成品油站场特级动火安全模糊综合评价研究

王璐林，陈启明，眭鑫

国家管网集团西南管道有限公司昆明输油气分公司（云南 昆明650500）

0 引言

我国进行油气等能源的输送主要使用高压长输管道。随着长输管道建设的高速发展，管道站场的一些原有的结构设施存在不合理之处，已不再满足生产的需求，因此需要对其进行改造或扩建，甚至会涉及埋地管道的动火作业。在施工改造过程中，会涉及地下错综复杂的管线和电缆，或与其他作业交叉重叠，部分站场采取边输送边施工模式，这些都是施工中存在的不安全因素。因此，对于成品油站场特级动火施工改造项目，做好安全风险评价和管理工作必不可少。

传统的定性安全评价方法虽简便，但主观性较强，评价结果因人而异，不同评估者的岗位不同、理论水平不同、实践经验存在差异等都可能导致评价结果不同，无法统一评价标准。安全定量评价的结果直观、简洁，实现以统一的标准制度来管理安全，因此引入模糊数学综合评价法来量化安全评价的关联因子。

模糊综合评价法是19世纪60年代由美国数学家查德提出的，该方法之后在各领域各行业广泛使用。该方法主要优点是计算覆盖面广、计算结果针对性强，适用于处理各种定性模糊问题。目前，国内学者将模糊综合评价法在各行各业的运用较为成熟，宋艳红[1]运用建筑施工项目模糊综合安全评价方法定量评价了施工建设项目的安全性，并给该施工项目进行评级，提出了优化改进建议。邓克飞[2]在采空区管道风险评估过程中，为有效降低评估指标模糊性、不确定性对评价结果准确度的影响，将模糊数学评价法与变权理论相融合，对经过采空区的管道进行安全状态评价。马玉宝[3]采用故障树法对高后果区管道遭受第三方施工破坏风险进行系统分析，利用模糊评价法进行了分析评价，得出了导致管道失效的风险因素。然而，模糊综合评价法在工程建筑行业及长输管道的线路上应用较多，但对于长输油气管道站场的施工改造相关方面应用较少。结合云南成品油管道安宁成品油首站新增柴油倒罐泵特级动火改造项目，运用模糊综合评价法对成品油站场特级动火施工改造进行安全评价。

1 工程概况

云南成品油管道安宁首站泵P0605即作为安曲线的给油泵，又作为柴油的倒罐泵，可能产生由于阀门内漏而污染安曲线航空煤油等问题。为解决这一问题，计划施工新增一台倒罐泵，涉及在站场内特级动火作业，动火分为3个作业点进行施工，总共断管15道，焊口19道。1#作业点（新增柴油倒罐泵区域）断管8道、组焊三通4个、焊口共12道。2#作业点（进站区汇管区域）断管4道、组焊封头4个、焊口4道。3#作业点（安曲线给油泵区域）断管3道、组焊封头2个、组焊管段1处、焊口3道。施工工序：排油→氮气置换→动火→检测→流程恢复，施工平面布置如图1所示。

图1 新增柴油倒罐泵动火点现场图

2 建立因素集及权重集

2.1 模糊评价的基本原理及计算思路

模糊评价是一种运用模糊数学的方法对多个影响因素按照统一的评判标准给受影响事物的综合评定，是一种能够把定性评价转换为定量评价的综合评价方法，该方法主要原理基于隶属度理论。其主要计算思路：

1）确定安全评价一级指标和二级指标的影响因素集，接着采用AHP层次分析法确定各指标权重。

2）选择合适的隶属度函数建立模糊关系矩阵，代入关键点评分值，计算出隶属度函数的代求参数，得出各分段的隶属度函数。

3）将各评价的评分值依次代入各模糊评价的一级指标和二级指标中，得到一级和二级指标的权重集，计算安全模糊评价综合向量，根据计算结果，确定成品油站场施工现场安全等级。

2.2 因素集建立

基于事故致因理论和特级动火危险源分析，建立成品油站场特级动火施工安全评价指标体系，将人的因素A1、设备因素B1、管理因素C1、环境因素D1作为成品油场站特级动火施工安全评价体系指标中的一级指标；根据现场实际情况，选取了16个二级指标作为4个一级指标的下行指标，安全评价指标体系如图2所示。

图2 成品油站场特级动火施工安全评价指标体系

2.3 计算安全评价指标权重

采用AHP层次分析法将安全评价指标进行分解，并确定各指标的权重。按照经验，将评价集合设定为V={优良，合格，不合格}共3个等级的评语集，邀请8位资深员工对特级动火现场安全评价指标进行评分，将评分代入隶属度函数，得到各一级指标的模糊评价矩阵，将该矩阵代入数学计算软件MATLAB中进行运算，对计算结果的一致性进行验证。一致性是对计分合理性、准确性的一个评价指标，计分差异明显，则认定排序结果无效，应当合理修正判断矩阵，直到一致性达标即可。表1为8位员工的评分均值计算出各一级指标和二级指标的权重和综合权重。

表1 特级动火现场安全评价指标权重

3 施工现场安全评价模型构建

3.1 影响因素集

成品油站场特级动火现场安全评价一级指标影响因素集为：

成品油站场特级动火现场安全评价二级指标影响因素集为：

3.2 安全评价隶属度函数及模糊评价矩阵

对成品油站场特级动火的安全现状运用百分制进行评分，假设各指标的评分值为λ。将成品油站场特级动火安全评价级别划分为优秀、达标和不达标，则成品油站场特级动火安全评价集为

