埋地钢质燃气管道耐久性评估指标体系的研究

付泽强

摘  要：以城市燃气埋地钢质管道作为研究对象，阐述了埋地钢质燃气管道耐久性评估指标体系的建立原则，分析了埋地钢质燃气管道耐久性评估指标体系的阶梯层次结构，建立了埋地钢质燃气管道耐久性评估的目标层、准则层和指标层，并引入未确知模型理论对指标层进行权重分析、层次分析法对准则层进行权重分析，提高了埋地钢质燃气管道耐久性评估指标体系的准确性。

关键词：燃气  管道  耐久性  指标体系

中图分类号：F224                             文献标识码：A文章编号：1672-3791（2021）01（c）-0086-04

Abstract： Taking the urban buried steel gas pipeline as the research object， this paper expounds the establishment principle of the durability evaluation index system of the buried steel gas pipeline， analyzes the ladder hierarchical structure of the durability evaluation index system of the buried steel gas pipeline， establishes the target layer， criterion layer and index layer of the durability evaluation of the buried steel gas pipeline， and introduces the unascertained model theory is introduced to analyze the weight of the index layer， and the analytic hierarchy process is used to analyze the weight of the criterion layer， the accuracy of durability evaluation index system of buried steel gas pipeline is improved.

Key Words： Gas; Pipeline; Durability; Index system

1  指标体系建立原则

要想对非常复杂的综合系统的结构耐久性进行评估并达到很好的效果，就需要合理完善的评估指标和体系。评估的关键是要建立能够直接影响评估对象类别的指标体系，要求能够客观地反映被评估物体的基本特征。指标过多也许能够给出更精确的结果，但是过程太过复杂不易于实现，而且还极有可能导致因素间的相互混淆，不能突出重点;相反，指标过少能够简化评价步骤，但是很可能漏掉直接决定因素，导致评估结果失真，结果精确度不够。所以指标体系的建立应该能够较全面、客观地反映被评价物体，但是又不太过于繁复[1]。

因此，结构评估指标体系的建立必须遵循系统性、科学性、普遍性与特殊性以及可以量化的原则。要求根据评估对象的特质，有层次地选择评价指标，实现系统的可操作性;科学地、客观地确定评价指标，遵循结构损伤影响因素的作用规律，不可以凭个人的主观臆断，应该考虑事物发展变化的一般规律，体现事物的共性与个性。定性的指标只能确定事物的状态，应该尽量选取能够直接测量或者通过某些方法可以实现定量化的指标，消除人为的评估误差，得出结构最客观真实的评估结果。

2  阶梯层次结构

结构在进行耐久性評估时，需要分析各个影响因素直接的相互关联，确定结构各个因素层的递进关系，此处将结构的阶梯层次分为目标层、准则层和指标层。

目标层是最高级的一层，是我们需要解决的问题。对于比较复杂的问题，可以根据需要对其进一步划分，如总的目标层、战略战术目标层和子战术目标层。

目标层下面一层为结构的准则层，它是要解决的问题与最细部影响指标的联接中间环节，也可以称为因素约束层。同样的道理，准则层也可以根据需要分为若干的子准则层。

阶梯层次结构的最低一级就是指标层（见图1），其包含了上述的指标元素，在燃气管道的耐久性评估中，影响耐久性的指标主要有环境条件、管道完整性、腐蚀坑深、钢管强度等方面[2]。

基于以上耐久性评估原则，将管道的耐久性评估分为管道本体的抗腐蚀能力、土壤的腐蚀性以及防腐层的完整性等内容，三者的评估中又包含了定性和定量的指标。定性的指标可以根据专家经验对指标的不同描述给出相应的判断区间，而对于定量的评估指标值，我们可以通过现场检测或者实验室测量得到。管道耐久性评估的指标分层情况如图2所示[3-4]。

3  指标层权重分析

燃气管道耐久性的指标层中，即土壤ph值、土壤电阻率等因素可以通过检测试验得到，属于定量指标，这类“分类权重”的分析过程如下[5]。

假设指标j（观测值）的分值使评估对象x1属于Ck等级的未确知测度是μijk：即有μijk大小的可能性。但是评估一个对象的性质还包含多个指标：假设共有m个，那么m种指标对x1的综合影响分析如下。

