孫嘉欣，王晨曦，余國良，

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中，城市空間的復雜性和人口的集中性顯著提高，城市在面對自然災害、事故災害等方面的承載能力和應急避險能力成為新的研究熱點[1]。因人而市，因市而城是“城市”一詞出現(xiàn)的由來。在長期的發(fā)展過程中，城市建設(shè)并沒有刻意進行地震應急避難場所的規(guī)劃，而是在后期建設(shè)中逐步調(diào)整現(xiàn)有建設(shè)用地，進而形成城市應急避難場所。因此，需要對應急避難所的規(guī)劃、設(shè)計、合理性、能否達到預期應急避難目的、避難場所本身安全問題等方面進行適宜性評價[2]，從而確保城市應急避難所的設(shè)計與建設(shè)達到預期目的，為城市居民提供安全的避難空間。如何對已建成地震應急避難場所進行定量化解算，探究影響地震應急避難場所因子，仍是城市防災研究的重要課題之一，也是推動城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

城市地震應急避難所是指在地震災害發(fā)生時能提供一定的生活保障、具有避難疏散能力的公園、綠地、廣場、體育場館等公共服務設(shè)施場地[3]。目前，國內(nèi)外學者對城市地震應急避難場所的研究主要重理論輕量化、重設(shè)計輕評價?？偨Y(jié)前人研究可以歸納為以下幾個方面：蘇幼坡、李玟玟等[4-5]著重于理論研究，從宏觀上把握中國應急避難場所現(xiàn)狀，分析現(xiàn)存問題，論述規(guī)劃城市地震避難所的意義、原則及要點。張培、張佳瑜等[6-7]從小尺度出發(fā)，立足于地震應急避難需求，構(gòu)建可用于社區(qū)地震應急避難場所配置模型。李杰亮、馬運佳等[8-9]從疏散效率角度等，對室內(nèi)地震應急避難場所進行設(shè)計，根據(jù)人口分流層次等模型方法進行地震應急避難所選址。宋英華等[10]采用城市規(guī)劃方法對已建成應急避難所的服務范圍進行劃分。蘇建鋒等[11]基于Google 地圖API 技術(shù)的城市地震應急避難場所展示系統(tǒng)。也有學者對已建成地震應急避難場所展開研究，曹珂[12]從使用者視角著手，采用調(diào)查問卷等形式收集數(shù)據(jù)，此研究更強調(diào)使用者主體意愿；魏本勇等[13]通過構(gòu)建綜合服務效能指數(shù)，對地震應急避難場所的空間布局和服務效能進行評估，但研究中避難所的服務范圍采用緩沖區(qū)研究，而緩沖區(qū)是基于居民與場所之間的直線距離進行的評價，其結(jié)果往往會夸大避難場所的實際服務水平。地震應急避難場所的適宜性評價主要包括評價指標體系的確定和評價方法的構(gòu)建兩個方面。雖有學者就已建成應急避難場所做評價研究，但在指標體系構(gòu)建、研究方法、研究區(qū)等方面也還有提升空間。

可拓學理論始于矛盾復雜問題的轉(zhuǎn)化規(guī)律與解決方案的研究[14]，物元模型是解決矛盾復雜問題的一種方式，以物元為基礎(chǔ)，根據(jù)物元的可拓性，將物元可拓作為解決矛盾復雜問題的方法，在可拓集合中，通過建立關(guān)聯(lián)函數(shù)對事物的量變和質(zhì)變過程進行定量表達[15-16]。物元可拓模型在描述事物可變性方面有獨特的優(yōu)勢，可以將是與非的定性描述發(fā)展為定量描述，而適宜性評價就是一個復雜可變的問題，因此運用物元可拓模型可以為地震應急避難場所適宜性評價提供新思路。

針對上述問題，本研究遵循可達性、公平性和平災結(jié)合等原則，利用“3S”技術(shù)，構(gòu)建評價指標體系，運用物元可拓模型，對銀川市主城區(qū)現(xiàn)有的16 個應急避難場所進行定量化評價，以此驗證現(xiàn)有避難場所空間布局的合理性，可對城市總體規(guī)劃和應急減災提供科學依據(jù)和支撐。

