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作
者：
杨林，高文学，李颜强，严荣松，苗庆伟，王艳，户英杰，杨明畅，张文
第一作者单位：
中国市政工程华北设计研究总院有限公司
摘自《煤气与热力》2022年11月刊
杨林，高文学，李颜强，等
.
基于
AHP-DEMATEL
法综合管廊天然气管道风险评估
［J］.
煤气与热力，
2022，42（11）
：B01-B08.
综合管廊是城市道路下集约化的隧道空间，将电力、通信、供水排水、热力、燃气等多种市政管线集中在一起，实行“统一规划、统一建设、统一管理”，并设有专门的检修、吊装、通风、照明、排水、监测等相关配套系统的城市综合管线工程
［
1
］
。随着我国迈入大规模建设城市地下综合管廊的新时代，全国已有一些城市建成相当规模的地下综合管廊，尽管已经在制度、法规、技术、经济等方面给出了综合管廊建设的参考建议，但就天然气管道安全风险评估问题，都以概念性、原则性、引导性为主，未细化至具体的操作层面。
天然气管道
受自身属性、介质特性和管理调度影响，运行过程存在泄漏风险，威胁附近城市生命线管道和综合管廊的正常运行，属于高危管道。
天然气管道
一旦失效，不仅影响天然气供应、危及人员安全，还有可能造成其他管线的破坏，甚至引发管廊本体坍塌，带来不可估量的损失。科学准确地进行风险评估是城市地下综合管廊天然气管道建设和运行过程中必须面对和亟待解决的紧迫问题。
城市地下综合管廊
天然气管道
风险评估指标（简称风险评估指标）是定量研究廊内天然气管道风险等级的基础。目前在管道风险评估常用方法中，
KENT
评分法是最为完整和系统的一种方法，其通过相关管线事故历史统计数据，将管道事故的原因归纳为第三方破坏、腐蚀、设计、误操作，由此计算管道风险值
［
2
］
，此方法容易掌握、便于推广，后续相关学者建立的风险评估指标体系大部分是在
KENT
评估指标的基础上进行改进和优化
［
3-5
］
。但此方法基于管线事故历史统计数据，而综合管廊天然气管道运行时间较短，管道事故案例较少，同时廊内天然气管道与埋地管道和室外架空管道运行环境不同，不能完全借用现有燃气管道事故分析总结的影响因素与失效概率。因此本文基于城市地下综合管廊整体系统，对影响城市地下综合管廊天然气管道正常运行的危险、有害因素进行科学性、系统性、全面性地识别，确定风险评估影响因素。
经过咨询行业专家，结合综合管廊天然气管道特点，将影响城市地下综合管廊天然气管道安全运行的因素归结为综合管廊、周边环境、天然气管线系统、其他因素类，构建城市地下综合管廊天然气管道安全运行风险评估指标体系，见图
1
。
图
1
综合管廊天然气管道安全运行风险评估指标体系
目前，常用的指标权重确定方法有主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法是指一定程度上依靠专家或评估者的知识和经验来确定指标权重，包括德尔菲法、层次分析法、环比评分法等。客观赋权法主要是利用样本数据自身的特征信息确定各指标权重，包括主成分分析法、灰色关联度法、熵值法等。层次分析法（
AHP
法）采用定性分析和定量分析相结合，构建评价指标间重要性两两比较矩阵，是一种科学有效的权重确定方法，但此方法未考虑各因素之间的影响关系
［
6
］
。本文引入决策试验法（
DEMATEL
法），该方法运用图论和矩阵进行系统要素分析，揭示要素间的复杂关系，构建基于
AHP-DEMATEL
法的管道风险评估模型。
AHP
法将要解决的问题系统地、有层次地分解成多个指标，并建立层次结构，进行有效定性和定量分析，具体计算步骤如下。
将指标重要程度划分为
9
个等级，并进行两两比较，其中
1
、
3
、
5
、
7
、
9
级分别表示两个指标同等重要、略微重要、相当重要、明显重要、绝对重要，
2
、
4
、
6
、
8
级介于两个重要程度之间；相对不重要则采用倒数取值的方式，如
1/3
、
1/5
、
1/7
、
1/9
等
［
7
］
。可以采用专家问卷调查等方式，构建管道安全运行风险评估的判断矩阵
A
。如：判断矩阵
A
的第
i
行第
j
列元素为
9
，表示第
i
个风险评估指标比第
j
个风险评估指标绝对重要。
第
i
个初始权重的内涵：对于准则层对目标层
A
的判断矩阵，第
i
个初始权重就是第
i
个准则层初始权重，
i
的变化范围为
1~4
；对于每个指标层对准则层的判断矩阵，第
i
个初始权重就是第
i
个指标层初始权重，
i
的变化范围随风险评估指标数量而定。
第
i
个风险评估指标初始权重等于该风险评估指标所在的准则层的准则层初始权重与相应的指标层初始权重的乘积，
i
的变化范围为
1~14
。
决策试验法（
DEMATEL
法）是通过指标之间的逻辑关系与直接影响矩阵，计算各指标对其他指标的影响程度以及被影响程度，具体计算步骤如下。
将指标之间的关系分为
5
个等级，其中
0
、
1
、
2
、
3
、
4
级分别代表没有影响关系、影响弱、影响比较弱、影响较强、影响很强
［
6
］
，同样可以利用专家打分法确定风险评估指标直接影响矩阵
B
。
3.3 AHP- DEMATEL
法确定指标综合权重
借鉴相关文献中的管道风险等级划分原则
［
8
］
，将综合管廊天然气管道风险等级划分为低风险、中等风险、中高风险、高风险。为将定性指标评价转换为定量评价，确定天然气管道风险评估模型评语集，综合管廊天然气管道风险等级划分标准见表
1
。
图
2
基于
AHP-DEMATEL
法进行综合管廊天然气管道风险评估流程
基于本文提出的风险评估指标及方法，对某城市地下综合管廊天然气管道进行风险评估，为日常的安全管理提供参考。
