城市燃气管网风险灾害的相互作用机理、事故演变过程。对城市燃气管网耦合灾害风险的评估以及基于解耦理论的动态管控措施的提出，对特大型城市安全运行以及城市风险灾害治理起到促进作用，因此具有重要的学术价值和现实意义。

参考文献：

[1]董绍华.全球油气管道完整性技术与管理的最新进展[J].油气储运,2007,26(2):1-17.

[2]国辉.我国城市天然气管道事故统计及分析 [J].安全健康和环境,2008,8(4): 6-8.

[3]中讯,台湾高雄燃气爆炸30死314伤[J].广东交通, 2014(4):58.

[4]北京通州燃气管线泄漏发生爆燃致两人伤[EB/OL]. (2014-11-20),(2015-1-10)http://news.sina.com.cn/c/2014-11-20/023931172463.shtml.

[5]Lars Rosendahl Appelquist, Thomas Balstrom. Application of a new methodology for coastal multi-hazard-assessment & management on the state of Karnataka, India[J]. Journal of Environmental Management, 2015 (152):1-10.

[6]Kappes M S, Papathoma-Kohle M, Keiler M. Assessing physical vulnerability for multi-hazards using an indicator-based methodology[J]. Applied Geography, 2012 (32):577-590.

[7]Sabarethinam Kameshwar, Jamie E Padgett. Multi-hazard risk assessment of highway bridges subjected to earthquake and hurricane hazards[J]. Engineering Structures, 2014,78:154-166.

[8]Nadejda Komendantova, Roger Mrzyglocki, Arnaud Mignan, et al. Multi-hazard and multi-risk decision-support tools as a part of participatory risk governance: Feedback from civil protection stakeholders[J]. International Journal of Disaster Risk Reduction, 2014 (8):50-67.

[9]Asprone D, Jalayer F, Prota A, et al. Proposal of a probabilistic model for multi-hazard risk assessment of structures in seismic zones subjected to blast for the limit state of collapse[J]. Structural Safety, 2010,32(1):25-34.

[10]薛晔,刘耀龙,张涛涛.耦合灾害风险的形成机理研究[J].自然灾害学报,2013,(2):44-50.

[11]杜军,杨青华.基于GIS与AHP耦合的汶川震后次生地质灾害风险评估[J].中国水土保持,2009,(11):14-16.

[12]刘堂卿,罗帆.空中交通安全风险构成及耦合关系分析[J].武汉理工大学学报:信息与管理工程版,2012,(1):93-97.

[13]刘耀龙,牛冲槐,康颖卿,等.论灾害风险研究中的空间尺度耦合[J].防灾科技学院学报,2012,(3):24-27.

[14]乔万冠.煤矿事故风险因子耦合作用分析及其耦合风险的仿真研究[D].北京:中国矿业大学,2014.

[15]Greenwood B W, Hudson J M, Bodner A I. Analysis of community risk resulting from rupture of a sour gas pipeline[J]. Advances in Risk Analysis, 1991, 9: 63-76.

[16]Tom Bajcar, Franc Cimerman, Brane Sirok. Towards more detailed determination of third party impact on risk on natural gas pipelines: Influence of population density[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2014:1-8.

[17]Anjuman Shahriar, Rehan Sadiq, Solomon Tesfamariam. Risk analysis for oil & gas pipelines: A sustainability assessment approach using fuzzy based bow-tie analysis[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2012, (25):505-523.

[18]Brito A J, A T de Almeida. Multi-attribute risk assessment for risk ranking of natural gas pipelines[J]. Reliability Engineering and System Safety, 2009 (94):187-198.

[19]Anderson J Brito, Adiel Teixeira de Almeida, Caroline M M Mota. A multicriteria model for risk sorting of natural gas pipelines based on ELECTRE TRI integrating Utility Theory[J]. European Journal of Operational Research, 2010 (200):812-821.

[20]Young Do Jo, Daniel A Crawl. Individual risk analysis of high-pressure natural gas pipelines[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2008 (21):589-595.

[21]K S Park, J H Lee, Y D Jo. An approach to risk management of city gas pipeline[J]. Risk Management, 2004, 82(6):446-452.

[22] 谷洪雁. 城市压力管道风险评估研究[J].价值工程, 2014, 19: 318-319.

[23] 马令申. 城市埋地燃气管道危险源辩识评价研究与专家系统框架开发[D].北京:北京化工大学, 2003.

[24] 石磊明. 城市埋地燃气管道风险评价研究[D].北京:北京建筑工程学院, 2012.

[25] 汪涛. 城市天然气管网运行模糊风险评价技术方法研究[D].四川:西南石油学院, 2003.

