基于熵理论的邻近天然气管道爆破施工风险评价*

陈雪锋　蒲传金　肖定军　李禹锡　王俊青　姜　锐

(1.西南科技大学环境与资源学院；2.非煤矿山安全技术四川省高等学校重点实验室)



基于熵理论的邻近天然气管道爆破施工风险评价*

陈雪锋1,2蒲传金1,2肖定军1,2李禹锡1,2王俊青1,2姜锐1,2

(1.西南科技大学环境与资源学院；2.非煤矿山安全技术四川省高等学校重点实验室)

摘要为保证邻近天然气管道爆破施工安全、顺利实施，预防和减少事故的发生，对其风险评价进行研究，提出包括爆破设计方案、施工过程、爆区环境条件、安全管理与监督4个1级指标及16个2级指标的爆破施工风险评价指标体系，建立基于熵理论的爆破施工风险评价模型，通过邻近陕京天然气管道刘家嘴大桥桥桩爆破施工应用表明：利用模型能够得出不同指标对爆破施工风险等级的影响程度，进而为针对性地采取措施降低风险等级提供理论依据。

关键词爆破施工风险评价熵理论风险等级

随着国家建设的发展，爆破技术在基础建设、矿山开采等领域的运用越来越频繁，使得人们对爆破工程实施的安全性要求越来越高。不仅需要充分利用炸药的能量，完成工程的目的，而且还要控制爆破产生的有害效应，避免事故的产生[1]，特别是近年来，大量的天然气管道投入使用，不可避免地需要在管道附近进行爆破施工。因此，既确保施工顺利的实施，又不影响邻近天然气管道等建(构)筑物的安全，对于爆破工程具有极其重要的现实意义。

风险管理的出发点是预防为主，及早识别隐患、评估风险是管理的关键，核心内容是风险的识别和评价。运用科学系统的方法对施工进行全面地风险识别、评价，得到施工中影响安全因素的指标的重要和复杂程度，对其进行区别对待，就能够达到利用尽可能少的资源，取得最大安全管理效益的目的[2]。基于这些理念，本文开展邻近天然气管道爆破施工风险评价模型的研究，为降低类似工程施工风险提供理论依据。

1安全风险评价指标体系的构建

影响邻近天然气管道爆破施工安全的因素很多，包括爆破设计方案、施工过程、爆区环境条件，管理也是事故致因的一个重要的“背后”因素[3]。在以往研究成果的基础上，以全面性、简洁性、可操作性为原则[4]，结合邻近天然气管道桥桩爆破工程的实际情况，构建了爆破施工风险评价指标体系，见表1。

表1　邻近天然气管道爆破施工风险评价指标体系

2安全风险等级的划分

在风险评价过程中，需要制定合理的风险评价等级。由于各行业的情况和条件不同，风险等级的划分有所不同。本文将爆破施工风险分为5个等级，见表2。

表2　风险等级表

3爆破施工安全风险评价模型

3.1指标风险等级隶属度

(1)设计调查表格，获取原始资料。通过聘请相关专家，结合爆破施工的实际情况，分别评价各2级指标的风险等级，进而得到对应2级指标风险级别的初始数据。

(2)计算2级指标风险等级隶属度。计算公式为

(1)

式中，D为专家数目；m为划分风险的等级；Xijk为专家对2级指标Bij的评判属于风险等级中第k个级别的数量；rijk为指标Bij相对于风险等级中第k个级别的隶属度。

(3)计算1级指标风险等级隶属度。计算公式为

(2)

式中，rik为1级指标Bi对于风险等级中第k个级别的隶属度；n为第i个1级指标下面的2级指标的个数；Wij为指标Bij的权重。

则可以得出风险等级隶属度矩阵：

式中，Ri为第i个1级指标风险等级的隶属度向量。

3.2指标权重

在邻近管道爆破施工风险评价中，指标权重对评价结果有着重要的影响，因此，合理确定各指标的权重是实现科学合理评价的关键问题之一。常见的权重计算方法分为主观赋权法和客观赋权法，主观赋权法能够充分的利用专家的知识，但难免存在较大的主观性；客观赋权法中的熵值法则能将这种主观性降至最低[5]。因此，本文采取熵值法求各级指标权重。

熵的概念源于热力学，是对系统状态不确定性的一种度量。熵权法是一种客观赋权法，拥有较高的可信度。通过计算各评价指标的信息熵，再根据信息熵的大小来确定权重。信息熵越小，则信息的效用值越大，指标的权重也越大；信息熵越大，则信息的效用值越小，评价指标的权重也越小[6]。

根据熵值法，2级指标权重Wij的计算公式

(3)

(4)

