城市安全風(fēng)險評估區(qū)域評估模型應(yīng)用研究

汪 婷

（首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué) 安全與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100070）

0 引言

我國城市化速度的加快，城市規(guī)模的擴(kuò)大，不僅為社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展注入源源不斷的活力，同時也為城市的安全運(yùn)行帶來新的難題：首先從城市中行業(yè)眾多角度來說，行業(yè)的多樣性使得城市安全風(fēng)險類型復(fù)雜多樣；其次從城市空間角度來說，城市的密集化放大了事故災(zāi)難的后果嚴(yán)重程度。2013年11月22日青島輸油管道發(fā)生的爆炸事件、2014年12月上海外灘發(fā)生的踩踏事故、2015年8月12日天津港的爆炸事故、2016年12月24日江西豐城電廠施工平臺發(fā)生的坍塌事故，這些事故體現(xiàn)了城市公共安全管理方面所存在的漏洞。為遏制重特大事故頻發(fā)，黨和國家將城市風(fēng)險辨識、評估、管控提升到一個新的高度。習(xí)近平總書記發(fā)表9次加強(qiáng)安全生產(chǎn)工作重要講話，30多次安全生產(chǎn)工作重要批示，21次對遏制重特大事故提出明確要求。國務(wù)院安委會辦公室印發(fā)多個關(guān)于遏制重特大事故的文件[1-2]。

國際上對城市安全問題的研究多依據(jù)本國的特點(diǎn)，關(guān)注城市安全的不同方面，歐洲等國由于社會問題較為嚴(yán)重，他們更注重人身安全防護(hù)，故城市公共安全的側(cè)重點(diǎn)也偏向于社會治安；日本由于自身地理位置特殊，城市安全以災(zāi)害為中心，轉(zhuǎn)向注重多災(zāi)種的綜合防災(zāi)管理體系角度[3-4]。相對于國外，我國的城市安全研究工作起步較晚，我國的城市安防行業(yè)才發(fā)展20多年。但是城市安全是人們對美好生活的需要[5]，我國城市安全問題引起眾多學(xué)者關(guān)注，并根據(jù)自己從事的學(xué)科進(jìn)行了大量研究，有從城市安全評價體系構(gòu)建角度研究的，如雷璐寧、徐豐良、肖艷等人[6-8]；有從行業(yè)角度分析的，如研究城市中軌道交通的安全風(fēng)險評估理論的熊義、徐田坤等人[9-10]；有從減災(zāi)救援角度研究的，如劉軍奎、趙中辛等人[11-12]。本文雖然也采用了常用的構(gòu)建指標(biāo)體系的方法——層次分析法，但是在指標(biāo)體系的劃分上選擇了在實(shí)際城市安全風(fēng)險辨識工作中的辨識重點(diǎn)，而且將城市以不同等級網(wǎng)格化劃分辦法劃分成不同的區(qū)域，構(gòu)建評估模型，計(jì)算出不同區(qū)域的風(fēng)險值，確定風(fēng)險大的區(qū)域，方便城市管理者監(jiān)管。

城市安全風(fēng)險評估工作分為辨識、評估、控制3個關(guān)鍵步驟。風(fēng)險辨識是城市風(fēng)險評估工作的首步工作，是開展城市風(fēng)險管控當(dāng)中最重要的一個方面。全面辨識和評估復(fù)雜的城市安全風(fēng)險，首先要將評估對象劃分為多個評估單元，完成風(fēng)險辨識工作后，還需要對風(fēng)險進(jìn)行評估，從而對風(fēng)險進(jìn)行分級，突出風(fēng)險，找出監(jiān)察管理重點(diǎn)，實(shí)施分級管控。本文從風(fēng)險評估工作中區(qū)域評估出發(fā)，區(qū)域風(fēng)險評估——區(qū)域沒有所謂的大小，可以是區(qū)縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)、街道、村等等。區(qū)域評估需要選用科學(xué)合理的評估模型，然后將某個區(qū)域內(nèi)存在的各類風(fēng)險進(jìn)行疊加，得出區(qū)域的整體風(fēng)險程度，再將各區(qū)域風(fēng)險程度值比較排序，確定出重點(diǎn)監(jiān)管的區(qū)塊，達(dá)到安全風(fēng)險差異化動態(tài)管理[13]。

1 區(qū)域評估模型評估指標(biāo)

