導語

【目的】 為了推動城市生命線安全風險防控智慧化，我國提出了推進城市燃氣、橋梁、隧道、供水、排水等城市基礎設施生命線安全工程的工作要求，采用信息化和智能化技術對城市基礎設施運行狀況進行實時監測、動態預警、精準溯源、協同處置。風險評估是城市生命線安全工程的重要內容之一?！痉椒ā?基于供水行業特點和風險管理理論，建立了城鎮供水管道安全風險評估體系。評估體系包含可能性指標和后果性指標兩類，同時考慮安全管理水平作為可能性修正指標。指標體系共分為三級,其中可能性一級指標2個、二級指標4個、三級指標15個。采用層次分析法(AHP)計算各評估指標權重。通過風險矩陣法，綜合考慮可能性等級和后果性等級、后續管控措施的分級設置等判定風險等級，風險等級共劃分為四級。【結果】 開展了評估指標體系的實際案例應用，首先基于服役年限、管材等因素開展管道初篩，然后開展指標權重確定、評估單元劃分、風險分析等。評估結果表明，導致較大以上風險的主要方面是可能性指標，具體為管材老舊、壓力變化幅度大、漏損量大、管道間距不足等因素?！窘Y論】 評估結果可為供水企業和相關行業主管部門的日常運行管理、行業監管和后續計劃安排提供依據和參考。

【引文格式】

李蘭娟, 孟珊.基于層次分析法和風險矩陣法的城鎮供水管道安全風險評估[J].凈水技術, 2025, 44(3): 52-59.

LI L J, MENG S.Safety risks assessment of urban water supply pipelines based on AHP and risk matrix methods[J].Water Purification Technology,2025, 44(3): 52-59.

通信作者

李蘭娟

江蘇省城鎮供水安全保障中心

長期從事城鎮供排水技術和政策研究，是江蘇省城市生命線安全工程建設技術支撐團隊骨干成員，有十余年城鎮供排水行業管理和技術研究經驗；參與起草多個行業規章制度、管理文件，參編省級行業專項規劃、多項省級標準規范，參加多個水專項等課題研究。

截至2023年底，我國城鎮化率已經超過65%，保障城市正常運行的基礎設施在經歷爆發式增長后正逐步進入老化期。據統計，我國每年城市基礎設施相關安全事故數以千計，且處于快速上升趨勢，嚴重威脅城市運行和發展。2023年，中華人民共和國住房和城鄉建設部印發《關于推進城市基礎設施生命線安全工程的指導意見》，擬依托現代信息化和智能化技術對城市燃氣、橋梁、隧道、供水、排水等基礎設施運行狀況進行實時監測、動態預警、精準溯源、協同處置，推動城市生命線安全風險防控智慧化。供水作為城市生命線重要場景之一，需要重點關注?！度珖叵鹿芫€事故統計分析報告》顯示：2022年10月—2023年9月，全國1137起地下管線事故中，供水管道事故占比接近60%。風險評估是風險隱患和薄弱環節識別的重要手段，更是工程措施和監控手段落實的重要基礎，對城市生命線工程有重要的指引性。

