城市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價
——以天津市中心城區(qū)為例1

蘇建鋒 張慶斌

1）中國地震局第一監(jiān)測中心，天津 300180 2）中晉環(huán)境科技有限公司，山西 030002

引言

地震應(yīng)急避難場所是政府和社會為應(yīng)對地震等突發(fā)公共事件，經(jīng)規(guī)劃和建設(shè)的具有應(yīng)急避難和緊急疏散功能的安全場所，在提高城市綜合防災(zāi)能力、減輕震災(zāi)損失、保障城市安全等方面發(fā)揮著重要作用。目前，我國大多數(shù)城市出臺了防震減災(zāi)法律法規(guī)和地震應(yīng)急避難場所建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并建成多個符合自身城市特點的地震應(yīng)急避難場所?；凇捌綖?zāi)結(jié)合”原則，我國地震應(yīng)急避難場所大多選擇公園、綠地、廣場、體育場館和學(xué)校操場等現(xiàn)有空間作為場地，進(jìn)行相應(yīng)配套設(shè)施建設(shè)（楊爽等，2013；郭興利等，2017）。依托這些場地建設(shè)的避難場所可能存在規(guī)劃布局與建設(shè)安全性不合理等問題，需要對其進(jìn)行適宜性評價，以檢驗其布局的合理性及避震疏散服務(wù)能力，了解城市應(yīng)急避難現(xiàn)狀，提高城市應(yīng)急避難場所的防震減災(zāi)能力，為城市應(yīng)急避難場所規(guī)劃布局及合理性提供決策參考。

城市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價是需解決多目標(biāo)、多準(zhǔn)則的復(fù)雜決策問題。在有限資料的情況下，利用多個評估準(zhǔn)則和指標(biāo)數(shù)據(jù)評估各避難場所的適宜程度，進(jìn)而得出合理建議，供政府及相關(guān)部門決策參考。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，應(yīng)急避難場所適宜性評價理論研究和實踐工作取得了一定成果，適宜性評價方法也在不斷改進(jìn)和完善中，選擇合適的評價方法對適宜性評價成果的科學(xué)性、合理性至關(guān)重要。目前專家學(xué)者提出的避難場所適宜性評價方法主要包括以下幾種：（1）層次分析法，如熊焰等（2014）利用層次分析法，構(gòu)建了應(yīng)急避難場所減災(zāi)能力評價體系，并以北京市朝陽區(qū)應(yīng)急避難場所為例進(jìn)行應(yīng)用評價；（2）灰色關(guān)聯(lián)法，如周玉科等（2018）基于安全性、可達(dá)性、有效性原則，建立了適宜性評價指標(biāo)，并采用改進(jìn)的灰色關(guān)聯(lián)模型對福州市應(yīng)急避難場所在不同地震烈度下的適宜性進(jìn)行評價，取得了良好的效果；（3）基于加權(quán)Voronoi 圖法，如王女英（2017）采用加權(quán)Voronoi 圖法測算應(yīng)急避難場所空間可達(dá)性，并劃分其服務(wù)區(qū)范圍，該研究方法在沈陽市得到了應(yīng)用評估；（4）2SFCA 模型法，如葉明武等（2008）采用2SFCA 模型法，以上海市中心城區(qū)公園為例，研究其應(yīng)急避難服務(wù)與城市居民避難需求之間的平衡關(guān)系，并給出研究成果和建議。這些評價方法及采用的模型雖不相同，但通過對應(yīng)急避難場所評價指標(biāo)定性或定量的解析研究及相應(yīng)的案例實證，已驗證了其可行性和科學(xué)性。

基于上述研究，本文以天津市中心城區(qū)為例，通過地震應(yīng)急避難場所數(shù)據(jù)和實地調(diào)研成果，從有效性、可達(dá)性、安全性3 個方面構(gòu)建了適宜性評價指標(biāo)體系，運用熵值權(quán)重結(jié)合灰色關(guān)聯(lián)分析模型和GIS 空間分析，對天津市中心城區(qū)地震應(yīng)急避難場所進(jìn)行適宜性評價，就應(yīng)急避難場所空間分布的合理性給出建議，用于指導(dǎo)城市應(yīng)急避難場所規(guī)劃建設(shè)及應(yīng)急管理。

