一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法及装置

技术领域

本发明涉及燃气安全监管技术领域，更具体涉及一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法及装置。

背景技术

随着城市化进程不断加剧，城市面临着越来越多的公共安全风险，给城市社会、经济的正常发展带来巨大威胁。由于社会系统内部及之间的相互依存、相互制约关系，往往产生连锁效应，这表现在一起灾害的发生会引发一系列次生灾害的相继发生。当两种风险交汇时，其不确定状态会被放大。其影响也会从一个地域空间扩散到另一个更广阔的地域空间。

近些年来的市政工程建设，使得生命线工程和城市道路桥梁建设联系更加紧密，在距离上也更加接近。一旦燃气管线发生泄漏，其造成的喷射火、地下空间爆炸等易对周边设施造成损坏，形成耦合风险。其中，燃气管线泄漏燃爆导致桥梁损坏事件时有发生，2018年3月，江西景德镇拆迁破坏燃气管道，泄漏气体扩散至排水管线聚集爆炸，导致一人死亡，周边桥梁亦受损严重。如2018年9月，在合肥徽州大道与水阳江路交口，第三方施工造成燃气管线泄漏引发大火，损坏附近天桥。因此对燃气管道和桥梁耦合隐患进行辨识，对应风险进行评估显得尤为重要。

中国专利申请号CN202010303580.7，公开了一种燃气风险评估与安全监管资源匹配方法及装置，其中方法包括：收集燃气风险评估数据；对收集到的燃气风险评估进行数据清洗，得到清洗后数据；确定风险评估区域，按照预设网格大小对风险评估区域进行网格划分；获取网格内的清洗后数据的评分；基于层次分析法确定指标权重，并判断是否通过一致性校验，如果通过一致性校验，则进行网格风险计算；获取安全监管资源，对安全监管资源进行匹配，得到每个网格内的安全监管资源。该专利申请主要是对燃气风险评估，并不涉及对燃气管道和桥梁耦合隐患进行辨识，更不涉及对应风险的评估。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于现有技术缺乏对燃气管道和桥梁耦合隐患进行辨识以及对应风险的评估方法及装置。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法，所述方法包括：

步骤一：获取燃气管道泄漏可能性得分，其中，燃气管道泄漏可能性得分包括管道大量泄漏可能性得分和管道微小泄漏可能性得分；

步骤二：获取燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数，所述第一评估参数包括火灾损伤可能性判断系数、桥梁火灾易损性得分值以及燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值；

步骤三：获取地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数，所述第二评估参数包括爆炸损伤可能性判断系数、桥梁爆炸易损性得分值、地下空间爆炸对桥梁影响后果值；

步骤四：获取应急救援因子；

步骤五：根据燃气管道泄漏可能性得分、燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数、地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数以及应急救援因子进行风险等级计算。

本发明建立燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与风险评估方法，从燃气管道泄漏可能性、燃气泄漏引发桥梁火灾/爆炸易损性及火灾/爆炸造成的后果三方面对燃气管道和桥梁耦合风险进行评估。

进一步地，所述步骤一中管道大量泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式

通过公式

通过公式Q

进一步地，所述步骤一中管道微小泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式Q

进一步地，所述步骤二中火灾损伤可能性判断系数的获取过程为：

采用喷射火模型计算燃气管线泄漏导致桥梁所受的热辐射通量，取12.5KW/m

进一步地，所述步骤二中桥梁火灾易损性得分值的获取过程为：

通过公式V

进一步地，所述步骤二中燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值的获取过程为：通过公式C

进一步地，所述步骤三中爆炸损伤可能性判断系数的获取过程为：

当燃气管线与排水管线的最短距离小于Rmax，则第一判断系数λ21＝1，否则为0.1，排水管线存在一个安全埋深，若排水管线实际埋深大于安全埋深则不会对地面上承灾体产生超压伤害，第二判断系数λ22＝0.1，否则会对地面上承灾体造成超压伤害，第二判断系数λ22＝1，爆炸损伤可能性判断系数λ2则等于第一判断系数λ21与第二判断系数λ22的乘积，当爆炸损伤可能性判断系数λ2为1时，认为存在燃气管线泄漏地下空间聚集爆炸导致桥梁损毁隐患；

其中，安全埋深计算过程为：

通过公式

对于横截面为圆形的连通管线，S

对于横截面为近似矩形的连通管线，S

进一步地，所述步骤四包括：

通过公式

通过公式β＝β

进一步地，所述步骤五包括：

通过公式

通过公式

通过公式R＝R

本发明还提供一种用于燃气管线桥梁耦合隐患辨识与评估的装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取燃气管道泄漏可能性得分，其中，燃气管道泄漏可能性得分包括管道大量泄漏可能性得分和管道微小泄漏可能性得分；

