陈 磊 / 青海省海东公路总段麦秀隧道管理所

基于层次分析法的隧道机电系统安全评价

陈 磊 / 青海省海东公路总段麦秀隧道管理所

隧道系统是一个庞大而复杂的系统,其影响因素常常是灰色、模糊、难以量化的,因此很难采用单一指标来对其进行评价,必须进行多角度、多层次的评价。本文从设备、管理及运营环境3个方面,选取17项对隧道机电系统安全运营影响较大的因素作为评价指标,运用层次分析法建立了隧道机电系统的安全评价指标体系,提出一套科学的用于隧道机电系统安全评价的方法。

层次分析法；隧道机电系统；安全评价

机电系统是隧道安全运营最关键的因素之一,涉及到通风、照明、检测和监控等多个因素,因此采用科学的评价方法对其安全运营状况作出正确评价,可为隧道维护及安全运营决策提供重要依据。

一、层次分析法的概述

层次分析法是一种解决多目标复杂问题的定性与定量分析相结合的系统化、层次化的工程方法，该方法将复杂的系统和过程数学化、程序化，将人们主观的定性分析定量化，将各要素之间的差异形象化、数值化，具有层次分解性、定量与定性相结合等特点。

二、评价指标体系的建立

隧道机电系统从其功能划分主要有:照明及照明控制系统、通风及通风控制系统、交通检测与诱导控制系统、火灾检测与消防系统、闭路电视及中控系统、通讯系统、紧急疏散控制系统和供配电系统。应用层次分析法研究隧道机电系统安全运营管理系统中的各个影响因素,并对各个因素进行分类、细化,确定一个三层次、多指标的隧道机电系统安全运营层次模型。影响系统安全运营的因素包括隧道机电设备、设备管理及运营环境3个方面,下属共17个安全指标,如图所示。

三、隧道机电系统安全性评价指标

对隧道机电系统的安全性进行评价, 是为了分析隧道存在的问题与不足,进一步提出发展方向与整改措施。分析的结论正确与否,与评价指标的选取直接相关。评价指标的选择, 应遵循目的性原则、系统性原则、可操作性和实用性原则、科学性和可靠性原则、可比性原则、指标之间的独立性原则、相对性原则、导向性原则、直观性原则与可测性原则。按照以上原则, 隧道机电系统安全评价指标主要包括以下几方面。

1、隧道重要度指标。隧道重要度可以从用途、功能和地理特征3方面来评价。

2、运营环境指标。反映运营环境安全影响水平的指标有动态指标与静态指标。动态指标主要包括交通组织、管制速度、交通量、大型车比例、运行速度、运行速度方差及气候状况7个指标,照明亮度、等效声级等对安全影响相对较小且一般容易控制,可不予考虑。静态指标主要包括道路与隧道洞口接线处运行速度差、道路与隧道洞口运行速度行程内的线形一致性、道路与隧道洞口接线横断面的过渡、相邻隧道的间距共4个指标。

3、土建结构指标。主要有每一方向隧道孔数、隧道线形、坡度、横通道间距、紧急停车带间距、隧道长度、车道宽度、路面横向摩擦力系数以及路面纵向摩擦力系数9个指标, 隧道洞门形式、隧道内壁、防排水系统等指标影响较小且难以量化,可不予考虑。

4、机电系统指标。机电系统可分为应急救援系统与辅助系统2类, 其都可用一定无故障工作时间下的可靠度来反映。应急救援系统包括通风及通风控制系统、照明及照明控制系统、供配电系统、消防系统、火灾检测与报警系统以及通讯系统6个指标。辅助系统包括闭路电视监视系统、交通与环境检测系统、交通控制与诱导系统、紧急电话系统、广播系统以及防雷接地系统6个指标。