1.1 評估指標(biāo)選取

由于城市重大事故風(fēng)險涉及工業(yè)風(fēng)險源、人員密集場所風(fēng)險源、公共設(shè)施類風(fēng)險源等多個風(fēng)險要素，各單元之間和各要素之間既相互獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)，因此城市重大事故風(fēng)險水平是一個較為復(fù)雜的決策問題，不同行業(yè)之間的風(fēng)險評估也是一個難題，本文以燕山地區(qū)為研究對象，基于層次分析法建立城市重大事故風(fēng)險水平指標(biāo)體系，結(jié)合重大事故風(fēng)險辨識結(jié)果，建立區(qū)域評估模型。城市重大事故風(fēng)險水平指標(biāo)體系共四層結(jié)構(gòu)，包括4個二級指標(biāo)，9個三級指標(biāo)，19個四級指標(biāo)[14]，詳細(xì)分級，如圖1。

圖1 指標(biāo)體系結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Indicator system diagram

1.2 計(jì)算方法

層次分析法，是美國匹茲堡大學(xué)教授T.L.Saaty提出的一種系統(tǒng)分析方法。該方法將人的定性分析變成定量化計(jì)算，把復(fù)雜問題分級化。層次分析法既可以用于系統(tǒng)的綜合評價與決策，也可以評價系統(tǒng)各要素的權(quán)重大小[15]。

計(jì)算權(quán)重步驟如下：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型：應(yīng)用AHP法研究問題時，首先要根據(jù)問題中各因素不同屬性分成若干個層次，通常第一層為目標(biāo)層，其他層次為準(zhǔn)則層或者指標(biāo)層。

（2）構(gòu)造判斷矩陣：比較n個因子Bl，B2，……Bn對其上層因素A的影響大小，通常采用對因子進(jìn)行兩兩比較的辦法，建立判斷矩陣。層次分析結(jié)構(gòu)模型建立以后，將問題轉(zhuǎn)化為下層次中的因素對于上層因素相對重要性的排序問題。

設(shè)問題A中有B1，B2，……，Bn個指標(biāo)，則構(gòu)造的判斷矩陣B為：

bij（i=1,2, …,n；j=1,2, …,m）表示縱列Bi與橫行Bj的比較結(jié)果。

計(jì)算判斷矩陣每一行元素的乘積Mi：

計(jì)算Mi的n次方根

對向量W=[W1,W2,Wn]正規(guī)化，即：

則W=[W1，W2，……Wn]T，即為所求的特征向量。

（3）計(jì)算判斷矩陣的最大特征根：

式中 ：

（AW）i—向量AW的第i個元素。

（4）一致性檢驗(yàn)。當(dāng)判斷矩陣的階數(shù)多時，通常難于構(gòu)造出滿足一致性的矩陣來。但判斷矩陣偏離一致性條件又應(yīng)有一個度，為此，必須對判斷矩陣是否可接受進(jìn)行鑒別，這就是一致性檢驗(yàn)的內(nèi)涵，當(dāng)不符合一致性檢驗(yàn)時需要從新打分。

λmax比n大得越多，A的不一致程度越嚴(yán)重，將定義為一致性指標(biāo)。CI=0時A為一致陣；CI越大A的不一致程度越嚴(yán)重。

為了確定A的不一致程度的允許范圍，需要找出衡量A的一致性指標(biāo)CI的標(biāo)準(zhǔn)。Saaty又引入隨機(jī)一致性指標(biāo)RI，見表1。

表1 隨機(jī)一致性指標(biāo)RITab.1 Random consistency indicator (RI)

（5）計(jì)算權(quán)向量。一般的，判斷矩陣A的關(guān)于最大特征值λmax的歸一化特征向量ω反映了各因子對某因素的影響權(quán)重，稱為權(quán)向量。

（6）計(jì)算組合權(quán)向量。各方案對目標(biāo)的權(quán)向量，稱為組合權(quán)向量。

設(shè)上一層A層含m個因素Al,A2，…，Am，它們對總目標(biāo)的排序?yàn)閍1，a2...，am。再設(shè)下一層B層含n個因子Bl,B2，…，Bn，B層n個因素對上層A中因素為Aj層次的單排序?yàn)閎1j,b2j,…bnj（j=1,2,…,m）。B層對于目標(biāo)的總排序即B層第i個因素對總目標(biāo)的權(quán)值為