1 評價指標(biāo)選取

評價指標(biāo)選取是衡量城市地震應(yīng)急避難場所適宜性的主要依據(jù)，直接影響評價模型的科學(xué)性和評價結(jié)果。由于指標(biāo)本身特性，不同指標(biāo)對避難場所適宜性的影響不同。呈正相關(guān)的指標(biāo)，其評估值越高，避難場所適宜性越好；呈負(fù)相關(guān)的指標(biāo)，其評估值越低，避難場所適宜性越好（周玉科等，2018；張佳瑜等，2019；宋英華等，2019）。因此綜合國內(nèi)外防震避難研究成果及《地震應(yīng)急避難場所場址及配套設(shè)施》（GB 21734?2008）（中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局等，2008）和相關(guān)文件要求，本文從有效性、可達(dá)性、安全性3 個方面選取可容納人數(shù)、距醫(yī)療機(jī)構(gòu)距離、活斷層距離等10 個指標(biāo)構(gòu)建城市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價指標(biāo)體系（表1）。

表1 評價指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system

（1）有效性指發(fā)生地震災(zāi)害時避難場所供給能力的強(qiáng)弱。避難場所出入口個數(shù)越多，災(zāi)時越能快速地將居民疏散到場所內(nèi)進(jìn)行避難；避難場所可容納人數(shù)、有效面積比越高，則避難場所開放空間越大，供給能力越強(qiáng)，有效性越好。

（2）可達(dá)性指避難場所與居民點及各服務(wù)設(shè)施點互相通達(dá)的難易程度。與醫(yī)療機(jī)構(gòu)、消防據(jù)點、公安機(jī)關(guān)等服務(wù)設(shè)施距離越近，災(zāi)時救援效率越高。根據(jù)道路等級對避難場所周邊疏散道路進(jìn)行賦值，道路等級越高，居民到達(dá)避難場所時間越短，則評分越高，可達(dá)性越好。

（3）安全性指避難場所本身及周邊環(huán)境在地震災(zāi)害發(fā)生時受到次生災(zāi)害的影響最小、危險性最低，以有效保護(hù)有避難需求的居民不受到二次傷害。與活斷層、重大危險源和周邊建筑物這些隱患點距離越遠(yuǎn)，建筑物高度越低，危險系數(shù)越低，安全性越好。活斷層指海河斷裂帶，重大危險源指城區(qū)廣泛分布的加油站，周邊建筑物指避難場所周邊200 m 以內(nèi)的建筑物。

GIS 空間分析方法在應(yīng)急避難場所評價指標(biāo)計算分析等方面起著非常重要的作用。GIS 技術(shù)可對收集到的不同數(shù)據(jù)要素進(jìn)行配準(zhǔn)、整合，構(gòu)建評價指標(biāo)屬性數(shù)據(jù)庫；GIS 網(wǎng)絡(luò)分析法最佳路徑搜尋技術(shù)可獲得救援服務(wù)設(shè)施與避難場所的最短距離數(shù)據(jù)；GIS 服務(wù)區(qū)范圍技術(shù)可獲得避難場所服務(wù)范圍分布情況；GIS 緩沖區(qū)分析法可以獲得重大危險源危險程度范圍等（蘇建鋒等，2017；魏本勇等，2019；姜連艷，2019）。

2 適宜性評價模型構(gòu)建

熵值權(quán)重法是以指標(biāo)熵值計算各評價指標(biāo)權(quán)重算法，數(shù)值差異越大其權(quán)重越重，在指標(biāo)體系中的重要性越大?；疑P(guān)聯(lián)分析法是多目標(biāo)決策分析過程，能夠給出各避難場所之間關(guān)聯(lián)程度，是經(jīng)典的評價分析方法（熊焰等，2014；杜亞男等，2020）。本文采用熵值權(quán)重與灰色關(guān)聯(lián)分析相結(jié)合的模型對地震應(yīng)急避難場所進(jìn)行適宜性評價，根據(jù)模型的計算結(jié)果進(jìn)行排序，得出各避難場所適宜性優(yōu)劣情況和評價結(jié)果，評價步驟如下：

（1）評價指標(biāo)數(shù)據(jù)處理

首先確定參考序列，列出各評價指標(biāo)數(shù)據(jù)序列為Xi={Xi(k)|k=1,2,3,···,n}(i=1,2,3,···,m)（m為應(yīng)急避難場所個數(shù)），從各評價指標(biāo)屬性中選擇最優(yōu)值確定為參考序列X0。由于各評價指標(biāo)統(tǒng)計量綱不同，需要對初始指標(biāo)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行無量綱化處理，根據(jù)評價指標(biāo)性質(zhì)，數(shù)據(jù)處理形式可分為上限效果測度和下限效果測度，其中正向指標(biāo)可用上限效果測度：