第二获取模块，用于获取燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数，所述第一评估参数包括火灾损伤可能性判断系数、桥梁火灾易损性得分值以及燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值；

第三获取模块，用于获取地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数，所述第二评估参数包括爆炸损伤可能性判断系数、桥梁爆炸易损性得分值、地下空间爆炸对桥梁影响后果值；

第四获取模块，用于获取应急救援因子；

风险评估模块，用于根据燃气管道泄漏可能性得分、燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数、地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数以及应急救援因子进行风险等级计算。

进一步地，所述第一获取模块中管道大量泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式

通过公式

通过公式Q

进一步地，所述第一获取模块中管道微小泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式Q

进一步地，所述第二获取模块中火灾损伤可能性判断系数的获取过程为：

采用喷射火模型计算燃气管线泄漏导致桥梁所受的热辐射通量，取12.5KW/m

进一步地，所述第二获取模块中桥梁火灾易损性得分值的获取过程为：

通过公式V

进一步地，所述第二获取模块中燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值的获取过程为：通过公式C

进一步地，所述第三获取模块中爆炸损伤可能性判断系数的获取过程为：

当燃气管线与排水管线的最短距离小于Rmax，则第一判断系数λ21＝1，否则为0.1，排水管线存在一个安全埋深，若排水管线实际埋深大于安全埋深则不会对地面上承灾体产生超压伤害，第二判断系数λ22＝0.1，否则会对地面上承灾体造成超压伤害，第二判断系数λ22＝1，爆炸损伤可能性判断系数λ2则等于第一判断系数λ21与第二判断系数λ22的乘积，当爆炸损伤可能性判断系数λ2为1时，认为存在燃气管线泄漏地下空间聚集爆炸导致桥梁损毁隐患；

其中，安全埋深计算过程为：

通过公式

对于横截面为圆形的连通管线，S

对于横截面为近似矩形的连通管线，S

进一步地，所述第四获取模块包括：

通过公式

通过公式β＝β

进一步地，所述风险评估模块包括：

通过公式

通过公式

通过公式R＝R

本发明的优点在于：本发明建立燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与风险评估方法，从燃气管道泄漏可能性、燃气泄漏引发桥梁火灾/爆炸易损性及火灾/爆炸造成的后果三方面对燃气管道和桥梁耦合风险进行评估。

附图说明

图1为本发明实施例所提供的一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法的流程图；

图2为本发明实施例所提供的一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法的逻辑过程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本发明提供一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法，所述方法包括：

步骤S1：获取燃气管道泄漏可能性得分，其中，燃气管道泄漏可能性得分包括管道大量泄漏可能性得分和管道微小泄漏可能性得分；

其中，所述步骤S1中管道大量泄漏可能性得分的获取过程为：

第三方施工：管线第三方施工基础泄漏概率值计算如下表所示。

表1管线第三方施工基础泄漏概率值计算

泄漏概率修正因子如下表所示。

表2泄漏概率值修正因子

结合表1和表2，通过公式

通过公式

地质灾害：

管线地质灾害基础泄漏概率值计算如下表所示。

表3管线地质灾害基础泄漏概率值计算

泄漏概率修正因子如下表所示。

表4泄漏概率值修正因子

由于地质灾害导致的泄漏概率计算与第三方施工的一致，故不再赘述。

结合表3和表4，通过公式Q

所述步骤S1中管道微小泄漏可能性得分的获取过程为：

管线腐蚀基础泄漏概率值计算如下表所示。

表5管道腐蚀基础概率计算

泄漏概率修正因子如下表所示。

表6泄漏概率修正因子

表7材料缺陷基础泄漏概率

表8泄漏概率修正因子

由于腐蚀、材料缺陷导致的泄漏概率计算与第三方施工的一致，故不再赘述。腐蚀、材料缺陷指标所占权重如下表所示。

表9各级指标对应权重

注：若实际指标数据无法获取，则将该项权重等比分配到对应可获取数据的指标上。

结合表5至表9，通过公式Q

步骤S2：获取燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数，所述第一评估参数包括火灾损伤可能性判断系数、桥梁火灾易损性得分值以及燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值；

所述步骤S2中火灾损伤可能性判断系数的获取过程为：

喷射火对桥梁的主要破坏机理是热辐射。根据热通量准则判断桥梁是否发生损坏，热通量准则如表10所示。采用国内外通用的喷射火模型计算燃气管线泄漏导致桥梁所受的热辐射通量，取12.5KW/m