2 計(jì)算結(jié)果與討論

2.1 數(shù)據(jù)采集

本文以燕山地區(qū)作為研究對象，將燕山地區(qū)劃分A街道、B街道、C街道、D街道4個區(qū)域，根據(jù)燕山地區(qū)城市安全風(fēng)險評估項(xiàng)目的進(jìn)行，實(shí)地采集燕山地區(qū)內(nèi)的風(fēng)險源情況，進(jìn)行分類和匯總，詳細(xì)分布情況，見表2至表5。

表2 A街道不同等級安全風(fēng)險情況Tab.2 Disserent levels of safety risk for Street A

表3 B街道不同等級安全風(fēng)險情況Tab.3 Disserent levels of safety risk for Street B

2.2 結(jié)果計(jì)算

根據(jù)所建立的城市重大事故風(fēng)險水平評價指標(biāo)體系，可得重大事故風(fēng)險水平因素集：

表4 C街道不同等級安全風(fēng)險情況Tab.4 Disserent levels of safety risk for Street C

表5 D街道不同等級安全風(fēng)險情況Tab.5 Disserent levels of safety risk for Street D

根據(jù)上表中計(jì)算結(jié)果，得到D層指標(biāo)的權(quán)重如下：

得到指標(biāo)體系后，結(jié)合不同等級風(fēng)險點(diǎn)的數(shù)量，建立區(qū)域風(fēng)險評估數(shù)學(xué)模型：

式中：

WDDm—D層指標(biāo)Dm的權(quán)重；

A—指標(biāo)Dm包含的風(fēng)險源個數(shù)；

WDDn—D層指標(biāo)Dn的權(quán)重；

b—指標(biāo)Dn包含的風(fēng)險源個數(shù)；

WDDs—D層指標(biāo)Ds的權(quán)重；

k—指標(biāo)Ds包含的風(fēng)險源個數(shù)；

m,n,s—1～19且互不相等；

M、N—分別為不同街道人口、區(qū)域面積的修正因子。

表6 燕山地區(qū)重大事故風(fēng)險水平評估指標(biāo)體系判斷矩陣及單層次排序重要性系數(shù)Tab.6 Judgment matrix of evaluation Index system and importance coeffcient of single level sorting for major accident risk level in Yanshan area

按照1.2中的評估方法，計(jì)算出各指標(biāo)權(quán)重，根據(jù)表2至表5的風(fēng)險點(diǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，結(jié)合公式5計(jì)算得出A街道對燕山地區(qū)的風(fēng)險貢獻(xiàn)為28.37%，B街道對燕山地區(qū)的風(fēng)險貢獻(xiàn)為24.25%，C街道對燕山地區(qū)的風(fēng)險貢獻(xiàn)為40.12%，D對燕山地區(qū)的風(fēng)險貢獻(xiàn)為7.26%。區(qū)域風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表7，區(qū)域風(fēng)險區(qū)域圖，如圖2。

表7 區(qū)域風(fēng)險等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.7 Regional risk rating

3 結(jié)論

（1）經(jīng)過在城市安全風(fēng)險評估指標(biāo)體系進(jìn)行可操作性的篩選后，可以建立一個具有針對性的、實(shí)際可操作性的城市安全風(fēng)險區(qū)域評估模型。

（2）本文通過實(shí)地采集數(shù)據(jù)的形式，運(yùn)用層次分析法建立一套合理的指標(biāo)體系，提出了四層結(jié)構(gòu)，包括4個二級指標(biāo)，9個三級指標(biāo)，19個四級指標(biāo)，而且通過計(jì)算，算出城市重大事故風(fēng)險水平評估指標(biāo)體系中指標(biāo)層D對總指標(biāo)層A的重要性系數(shù)，在建立一個數(shù)學(xué)模型后，計(jì)算得出量化的燕山地區(qū)4個所屬街道的風(fēng)險值，通過4個街道的區(qū)域風(fēng)險系數(shù)，可以判斷出重點(diǎn)監(jiān)管區(qū)域。

圖2 燕山地區(qū)安全風(fēng)險區(qū)域圖Fig.2 Regional map of safety risks in Yanshan area

（3）在建立模型中，雖然考慮到不同街道人口、區(qū)域面積等因素的影響，但是對于這些因素是根據(jù)資料主觀定性量化的，欠缺一定準(zhǔn)確度，還需要進(jìn)一步研究。