地震應急評估與決策指標體系的構建1

聶高眾 安基文 鄧 硯

（中國地震局地質研究所，北京100029）

地震應急評估與決策指標體系的構建1

聶高眾 安基文 鄧 硯

（中國地震局地質研究所，北京100029）

地震應急的損失評估與決策工作是地震應急救援的基礎，需要在基礎數據的支持下，對震害損失和決策目標相關信息進行科學的預估。然而，災情評估中存在基礎數據精度不夠高、內容不足、沒有一個成體系的、完整的工作標準可遵循等問題。本文從應急決策的需求出發，構建了地震應急評估與決策指標體系，試圖利用數據指標化的方法解決上述問題。

地震應急評估與決策 指標體系 數據指標化

引言

中國是世界上地震災害最為嚴重的國家之一。唐山7.8級強震造成24.25萬人死亡，交通、供水、供電、通訊等生命線工程全部癱瘓，直接經濟損失132.75億元。截至2009年4月25日10時統計，汶川8.0級特大地震造成69225人死亡，17939人失蹤，直接經濟損失8451億元（溫玉婷等，2010）。可見，減少地震造成的人員傷亡和經濟損失是我國面臨的一項緊迫而艱巨的任務。經過長期的理論研究與工作實踐的積累，提高地震監測預報水平、加強地震災害預防能力、提高地震災害緊急救援水平已被國內外防震減災界公認為減輕地震災害的三個主要途徑，而其中提高地震災害緊急救援水平（即地震應急能力）更是因其在現有的科技和經濟條件下表現出的“較為現實、投入較少、見效較快、實效顯著”等優點，受到世界各國的普遍重視。地震應急是一項準軍事化行動，時間緊迫、事關重大是該行動的突出特點，而其關鍵點在于能否在最短的時間內，做出科學合理的決策并付諸行動（鄧硯等，2005）。顯然，在地震應急中，決策者首先需要快速、全面、準確地把握災情，繼而迅速判斷應急目標，并及時制定合理有效的行動方案。因此，地震應急的首要任務是對地震可能造成的人員傷亡、經濟損失等災害損失的評估和壓埋人員集中地、重大事項急迫程度等救援目標相關信息的掌握。

廣義的自然災害損失評估，可以按災害事件發生的時間分成三種（趙阿興等，1993）。第一種是自然災害發生之前的預評估或推算性評估，是一種預測性工作。它的意義是可以為國家經濟發展規劃提供參考，又可以為現有經濟分布設計多項減災措施提供依據。第二種是災害發生過程中的監測性評估，是一種在災害發生時快速測算災情的評估。它既為救災指揮提供直接的依據，又為災害損失的發展和總評估提供參數。第三種是災害發生之后現場的實測性評估，是制定災后恢復建設總規劃與決策的重要依據。本文所討論的地震應急評估就是監測性評估，也叫快速評估或盲估。之所以稱作盲估，是因為這時候的評估結果是根據地震應急基礎數據庫中存儲的數據，利用數學模型計算出來的，而不是到災區現場實測出來的。不能采用實測方法是由于上報評估結果的時間緊迫性。決策者必須盡快拿到評估結果，制定救援方案，指揮急救行動，因為每一秒鐘都可能有生命在逝去。

地震應急的損失評估與決策工作是地震應急救援的基礎，它需要在應急基礎數據的支持下，對地震可能造成的人員傷亡、經濟損失等災害損失進行科學的預估，為地震應急救援決策提供支持。目前國家、省兩級基礎數據庫的總數據量大約為 20TB，包括自然、社會、經濟以及其他多個方面的大量基礎數據。然而在當前的地震應急評估與決策工作中，大量的基礎數據未能得到有效的利用，造成數據資源的極大浪費。目前，在地震應急評估與決策工作中使用基礎數據時存在如下幾個問題：

①數據精度不夠高。基礎數據庫中很多數據是以縣為單位搜集存儲的，然而在實際應用中，基于縣級數據計算得到的評估值與實際值相差甚大。比如，在人口傷亡的評估中，往往會遇到地震影響場覆蓋某個行政單元的一部分的情況，而計算該部分人口時會以行政單元的平均人口乘以該部分面積。很顯然，受限于數據精度，算法中沒辦法考慮行政單元內部人口分布的不均勻性，而因此帶來的評估值誤差可達10-1000倍之多，嚴重影響急救工作。