1 研究區(qū)概況

銀川市位于黃河上游寧夏平原中部（37°29′～38°53′N，105°49′～106°53′E），是寧夏回族自治區(qū)首府城市，位于南北地震帶北段，屬于地震活躍區(qū)域。自公元876 年到現(xiàn)在，銀川市發(fā)生破壞性（Ⅴ級以上）地震多達13 次。現(xiàn)有地震應急避難場所16 個，共522.14 萬平方米，其中一類避難所（可安置受助人員30 天以上）13 個、二類避難所（可安置受助人員10 天以內(nèi)）3 個，避難所又可分為中心避難所2 個、緊急避難所4 個、固定避難所10 個。研究區(qū)內(nèi)道路交通，必要的公共服務設(shè)施如圖1 所示。

圖1 銀川市應急避難場所分布圖Fig.1 Overall situation of Yinchuan

2 地震應急避難所服務能力影響因素理論分析

地震應急避難場所適宜性評價是對已經(jīng)建立的地震應急避難所，能否為居民提供安全的應急避難空間和達到預期避難能力的評估。地震應急避難所的綜合評價越高在地震發(fā)生時避難能力越強，服務能力越強。評價地震應急避難所的適宜性的影響因素較為復雜，在綜合相關(guān)方針、避難經(jīng)驗、閱讀文獻和標準，根據(jù)研究區(qū)具體情況將眾多影響因素歸納為安全性、可達性、有效性三個方面構(gòu)建指標體系（表1）。

表1 銀川市地震應急避難所適宜性影響因素指標體系

3 數(shù)據(jù)來源及影響因素分級標準

3.1 數(shù)據(jù)來源

3.1.1 應急避難場所數(shù)據(jù)

應急避難所是在災害發(fā)生時可以給市民提供安全的可暫時居住的空間。應急避難場所選址應遵循均衡布局、可通達、易操作及平災結(jié)合的原則，選址應靠近公路、有水、電、照明、衛(wèi)生間等基礎(chǔ)設(shè)施，以及平時供市民觀賞、休憩的場所。避難所分為固定避難場所、中心避難所和緊急避難所三種。本文研究對象銀川市市區(qū)現(xiàn)有避難所16 個，其中，中心避難所2個、緊急避難所4 個、固定避難所10 個。

避難場所服務的有效性主要包括有效面積和容納人數(shù)，本文避難所面積和可容納人口數(shù)據(jù)來源于地震部門。數(shù)據(jù)包括范圍、面積、容納人數(shù)和性質(zhì)。

3.1.2 道路與坡度數(shù)據(jù)

道路決定了通達性，災害發(fā)生時，道路的暢通性并非與平常一樣，本文通過路網(wǎng)密度來表征研究區(qū)內(nèi)道路的通行能力。道路數(shù)據(jù)是通過遙感影像高分二號（分辨率為2 m）數(shù)據(jù)人工目視解譯獲取，以1 km*1 km 劃分公里格網(wǎng)，計算單個格網(wǎng)中道路面積與格網(wǎng)面積的比值。

地形坡度是安全性的重要因素，地勢低洼處有積水風險，不宜建設(shè)地震應急避難場所。地形坡度數(shù)據(jù)可通過DEM 提取，本文DEM 數(shù)據(jù)來源于中國科學院計算機網(wǎng)絡信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn/），1∶1500000，分辨率為30 m。通過ArcGIS10.2提取地震應急避難場所250 m 緩沖區(qū)內(nèi)的平均坡度。

3.1.3 多源POI 數(shù)據(jù)

POI 數(shù)據(jù)包括影響救援的醫(yī)院、消防站和公安局等數(shù)據(jù)，另外加油站屬于重大危險源，在災害發(fā)生時，加油加氣站會影響安全性。本文所需要的多源POI 數(shù)據(jù)通過GPS 獲取坐標位置，標注繪圖。

3.2 指標等級劃分

依據(jù)GB21724-2008《中華人民共和國國家標準—地震應急避難所場址及配套設(shè)計》、GB50413-2007《城市抗震防災規(guī)劃編制標準》及參考已有學者對城市應急避難場所等級劃分、安全性評估、有效性和可達性方面的研究，按照科學性、合理性和可獲得性等原則，結(jié)合研究區(qū)的實際特點和專家咨詢意見，以地震烈度6 度為基準點，建立銀川市地震應急避難場所適宜性評價指標分級標準。并將評價指標體系分級標準劃分為四個等級：Ⅰ級（高度適宜）、Ⅱ級（中度適宜）、Ⅲ級（較適宜）、Ⅳ級（較不適宜）（表2）。