美國國家環境保護局(EPA)發布了輸配水系統狀態評估技術，建立了針對管道結構及物理性能的評價，重點對管道未來運行壽命進行評估。英國的《管道風險管理手冊》中給出了管道風險管理的系統方法，重點考慮了第三方損害指數、腐蝕指數、設計指數和誤操作指數以及泄漏影響系數等幾個方面。近年來，國內學者對供水管網風險評估作了相關研究。任瑛從管道腐蝕性、水力水質等方面建立風險評估體系，利用灰色關聯度、模糊層次分析評估管網運行狀況，研究表明，供水管網低流速運行較為普遍，地裂縫區域DN100 以上管道爆管與地裂縫的活動密切相關。鄭成志等依托管道水力模型、綜合風險概率和失效后果構建風險評估模型，可指導閥門的布置和管道設計規劃，并提出降低管道失效后果的措施。張明媛等借助水力模型，將管網爆裂和滲漏結合起來，提出關閉管段和發生漏失情況下的水力模型。周靈俊等采用隨機森林算法構建供水管網漏損風險評估模型，識別影響漏損的關鍵因素，預測管道在未來不同管齡下的生存概率。戚雷強等選取管道埋深、管壓、管材等評估指標，構建了供水管網風險評估模型進行風險評估。歐陽佳嬌等建立供水管道破損事件預測模型，評估破損后果。朱貴兵等采用管道內檢測機器人對供水管網進行內窺檢測，檢測和評估管道運行狀態。現有研究成果歸納起來分為3類：(1)指標評估法，即確定多因素的管道風險評估體系，開展風險評估；(2)機理模型分析法，通過試驗和數值模擬建立相應模型和力學表達式；(3)老化失效概率模型分析法，建立預測模型，對供水管網的安全性和可靠性進行預測?？傮w而言，國內供水管網風險評估處于理論研究階段，實際應用的案例偏少。針對上述研究現狀，文章基于供水行業特點、現有基礎情況和江蘇工作實踐，采用定性與半定量相結合方式，對供水管網開展安全風險評估研究與應用，以期為行業發展貢獻有益參考。

1 風險評估方法

1.1

指標選取

根據江蘇省內多家自來水公司調研情況統計，供水管道爆管事件的發生與管材、管齡、建設施工質量、外部荷載均勻性、冷熱急劇變化程度、第三方施工破壞等關聯較大。供水爆管發生后，除了會造成限供、停供、斷供等極端事件外，還會造成場地淹沒、地基沖刷和道路塌陷等次生災害，威脅城市的正常運轉和居民人身安全?；谏鲜隹紤]，風險評估指標體系從風險發生的可能性和風險發生后產生的后果2個層面建立，分為可能性指標和后果性指標兩大類。安全管理水平的高低直接影響爆管的發生，為此，在上述2類指標基礎上，設計了企業管理水平指標對爆管可能性評估結果進行修正，以達到接近實際現狀的目的。指標設計上，綜合考慮行業特點和供水管理現狀及水平，對于目前企業尚未采集或者無采集能力的指標(如土壤應力)進行剔除，具體評估指標體系如圖1所示。

圖1 指標體系框架

1.1.1 可能性評估

管道本質情況是影響管道安全的重要因素之一，如管材、管齡、管齡及所處周邊環境。管網運行管理工作的好壞會直接影響日常運行中管網的穩定狀況。因此，可能性評估指標的一級指標層從管道本質情況、管網運行管理2個方面考慮。

管道本質情況主要包括管道物理屬性、管道敷設、管道腐蝕3個二級指標。運行管理主要考慮供水DMA分區運行情況。

管道物理屬性包括管材、管齡、管徑、結構安全4個三級指標。管道的敷設情況包括地面活動情況、建構筑物占壓、管道和周邊建筑、其他管線的間距是否滿足要求、管道埋深是否符合要求、管道穿、跨越情況5個三級指標；管道腐蝕包括地面管段情況和土體腐蝕性2個三級指標，該指標為可選指標，宜結合監測或監測數據確定。供水DMA分區運行情況主要涉及管網的運行狀態，包括管網漏損率、目標控制點壓力穩定性、歷史事件、區域內施工場地數量4個三級指標。

1.1.2 可能性修正

外力破壞是造成供水爆管的一個重要因素，而且城市的第三方施工管控水平是整體影響、不因某一管段而有差異，所以選取該指標為修正性指標。由于企業安全管理水平也會整體影響所管理范圍內供水管道安全風險發生的可能性，所以將企業安全管理水平作為可能性的修正性指標。因此，選取第三方施工管控水平、企業安全管理水平2個安全管理水平指標作為可能性指標的修正系數。

