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地下燃氣管道第三方影響事故樹模型

文檔作者：孫安娜安躍紅段常貴周衛文檔來源： 1．哈爾濱工業大學 2．深圳燃氣集團有限公司		點擊數：	更新時間： 2021年09月17日
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第25卷第1期
2005年1月
煤氣與熱力
GAS＆ HEAT
VoI．25 No．1
Jan．2o05
地下燃氣管道第三方影響事故樹模型
孫安娜 ， 安躍紅 ， 段常貴 ， 周 衛
(1．哈爾濱工業大學，黑龍江哈爾濱150090；2．深圳燃氣集團有限公司，廣東深圳518002)
摘要： 分析了城鎮地下燃氣管道遭受第．z．A-影響所致事故，建立了相應事故樹模型。應
用概率計算的方法，從不同角度比較了各個基本事件的重要程度，確定事故管理的主要對象，并提
出減少事故的措施。
關鍵詞： 地下燃氣管道； 第三方影響； 事故樹； 概率
中圖分類號：TU996 文獻標識碼：A 文章編號：1000—4416(2005)01-0001-05
Fault Tree Model of Third Party Efect on Underground Gas Pipeline
SUN An—na ， AN Yue—hong2
， DUAN Chang—gui ， ZHOU Wei
(1．Haerbin Institute of Technology，Haerbin 150090，China；2．Shenzhen Gas Corporation
Ltd．，Shenzhen 518002，China)
Abstract： Fauhs caused by third party efect on city underground gas pipeline are analyzed，and
the relevant fault tree model is established．Applying the probability calculation method，the importance
of various basic events is compared from different angles，the principal objects of fault control are determined，
and measures decreasing faults are put forward．
Key words： underground gas pipeline； third party effect； fault tree； probability
2O世紀9O年代以來，隨著我國城市建設的高
速發展，城市供水、供電、道路、園林綠化等市政建設
以及建筑項目急劇增加，對地下燃氣管道造成破壞
的可能性大大增加。地下燃氣管道受第三方影響極
易發生燃氣泄漏事故。據不完全統計，1995年到
2002年，地下管道受第三方影響所致的事故約占地
下管道事故的51．5％ ，而2003年以后增長到了
62．8％ 。可見隨著城市建設的發展，城市地下燃氣
管道受第三方影響的事故呈上升趨勢，成為地下燃
氣管道事故的主體，這給城市地下燃氣管道的安全
運行帶來了極大的隱患。
因此，研究地下燃氣管道受第三方影響所致事
故模型，從預防的角度采取措施減少事故發生途徑，
從補救的角度在事故發生后采取有效應急措施，避
免事故擴大都是十分必要的 0 J。本文采用安全系
統工程的事故樹分析法，針對第三方影響事故模型
進行分析，從根本上和整體上研究地下燃氣管道受
第三方影響的問題，提出針對性的解決方法。
1 第三方影響因素分析
地下燃氣管道受第三方影響所致事故表現形式
各異，其原因可分為自然因素和非自然因素。自然
因素指管道因所處環境的自然因素間接引起的對管
道的破壞，主要形式有自然災害、地質自然沉降以及
綠化植物對管道造成外力影響，引發管道的應力破
壞；非自然因素分為城市施工所造成的管道硬性破
壞和違章建筑、重型車輛等造成的管道負載過重破
壞。
1．1 自然因素的影響
① 自然災害，包括火災、水災、地震、暴雨等災
害以及引起的地殼劇烈運動對管道產生一定的應力
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第1期 煤氣與熱力 第25卷
