陳國華，夏 浩，高子文

(1. 華南理工大學(xué) 安全科學(xué)與工程研究所，廣東 廣州 510640；2. 惠州大亞灣應(yīng)急管理有限公司，廣東 惠州 516081)

0 引言

近年來，隨著我國化學(xué)工業(yè)和石油規(guī)?？偭坎粩鄶U(kuò)大，現(xiàn)已建成了一批以天津、上海、惠州為代表的化工園區(qū)[1]?；@區(qū)內(nèi)危險(xiǎn)源高度聚集，易發(fā)生火災(zāi)、爆炸、毒氣泄漏等突發(fā)性災(zāi)害事故，園區(qū)總體安全形勢不容樂觀，如：2015年4月6日，福建漳州古雷化工區(qū)發(fā)生嚴(yán)重的泄漏事故，該事故緊急疏散一萬多人[2]。當(dāng)化工園區(qū)發(fā)生重大突發(fā)事件后，很難把所有居民都疏散到園區(qū)以外的安全地域，而科學(xué)合理地設(shè)置園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)，能夠有效地減少人員的傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失[3]。應(yīng)急避難點(diǎn)是化工園區(qū)發(fā)生重大突發(fā)事件后，避免人員傷亡和減少財(cái)產(chǎn)損失的一項(xiàng)重要舉措。目前，針對(duì)化工園區(qū)安全應(yīng)急規(guī)劃的工作，主要集中在園區(qū)消防布局規(guī)劃、應(yīng)急救援體系建設(shè)、應(yīng)急能力評(píng)價(jià)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面[4]，針對(duì)化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址優(yōu)化的研究并不多。祝愷[4]以化工園區(qū)內(nèi)，各化工企業(yè)區(qū)域分布、避難人數(shù)需求、事故影響范圍和發(fā)生概率等因素，構(gòu)建了后悔值模型；周曉猛等[5]綜合考慮距離、容量、配套設(shè)施、安全性和疏散道路5個(gè)方面的影響因素，提出了網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化模型；Anhorn等[6]以可達(dá)性分析為定量標(biāo)準(zhǔn)、適宜性和管理為定性標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮環(huán)境和基礎(chǔ)設(shè)施影響下，對(duì)地震后城市候選避難所進(jìn)行了適宜性評(píng)價(jià)。綜合現(xiàn)有研究成果，現(xiàn)階段針對(duì)城市應(yīng)急避難點(diǎn)的選址和優(yōu)化研究較多，但對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行應(yīng)急避難點(diǎn)選址評(píng)估的研究較少。因此，文本以廣東省某化工園區(qū)的調(diào)研工作為基礎(chǔ)，根據(jù)園區(qū)的工藝特點(diǎn)、空間布局、人口分布等因素，結(jié)合行業(yè)專家的意見，參考現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)規(guī)范，構(gòu)建化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)體系，給出定量化評(píng)估分級(jí)基準(zhǔn)；為使化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)權(quán)重更加客觀、準(zhǔn)確，運(yùn)用博弈論的思想，對(duì)主、客觀權(quán)重進(jìn)行組合賦權(quán)，計(jì)算出各指標(biāo)貢獻(xiàn)率，從而建立有效的化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址評(píng)估模型。

1 化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)體系構(gòu)建

化工園區(qū)重特大事故發(fā)生后，為避免二次避難，受災(zāi)人員需集中進(jìn)行疏散和避難生活?？茖W(xué)合理地設(shè)置避難點(diǎn)選址，能夠極大限度地減少傷亡、降低災(zāi)害帶來的社會(huì)影響。生活和醫(yī)療設(shè)施齊全、一定容量、疏散車輛易出入等特點(diǎn)是完善的應(yīng)急避難點(diǎn)必備要求。參考GB 21734-2008《地震應(yīng)急避難場所場址及配套設(shè)施》[7]、GB 51143-2015《防災(zāi)避難場所設(shè)計(jì)規(guī)范》[8]、GB50016-2014《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》[9]等設(shè)計(jì)規(guī)范，綜合各項(xiàng)規(guī)范中的規(guī)定和要求，結(jié)合化工園區(qū)工藝特色、空間布局規(guī)劃等因素，從安全性、可達(dá)性、適宜性3個(gè)原則出發(fā)，建立化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址評(píng)估模型指標(biāo)體系，如表1所示。

表1 化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址評(píng)估模型指標(biāo)體系

2 化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)分級(jí)

根據(jù)對(duì)化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)體系的構(gòu)建以及各指標(biāo)不同安全等級(jí)，將各指標(biāo)劃分為：理想、較理想、一般、較差4個(gè)不同安全等級(jí)，各等級(jí)的分值區(qū)間如表2所示。對(duì)照應(yīng)急避難點(diǎn)選址的設(shè)計(jì)規(guī)劃及相關(guān)文獻(xiàn)，通過整理可以得到化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)“安全性”、“可達(dá)性”和“適宜性”各指標(biāo)的分級(jí)，如表3、表4和表5所示。