負(fù)向指標(biāo)可用下限效果測度：

式中，rij為第i個避難場所第j個指標(biāo)屬性值，由式（1）、（2）可生成灰色序列表。

（2）熵值權(quán)重Wj的計算

3 實例應(yīng)用

3.1 研究區(qū)概況

天津市地處華北平原東北部，東臨渤海、北依燕山，經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，城市人口稠密，是中國北方最大的沿海開放城市、環(huán)渤海地區(qū)經(jīng)濟(jì)中心和國際性綜合交通樞紐，素有“河海要沖”和“畿輔門戶”之稱，是京津冀一體化中重要的一級。天津市地處華北地震帶和高烈度區(qū)，轄區(qū)活斷層分布復(fù)雜，其中海河斷裂帶直接穿過中心城區(qū)，地震災(zāi)害威脅較嚴(yán)重。

中心城區(qū)是天津市核心地帶和發(fā)祥地，下轄6 個區(qū)，面積約173 km2，常住人口密度高達(dá)25 104 人/km2，是全市人口分布最密集的地區(qū)，人口和規(guī)模的空前膨脹給城市應(yīng)對突發(fā)公共事件的能力帶來嚴(yán)峻考驗，而應(yīng)急避難場所將成為保障城市安全和防震減災(zāi)的重要設(shè)施。天津市作為首都圈地震重點監(jiān)視防御區(qū)，非常重視應(yīng)急避難場所的建設(shè)。天津市中心城區(qū)已建成配套設(shè)施并投入使用的應(yīng)急避難場所共12 處，總避難面積約350.1 萬m2，避難人口約68.5 萬（劉瑞瑞等，2015），具體情況如表2 所示。

表2 天津市中心城區(qū)應(yīng)急避難場所基本信息Table 2 Basic information table of emergency sheltersof the central city ofTianjin

3.2 適宜性評價分析

本文對天津市中心城區(qū)12 處應(yīng)急避難場所適宜性進(jìn)行評價，評價模型中的指標(biāo)權(quán)重可衡量該指標(biāo)對綜合評價的影響程度，可為應(yīng)急避難場所適宜性評價提供重要依據(jù)。將收集到的天津市中心城區(qū)應(yīng)急避難場所數(shù)據(jù)進(jìn)行分析整理與計算，可獲得各評價指標(biāo)數(shù)據(jù)序列（表3），根據(jù)指標(biāo)的最優(yōu)值確定參考序列，運用式（1）、（2）、（3）對評價指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與計算，得到的指標(biāo)權(quán)重結(jié)果如表4 所示；運用式（4）、（5）計算灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)并與熵值權(quán)重進(jìn)行加權(quán)運算，得到適宜性評價結(jié)果（表5），并對其進(jìn)行評價分析。

表3 天津市中心城區(qū)地震應(yīng)急避難場所適宜性評價指標(biāo)數(shù)據(jù)Table 3 The index data of earthquake emergency shelter suitability evaluation of the central city of Tianjin

表5 天津市中心城區(qū)地震應(yīng)急避難場所適宜性評價結(jié)果Table 5 The earthquake emergency shelter suitability assessment of the central city of Tianjin

由表4 可知避難場所的可容納人數(shù)對避難場所適宜性評價結(jié)果貢獻(xiàn)最大，其次為活斷層距離、重大危險源距離、醫(yī)療機(jī)構(gòu)距離、公安機(jī)關(guān)距離，這些評價指標(biāo)在適宜性評價中的重要程度較大。

表4 指標(biāo)權(quán)重結(jié)果Table 4 Index weight value

根據(jù)適宜性評價結(jié)果Ri分布情況，結(jié)合相關(guān)學(xué)者研究成果經(jīng)驗，適宜性評價成果等級劃分為：適宜（Ri≥0.55）、較適宜（0.50≤Ri＜0.55）、較不適宜（Ri＜0.50）。