基于城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标，采用专家问卷调查的方法构建准则层
B
对目标层
A
和指标层
C
对准则层
B
的判断矩阵，见表
2~6
。采用式（
1
）
~
（
7
）计算风险评估指标初始权重并进行一致性检验，计算结果见表
7
。
表
7
城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标初始权重
表
2~6
判断矩阵的最大特征值λ
max
分别为
4.116 9
、
3.038 5
、
4.077 4
、
3.038 5
、
4.116 9
，一致性比例
C
R
均小于
0.1
，满足一致性检验。
基于风险评估指标，采用
DEMATEL
法，结合采用专家问卷调查构建风险评估指标直接影响矩阵，见表
8
。根据式（
8
）
~
（
15
），得到影响度、被影响度、中心度和原因度等，最终确定风险评估指标影响权重，计算结果见表
9
。
表
9
城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标影响权重
将初始权重和影响权重按式（
16
）进行计算，得到风险评估指标综合权重，计算结果见表
10
。
表
10
城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标综合权重
基于上述研究，得出风险评估指标初始权重、影响权重和综合权重，将其由大到小排序，见表
11
。
通过分析表
11
可知，分别按照初始权重、影响权重和综合权重进行排序，风险评估指标顺序有一定的变动。
综合权重与初始权重相比，风险评估指标权重排序前
5
位没有变动，主要变动情况如下：管廊附属设施
C13
从第
9
位提升到第
7
位，单位及人员资质
C42
从第
10
位提升到第
9
位，建设过程的程序合规性
C41
从第
13
位提升到第
10
位，周边地下空间情况
C24
从第
14
位提升到第
12
位。
安全应急措施及装备
C44
体现预防和处置事故的能力，对提高管道运行安全、降低风险的作用应大于天然气管道附件
C32
；管廊附属设施
C13
中包含综合管廊的消防系统、通风系统、供电系统、照明系统等，其对保障廊内天然气管道正常运行的作用应大于运维管理制度
C43
、地质条件
C21
等。通过分析可知，按照综合权重的指标排序与现实情况比较接近。
根据上述城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标和风险等级划分标准，基于综合管廊天然气管道实际情况，确定风险评估指标风险等级隶属度，见表
12
。
表
12
综合管廊天然气管道风险评估指标风险等级隶属度
基于上述计算得出的风险评估指标综合权重矩阵，结合天然气管道风险评估指标风险等级隶属度矩阵，计算得到管道风险等级隶属度矩阵
V
，
V=
（
0.872 2
，
0.126 9
，
0.000 9
，
0.000 0
）。可以看出，基于
AHP-DEMATEL
法得到的综合管廊天然气管道风险评估结果低风险等级的隶属度为
0.872 2
，根据最大隶属度原则，此综合管廊天然气管道的风险等级为低风险。
①针对综合管廊内天然气管道特点，构建了以综合管廊、周边环境、天然气管线系统、其他因素为准则层的城市地下综合管廊天然气管道风险评估指标体系。
②采用层次分析
-
决策试验（
AHP-DEMATEL
）法建立综合管廊天然气管道风险评估模型，综合考虑上下层级与同层级风险评估指标之间的影响关系，有效提升指标权重赋值的科学性和客观性。
③提出的风险评估模型可以对综合管廊天然气管道风险进行定量计算，案例分析证明该方法能够有效评估综合管廊天然气管道风险。
［
1
］雷升祥
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综合管廊与管道盾构［
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北京：
中国铁道出版社，
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2-3.
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北京：
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基于
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城市轨道交通运营安全风险评价研究［
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技术与市场，
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10
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灰色理论和
DEMATEL
在城市燃气管道风险评价中的运用［
EB/OL
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［
2022-08-23
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. https
：
//kns.cnki.net/kns8/defaultresult/index.
1、
管廊天然气爆炸火焰传播特性的试验研究
2、
燃气爆炸荷载作用下综合管廊破坏历程研究
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