表10热辐射通量伤害准则

所述步骤S2中桥梁火灾易损性得分值的获取过程为：

本部分选取了承载体桥梁材料类型、损伤的结构构件、使用年限以及目前桥梁的评级四个方面来对桥梁易损性做出评估。通过公式V

以下分别从承载体桥梁材料类型、损伤的结构构件、使用年限以及目前桥梁的评级四个方面进行解释说明。

材料类型V

城市桥梁按材料类型可分为四种：钢筋混凝土桥梁、预应力混凝土桥梁、钢-混凝土组合桥梁和钢桥。预应力混凝土由于在使用之前预先施加了预应力，会使得高温下钢筋强度下降，因此其耐火极限也会下降，在消防上存在隐患。钢和混凝土相比，钢材具有较高的热传导性和低热容，在火灾中钢材的温度会迅速上升，并且钢的强度和弹性模量对于温度的变化非常敏感，温度升高会造成钢的强度以及弹性模量迅速降低，导致钢构件承载力下降。

桥梁材料类型易损性指标得分如表11所示。

表11材料类型得分情况

结构构件V

参考《公路桥梁技术状况评定标准》和考虑喷射火对城市桥梁可以造成的损害，选择主梁、支座、桥墩和桥面铺装等结构构件作为结构构件评价指标。分析喷射火直接作用桥梁部位，根据下表得出对应指标得分。

表12结构构件得分情况

使用年限V

桥梁随着营运时间的增加，出现故障的概率就增大。《建筑结构可靠度设计统一标准》规定我国桥梁设计使用年限是100年至120年，参考文献[2]将使用年限分为五个等级。

桥梁使用年限易损性指标得分如表13所示。

表13使用年限得分情况

目前评级V

桥梁技术状况评定的目的是通过全面描述桥梁各部件的缺陷，评价桥梁技术状况，记录桥梁基本特征，建立健全桥梁技术档案，提供进行桥梁养护、维修和加固的决策支持，使桥梁长期处于良好的工作状态，最终对营运的桥梁进行有效管理和状况监控。

根据《公路桥梁技术状况评定标准》对桥梁现有状况进行评级，当桥梁评级较低，有诸多缺陷，如混凝土碳化，钢筋腐蚀等都会导致桥梁更易受到火灾的损害，因此，桥梁目前评级可以作为桥梁火灾易损性的指标之一。

桥梁目前评级易损性指标得分如表14所示。

表14桥梁目前评级得分情况

所述步骤S2中燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值的获取过程为：通过公式C

其中，生命财产损失值C

燃气管道发生喷射火事故时，可能会造成人员受伤甚至是死亡。根据表10可以得知不同热辐射通量对人造成的影响。由表10可知，4.0KW/m

生命财产损失对应分值可由下表获取：

表15使用年限得分情况

交通需求影响值C

桥梁是交通系统中重要的基础设施，一旦发生事故，影响的将是整个交通网络的正常运营。本模型从车流量、到备用路线的距离以及桥梁服务功能三项来研究桥梁的交通需求。

(1)人车流量C

根据对受影响桥梁一年中人/车流量综合考量，对通过桥梁人/车流量进行评级，获取对应得分。对于铁路桥，默认取3分。

表16桥梁人车流量对应分值表

(2)到备用路线的距离C

在燃气管道发生喷射火影响桥梁时，桥梁将无法通行车辆或行人，此时必须选择其他路线出行，使人们由于交通延误产生了损失。到备用路线距离分值取值如下表。对于铁路桥，默认取3分。

表17到备用路线距离对应分值

(3)服务功能C

桥梁服务功能分值取值如下表。

表18桥梁服务功能对应分值

综上表16至表18，交通需求分值可由下式计算：C

步骤S3：获取地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数，所述第二评估参数包括爆炸损伤可能性判断系数、桥梁爆炸易损性得分值、地下空间爆炸对桥梁影响后果值；

所述步骤S3中爆炸损伤可能性判断系数的获取过程为：

地下空间(一般为排水管线，以下以排水管线代替地下空间)爆炸对桥梁的主要破坏机理是超压伤害。因此首先要判断是否能发生排水管线爆炸及能否造成超压伤害。根据现有研究实验，燃气扩散距离总存在一个最大值Rmax，德国水和燃气协会(DVGW)研究成果认为Rmax＝12.5m，当燃气管线与排水管线的最短距离小于Rmax，则第一判断系数λ21＝1，否则为0.1，排水管线存在一个安全埋深，若排水管线实际埋深大于安全埋深则不会对地面上承灾体产生超压伤害，第二判断系数λ22＝0.1，否则会对地面上承灾体造成超压伤害，第二判断系数λ22＝1，爆炸损伤可能性判断系数λ2则等于第一判断系数λ21与第二判断系数λ22的乘积，当爆炸损伤可能性判断系数λ2为1时，认为存在燃气管线泄漏地下空间聚集爆炸导致桥梁损毁隐患；