第三方施工管控水平主要包括第三方施工破壞歷史事件率、四方交底、信息報告與共享、智慧監測等4個二級指標。

企業安全管理水平包括管道工程竣工驗收、信息化系統建設管理、安全培訓、安全機構及人員配備、應急救援、日常運行管理6個二級指標。其中，應急救援又包含搶險救援能力、應急預案的制訂、應急演練3個三級指標；日常運行管理包含管道檢查制度/計劃/記錄/處理、巡檢周期、操作記錄和日志、壓力監測點布設密度4個三級指標。

1.1.3 后果性評估

供水主干管爆管往往會導致大面積停水事件發生，給居民生活、企業生產帶來不便，影響社會正常生產生活，并會造成一定經濟損失，還可能因水流沖刷造成地下空洞，尤其是穿越重要交通(如下穿隧道、軌道交通、高速公路、鐵路等)的管道，一旦爆管將可能引發公共安全事件。因此，后果性指標的一級指標層為后果影響。

基于供水行業民生工程的特點，后果性指標重點從社會影響考慮，后果性指標的二級指標為社會影響。

社會影響又主要包括停水影響用戶量、中斷供水時長、交通中斷、敷設區域等4個三級指標。

1.2

權重計算

采用層次分析法計算各評估指標權重。層次分析法是定性和定量分析相結合，適用于多目標、多層次、多因素的復雜系統決策，可用于系統的綜合評價與決策及評價系統中各個要素的權重大小 。層次分析法是將決策問題按目標層和準則層的順序分解為不同的層次結構，然后用求解判斷矩陣特征向量的辦法，求得準則層每一元素對目標層的優先權重。計算步驟包括：建立層次結構模型、構造判斷(成對比較)矩陣、層次排序及其一致性檢驗。

1.3

風險分級判定

可采用數據統計、數值計算、規范參考、專家問卷等方法設定指標評分。不同指標的評分按照其指標數值等級與供水管道爆管事件概率打分，分值在0～10 分，分值越高表示該指標對管道安全影響越大，分值越低表示該指標對管線安全影響越小。可能性評估采用半定量評估方法，計算出可能性評估分值。采用半定量評估方法計算，將第三方施工管控、企業安全管理水平的評估結果作為可能性等級的修正系數。根據修正后的管道可能性計算分值，確定可能性等級?？赡苄栽u估按照極低、低、中等、較高、高分為1～5級。后果性評估將各類因素采用半定量評估方法，計算后果性評估分值。后果性評估按照后果影響小、一般、較大、重大、特大分為1～5級。具體以可能性評估等級分級為例進行說明，如表1所示?？赡苄孕拚禂等绫?所示。

表1 可能性等級分級

表2 可能性修正系數

綜合考慮可能性等級和后果等級、后續管控措施的分級設置,通過風險矩陣判定風險等級。風險等級劃分為Ⅰ(低)、Ⅱ(一般)、Ⅲ (較大)、Ⅳ(重大)4個等級，如表3所示。

表3 風險矩陣

1.4

評估周期及要求

為確保評估結果的時效性和指導性，應每年開展管道篩查工作。篩查首先確定范圍為DN300及以上的供水管道；再基于服役年限、管材、管網漏損率、高流速管道、周邊環境等信息，同時考慮投訴工單、企業管道搶維修及檢漏記錄、重要道路下的主要管線、主干管、渾水管等因素。滿足篩查條件的管道安全風險評估周期為3年，其他管道安全風險評估周期宜為6年。當出現管道或管道設備進行重大修理改造、運行工況發生重大變化、沿線環境發生重大改變、其他可能導致風險等級提高或降低的情況等情況之一時，對產生變化的管道立即重新進行評估。風險評估周期如圖2所示。評估組應由從事城鎮供水管道設計、施工、運行、管理等工作5年及以上經驗豐富的人員組成，人數不少于5人。

