هدف این کار توسعه یک مدل ریاضی برای ارزیابی کمی و کیفی خطر برای نصب تاسیسات زیرزمینی با استفاده از تکنولوژی حفاری افقی جهت (HDD) بود. فن آوری HDD برای نصب لوله های آب، گاز، گرمایش، تخلیه، فاضلاب و کابل تحت شرایط وجود موانعی مانند رودخانه ها، خیابان های شلوغ، بزرگراه ها، خطوط هوایی فرودگاه، مناطق پرجمعیت شده با ساختمان ها یا تاسیسات زیرزمینی و مناطق حساس محیط زیست استفاده می شود. تجزیه و تحلیل عوامل خطر برای چنین سرمایه گذاری ها و توصیف ریاضی آنها جزء هدف این مقاله گنجانده شده است.
بسیاری از پیمانکاران که تاسیسات زیرزمینی را با استفاده از تکنولوژی HDD نصب می کنند، قادر به انجام ارزیابی ریسک در مرحله برنامه ریزی پروژه نیستند، زیرا آنها هیچ مدل ریاضی ندارند که به آنها اجازه دهد تا برای اندازه های مختلف نصب و راه اندازی HDD از آن استفاده کنند. پیمانکاران قبل از شروع سرمایه گذاری، ضرورت ارزیابی ریسک را تاکید می کنند، زیرا برآورد سطح خطر، نقطه شروعی برای تجزیه و تحلیل امکان سنجی پروژه و ارزیابی هزینه است. در نتیجه، با انجام ارزیابی خطر ، می توان از بسیاری از عواقب جدی اقتصادی و قانونی مرتبط با خرابی HDD، به عنوان مثال آسیب به دیگر تاسیسات زیرزمینی موجود، آسیب به تجهیزات سخت افزاری HDD گران قیمت پایین چالی، آسیب به خط لوله نصب شده و غیره اجتناب نمود. در حال حاضر نیز هیچ استراتژی مدیریت خطری وجود ندارد که بتواند ابزار موثری برای کاهش سطح خطر باشد.
نویسندگان مجلات (Woodroffe و Ariaratnam، ۲۰۰۸) استفاده از مدل شاخص ریسک کل را به عنوان یک راهنما برای خطرات کلی طرح پروژه شهری پیشنهاد کردند. زیر شاخص هایی که در ذیل آمدند: یک طرح احتمالی، قیمت پیشنهاد تعیین قیمت، عوامل محیطی اجتماعی و عوامل در نظر گرفته شده را تجزیه و تحلیل کردند. به تازگی مقالاتی (Abdelgawad و همکاران، ۲۰۱۰؛ Ma و همکاران، ۲۰۱۰) در ادبیات نشان داده شده است که در آن نویسندگان سعی کردند ارزیابی ریسک را برای تاسیسات HDD انجام دهند. در (Abdelgawad و همکاران، ۲۰۱۰)، نویسندگان خطر کمی و کیفی نمونه ای از یک نصب HDD را ارزیابی کردند. این مدل برخی از عوامل خطرساز را که تاثیر قابل ملاحظه ای در سطح ریسک کل دارد در نظر نگرفتند (مانند: اشتباهات مختلف طراحی، خرابی در نصب، موانع طبیعی و موانع غیرمنتظره، مشکلات مختلف با کارهای ساختمانی HDD، مشکلات عرضه، مواد، کیفیت، شرایط حقوقی و مشکلات اقتصادی). (Ma و همکاران، ۲۰۱۰)
نویسندگان با استفاده از فرآیند سلسله مراتبی تحلیلی و روش ارزیابی جامع فازی مدلی برای ارزیابی خطر پیشنهاد کردند که تنها برای پروژه های MAXI HDD استعمال می شود. در این کار عوامل خطرساز به اندازه کافی از نظر جزئیات توسعه نیافتند، بنابراین ممکن است در هنگام ارزیابی ریسک یک عنصر خاص، برخی از اجزای مهم از دست رفته و سطح خطر نهایی درست نباشد. گفته می شود که فرایند تحلیلی سلسله مراتب بحث برانگیز است، زیرا ترجیحات تصمیم گیرندگان با ارزیابی اهمیت نسبی معیارهای زیر تمام سطوح سلسله مراتبی مشخص می شود. هر دو مدل ارائه شده اجازه نمی دهند که مشخصات پروژه (امکان اختیاری استفاده از ابزارها و ماشینهای مختلف) در نظر گرفته شود. طبقه بندی اساسی خطر و کاهش تونل زنی مکانیزه سنگ در کار شهریار و همکاران، ۲۰۰۷ ارائه شده است. خطرات اصلی ژئوتکنیک و برخی از اقدامات کاهش دهنده مهم نشان داده شده است. تأکید شد که مراحل ارزیابی خطر و تاثیر اقدامات کاهش خطر، عناصر بسیار مهمی در مراحل اولیه مهندسی هستند.