表2 化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)影響指標(biāo)分級(jí)準(zhǔn)則

3 化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址貢獻(xiàn)率計(jì)算模型研究

3.1 指標(biāo)權(quán)重獲取

根據(jù)實(shí)際情況，確定因素集的權(quán)重值大小，是化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址評(píng)估研究的核心?？陀^賦權(quán)和主觀賦權(quán)是確定指標(biāo)體系中各指標(biāo)權(quán)重的常用方法[10]?？陀^賦權(quán)過于依賴數(shù)據(jù)樣本，主觀賦權(quán)容易受專家個(gè)人偏好的影響[11]。為提高賦權(quán)的科學(xué)性，使權(quán)重既能夠反映專家意見又能夠兼顧客觀數(shù)據(jù)，采用AHP獲得主觀權(quán)重和信息熵方法來獲得客觀權(quán)重，借鑒博弈論的思想進(jìn)行組合賦權(quán)優(yōu)化指標(biāo)權(quán)重。通過組合賦權(quán)的方式，比僅將主、客觀權(quán)重進(jìn)行簡單加權(quán)平均的方法更加科學(xué)、合理[12]。

3.1.1 基于AHP的主觀賦權(quán)法

層次分析法(AHP)是綜合人們不同主觀判斷，并將其量化為定量分析結(jié)果的一種方法。以兩兩相互比較的方式，判斷目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、方案層中各指標(biāo)的相對(duì)重要程度，然后確定各指標(biāo)在決策過程中所占的權(quán)重，從而為選擇最優(yōu)方案提供依據(jù)[13-14]。

3.1.2 基于熵值法的客觀賦權(quán)法

熵值法是以信息熵理論為指導(dǎo)，通過指標(biāo)的相對(duì)變化程度對(duì)系統(tǒng)整體的影響來確定指標(biāo)權(quán)重，熵值法是客觀賦權(quán)中的一種重要方法和手段[15]。因此，化工園區(qū)應(yīng)急避難場所選址指標(biāo)體系的權(quán)重修正可采用熵值法獲得。根據(jù)信息熵的概念，將第j項(xiàng)指標(biāo)的熵值定義為ej。

(1)

表4 化工園區(qū)應(yīng)急避難場所“可達(dá)性”分級(jí)框架

表5 化工園區(qū)應(yīng)急避難場所“適宜性”分級(jí)框架

(2)

式中：gj為第j項(xiàng)指標(biāo)的變異系數(shù)；n為指標(biāo)的個(gè)數(shù)。

3.1.3 基于博弈論的組合賦權(quán)計(jì)算

為提高評(píng)估指標(biāo)賦值權(quán)重的科學(xué)性和合理性，在AHP方法和熵值法的基礎(chǔ)上，采用博弈論結(jié)構(gòu)模型，形成一種組合賦權(quán)新方法進(jìn)行組合權(quán)重確定。

博弈論組合賦權(quán)的基本思想是使得綜合權(quán)重與各個(gè)基本權(quán)重之間離差最小化，尋找不同方法下得到的權(quán)重之間的均衡[16]。該方法能夠有效避免決策者的意愿偏好，反映出方案集中客觀數(shù)據(jù)對(duì)決策的貢獻(xiàn)度，有利于提高評(píng)估結(jié)論的可靠性。假設(shè)指標(biāo)權(quán)重計(jì)算中，使用了L種方法，權(quán)重向量記為wk，線性組合系數(shù)記為αk，則權(quán)重向量的任意線性組合可以表示為：

(3)

通過優(yōu)化對(duì)策模型中的線性組合系數(shù)αk，使w與每個(gè)wk的離差極小化。

(4)

根據(jù)矩陣的微分性質(zhì)可知，為獲得w與每個(gè)wk的離差極小化，需采用式(4)的最優(yōu)化一階導(dǎo)數(shù)條件如下：

(5)

通過式(5)，可求得(α1,α2,…αL)，然后由式(6)對(duì)其進(jìn)行歸一化處理，即得到綜合權(quán)重向量w*：

(6)

(7)

3.2 貢獻(xiàn)率計(jì)算模型

化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)貢獻(xiàn)率是指“安全性”、“可達(dá)性”、“適宜性”等對(duì)園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址的影響程度。規(guī)定：當(dāng)應(yīng)急避難點(diǎn)影響因素對(duì)化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址的貢獻(xiàn)率為100/100=1時(shí)，則準(zhǔn)則層所有因素均處于理想狀態(tài)，準(zhǔn)則層及其對(duì)應(yīng)的下級(jí)指標(biāo)達(dá)到最高分100分。影響因素貢獻(xiàn)率要根據(jù)變量層因素的賦值確定，然后采取博弈論得到的權(quán)重，對(duì)各準(zhǔn)則層對(duì)應(yīng)變量層指標(biāo)的分值。變量層最終分值依據(jù)式(8)確定。

(8)

式中：fki為變量層第k個(gè)因素第i個(gè)專家的賦值；fk為變量層第k個(gè)因素的分值；dki為變量層第k個(gè)因素對(duì)應(yīng)賦分值的隸屬度。