V={ƞ1，ƞ2，ƞ3}={优秀，达标，不达标}

选择升半柯西分布[1]的函数iƞ1(λ)作为安全等级为“优秀”的隶属度函数。设现场评分值λ∈[0,75]，iƞ1(75)=0；当现场评分值λ=100，iƞ1(100)=1，将λ∈(85,100]的曲线部分修正为斜率为常数的线段，通过计算确定参数得到iƞ1(λ)如下：

其中b为待定系数，为保证该分段函数iƞ1(λ)的连续性，应有：解得b=17.65，于是得到每个评价因素对于iƞ1(λ)的隶属度函数为：

选择对称柯西分布[1]的函数iƞ2(λ)作为安全等级为“达标”的隶属度函数。设安全评分值λ=75，iƞ2(75)=0.5，通过计算确定参数得到iƞ2(λ)如下：

评分越高，对应代表“危险”等级的iƞ3（λ）的隶属度越小，因此，选择降半柯西分布[1]的函数iƞ3（λ）作为安全等级为“不达标”的隶属度函数。设安全评分值，λ∈[0,60]，iƞ3(60)=1，当λ=100，iƞ3(100)=0，将λ∈(85,100]的曲线部分修正为斜率为常数的线段，通过计算确定参数得到iƞ3（λ）如下：

其中e为待定系数，为保证该分段函数iƞ3（λ）的连续性，应有：

解得e=0.009，于是得到每个评价因素对于iƞ3(λ)的隶属度函数为：

将“优秀”“达标”“不达标”对应的隶属度分段函数iƞ1（λ）、iƞ2（λ）、iƞ3（λ）以曲线图的形式表示（图3），分析各安全评价等级下隶属度随评分变化的规律。

图3 隶属度函数折线图

将各评价指标所得评分代入隶属度函数iƞ1（λ）、iƞ2（λ）、iƞ3（λ），得出4个一级指标的模糊关系矩阵R1,R2,R3,R4:

3.3 权重集的计算

由2.3和3.1小节权重计算得到各级指标权重向量如下：

3.4 计算模糊评价向量

A1、B1、C1、D1的模糊评价向量见式（10）：

成品油站场施工现场安全模糊评价综合向量：

根据模糊数学隶属度原理，确定成品油站场特级动火施工现场安全等级。

3.5 计算结果

邀请了7位参与该项目的相关人员根据选取的指标对成品油站场特级动火现场的安全状况进行打分，取分数的平均值，得到现场安全评分的结果，见表2。

表2 施工现场安全评价指标权重

将表2中各指标评分分别代入式（3）、（4）、（7）、（8），得到4个一级指标A1、B1、C1、D1的模糊关系矩阵R1,R2,R3,R4：

将R1,R2,R3,R4代入式（10），得到：

将C1、C2、C3、C4代入式（11）得到成品油站场施工现场安全评价综合向量C*：

计算结果显示，本次特级动火施工现场安全评价等级属于“优秀”。其中，人的因素A1、设备因素B1、管理因素C1、环境因素D1，4个一级指标的安全评价等级也均达到“优秀”。但是，在一级指标环境因素中，“优秀”和“达标”的隶属度差异很小，表明该项评分较低，还存在一定的隐患风险。从二级指标的评分来看，环境因素的评分较低，对于环境风险的把控还需进一步提升。

1）在人的因素方面，现场作业人员的安全意识和专业水平评分较高，但还需要保持一个良好的身心素质状态。在面对长时间工作和夜间工作时，需要现场人员时刻保持警惕，保持最优的工作状态，不得松懈，合理安排人员倒班作业，拒绝疲劳工作。

2）在设备方面，由于作业期间现场时有降雨，因此对于现场临时用电设备的电绝缘性要求较高，该次施工对于临时用电设备并未提供有效的遮雨措施，设备设施露天放置，加之可能存在线路老化、电绝缘层脱落等问题，施工风险较大。

3）在管理方面，承包商为节约成本，提高利润，降低再安全管理方面的投入，未按照施工方案和现场情况设置全职安全管理人员。“重利润、轻管理”，未设立安全管理专项费用，安全劳保用品、防护器具、标识标语不齐全，对现场违规操作处罚力度不够，这些都是引起隐患的因素。

4）环境因素方面，本次施工时间段内，天气较为恶劣，降雨时间占比较高，不仅增加了施工的难度，也增加了出现安全事故的几率。降雨期间可能存在临时用电设备漏电和人员触电风险。另外，作业坑缺乏支护支挡措施，长时间的雨水浸泡使土体强度大打折扣，存在坑壁土体坍塌的风险。

4 结束语

通过模糊综合评价的方法对成品油站场特级动火进行安全评价分析，主要得出如下结论：

1）结合文献资料和现场实际情况，从人、设备、管理和环境4个方面因素进行安全评价分析，并细分出16个二级指标，构建了成品油站场特级动火施工安全评价指标体系。

2）以安宁成品油首站特级动火作为实例进行计算，构建了安全评价模型和模糊关系矩阵，运用模糊评价法并结合安全评价指标体系对此次特级动火进行安全风险分析和安全评价。计算结果显示，“优秀”的隶属度达到0.724 2，可确定现场安全评价等级属于“优秀”。但在环境因素中，“优秀”和“达标”的隶属度差异很小，仅为0.034 2，表明该项评分较低，还存在一定的隐患风险。

模糊数学法对成品油站场特级动火施工进行量化安全评价，能较好地解决传统定性评价方法中的主观差异的问题，但还存在以下问题需要进一步研究和改进：

1）对数学方法和隶属度函数的选择要求较高，不同的数学函数计算得到的结果有差异。本文选择的数学函数是否与实际情况最贴切还需要讨论。

2）AHP层次分析法需要选择8位资深员工对各个因素进行评分，当因素较多时，评分工作量较大，宜引起评分人员的判定错乱。