[26] 张乃方. 城市燃气管网的风险评价[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.

[27] 牛伟伟. 城市燃气管道事故应急救援系统研究[D].北京:首都经济贸易大学, 2012.

[28] 孙丽芳. 城市燃气管道系统的风险管理研究[D].石家庄:河北工程大学, 2011.

[29] 王璨. 城市燃气管道风险评价与管理研究[D].西安: 西安建筑科技大学, 2013.

[30] 胡惠荣. 城市燃气管道风险评估系统的研究和应用[D].上海: 同济大学, 2008.

[31]Suffo M, Nebot E. Evolution of the chemical-environmental risk of territorial compatibility under the framework of the Seveso Directive: A case study of the autonomous community of Andalusia (southern Spain) [J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2015 (34):177-190.

[32]Emmanuelle Dupont, Jacques J F Commandeur. Latent risk and trend models for the evolution of annual fatality numbers in 30 European countries[J]. Accident Analysis & Prevention, 2014, 71(10):327-336.

[33]Priscilla D’amico, Renato Malandra. Evolution of the Anisakis risk management in the European and Italian context[J]. Food Research International, 2014, 64(10):348-362.

[34]赵贤利,罗帆.基于复杂网络理论的机场飞行区风险演化模型研究[J].电子科技大学学报:社科版,2013,15(4):31-34.

[35]王勇胜,冷亚军.基于贝叶斯网络推理的项目群风险及其演化研究[J].东北电力大学学报,2011,31(Supp.1):104-109.

[36]何叶荣,李慧宗,王向前.煤矿安全管理多元风险辨识及演化机理[J].中国安全生产科学技术,2014,10(5):180-185.

[37]赵怡晴,覃璇,李仲学,等.尾矿库隐患及风险演化系统动力学模拟与仿真[J].北京科技大学学报,2014,36(9):1158-1165.

[38]李光荣.国有煤炭企业全面风险演化机理及管控体系研究[D].北京:中国矿业大学(北京),2014.

[39]任星星.危险化学品事故环境风险的定量评估及动态演化[D].上海:华东理工大学,2014.

[40]王进志. 雪峰山特长铁路隧道不良地质风险再评估与风险动态管理[J]. 隧道建设, 2009, 29(5): 552-557.

[41]孙班军,薛智,朱燕空. 企业风险动态管理模式[J].上海经济研究, 2007, (6): 108-112.

[42]赵映超. 基于三维结构的项目风险动态管理研究及应用[D].济南:山东科技大学, 2010.

[43]杨瑞丽. 基于动态发展的建设项目风险管理的研究[D].西安:西安建筑科技大学, 2010.

[44]郎需庆,张卫华,牟善军,等.特大型原油储备库火灾风险动态管理体系研究[J].工业安全与环保,2014,(2):18-20.

[45]聂相田,郭春辉,张湛.一种基于状态转移的水利工程风险动态管理研究[J].人民长江,2012,(2):105-107.

[46]刘小凤,刘文华.基于层次分析法的房地产项目风险动态管理[J].财会研究,2012,(4):74-77.

[47]张忠贵,芦娅.一种通用的生命线工程网络事件空间聚类分析算法[J].灾害学,2015,30(1):29-33.

[48]骆正山,顾建荣,何宏壁.陆上长输石油管道泄露池火灾害分析[J].灾害学,2014,29(2):1-3,53.

[49]Young-Do Jo, Kyo-Shik Park. Dynamic management of human error to reduce total risk[J]. Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2003, 16 (4):313-321.

[50]Nicola Paltrinieri, Faisal Khan, Paul Amyotte, Valerio Cozzani. Dynamic approach to risk management: Application to the Hoeganaes metal dust accidents[J]. Process Safety and Environmental Protection, 2014, 92(6):669-679.

[51]Aymen Mili, Samuel Bassetto, Ali Siadat, Michel Tollenaere. Dynamic risk management unveil productivity improvements[J].Journal of Loss Prevention in the Process Industries, 2009, 22(1):25-34.

[52]Jens Rasmussen. Risk management in a dynamic society: a modeling problem[J]. Safety Science, 1997, 27(2/3):183-213.

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

作者简介：杨凯(1986-)，男，四川华蓥人，博士研究生，主要从事风险管理、灾害预防与控制等研究工作. E-mail：ycyangk@163.com

基金项目：国家自然科学基金资助项目(51474151)

收稿日期：2015-07-27修回日期：2015-09-14

中图分类号：TE88；X43

文献标志码：A

文章编号：1000-811X(2016)01-0162-08

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