در ادبیات هیچ نوع مدل ارزیابی خطری برای فن آوری HDDدیسک که استراتژی مدیریت ریسک را در نظر بگیرد، یافت نشد. این موضوع نشان می دهد نیاز به توسعه یک مدل ریاضی جدید برای ارزیابی ریسک در تکنولوژی HDD با در نظر گرفتن عوامل مهم خطر، مشخصات نصب (امکان اختیاری استفاده از سیستم تمیز کردن گل، موتور گل، سیستم بلسترینگ یا وزنه متعادل کننده، بلوک غلتک، غلتک گهواره و جرثقیل های جانبی) و امکانی شامل استراتژی مدیریت ریسک همراه است. به همین دلیل مهم است که دوباره مسئله ارزیابی ریسک را مورد بحث قرار دهیم و تعدادی از عوامل خطر اضافی را که تاکنون مورد توجه قرار نگرفته اند را مورد توجه قرار دهیم. علاوه بر این، مدل پیشنهادی به منظور نصب HDD های مختلف از جمله MINI HDD، MIDI HDD و MAXI HDD استفاده می شود. بنابراین هر یک از مدل های ارائه شده در ادبیات که تا کنون توصیف شده است، برای هر اندازه نصبی نامناسب است، یعنی مدل پیشنهاد شده توسط Abdelgawad و همکاران، ۲۰۱۰ برای MINI HDD بهتر است و مدل پیشنهاد شده توسطMa و همکاران ۲۰۱۰ می تواند فقط برای نصب MAXI HDD استفاده شود.
در روشی معمول از تئوری احتمالات برای حل درخت خطا (FT)، استفاده شده است. ارزش های واضح و دقیق از احتمال وقایع اولیه باید شناخته شوند. حتی گاهی اوقات در عمل غیر ممکن و بسیار دشوار است است که مقادیر واضح احتمال وقایع اولیه برای پروژه های HDD را بدست آوریم. حتی زمانی که مقادیر واضحی از احتمال ها به دست می آید، متخصصان HDD، که امکان سنجی را ارزیابی می کردند، نشان می داند که آنها نامشخص و نادرست، ناقص و مبهم هستند، چرا که رویدادهای اصلی ثابت نیستند و اغلب فاقد داده های کافی برای تخمین احتمالات رویدادهای اساسی و تازه هستند. استفاده از روش معمول برای حل FT ممکن است منجر به کسب اطلاعات نامناسب حاصل از تجزیه و تحلیل خطر یا افزایش عدم اطمینان تجزیه و تحلیل آن شود. در این کار از درخت گریختگی فازی برای غلبه بر این مشکلات استفاده شد. راه حل های تکنیکی تصمیم گیری های مبتنی بر فاز اجازه می دهد تا احتمال شکست رویدادهای اساسی را حتی زمانیکه بتوانیم اطلاعات کمی را به دست آوریم، ایجاد کنیم. نظریه مجموعه های فازی و نظریه احتمالی، که در تجزیه و تحلیل درخت فازی فازی استفاده می شود، به اطلاعاتی مبهم، نادرست و اطلاعات کمی ناقص رسیدگی می کند. اصطلاحات زبانی (بسیار کم، کم، متوسط، زیاد و بسیار زیاد) در این کار برای ارزیابی احتمال وقوع رویدادهای اصلی فرد مورد استفاده قرار گرفت. اعمال نظریه مجموعه های فازی اجازه می دهد تا انتقال تدریجی بین اصطلاحات زبان شناختی صورت گیرد.