水上公園和北寧公園屬于適宜等級，這類應(yīng)急避難場所有效性、可達(dá)性和安全性整體較好，空間位置合理，避難空間較大，可容納人數(shù)和交通通達(dá)度較高，且接近公共救援服務(wù)設(shè)施，災(zāi)后能盡快開展應(yīng)急救援工作；中心公園、睦南公園、河?xùn)|公園、中山門公園、王串場公園和紅橋公園屬于較適宜等級，這類應(yīng)急避難場所適宜性較好，空間位置相對合理，但避難空間較小，可容納人數(shù)較少；銀河廣場、人民公園、長虹公園和西沽公園屬于較不適宜等級，這類應(yīng)急避難場所共同點是安全性較差，距活斷層和危險源距離較近，部分地區(qū)距醫(yī)療機(jī)構(gòu)、消防據(jù)點、公安關(guān)也相對較遠(yuǎn)。

評價結(jié)果表明，天津市中心城區(qū)現(xiàn)有12 處地震應(yīng)急避難場所中有2 處達(dá)到了適宜等級，6 處達(dá)到了較適宜等級，其他4 處均為較不適宜等級，地震應(yīng)急避難場所適宜性等級分布如圖1 所示。天津市中心城區(qū)大部分應(yīng)急避難場所適宜性較好，應(yīng)急避難場所可容納人數(shù)較少，可達(dá)性和安全性較差是導(dǎo)致部分應(yīng)急避難場所適宜性水平偏低的主要原因。

本文運用GIS 技術(shù)緩沖區(qū)分析法結(jié)合城區(qū)人口密度分布情況，對天津市中心城區(qū)應(yīng)急避難場所分布情況進(jìn)行研究，結(jié)果表明中心城區(qū)應(yīng)急避難場所分布較集中，雖然每個行政區(qū)均分布2 個應(yīng)急避難場所，但避難場所服務(wù)范圍覆蓋率與場所周邊居民避震疏散需求量相比仍有較大差距。由圖1 可知城區(qū)中部和東南部是避難場所服務(wù)范圍缺口面積較大的區(qū)域，而城區(qū)中南部避難場所服務(wù)重疊率偏高，不利于避難場所的高效率利用，加上城區(qū)人口高度集中，常住人口密度高達(dá)25 104 人/km2，使得實際人均有效避難面積嚴(yán)重偏低，僅0.81 m2，遠(yuǎn)低于國家最低標(biāo)準(zhǔn)1.5 m2。結(jié)合適宜性評價結(jié)果發(fā)現(xiàn)，由于避難場所可容納人數(shù)的限制及應(yīng)急管理信息化建設(shè)的滯后，導(dǎo)致城市居民的實際避難需求仍得不到滿足且有較大差距。因此，應(yīng)急避難場所可容納人數(shù)亟需提高，重點是提高應(yīng)急避難場所的數(shù)量供給和適宜性，加強(qiáng)應(yīng)急避難場所空間布局與居民避震疏散需求的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，促進(jìn)應(yīng)急管理業(yè)務(wù)信息化、現(xiàn)代化，以滿足城市居民對緊急疏散空間的迫切需求，從而增強(qiáng)城市整體防災(zāi)減災(zāi)能力，這對促進(jìn)防震減災(zāi)業(yè)務(wù)信息化、現(xiàn)代化具有重要的現(xiàn)實意義。

圖1 天津中心城區(qū)地震應(yīng)急避難場所適宜性分布圖Fig. 1 Suitability distribution ofthe earthquake emergency shelter in the central city of Tianjin

4 結(jié)論

城市地震應(yīng)急避難場所是保障城市安全的重要公共服務(wù)設(shè)施，對其適宜性進(jìn)行評價是城市防震減災(zāi)體系的重要組成部分。本文基于GIS 空間分析技術(shù)，從有效性、可達(dá)性和安全性3 個方面構(gòu)建了評價指標(biāo)體系，采用熵值權(quán)重與灰色關(guān)聯(lián)分析法相結(jié)合的評價模型對天津市中心城區(qū)現(xiàn)有12 處地震應(yīng)急避難場所進(jìn)行適宜性評價。評價結(jié)果給出了天津市中心城區(qū)地震應(yīng)急避難場所適宜程度及應(yīng)急避難場所的綜合情況和應(yīng)急避難能力現(xiàn)狀，有利于提高城市應(yīng)急避難場所規(guī)劃建設(shè)的合理性和應(yīng)急管理水平，更好地發(fā)揮應(yīng)急避難服務(wù)功能，更好地服務(wù)人民。