變化；
② 地質自然沉降造成的地基下沉，造成管道
受壓斷裂；
③ 綠化植物的自然生長，其根系、總重增加對
管道造成外力影響，引發管道應力變化。
1．2 非自然因素的影響
1．2．1 城市施工活動的影響
① 施工單位知道有地下燃氣設施，施工時應
先根據相關資料確認地下管道的位置，或者根據管
道標志樁采取人工挖掘等措施，以避免事故發生。
但一些施工單位無視燃氣標志樁、警示帶，甚至對燃
氣管理單位巡查人員的警告置之不理，仍使用大型
挖掘機械進行施工，對管道造成破壞。
② 施工單位未意識到需確定現有地下管道位
置，在管道附近進行施工，意外損壞管道。明確管道
位置是限制施工意外破壞發生的條件，但常常由于
施工單位未意識到有地下燃氣管道，施工前未對地
下燃氣管道進行確認，未與燃氣公司協調，而造成此
類破壞。
③ 燃氣管道管理單位由于管理上的原因，無
管道布置資料、管道位置資料不準確或者現場燃氣
管道標志樁位置錯誤，無法確認地下燃氣管道的位
置。
④ 由道路、地鐵施工進行地質爆破的震蕩波
所造成的管道破壞。
⑤ 在采取了人工挖掘等措施的正常施工中操
作失誤，對燃氣管道造成破壞。
⑥ 施工單位在管道附近進行施工(管道沒有
裸露)，造成地質沉降、管道應力改變，引發管道失
效。
1．2．2 臨時建筑、材料堆放及重型車輛的影響
《城鎮燃氣設計規范》(GB 50028—93)規定地
下燃氣管道埋設的最小覆土厚度(路面至管頂)
為 ：埋設在車行道下時不小于0．9 m，在非車行道
(含人行道)下時不小于0．6 m，在庭院(指綠化地及
載貨汽車不能進入之地)內時不得小于0．3 m，在水
田下時不小于0．8 m。由于燃氣管道上方環境的變
化，使得管道承載上方臨時建筑、重型車輛等的過多
重量，造成管道負載過重破壞，具體表現在如下幾方
面。
① 設計、施工埋深不夠，管道在竣工時就埋深
不足。
② 管道上方有后建建筑存在，這些后建建筑
多為非正式建筑，拆除執行困難，對管道形成額外的
應力作用。
③ 管道上方堆放有大量施工器材，對管道造
成重壓。
④ 道路通行情況改變，使得管道原處于非主
要干道或綠化帶下方，現處于主要干道或重型車輛
通行干道下。
2 事故樹模型的建立
在對管道受第三方影響進行全面分析后，根據
系統分析理論，用安全系統分析中的事故樹分析
法 j，將系統失效事件——第三方影響所致事故作
為頂上事件，按照演繹法，從頂上事件開始，運用邏
輯推理，分析造成起因的中間事件及基本事件間的
關系及發生概率，進而計算地下燃氣管道系統受第
三方影響的事故概率，并據此采取相應的措施，以提
高地下燃氣管道系統的安全性和可靠性。該法最大
的特點是能直觀地指出消除事故的根本點，便于制
定預防措施。圖1是根據地下燃氣管道受第三方影
響所致事故的因素分析而得出的事故樹。
3 事故樹模型的計算分析
3．1 基本事件概率的確定
從所建立的事故樹可以看出，許多基本事件與
施工活動、環境改變等人為因素有關。在基本事件
的概率數據處理上，不采用模糊評價方法中常采用
的專家調查法，以避免受到專家水平一致程度的影
響和對專家權重評判的處理，減少人為主觀評判增
加的誤差。本模型采取一種概率統計的方法，依據
部分基本事件歷史記錄對基本事件 。、 !、 、 、 、
、 。 (事件編號見表1、表2)進行概率統
計，再以基本事件 (強行挖掘、打樁)作為參照事
件，折算出其余8個基本事件( l、 、 5、X 、 8、 l2、
。 、 。 )與參照事件 的比例因子 一，即
· 2·
式中 —— 其他基本事件對參照事件 的比例因子
qi——基本事件 的發生概率，次／(km·a)，i
= 1，2，? ，l7
g ——參照事件 的發生概率，次／(km·a)
然后，再用層次分析法 ，對全體基本事件之
間進行相互評判，評估出其余事件的比例因子(見
表1)，由已知基本事件的統計概率推出缺失歷史記
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錄事件的發生概率。其中，由于事件 (地質爆破、
無管道資料)、 (正常施工挖掘、打樁)的概率(也
即施工頻率)要由建設部門統計，并且與其他基本
事件概率相差較大，會增加比較難度，所以沒有列入
表1中。將以上得到的比例因子k 代入公式(1)
得出其他基本事件的發生概率，見表2。
互粗差i 警
i一自 然因素j i 焦單王 j u 止冪‘
?
