端木維可，李潤婉，朱麗榕，馬文輝，侯龍飛，2*

（1.合肥澤眾城市智能科技有限公司，安徽 合肥 230601；2.清華大學(xué)合肥公共安全研究院，安徽 合肥 230601）

隨著城市現(xiàn)代化進(jìn)程的不斷加快，地下各種管網(wǎng)密布。因地下空間所限，作為城市市政管網(wǎng)工程中重要組成部分的燃?xì)夤艿篮团潘艿?，存在普遍的交叉和并行敷設(shè)間距過小的情況[1]。由于燃?xì)獾囊兹家妆匦?，燃?xì)夤芫€一旦發(fā)生泄漏，極易擴(kuò)散至排水管線蔓延聚集燃爆[2]。此類事故在我國已發(fā)生多起，例如2013年10月-12月，溫州燃?xì)夤艿腊l(fā)生泄漏，泄漏氣體擴(kuò)散至2 m外排水管道聚集，沿排水管線擴(kuò)散五六百米后聚集燃爆；2014年8月1日，臺灣高雄穿越排水暗渠的丙烯管道因管道腐蝕發(fā)生泄漏，泄漏氣體在排水管線聚集燃爆，影響范圍約2~3 km2，事故導(dǎo)致340人死傷。

根據(jù)GB/T 23694—2013《風(fēng)險(xiǎn)管理 術(shù)語》[3]，風(fēng)險(xiǎn)被定義為不確定性對目標(biāo)的影響。作為有效的安全態(tài)勢評估手段，風(fēng)險(xiǎn)評估通過評估安全事件發(fā)生的可能性和后果，從而得出系統(tǒng)的安全風(fēng)險(xiǎn)大小，達(dá)到掌握系統(tǒng)安全態(tài)勢的目的。為了有效識別城市地下縱橫交錯(cuò)的燃?xì)夤艿琅c排水管網(wǎng)耦合風(fēng)險(xiǎn)，本文以燃?xì)庑孤?dǎo)致排水管線燃爆事件鏈為基礎(chǔ)，通過分析城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录鄠€(gè)環(huán)節(jié)關(guān)鍵要素，提出了一種城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估方法。相關(guān)結(jié)論有助于城市管理者對城市排水管網(wǎng)燃爆風(fēng)險(xiǎn)開展針對性的風(fēng)險(xiǎn)分析、評估、分級和管理，為控制相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)提供支撐。

1 城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录治?/h2>

通過對城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急鹿蔬M(jìn)行分析，城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录杀硎鰹槁竦厝細(xì)夤芫€因自身或者外部擾動等因素發(fā)生泄漏，泄漏氣體通過土壤擴(kuò)散。當(dāng)排水管線位于氣體擴(kuò)散范圍內(nèi)，氣體可通過排水管線連接處或破損處進(jìn)入，并在自身浮力或排水管線內(nèi)部水流作用下在排水管線蔓延，被煙頭、火花等點(diǎn)火源點(diǎn)燃發(fā)生燃爆。燃爆過程中超壓、破片、振動等作用于排水管線周邊人員、建筑、地下管線等導(dǎo)致人員傷亡、財(cái)產(chǎn)損毀。流程如圖1所示。

圖1 城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录l(fā)展過程

因此為構(gòu)建城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估方法，需考慮以下因素：

（1）燃?xì)夤芫€是否容易泄漏；（2）泄漏氣體能否擴(kuò)散到排水管線；（3）排水管線內(nèi)可燃?xì)怏w被點(diǎn)燃可能性；（4）排水管線的燃爆后果。

2 排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估框架

風(fēng)險(xiǎn)具有概率和損失的雙重性，風(fēng)險(xiǎn)R可用發(fā)生可能性P和損失程度C的函數(shù)來表示，即R=f（P，C）[4]。基于城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录l(fā)展過程分析，其發(fā)生可能性需要考慮燃?xì)夤芫€泄漏可能性Pleak，泄漏氣體聚集可能性Pgather，點(diǎn)火可能性Pfire，后果包括人員傷亡Cpeople，建筑物損毀Cbuilding，地下管線損毀Cpipe，社會影響Csocietalimpact等。

2.1 可能性評估

2.1.1 燃?xì)夤芫€泄漏可能性Pleak

埋地燃?xì)夤芫€泄漏主要因素包括腐蝕、第三方施工破壞、自然災(zāi)害影響、材料/焊接/裝備原因等方面[5]，通過標(biāo)準(zhǔn)化或打分法使各項(xiàng)泄漏可能性得分在[1，10]范圍內(nèi)。

（1）腐蝕導(dǎo)致燃?xì)夤芫€泄漏可能性Pco

腐蝕導(dǎo)致燃?xì)夤芫€泄漏可能性因素主要考慮燃?xì)夤芫€防腐情況CO1，燃?xì)夤芫€服役年限CO2，地鐵、高壓線纜距離燃?xì)夤芫€距離CO3，周邊燃?xì)夤芫€腐蝕泄漏頻次CO4，基于指標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行定量/定性評估獲取對應(yīng)分值，即Pco=f（CO1，CO2，CO3，CO4）。需要注意的是，當(dāng)燃?xì)夤芫€為PE管道時(shí)，一般不考慮腐蝕。