（1）当μijk=μijk=…=μijp=1/p，j指标对x1属于每个评估等级的影响是一样的，有没有它不影响评估对象的分类，要根据其余的m-1个指标来判断，j对x1重要性为0。相反，当某个指标μijk=1，其余p-1个指标的未确知测度均为零，表名评估对象x1属于哪个评估类别完全由指标j决定，其他的指标没有做出任何的贡献，此时j指标对x1的分类重要性最大。由此可知，各个指标相对于每个评估类别的隶属度μijk越分散，j指标对评估对象x1的分类作用越微小;相反隶属度μijk越集中对分类的影响就越大。测度μijk的大小，即其取值的分散水平可以通过信息熵理论计算。

（2）人们用信息熵来表示信息的不确定性或者普遍规律性，令：

指标分类权重与所评估对象的指标划分有关，是根据每个指标的观察值以及相应的分级标准计算的，它所依据的标准都是专家事先根据经验等制定的，不会受到检测样本的影响，表征了样本自身性质的重要性。

4  准则层权重分析

首先要明确管道本体、土壤、防腐层对管道整体的重要程度，即需要求出三者对于管道整体耐久性的“重要性权重”。该文采用层次分析法（AHP方法）确定“重要性权重”。

匹兹堡大学的著名运筹学家T L.Satty在20世纪70年代提出了层次分析法。这种方法可以将众多因素相互联系的复杂问题简化，综合专家等相关研究人员的意见及相关数据，确定事物不同层次间的相对重要程度。

4.1 模型的建立

根据复杂系统问题的各个影响因素的属性特点进行划分，将系统划分为若干并列的组，而每个分组又可以继续进行细分，这样就形成了上下层次间具有一定邏辑关系的递阶结构。如上节中所描述的目标层、准则层和指标因素层的划分。

4.2 构造判断矩阵

比较判断矩阵是分析同一层次并行关系的各个因素的重要性的矩阵。设指标Bi分为n个子指标，记为Cj（j=1，2，…，n）表1所示的B-C矩阵即为n维的判断矩阵，其中uij表示，隶属于Bi的子指标系统中，指标i相对于指标j的重要性。表2是Satty提出的1～9比率标度法，因为考虑到了人的心理学极限，所以这个方法能够比较好地将人的思维判断进行量化。

4.3 指标权重

层次分析法的思路就是将复杂问题分解，根据专家意见，判断层次中各个因素的相对重要程度，最后再将分解的层次按照一定的逻辑关系综合起来，计算出指标的重要性权重，其中仅涉及到简单的数学工具，但却具有深刻的数学原理，代表了人的一种思考判断方式。

“重要性权重”与前面计算的“分类权重”是不一样的。同一对象的相同指标在不同情况下对评估对象的作用是不一样的。“重要性权重”是指某个指标对于样本属于哪个类别的重要性，而“分类权重”是指标 对区分对象类别所做的贡献大小。两种指标存在联系，但是由于其性质、确定性等存在不同，不能互相替换。重要性权重是指标自然具有的一种属性，不会随其观察值的改变而改变，适用于所有的样本。而分类权重是在特定样本观察值的基础上，根据相关的分类标准计算得到的，不能由专家确定的重要性权重来替代，会造成信息的重复利用[6]。

5  结语

该文重点介绍了燃气管道耐久性评估指标体系建立的原则以及管道耐久性分析的层次结构，并将燃气管道耐久性评估系统分为管道本体、防腐层和土壤腐蚀性3个层次。给出了指标关于自身的“分类权重”以及指标“重要性权重”的确定方法。

参考文献

[1] 武珊珊.基于修正突变级数法的天然气管道环境风险评价研究[D].合肥工业大学，2017.

[2] 黄荣辉，李勋，伍国兴.燃气管道腐蚀状态模糊综合评估方法[J].设备管理与维修，2017（8）：127-128.

[3] 唐望星.城市地下管线信息系统数据库和功能设计研究[J].科技创新导报，2019（9）：46-47.

[4] 陈小泉，黄柳君，邓增利，等.油气田设备实时数据采集与点位信息管理设计[J].科技创新导报，2019（12）：78-79.

[5] 刘文倩.浅谈地下管线安全隐患评估及信息系统[J].测绘通报，2016（7）：44-46.

[6] 吕金彪.燃气管网三维信息化体系构建及其安全性的研究[D].北方工业大学，2017.