? 。 ? 。
。萃：
l 蕓 若苗 『。： ：旆q-lg-琳脯懷： ． 1 ．：建鉆上 ： l ：Wr刑車棲
害II降滑坡ll對管道應力I 午 中 生． 施位堆工單放 l
器材
豳凼鹵 受室!豳
圖1 地下燃氣管道第三方影響事故樹
Fig．1 Fault tree of third party efect 011 underground gas pipeline
表1 層次分析比例因子
Tab．1 Proportional f~tom for step analysis
基本事件 符號 J X3 X4 X5 X6 X9 JO 】1 X]2 XI3 XI4 XI5 XI6 XI7
施工操作失誤 l 1．000 0．60HD
強行挖掘、打樁 1．0HD0
地質爆破(有管道資料) X3 0．0l6 0．0l0 l_00H0
施工造成地質沉降 X4 0．160 0．10HD l0．0o0 1．000
未與燃氣公司協調 X5 0．480 0．3o0 30．000 3．000 1．O00
燃氣公司無管道布置
資料、標志不清 X6 0．330 0．20HD 20．O00 2．000 0．660 1．000
設計、施工缺陷 9 O．160 0．10H0 l0．0o0 1．000 0．330 0．5o0 l_000
巡線人員未及時發現 XIO 0．1()0 0．060 6．000 0．60HD 0．20HD 0．030 0．60HD l_000
拆除執行困難 l】 0．050 0．030 3．O00 0．300 0．10HD 0．150 0．30HD 0．50HD l_000
施工單位堆放器材 X12 0．083 0．050 5．O00 0．50HD 0．160 0．250 0．50HD 0．830 1．660 l_000
重型車輛違章通行 l3 0．100 0．060 6．0o0 0．60HD 0．20HD 0．030 0．60HD 1．000 2．000 1．20HD 1．000
交通道路變更 XI4 0．083 0．050 5．000 0．50HD 0．160 0．250 0．50HD 0．830 l_660 1．000 0．830 1．000
自然災害
(火災、水災、地震) l5 0．0l6 0．0l0 1．O00 0．10HD 0．033 0．050 0．10HD 0．160 0．330 0．160 0．160 0．20HD 1．000
地質自然沉降、滑坡 16 0．050 0．030 3．O0H0 0．30HD 0．10HD 0．150 0．30HD 0．500 1．000 0．500 0．50HD 0．60HD 3．000 1．000
綠化植物對管道的應力 l7 0．0l6 0．0l0 1．O00 1．000 0．033 0．050 0．10HD 0．160 0．330 0．200 0．160 O．20HD 1．000 0．330 1．000
根據以上基本事件概率，計算頂上事件(第三
方影響所致事故)概率g：
g=1一(1一q。)(1一q2)?(1一q )(1—99)(1一
q1o)?(1-q。 )一(1-q。)(1一q2)?(1-q4)·
· 3 ·
l7
(1一q )(1一qs)?(1一 +衛(1一q )
= 0．263 25 7欠／(km·a)
以上的基本事件概率是依據某城市近年的實際
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第1期 煤氣與熱力 第25卷
事故數據得出的，所以依此得出的頂上事件的概率 發生較為頻繁，需要進一步分析，對主要影響因素采
也僅代表這一類城市的水平。可以看出，頂上事件 取控制措施，減少事故的發生概率。
表2 基本事件概率計算
Tab．2 Probability caleulaton for basic ev眥
基本事件 符號 比例因子 基本事件發生概率 概率重要度 I
g( ) 臨界重要度，。(i)
qi／(次·km～ ·a )