準(zhǔn)則層各因素加權(quán)分值見式(9)。

(9)

則園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)的安全性、可達(dá)性和適宜性的貢獻(xiàn)率為[17]：

(10)

4 實(shí)例應(yīng)用

實(shí)例選取廣東省某化工園區(qū)，該園區(qū)總體面積約20 km2。園區(qū)北部以煉油、乙烯項(xiàng)目為中心，為工業(yè)用地區(qū)域，主要布置了石化產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)裝置；南部為石化物流及港口發(fā)展區(qū)，往東為精細(xì)化工園區(qū)，往西為石化深加工區(qū)；園區(qū)地處亞熱帶，屬南亞熱帶季風(fēng)性氣候，主導(dǎo)風(fēng)向?yàn)闁|南風(fēng)，園區(qū)及其園區(qū)周圍交通發(fā)達(dá)；地形總體上是呈“北-南”走向，地勢北高南低，園區(qū)居民主要集中在園區(qū)東側(cè)和西側(cè)，園區(qū)整體分布如圖1所示。

圖1 廣東省某化工園區(qū)分布Fig.1 Distribution map of a chemical industry park in Guangdong

應(yīng)用上述評(píng)估模型，對(duì)該化工園區(qū)的應(yīng)急避難點(diǎn)選址進(jìn)行分級(jí)，根據(jù)相關(guān)專家對(duì)化工園區(qū)各變量層的指標(biāo)賦分值，通過式(8)求出化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址各個(gè)變量的分值，如表6所示。以“可達(dá)性”相關(guān)下層指標(biāo)的權(quán)重計(jì)算過程為例，通過基于AHP法的主觀賦權(quán)法得到的權(quán)重向量為：w1=(0.329，0.175，0.496)，以基于熵值法的客觀賦權(quán)得到權(quán)重向量為：w2=(0.381，0.304，0.315)；由基本權(quán)重集w={w1,w2}，并由式(3)～式(5)得到組合賦權(quán)方程組，如式(11)所示。

(11)

通過式(9)和式(10)計(jì)算得到基于博弈論的組合權(quán)重為w=(0.331，0.181，0.488)；以計(jì)算“平均通行時(shí)間”分值為例，調(diào)研時(shí)總共咨詢了5位專家，賦分值分別為：85,68,76,81,75，每位專家賦分值對(duì)應(yīng)的隸屬度為0.2，那么“平均通行時(shí)間”分值為：85×0.2+68×0.2+76×0.2+81×0.2+75×0.2=77。

由表6中結(jié)果可知，指標(biāo)貢獻(xiàn)率為：“可達(dá)性>適宜性>安全性”。因此，對(duì)于該園區(qū)的應(yīng)急避難點(diǎn)選址，最關(guān)鍵因素是人員到達(dá)避難點(diǎn)的“可達(dá)性”，其次是“適宜性”和“安全性”。因此，該園區(qū)選擇避難點(diǎn)時(shí)，可以：

1)以“比鄰而居”為原則，應(yīng)將避難點(diǎn)設(shè)置在該園區(qū)東側(cè)，靠近居民的位置，以方便居民的安全疏散，選址的位置應(yīng)盡量毗鄰醫(yī)院，方便受傷人員的治療。

2)園區(qū)不應(yīng)僅適用于特定的某類災(zāi)種或某1類突發(fā)公共事件，應(yīng)以多災(zāi)種均可使用為原則，設(shè)置避難點(diǎn)；避難點(diǎn)位置應(yīng)設(shè)置在沿東南方向的上風(fēng)向處，減少對(duì)避難點(diǎn)造成的二次災(zāi)害。

3)根據(jù)GB50489-2009《化工企業(yè)總圖運(yùn)輸設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB50187-2012《工業(yè)企業(yè)總平面設(shè)計(jì)規(guī)范》等設(shè)計(jì)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)要求，化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址，應(yīng)盡量靠近交通便利的位置，方便園區(qū)發(fā)生事故后，人員的安全疏散與應(yīng)急救援。

表6 廣東省某化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)影響指標(biāo)及分值

5 結(jié)論

1)綜合考慮化工園區(qū)自身的工藝特點(diǎn)、空間分布等因素，構(gòu)建化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)選址指標(biāo)體系，運(yùn)用博弈論對(duì)指標(biāo)的主客觀權(quán)重加以組合，計(jì)算出指標(biāo)貢獻(xiàn)率，使得選址評(píng)估結(jié)果更具合理性和適用性。

2)選取廣東省某化工園區(qū)作為選址評(píng)估對(duì)象，從評(píng)估結(jié)果可知，“可達(dá)性”對(duì)化工園區(qū)應(yīng)急避難點(diǎn)的選址影響最大，應(yīng)作為選址首要考慮因素。

3)從“安全性”、“可達(dá)性”、“適宜性”的角度進(jìn)行研究還比較單一，并未考慮實(shí)際的避難點(diǎn)容量和服務(wù)范圍，這也是未來進(jìn)一步深入研究的方向。

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