圖2 風險評估周期

評估流程主要包括計劃與準備、管道篩查、前期調研、分析評估、提出管控措施、編制評估報告，具體流程如圖3所示。

2 應用分析

2.1

基本情況

某市供水規模為30萬m 3 /d，市域DN80以上供水管道長度約為2700 km，DN300及以上管道長度為828km，其中球墨鑄鐵管長度約為654km、占比為79%，鋼管長度約為71 km、占比為8%；PE 管長度約為29 km、占比為4%；PVC 管長度約為15 km、占比為2%；玻璃鋼及鋼筋砼管長度約為59 km、占比為7%。根據1.4節中篩查條件，本次共篩選確定供水管道長度58 km優先開展評估，約占DN300及以上總管網長度的27%。

2.2

評估權重確定

按照1.1 節構建的評估指標體系，選擇經驗豐富5名專家組成專家組。采用層次分析法，通過1～9標度法，對評估體系中各指標進行獨立打分，取其平均分(向上取整)，作為最終打分結果，構造判斷矩陣，據此計算各指標權重，并對所形成的權重參數矩陣進行數據標準化處理，用于實際評估計算。每位專家均對所有指標進行權重計算，最后取平均值，詳細權重值如表4～表6所示。

表4 可能性評估指標權重

表5 安全管理水平評估指標權重

表6 后果性指標評估權重

根據各管段實際狀況，按照道路名稱進行分類歸納，綜合考慮評估管段所在道路、管材、管徑、建設和投用時間、敷設方式等屬性及管段沿線區域環境等因素，進行評估單元劃分。經核對后，對部分管段管材、管齡、管道所處環境、運行狀態類似的評估單元進行合并或拆分。若相同屬性管道沿線的區域環境類似，則該段管道作為同一個評估單元。如某道路下管網總長度為1.186 km，但由于管材有鋼管和球墨鑄鐵管兩種，且與4條不同道路交叉，所以該道路劃分為3個評估單元，評估單元長度分別為663、132、391 m。本次共劃分評估單元為144個。

2.3

分析評估

2.3.1 可能性評估

根據資料調研和現場調研結果，按照指標體系和計算方法，對各評估單元進行可能性評估，確定可能性等級。以可能性二級指標管道物理屬性中管材、管齡、結構安全3個三級指標為例進行說明。根據管材安全性和可靠性對管材屬性指標進行賦分，其中球墨鑄鐵管分值為[1,2]；鋼管、不銹鋼管分值為[3,4]；預應力混凝土、PE 管分值為[5,6]；其他化學建材管道分值[7,8]；灰口鑄鐵分值為[9,10]。針對管齡指標，管齡越長、認為風險越高，管齡(A)<10年分值為[1,3]；10≤A<20年分值為[3,5]；20≤A<30年分值為[5,8]；30≤A<50 年分值為[7,8]；50 年及以上分值為[6,9]。針對結構安全指標，由于缺乏相關數據本次暫不做評估。以評估單元72為例，管材為玻璃鋼夾砂，管材打分為7、乘以權重0.53后得分為3.71分；A 為15年，采用內插法計算為3.8、乘以權重0.32后分數為1.22分。

144個評估單元中有 67個評估單元可能性評估等級為3級，可能性中等；有70個評估單元可能性等級為4級，可能性較高；有7個評估單元可能性等級為5級，可能性高。從整體看，該企業各評估單元供水管道爆管可能性較高，主要因為管網的壓力變化幅度偏大，老舊管材占有一定比例(7個評估單元)，部分單元發生歷史漏損事件(31個評估單元)，部分單元為過路主干管或過河主干管(≥DN500，38 個評估單元)等因素導致。

2.3.2 可能性修正

對該地區的第三方施工管控、企業安全管理水平進行評估，其中第三方施工破壞歷史事件率、信息報告與共享、智慧監測、管道工程竣工驗收等得分較高，但第三方施工管控、信息報告與分享等方面還需要加強，最終確定安全管理指標的得分為3.68 分，修正系數為1.10。

2.3.3 后果性評估

144個評估單元中共有111個評估單元后果影響指標等級為1級，影響較小；33個評估單元后果影響指標等級為2級，后果影響一般。后果影響指標中停水影響用戶及敷設區域影響較大，停水影響用戶主要是因為評估單元中大管徑單元較多，其中≥DN700的評估單元共59個，敷設區域中附近200 m范圍內涉及2個及以上重點保障對象的評估單元共41 個。