施工操作失誤 1 0．60o 0．0o6 0 0．980 53 0．232 08
強行挖掘、打樁 X2 1．0o0 0．010 0 0．984 49 0．233 02
地質爆破(有管道資料) X3 0．010 0．0o0 1 0．974 74 0．003 84
施工造成地質沉降 X4 0．1o0 0．o01 0 0．975 62 0．038 48
未與燃氣公司協調 X5 0．3o0 0．o03 0 0．879 62 0．104 10
燃氣公司無管道布置資料、標志不清 6 0．2o0 0．o02 0 0．878 74 0．O69 33
地質爆破(無管道資料) X7 0．o02 5 0．0o0 48 0．0o0 05
正常施工挖掘、打樁 8． 0．9o0 0 0．OO4 87 0．173 15
設計、施工缺陷 X9 0．10o 0．0o1 0 0．975 62 0．038 48
巡線人員未及時發現 XlO 0．060 0．0o0 6 0．975 23 0．023 08
拆除執行困難 X11 0．030 0．0o0 3 0．974 94 0．0ll 54
施工單位堆放器材 l2 0．050 0．0o0 5 0．975 13 0．019 23
重型車輛違章通行 XI3 0．O60 0．0o0 6 0．975 23 0．023 08
交通道路變更 XI4 0．050 0．0o0 5 0．975 13 0．019 23
自然災害(火災、水災、地震) XI5 0．010 0．0o0 1 0．974 74 0．o03 84
地質自然沉降、滑坡 Xl6 0．030 0．0o0 3 0．974 94 0．011 54
綠化植物對管道的應力 l7 0．010 0．0o0 1 0．974 74 0．o03 84
3．2 基本事件重要度的計算
從事故樹可以看出系統或門較多，應用布爾代
數計算最小徑集 J。
T=M l·M2·M3=
4·M5· ·M6。一XI2·M7·一XI5‘一XI6·一XI7=
· · · · ( +塢)· · ? 一X—I7=
· · · · ( · + · )· ? ··一XI7：
· ? · · · X一9 ‘ 一X IO ? · · 一XI7 + ‘ 。
3 ‘ 4 。 7 。 8 ? ‘ ‘ l7
式中 卜頂上事件
— — 依次代表由上至下、由左至右和邏輯門
連接的過程事件， =1，2，? ，9
+——邏輯與
· — — 邏輯或
一(上劃線)——布爾代數中的邏輯非
經推導，得出2個最小徑集：
Jl={ l，X2, 3． 4 ， 5． 6 ， 9 ， l0 ， ll， l2 ， l3 ， l4 ，
l5 ， l6 ， l7}
．，2={ l，X2, 3． 4，X7, 8， 9， l0， ll， l2， l3， l4，
l5 ， l6 ， l7}
3．2．1 結構重要度， (i)
結構重要度， (i)指不考慮基本事件自身的發生
概率，或者說假定各基本事件的發生概率相等，僅從
結構上分析各個基本事件對頂上事件發生所產生的
影響程度。
1
( )= 善， ( = ，2，?， 7；r= ，2)(2)
式中／2i——所在徑集內基本事件的個數
∈G ——第i個基本事件屬于第r個最小徑
集
將數據代入式(2)，得
， (1)=， (2)=， (3)=， (4)=， (9)=
， (10)=， (11)=， (12)=， (13)=， (14)=
1 1
， (15)=， (16)=， (17)=南+南=
1．22 X10一
1
， (5)=， (6)=， (7)=， (8)= 二T=
0．61 X10一
由于整個事故樹的結構或門很多，多數基本事件
沒有控制措施，所以系統的危險性很大，系統的安全
管理變得困難。 (未與燃氣公司協調)、 (燃氣公
司無管道布置資料、標志不清)、 (地質爆破、無管道
資料)、 。(正常施工挖掘、打樁)4個基本事件，因為
· 4 ·
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第1期 孫安娜，等：地下燃氣管道第三方影響事故樹模型 第25卷