4 物元可拓模型構(gòu)建及評價分析

物元分析是研究解決不相容問題的規(guī)律和方法，是系統(tǒng)科學、思維科學、數(shù)學交叉的邊緣學科，“是系統(tǒng)的綜合自然科學和社會科學而應用較為廣泛的橫斷學科”。它可以將復雜問題模型化，進而剖析問題的本質(zhì)根源。物元分析法適合多因子評價，以定量化表示評價結(jié)果，完整地反映待評價事物的綜合水平。物元可拓模型在眾多領(lǐng)域被引用，但在地震應急避難場所適宜性評價中較為少見。本文通過建立多因子的物元可拓模型和評價指標體系，確定銀川市地震應急避難場所適宜性評價模型。

4.1 銀川市地震應急避難場所適宜性評價物元、經(jīng)典域及節(jié)域

可拓學是以可拓數(shù)學與物元理論為理論基礎(chǔ)的學科，物元是可拓學的邏輯細胞[17-18]。假設(shè)事物的名稱為N，響應事物特征為C，C 的量值范圍為V，則可以將有序三元組R=｛N，C，V｝作為描述事物的基本物元。將銀川市地震應急避難場所定義為基本物元R，則N 表示避難場所適宜性的等級，C 表示表征避難場所適宜性的各評價指標，V 是各評價指標的量值范圍。

4.1.1 銀川市地震應急避難場所適宜性評價經(jīng)典域

銀川市地震應急避難場所適宜性評價的經(jīng)典物元矩陣RN，表示為：

式中，Ni表示地震應急避難場所適宜性評價所劃分的i 個評價等級；C1，C2···Cn為確定評價的指標因子；Vn 表示關(guān)于Cn 的第i 個適宜性等級特征值范圍；（ain，bin）表示待評價指標因子Cn 對第i 個適宜性評價等級的取值范圍，即為經(jīng)典域。

按照相關(guān)規(guī)則與參考文獻對銀川市地震應急避難場所適宜性評價劃分，劃分為Ⅰ（高度適宜）、Ⅱ（中度適宜）、Ⅲ（較適宜）、Ⅳ（較不適宜)四個等級。

4.1.2 銀川市地震應急避難場所適宜性評價節(jié)域

銀川市地震應急避難場所適宜性評價的節(jié)域物元矩陣Rp，表示為：

式中，Np 表示由銀川市地震應急避難場所適宜性評價等級的全體構(gòu)成；C1，C2···Cn為待評價指標因子；Vp 表示關(guān)于Cn 的整體適宜性等級特征值范圍；（apn，bpn）表示節(jié)域物元關(guān)于指標因子特征Cn 的取值范圍。

4.1.3 銀川市地震應急避難場所適宜性評價物元矩陣

以銀川市為研究區(qū)域，選取市區(qū)內(nèi)16 個現(xiàn)有應急避難場所為研究對象，通過遙感信息提取、ArcGIS 空間距離分析及文獻資料查閱等多種方法，確定樣例待評價因子的物元矩陣Rd。

4.2 銀川市地震應急避難場所適宜性評價指標關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

銀川市地震應急避難場所適宜性評價指標關(guān)聯(lián)函數(shù)定義為：

式中，K（Vi）j表示第i 項指標對銀川市地震應急避難場所適宜性第j 等級的關(guān)聯(lián)度。

式中，Vi表示待評價銀川市地震應急避難場所的經(jīng)典域值的范圍；Vpd表示待評價銀川市地震應急避難場所的實測值；ρ（Vi，Vij）表示實測值Vi與對應經(jīng)典域Vij級之間的有限距離；ρ（Vi，Vpn）表示實測值Vi與對應節(jié)域Vpn之間的有限距離。