矩陣耦合后的管道風險等級結果為：風險等級為Ⅱ級(一般風險)的評估單元共128個，長度共計為46 km，占評估管網總長度的80%；風險等級為Ⅲ級(較大風險)的評估單元共16個，長度共計為12 km，占評估管網總長度的20%。

2.4

結果分析

進一步分析16個Ⅲ級風險評估單元的可能性與后果性間比值，比值為2～5，由此可以判定，導致評估單元較大風險的原因主要是可能性。其中，可能性等級為較高(4級)的共10個，可能性等級為高(5級)的共6個。涉及評估單元編號和主要因素為：57 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、管材老舊、管徑較大、主要位于人行道，與其它管線間距不足)、58 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、管材老舊、管徑較大)、59 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、老舊管材、管徑較大)、63 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、老舊管材、主要位于人行道)、65 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、管材老舊、管徑較大、主要位于人行道)、67 號(壓力變化幅度偏大、發生過歷史事件、管材老舊、管道敷設于人行道且與其它管線間距不足)。

各評估單元應按照風險等級采取不同程度的管控措施，如表7所示。建議該市對于風險等級Ⅲ級的管段應重點關注，采取相應的維修、更新改造措施或加強管理等風險管控措施。

表7 風險管控原則

整體來看，該地區大部分供水管道狀況較好，少部分需要重點關注。評估結果與自來水企業掌握情況進行了對比，比較符合實際情況，評估結果可用于指導后續管網改造、傳感器安裝、智慧化管理及日常巡檢等工作。

3 結論與建議

(1)文章中建立了供水管道安全風險評估的指標體系，通過層次分析法和風險矩陣法來開展供水管道安全風險評估。實際案例應用表明，本文構建的指標體系及評估方法可行，能夠識別出供水管道風險點和主要影響因素，可為供水企業和相關行業主管部門的日常運行管理、行業監管和后續工作計劃安排提供依據和參考。

(2)根據本次案例應用和江蘇多地應用情況看，部分指標如管道腐蝕、管道結構安全等因資料較難獲取而未進行評價，后果性部分指標量化也有一定難度，后續研究中可考慮對部分指標做適當簡化處理或者采取替代指標。

(3)為提高評估結果的準確性，建議評估人員選取熟悉供水行業、現場經驗豐富的技術人員，并根據各個企業的實際情況合理確定各指標的權重系數，且評估過程中與供水企業、相關主管部門進行多輪次的深入對接與核實。

(4)目前的評估分析過程為人工計算，希望未來可以建立信息化平臺開展評估工作，通過數據批量處理分析和模型分析計算等方式提高評估效率，并實現評估成果可視化和動態管理。同時，為便于評估成果的信息化管理、動態更新和閉環管理，建議留存標準化數據成果，至少包含評估單元名稱、評估單元唯一標識、關聯管段編號、評估單元位置、評估單元管道長度、風險描述及風險分級等字段。

本文來源于《凈水技術》2025年第3期“水源與飲用水保障”，內容略有刪減，原標題為《基于層次分析法和風險矩陣法的城鎮供水管道安全風險評估》，作者李蘭娟*,孟 珊(江蘇省城鎮供水安全保障中心,江蘇南京 210036）。

來源：本文源自《凈水技術》2025年第3期“水源與飲用水保障”

排版：李佳佳

校對：李佳佳

關于《凈水技術》

《凈水技術》創刊于 1982年，由上海市科學技術協會主管，上海市凈水技術學會和上海城市水資源開發利用國家工程中心有限公司聯合主辦，上海市政工程設計研究總院(集團) 有限公司和同濟大學環境科學與工程學院提供學術支持的中國科技核心期刊，華東地區優秀期刊?！秲羲夹g》2023年復合影響因子為1.348，綜合影響因子為0.875。

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