相互限制作用，使其在地下燃氣管道系統安全結構上
的重要度相對低一些，其余13個基本事件的重要程
度相同。只有從管理結構上加以控制，才能改變事故
樹的結構，降低基本事件的結構重要度，具體需要優
先控制的事件由以下的分析得出。
3．2．2 概率重要度， (i)
概率重要度 ( )反映基本事件發生概率變化引
起頂上事件發生概率的變化程度，可以看出減少哪一
個基本事件的概率可以有效地降低頂上事件的發生
概率g。
3
， (i)= (3)
oqi
計算結果見表2，由表2可得
lg(2)>，g(1)>，g(4)=，g(9)>，g(10)=
，g(13)>，g(12)=，g(14)>，g(11)=，g(16)>
，g(15)=，g(17)=，g(3)>，g(5)>，g(6)>
(8)>， (7)
可以看出，減少事件 ：、 、 、X9發生概率能夠使
頂上事件的發生概率g下降得最快；其余事件的概
率重要度相當，事件 、 、 、 。概率變化對頂上事
件的影響最小。
3．2．3 臨界重要度lc(i)
臨界重要度lc(i)是在概率重要度的基礎上，從
對系統結構概率變化敏感度和減少事件概率難易的
雙重角度，衡量各基本事件的重要度標準，找出容易
實現并且有效的控制對象。
lc(i)= (i) (4)
5
計算結果見表2，由表2可得
，c(2)>lc(1)>Ic(8)>Ic(5)>lc(6)>
，c(4)=lc(9)>lc(10)=lc(13)>lc(12)=
，G(14)>lc(11)=lc(16)>lc(3)=lc(15)=
lc(17)>lc(7)
可以看出，從對系統結構概率變化敏感度和減少
事件概率難易的雙重角度衡量各基本事件，應該依次
控制事件 、 、 。、X5發生概率，能夠有效使頂上事件
的發生概率g下降并得以實現。所以應將基本事件
：、 、 。、X5作為主要的控制管理對象，以減少燃氣管
道第三方影響所致事故的發生概率。
4 結論
綜合以上事故樹模型的重要度分析，可以看出基
本事件 ：(強行挖掘、打樁)、事件 (施工操作失
誤)、事件 。(正常施工挖掘、打樁)、事件 (未與燃
氣公司協調)對于頂上事件(第三方影響所致事故)
發生概率影響最大，應作為主要控制管理對象；其次
還可考慮事件 (施工造成地質沉降)，事件 。(設
計、施工缺陷)作為次要控制對象。針對上述控制對
象，建議采取如下管理控制措施。
① 政府有關機構應制定管理法規，要求施工單
位在管道附近施工時，必須采用人工挖掘，加強施工
單位安全意識，降低強行挖掘、打樁施工(事件 ：)的
發生概率，同時加強燃氣管道管理單位對施工頻繁區
域的巡查，起到對施工單位的監督作用。
② 燃氣管道管理單位應增加燃氣凝液缸等易
損設施的標志，完善燃氣設施布置資料，降低施工操
作失誤(事件 )的發生概率。
③ 提高市政規劃質量與效率，市政管道應統一
規劃、同步鋪設，減少在管道附近挖掘、打樁(事件
)的次數。
④ 政府有關機構還應出臺相關的管理制度，確
保施工單位施工前與燃氣管道管理單位協調，明確管
道位置，減少因未與燃氣公司協調(事件 )而引發
的管道位置不確定所造成的施工破壞管道的概率。
⑤ 在施工單位減少施工對管道的直接損壞的
同時，還應注意對附近一定范圍內的管道采取地質保
護措施，減少由施工造成的地質沉降(事件 )對管
道的破壞。
⑥ 加強燃氣管道設計審核與施工監理，減少
設計施工缺陷(事件 。)的發生。
· 5 ·
參考文獻：
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1999．
[5] 汪應洛．系統工程理論、方法與應用(第二版)[M]．
北京：高等教育出版社，1998．
作者簡介：孫安娜(1980一 ) ，女， 浙江桐鄉人，
碩士生， 從事燃氣安全的研究工作。
E —mail：anna4792@ 163．eom
收稿日期：2004—08一l9

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