（2）第三方施工破壞燃?xì)夤芫€可能性分析Ptpc

第三方施工破壞燃?xì)夤芫€影響因素主要包括第三方施工點(diǎn)與燃?xì)夤芫€位置關(guān)系TPC1，第三方施工行為是否備案TPC2，燃?xì)夤芫€資料是否齊全TPC3，燃?xì)夤芫€埋深是否合理TPC4，基于指標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行定量/定性評估獲取對應(yīng)分值，即Ptpc=f（TPC1，TPC2，TPC3，TPC4）。

（3）自然災(zāi)害影響燃?xì)夤芫€泄漏可能性分析Pnd

自然災(zāi)害對燃?xì)夤芫€的破壞可被描述為穩(wěn)定程度較差/防護(hù)措置較差的地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生并對其作用范圍內(nèi)燃?xì)夤芫€造成影響[6]。自然災(zāi)害影響燃?xì)夤芫€泄漏可能性指標(biāo)主要包括燃?xì)夤芫€與自然災(zāi)害點(diǎn)影響范圍位置關(guān)系ND1，自然災(zāi)害穩(wěn)定性ND2，極端天氣情況ND3，地質(zhì)災(zāi)害治理措施ND4，基于指標(biāo)狀態(tài)進(jìn)行定量/定性評估獲取對應(yīng)分值，即Pnd=f（ND1，ND2，ND3，ND4）。

（4）材料/焊接/裝備原因?qū)е氯細(xì)夤芫€泄漏可能性Ppq

材料/焊接/裝備等方面原因?qū)е氯細(xì)夤芫€泄漏可能性主要考慮管線施工質(zhì)量，占壓、車輛碾壓等原因?qū)е氯細(xì)夤芫€失效，即考慮指標(biāo)包括管線施工質(zhì)量PQ1（根據(jù)浴盆曲線，對應(yīng)問題將在管線服役初期出現(xiàn)，因此可用服役時(shí)間代替），管線占壓情況PQ2，車輛碾壓情況PQ3?；谥笜?biāo)狀態(tài)進(jìn)行定量/定性評估獲取對應(yīng)分值，即Ppq=f（PQ1，PQ2，PQ3）。

腐蝕、第三方施工破壞、自然災(zāi)害破壞、材料/焊接/裝備問題其中一個(gè)發(fā)生即可導(dǎo)致燃?xì)夤芫€泄漏。因此燃?xì)夤芫€泄漏可能性表示為

2.1.2 燃?xì)鈹U(kuò)散聚集可能性Pgather

相關(guān)文獻(xiàn)表明，一般城市中壓燃?xì)夤芫W(wǎng)土壤擴(kuò)散距離在2.5~12.5 m范圍內(nèi)，因此可基于待評估的燃?xì)夤芫€與對應(yīng)排水管線的最短距離l來表征燃?xì)鈹U(kuò)散聚集概率，即Pgather=f（D），其取值范圍在（0，1]。

2.1.3 點(diǎn)火可能性Pfire

燃?xì)鈹U(kuò)散進(jìn)入排水管線中發(fā)生聚集，此時(shí)如果被點(diǎn)燃，就可能發(fā)生燃爆事故。點(diǎn)火概率與人員活動密集程度具有強(qiáng)相關(guān)性，一般人員活動密集區(qū)域，點(diǎn)火概率相對增大，反之則減小。因此可基于待評估管道對應(yīng)局部人口密度ρ來表征點(diǎn)火可能性Pfire=f（ρ），分值區(qū)間在[1，10]。

由于泄漏氣體擴(kuò)散至排水管線聚集燃爆為鏈?zhǔn)桨l(fā)展，因此對于排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急录l(fā)生概率P應(yīng)表示為

2.2 后果評估

2.2.1 安全埋深對排水管線燃爆影響

文獻(xiàn)[7]指出，對于一定直徑排水管線，當(dāng)其埋設(shè)較深時(shí)，即使燃爆也不會對路面上方造成影響。設(shè)置修正因子φ，當(dāng)管道埋深H小于安全埋深Hsafe，φ取1，否則φ取0.01。Hsafe與排水管線管徑（或當(dāng)量直徑）D相關(guān)，即

排水管線燃爆損傷主要包括超壓影響、振動影響、破片影響三類。其中超壓的作用對象為人員及建筑物，破片的作用對象為人員，振動的主要作用對象為地下管線。

2.2.2 排水管線燃爆人員傷亡后果Cpeople

排水管線燃爆超壓影響范圍與排水管道截面積及燃爆管線長度相關(guān)（表征燃爆TNT當(dāng)量），即導(dǎo)致人員傷亡的最小超壓對應(yīng)影響范圍可表示為Sspp=fspp（D，l）。排水管線破片影響范圍與排水管線截面積、燃爆管線長度及排水管線上方覆蓋介質(zhì)厚度D1（表征覆蓋介質(zhì)截面積）相關(guān)，即導(dǎo)致人員傷亡的破片影響范圍可表示為Sfp=ffp（D，D1，l）。