1级指标的权重Wi计算公式为

(5)

(6)

3.3风险评价等级

邻近管道爆破施工风险等级的评价向量A计算公式为[8]A=WR=(W1W2W3W4)T(R1R2R3R4) ，

(7)

式中，W为1级指标权重向量；R为1级指标风险等级的隶属度矩阵。

4风险评价模型的应用

刘家嘴大桥属于荣乌高速公路河北徐水至涞源段LJSG-6合同段，该桥跨越陕京天然气管道，共有基桩36根，所有桩基采用爆破作业。由于桩基距离陕京天然气管道最小距离仅9.62 m，一旦爆破引起管道破裂，致使天然气泄漏甚至爆炸，将造成严重的经济损失和恶劣的社会影响。因此，按照以上建立的模型对桥桩爆破进行风险评价。

4.1指标隶属度的计算

根据现场的实际情况，邀请10位专家进行问卷调查，得到原始数据，见表3。

表3　邻近天然气管道爆破施工风险评价指标调查结果

根据式(1)得出2级指标的隶属度，根据式(3)、式(4)，求出2级指标的权重，结果见表4。

根据式(2)求出1级指标风险等级的隶属度，结果见表5。

表4　2级指标风险等级隶属度及权重

表5　1级指标风险等级的隶属度

4.2指标权重的计算

根据计算式(5)、式(6)计算出1级指标的权重，结果见表6。

表6　邻近天然气管道爆破安全风险评价

4.3总体风险评价等级的确定

根据式(7)计算得到邻近天然气管道爆破施工总体风险等级的评价向量A。

4.4风险评价结果分析

根据表4计算的各2级指标权重可以得出：

(1)爆破施工方案因素B1对总体评价目标安全风险影响最大的是设计方案及爆破参数的合理性B12、设计所依据资料的完整性和可靠性B13，表明在设计爆破施工方案时，应选取合理的爆破参数，如起爆药量、孔距、孔径、孔深等，保证设计所依据资料的完整性和可靠性。

(2)爆破过程因素B2对总体评价目标安全风险影响最大的是施工对设计方案的执行情况B23，表明在爆破施工过程中，应严格按照设计方案施工。

(3)爆区环境条件因素B3对总体评价目标安全风险影响最大的是爆源与管道之间的相对距离B32，表明应注意相对距离的变化会带来风险程度的变化。

(4)安全管理与监督因素B4对总体评价目标安全风险影响最大的是安全管理人员资质B44，说明爆破施工安全管理应配备具有相应资质且有丰富经验的人员。

根据表6对各1级指标权重的计算结果可以看出，对爆破施工安全风险影响最大的是安全管理与监督B4，表明邻近天然气管道爆破施工首先应加强施工现场的安全管理与监督。

通过总体评价向量A，并结合隶属度准则，可以得出该次爆破施工最终的风险等级为较安全。

5结论

通过构建邻近天然气管道爆破施工风险评价指标体系，建立基于熵理论的邻近天然气管道爆破施工风险评价模型，应用该模型对荣乌高速公路刘家嘴大桥爆破施工对邻近陕京天然气管道影响进行风险评价，研究结果表明，本次爆破施工较安全，该模型能够较好反映邻近天然气管道爆破施工风险水平,该方法在类似工程中具有一定的借鉴作用。

参考文献

[1]陶铁军，蔡建德，张光权，等.未确知测度模型在爆破工程安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2011,7(12)：108-111.

[2]汪长永，杨卫，殷焕召，等.模糊综合评价法在油气管道跨越工程风险评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2010,6(3)：143-146.

[3]聂志龙，刘永强，方国华.层次分析法在爆破安全管理中的应用[J].爆破，2007,24(4)：85-88.

[4]罗德江，吴尚昆，郭科.基于组合权-灰色关联分析法的矿山资源开发利用综合评价[J].金属矿山，2015(2)：20-25.

[5]赵萱，张权，樊治平.多属性决策中权重确定的主客观赋权法[J].沈阳工业大学学报,1997,19(4):95-98.

[6]罗晓碧，陶铁军，赵明生.未确知测度模型在爆破振动安全预评价中的应用[J].爆破，2013，30(1)：15-19.

[7]阳富强，吴超.基于未确知测度理论的硫化矿石爆堆自燃危险性评价[J].中南大学学报:自然科学版，2010,41(6)：2373-2377。

[8]赵广金.基于熵理论的矿山企业安全风险管理水平研究[J].中国安全科学学报，2012，22(3)：73-77.

(收稿日期2015-11-04)

*四川省教育厅青年基金项目(编号：10zd10110)。

陈雪锋(1985—)，男，硕士研究生，621010 四川省绵阳市。