表3 銀川市地震應急避難場所適宜性各因子評價指標關(guān)聯(lián)度

根據(jù)公式計算出16 個待評價物元關(guān)于各評價等級的單指標關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度越大，表示該指標與評價等級的復合度越高。對于同一評價對象，不同的指標關(guān)聯(lián)度不同，故適宜等級也不同，表現(xiàn)出物元的不相容性。通過計算出銀川市地震應急避難場所適宜性評價的關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表4。以中山公園為例，其地形地勢坡度因子的四個適宜性評價等級的關(guān)聯(lián)系數(shù)k（v1）j分別為0.18，-0.82，-0.88，-0.93，表明其坡度適宜性的關(guān)聯(lián)度為Ⅰ級。同理可以得到各應急避難場所各因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)及適宜性的關(guān)聯(lián)度。

4.3 銀川市地震應急避難場所適宜性綜合指標評價

通過計算16 個地震應急避難場所的安全性、可達性、有效性適宜性的綜合關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表4。以中山公園為例可達的綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為-1.31、0.33、1.89、-19.39，則可達性的綜合關(guān)聯(lián)度為Ⅲ級。同理得安全性、有效性的綜合關(guān)聯(lián)度均為Ⅱ級。

從地震應急避難場所適宜性綜合指標評價來看（表4），16 個避難場所的安全性、可達性和有效性Ⅰ、Ⅱ級累計貢獻率分別為87.5%，31.25%，100.00%。可以看出安全性、可達性和有效性對銀川市地震應急避難場所適宜性均起正向作用。

4.4 銀川市地震應急避難場所適宜性綜合等級評價

利用表4 的評價結(jié)果對各避難場所的4 個等級分別求和得表5，利用物元模型對各避難場所的適宜性進行綜合評價并進行等級劃分。結(jié)果顯示：中山公園可劃入第Ⅰ等級，應急避難場所適宜性屬高度適宜級別；新月廣場、寶湖公園、湖濱體育場、銀川二中體育場、名人廣場、鳳凰公園、德馨公園、人民廣場、森林公園、西夏公園、解放公園、八一公園、火車站廣場劃入第Ⅱ等級，應急避難場所適宜性屬中度適宜級別；大團結(jié)廣場、海寶公園劃入第Ⅲ等級，空間適宜性屬較適宜。

表4 銀川市地震應急避難場所適宜性綜合評價指標關(guān)聯(lián)度

表5 銀川市地震應急避難場所適宜性綜合評價

從表5 來看，中山公園關(guān)聯(lián)度為1.06，其空間適宜性屬Ⅰ等級，為高度適宜；處于Ⅱ等級的13 個避難場所均為正值，表明其適宜性具有穩(wěn)定性，不會因為某一個因素的改變而影響其適宜性；處于Ⅲ級的有2 個避難場所，表明其較為適宜。

5 結(jié)論與展望

城市應急避難場所是重大災害事件發(fā)生時公眾應急庇護、避難救助的重要公共空間與公共資源，對災時城市居民生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟穩(wěn)定有著決定性影響。物元可拓模型是將不同層次、階段產(chǎn)生不相容的問題，利用拓展性方法將其轉(zhuǎn)換為相容，實現(xiàn)最佳決策目標。本文利用遙感和GIS 技術(shù)，物元可拓模型法對銀川市地震應急避難場所適宜性進行評價。

（1）從綜合評價結(jié)果來看，16 個避難場所均處于Ⅲ等級以上，銀川現(xiàn)有應急避難場所都為較適宜以上，不存在不適宜的場所。

（2）從綜合評價指標來看，安全性、可達性、有效性均是影響銀川市應急避難場所適宜性的因素。從二級指標來看，地勢、與重大危險源間的距離、容納人數(shù)、開放空間比是影響地震應急避難場所適宜性的主要因子，路網(wǎng)密度、與醫(yī)院距離、與消防點距離、與公安局距離是影響地震應急避難場所適宜性的次要因子。

（3）評價結(jié)果中，中山公園為高度適宜，其主要原因在于地勢平坦，周圍路網(wǎng)密度高；大團結(jié)廣場和海寶公園為較適宜，影響其因素為與醫(yī)院、消防點、公安局的距離。

應急避難場所在建設(shè)過程中本著“平災結(jié)合”的原則建立，在城市發(fā)展過程中扮演著不可或缺的角色。本文通過評價指標體系的建構(gòu)，側(cè)重于物元可拓模型的定量化解算對銀川市地震應急避難場所適宜性進行等級劃分，可為城市應急避難場所更好地服務于市民災患時的庇護與救助需求提供支持。