明顯的，在其他參數(shù)一致情況下，被評估排水管線越長導(dǎo)致的人員傷亡越多，為修正此影響，定義排水管線燃爆超壓影響后果如下式所示：

基于相關(guān)突發(fā)事件標(biāo)準(zhǔn)獲取單位長度待評估排水管線傷亡人數(shù)對應(yīng)分值標(biāo)準(zhǔn)，使Cpeople取值在[1，10]范圍內(nèi)。

2.2.3 排水管線燃爆建筑物損毀后果Cbuilding

同樣的，導(dǎo)致建筑物損毀的最小超壓對應(yīng)影響范圍可表示為Sspb=fspb（D，l），基于影響范圍獲取其中危險(xiǎn)源防護(hù)目標(biāo)數(shù)量n1作為代表性建筑物。

基于ρbuilding在待評估城市總體分布情況，制定Cbuilding取值規(guī)則，使其取值在[1，10]范圍內(nèi)。

2.2.4 排水管線燃爆振動導(dǎo)致地下管線損毀后果Cpipe

排水管線燃爆振動影響范圍與排水管道截面積及燃爆管線長度相關(guān)，即導(dǎo)致地下管網(wǎng)破損的最小振動對應(yīng)影響范圍可表示為Svp=fvp（D，l）?；谟绊懛秶@取其中地下管線數(shù)量n2。

基于ρpipe在待評估城市總體分布情況，制定Cpipe取值規(guī)則，使其取值在[1，10]范圍內(nèi)。

2.2.5 排水管線燃爆社會影響Csocietalimpact

Csocietalimpact指爆炸導(dǎo)致的社會性恐慌，當(dāng)爆炸發(fā)生在敏感時(shí)間（如兩會、重要賽事、重要展（博）覽會等期間）、敏感地點(diǎn)（如涉政、涉外場所、醫(yī)療機(jī)構(gòu)等）、敏感人群（如老弱病殘等）時(shí)，排水管網(wǎng)燃爆事件后果將被放大。設(shè)置修正因子τ（τ≥1），用來表征這種風(fēng)險(xiǎn)增量。

因此爆炸后果C可表示為

當(dāng)τ取1時(shí)，C取值在（0，10]。因此規(guī)定當(dāng)C≥10時(shí)，取10。

城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估框架如圖2所示。

圖2 城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估框架

2.3 風(fēng)險(xiǎn)評估

當(dāng)燃?xì)夤艿乐苓厡?yīng)多條排水管道時(shí)，與周邊所有排水管道耦合災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評估值為經(jīng)過上述計(jì)算后得到的若干個(gè)耦合風(fēng)險(xiǎn)值中的最大值，并疊加數(shù)量修正。

R=max（Ri）×1.1i-1， （8）當(dāng)R大于100時(shí)，取100。根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)值從大至小依次劃分為重大風(fēng)險(xiǎn)、較大風(fēng)險(xiǎn)、一般風(fēng)險(xiǎn)、低風(fēng)險(xiǎn)4個(gè)等級（表1），分別用紅、橙、黃、藍(lán)4種顏色進(jìn)行表示，并確定各級風(fēng)險(xiǎn)閾值。

表1 風(fēng)險(xiǎn)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)

3 排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

數(shù)據(jù)是風(fēng)險(xiǎn)評估的基礎(chǔ)，基于城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估框架運(yùn)行所需數(shù)據(jù)內(nèi)容，形成排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)如圖3所示。一般排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)評估數(shù)據(jù)分布在燃?xì)庑袠I(yè)部門及住建局、氣象局、應(yīng)急局等各部門，在信息化實(shí)現(xiàn)時(shí)，需對相關(guān)數(shù)據(jù)及互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)匯聚、分析、清洗、融合，結(jié)合城市燃?xì)怙L(fēng)險(xiǎn)治理與管控業(yè)務(wù)需求，細(xì)化分析規(guī)則和模型，來實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)值計(jì)算與展示。

圖3 城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急L(fēng)險(xiǎn)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)

4 結(jié)論

本文基于城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急鹿?，歸納了該類事故發(fā)生發(fā)展的一般規(guī)律，在此基礎(chǔ)上形成了包括事故發(fā)生可能性及后果的評估框架。其中事故發(fā)生可能性包括燃?xì)庑孤┛赡苄?、燃?xì)鈹U(kuò)散聚集概率、點(diǎn)火可能性等部分，事故后果包括排水管道燃爆安全埋深后果修正因子、人員傷亡后果、建筑物損毀后果、地下管線損毀后果、社會影響修正因子等部分。對各部分評估邏輯及涉及因素進(jìn)行了歸納，并分析了評估模型在信息化實(shí)現(xiàn)時(shí)各因素對應(yīng)數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)邏輯。相關(guān)內(nèi)容有助于相關(guān)部門對城市排水管網(wǎng)燃?xì)饩奂急鹿蔬M(jìn)行防控，同時(shí)對地下空間燃爆風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)研究提供有益幫助。