The quantitative risk assessment of MINI, MIDI and MAXI Horizontal Directional Drilling Projects applying Fuzzy Fault Tree Analysis
The objective of this work was to develop a mathematical model for the quantitative and qualitative risk assessment for the installation of underground utilities using Horizontal Directional Drilling (HDD) technology. HDD technology is used to install water, gas, heating, drain, sewers pipes and cables under obstacles such as rivers, busy streets, highways, airport runways, areas congested with buildings or underground utilities, and environmentally sensitive areas. The analysis of the risk factors for such investments and their mathematical description are included in the aim of this work. Many contractors who install underground utilities applying HDD technology are not able to carry out risk assessment in the project planning phase, as they do not have any mathematical model which allows to do it for various sizes of HDD installations. The contractors emphasize the necessity of risk assessment before starting the realization of the investment, as the estimation of the risk level is the starting point to analyze the project feasibility and cost estimation. Thanks to carrying out a risk assessment, a lot of serious economic and legal consequences connected with HDD failure e.g. the damage of other existing underground utilities, the damage of expensive HDD down-hole equipment, the damage to the installed pipeline, etc. can be avoided. Currently, there is also no risk management strategy available, which could be an effective tool to reduce the risk level. In (Woodroffe and Ariaratnam, 2008) the authors suggested using the total risk index model as a guide for the overall risks of an urban utility project. The following sub indexes were analyzed: a contingency plan, the determining bid price, the eco-social factors and consideration factors. Recently papers (Abdelgawad et al., 2010; Ma et al., 2010) have appeared in literature in which the authors tried to carry out the risk assessment for HDD installations. In (Abdelgawad et al., 2010), the authors evaluated quantitatively and qualitatively the risk on the example of one HDD installation. This model did not take into consideration some of the risk factors which have a significant influence on the total risk level (such as: various design mistakes, the downtime in installation, the unexpected natural and man-made obstacles, various problems with HDD construction works, problems with supply, materials, quality, the legal conditions and economic problems). In (Ma et al., 2010) the authors suggested a model for the risk assessment only for MAXI HDD projects, applying the Analytical Hierarchy Process and the Fuzzy Comprehensive Evaluation Method. In this work the risk factors were not developed to a sufficient level of detail, therefore when carrying out the risk assessment of a particular element, some important components may be missed and the final risk level may be incorrect. The Analytical Hierarchy Process is said to be controversial, as the decision-maker preferences are characterized by the relative importance assessment of the sub criteria of all the hierarchy levels. Both of the presented models did not allow to consider the project specificity (the optional possibility of applying various tools and machines). In (Shahriar et al., 2007) the fundamental of risk classification and mitigation in mechanized rock tunneling were presented. The main geotechnical hazards and some important mitigation measures were shown. It was emphasized that that risk assessment stages and the effect of risk mitigation measures are very important elements during the early engineering phase. In the literature no risk assessment model for HDD technology was found, which takes into account the risk management strategy. It indicates the need to develop a new mathematical model for the risk assessment in HDD technology, taking into consideration the important risk factors, the installation specificity (the optional possibility of applying a mud cleaning system, mud motor, ballasting system, roller blocks, roller cradles and side cranes) and the possibility of including the risk management strategy. That is why it is important to discuss the problem of risk assessment again and take into consideration a number of additional risk factors which have not been considered so far. Moreover, the proposed model is aimed to be applied to HDD installations of various sizes, namely MINI HDD, MIDI HDD and MAXI HDD. For any of the presented models described in the literature so far it is improper to apply for each size of installation, namely the model suggested in (Abdelgawad et al., 2010) would be better for MINI HDD, and the model suggested in (Ma et al., 2010) could be applied only for MAXI HDD installations. In the conventional approach to solving the fault tree (FT), the probability theory is used. The crisp values of the basic events probabilities must be known. In practice, it is very difficult and sometimes even impossible to get crisp values of the basic events probabilities for HDD projects. Even when the crisp values of probabilities are obtained, HDD experts, who assessed the probabilities indicated that they are imprecise, deficient and vague, because the basic events are not stationary and there is often the lack of suffi- cient data to estimate the crisp probabilities of the basic events. Applying the conventional approach to solving FT may lead to gaining insufficient information in the risk analysis or increasing the uncertainty of the analysis. To overcome those difficulties, the Fuzzy Fault Tree was employed in this work. Fuzzy based solutions techniques allow to generate the basic events failure probabilities even when we are able to obtain only a little quantitative information. The fuzzy sets theory and possibility theory, which are used in Fuzzy Fault Tree Analysis, allowed to deal with ambiguous, inaccurate and quantitatively incomplete information. The linguistic terms (very low, low, medium, high and very high) were applied in this work to assess the probability of the individual basic events occurrence. Applying the fuzzy sets theory allowed for a gradual transition between the linguistic terms.
- ترجمه فارسی مقاله انگلیسی
The quantitative risk assessment of MINI, MIDI and MAXI Horizontal Directional Drilling Projects applying Fuzzy Fault Tree Analysis
Journal: الزویر – Elsevier
- دانلود رایگان فایل pdf مقاله انگلیسی در 11 صفحه
- فایل pdf ترجمه فارسی در 31 صفحه