其中，安全埋深计算过程为：

通过公式

对于横截面为圆形的连通管线，S

对于横截面为近似矩形的连通管线，S

所述步骤S3中桥梁爆炸易损性得分值V

桥梁爆炸易损性根据下表进行取值。

表19桥梁爆炸易损性得分

所述步骤S3中对于地下空间爆炸对桥梁影响后果值C

步骤S4：获取应急救援因子；具体过程为：

对于同一城市燃气公司、政府、应急服务部门并不会有太大区别。在假定应急救援力量相对充沛且应急制度完善、应急人员素质较强的情况下，应急救灾能力可由应急救援车辆到达现场时间与事故恢复能力表征。

在此以待评估燃气管线距最近燃气抢修所、应急救援单位、二级及以上医疗机构的距离，来表征工程抢险队伍(β1)及消防(β2)应急反应能力。以燃气单位抢修能力为例，通过公式

通过公式β＝β

步骤S5：根据燃气管道泄漏可能性得分、燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数、地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数以及应急救援因子进行风险等级计算。具体过程为：

通过公式

通过公式

通过公式R＝R

将风险值转化成百分制，对管线-桥梁耦合风险值等级进行划分：0≤R<40分为四级，40≤R<60分为三级，60≤R<80为二级，80≤R<100分为一级。

通过以上技术方案，本发明提供的一种燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与评估的方法，建立燃气管线-桥梁耦合隐患辨识与风险评估方法，从燃气管道泄漏可能性、燃气泄漏引发桥梁火灾/爆炸易损性及火灾/爆炸造成的后果三方面对燃气管道和桥梁耦合风险进行评估。

实施例2

本发明还提供一种用于燃气管线桥梁耦合隐患辨识与评估的装置，所述装置包括：

第一获取模块，用于获取燃气管道泄漏可能性得分，其中，燃气管道泄漏可能性得分包括管道大量泄漏可能性得分和管道微小泄漏可能性得分；

第二获取模块，用于获取燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数，所述第一评估参数包括火灾损伤可能性判断系数、桥梁火灾易损性得分值以及燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值；

第三获取模块，用于获取地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数，所述第二评估参数包括爆炸损伤可能性判断系数、桥梁爆炸易损性得分值、地下空间爆炸对桥梁影响后果值；

第四获取模块，用于获取应急救援因子；

风险评估模块，用于根据燃气管道泄漏可能性得分、燃气泄漏引发桥梁火灾的第一评估参数、地下空间爆炸影响桥梁的第二评估参数以及应急救援因子进行风险等级计算。

具体的，所述第一获取模块中管道大量泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式

通过公式

通过公式Q

具体的，所述第一获取模块中管道微小泄漏可能性得分的获取过程为：

通过公式Q

具体的，所述第二获取模块中火灾损伤可能性判断系数的获取过程为：

采用喷射火模型计算燃气管线泄漏导致桥梁所受的热辐射通量，取12.5KW/m

具体的，所述第二获取模块中桥梁火灾易损性得分值的获取过程为：

通过公式V

具体的，所述第二获取模块中燃气管线泄漏火灾对桥梁影响后果值的获取过程为：通过公式C

具体的，所述第三获取模块中爆炸损伤可能性判断系数的获取过程为：

当燃气管线与排水管线的最短距离小于Rmax，则第一判断系数λ21＝1，否则为0.1，排水管线存在一个安全埋深，若排水管线实际埋深大于安全埋深则不会对地面上承灾体产生超压伤害，第二判断系数λ22＝0.1，否则会对地面上承灾体造成超压伤害，第二判断系数λ22＝1，爆炸损伤可能性判断系数λ2则等于第一判断系数λ21与第二判断系数λ22的乘积，当爆炸损伤可能性判断系数λ2为1时，认为存在燃气管线泄漏地下空间聚集爆炸导致桥梁损毁隐患；

其中，安全埋深计算过程为：

通过公式

对于横截面为圆形的连通管线，S

对于横截面为近似矩形的连通管线，S

具体的，所述第四获取模块包括：

通过公式

通过公式β＝β

具体的，所述风险评估模块包括：

通过公式

通过公式

通过公式R＝R

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。