5、运营管理指标。可从安全防范措施、应急预案、危险品运输车辆管理、信息发布、救援设施与队伍、隧道管理人员培训、宣传教育7个方面来评价。

四、隧道机电系统安全性评价方法

隧道安全评价方法按照方法特征可分为: 定性方法、定量方法、定性与定量相结合的综合方法。常用的定性方法有安全检查法、安全检查表分析法、专家评议法、专家函询法、预先危险性分析、故障假设分析法等。定量方法主要有模糊数学综合评判法、层次分析法、蒙特卡洛数值模拟法、CIM 模型法、神经网络方法。定性与定量相结合的方法有事故树法、事件树法、风险评价指数矩阵法等。此外, 还有一些后期发展起来的改进综合应用方法, 如信心指数法、模糊层次综合评价方法、模糊事故树法、事故树与模糊综合评判的组合分析法等。评价方法的选择, 取决于评价目的和评价指标。

1、隧道重要度评价。任何一条隧道的重要度均可从用途、功能、地理特征3方面来考察。用字母代表隧道不同方面的特征,即可通过字母相互组合描述隧道的整体特征。例如:字母组合ace表示某隧道为民用山岭隧道,隧道等级属于一般道路。隧道的整体特征主要有 8 种 : ace、acf、ade、adf、bce、bcf、bde、bdf。采用专家评议法对以上8种隧道的重要度进行评价。该评价结果一旦被接受,就可以运用到所有隧道重要度的评价中, 因此专家组成员的选取非常重要。

2、运营环境评价。运营环境评价主要分4个阶段进行,通过对运营环境的11个评价指标分别打分,并加以计算进而对整个运营环境做出评价。具体过程如下:1)风险潜势评价。包括交通量、大型车比例、运行速度、运行速度方差、气候状况、道路与隧道洞口接线处运行速度差的评价。2) 安全潜势评价。包括交通组织、管制速度、道路与隧道洞口运行速度行程内的线形一致性、道路与隧道洞口接线横断面的过渡、相邻隧道间距的评价。3)计算分级百分比:式中,RRF为风险比率因子,可根据风险分数与风险分级之间的关系换算出来; SP 为评价所得的安全总分与最高安全分数值比。4) 隧道运营环境等级划分。

3、土建结构评价。采用安全检查表分析法与故障假设分析法相结合。评价过程可以分为以下3步: 建立合适的安全检查表; 将实际现场测得的评价指标数据值与隧道建设期间的相关设计资料、标准作比较,完成分析;编制分析结果文件。故障假设分析法鼓励思考潜在的事故和可能导致的后果,可以弥补安全检查表编制时经验的不足;而检查表又可以使故障假设分析法更系统化。因此将2种方法相结合可以互相取长补短,最终得到更合理的评价结果。

4、机电系统评价。隧道机电系统规模大而复杂,对该系统的评价是一个典型的多因素、多层次问题。通过层次分析法为机电系统的评价建立评价指标体系并为各指标分配权重, 最后结合综合评价方法得出机电系统的安全等级。

5、运营管理评价。鉴于运营管理的7个评价指标多数属于定性指标,采用专家评议法对隧道运营管理中的不安全因素进行分析、评价。要求专家组评议的结论中包括:运营管理中的不安全指标及相应的整改建议, 隧道运营管理的安全等级。

总之，公路隧道作为特殊路段,具有易发生事故及事故危害程度大、难于处理的特点,是公路运输网络的瓶颈路段。应用层次分析法的原理和方法,结合公路隧道机电系统的系统构成、系统功能及公路隧道机电系统的管理建立了包括设备、管理及运营环境评价指标的隧道机电系统的安全评价模型,得出了 17个评价指标的权重值。

[1]蒋怡雯，陈营.层次分析法的概述[J].科学出版社，2016(14):68-70.

[2]袁平红，谢开炎等.浅谈隧道机电工程[J].公路,2015(1):36-39.

[3]郭亚军，俞裕中.隧道环境评价指标体系[J].大学学报,2016,26(2):77-80.

[4]赵永强，徐扬，白云.隧道安全评价方法研究[D].重庆交通大学,2016.