②基礎數據的內容不足以滿足應急工作的需求。地震應急評估與決策工作需要更多的，可以更直接地描述地震災害相關的特定狀態的綜合性數據。此類數據可以由基礎數據或其他數據，通過一定的數學模型計算得出，然而，當前此類數據在內容上不僅匱乏，而且也沒有生產中可以參照的標準體系。

③部分基礎數據密級較高，無法使用。比如，救災行動中動用軍隊是常有的事情，然而對于一定級別的決策者，軍隊力量分布數據是保密的，決策中無法參考。

以上種種問題，可以用數據指標化的方法解決。指標化數據是指具有特定含義、可以用單一數值表示一種現象特定狀態的綜合性數據，該種數據是由多種原始數據，通過一定分析模型計算得出的二次數據。如：年均損失模數（單位面積多年平均災害損失數），或者全國公里格網烈度為6度時的損失等。數據的指標化可以提高數據精度，如：全國人口公里格網數據（1km分辨率）可以由縣級人口數據和全國土地利用數據等多種基礎數據，通過數學模型計算得出。通過指標化可以挖掘產生新的數據，如：震害直接經濟損失數據可通過指標化，由多類型建筑物的單位面積平均造價與單位面積平均室內財產價值等基礎數據計算得出。數據指標化也有可能解決數據密級較高而無法使用的問題，如：將軍隊力量分布作為基礎數據，與其他救災力量分布數據融合，得出綜合性的救援力量分布數據，或許可以提供給較低級別的決策者使用。

關于數據的指標化，學者們已經積累了很多研究成果，尤其在震害等災害的應急方面，提出了不少指標和指標體系，其中不乏可借鑒的內容。王紹玉（2003）在城市災害應急管理指標體系的研究中提到，城市工程防御系統是災害應急的物質基礎，它包括建（構）筑物、生命線工程、交通、電訊及網絡等指標。吳新燕（2006）在城市地震應急準備能力指標體系的研究中認為，地震災情速報應該包括影響范圍、人口影響（人口傷亡等）、經濟影響（建筑物、生命線工程、重大工程、重要設施設備的損壞，當地生產與家庭財產的損失）、社會影響等四個內容。鄧硯等（2005）對地震應急的影響因素進行了初步的分類，認為影響因素可以概括為三個大的方面——自然方面、社會經濟方面和應急信息方面。其中應急信息就包括災情信息的速報、災情的快速和動態評估和應急決策快速制定等內容。鄧硯等（2008）還提出了“描述各地區在遭受同等強度地震打擊時，所表現出來的應急緊迫性、應急重要性和應急救援強度大小的指標”——地震應急地區系數。可見，學者們從各自不同的研究角度，不同程度地涉及到了災害（包括地震）應急的災情獲取與指揮決策的相關內容，對本研究有很大的參考意義。比如，災情評估的內容——建（構）筑物、生命線工程、交通、電訊及網絡、重大工程、重要設施設備、人口傷亡、財產損失等；應急決策的指標——地區系數等。然而，這些研究都不是針對地震應急評估與決策工作本身的。盡管已經有很多關于地震應急相關指標體系的研究，如：關于（地震）應急能力（鄧云峰等，2005；錢永波等，2006；陳文濤，2007；田依林等，2008；鄧硯等，2010；）、（地震）災害損失預測（趙阿興等，1993；杜興信等，1994；陳棋福等，1997；陳颙等，1999）、應急管理能力（王紹玉，2003）、應急準備能力（吳新燕，2006）、應急避難所的應急適應能力（黃典劍等，2006）等，但是地震應急評估與決策方面還沒有學者提出完整的指標體系。因此，本文借鑒前人的研究成果，結合多年的應急工作經驗提出了一套地震應急評估與決策指標體系，旨在幫助解決目前地震應急的損失評估與決策制定中存在的問題。

1 建立地震應急評估與決策指標體系的基本原則

指標的選擇和指標體系的構建以地震應急工作的長期實踐為基礎，從實實在在的應急工作需求出發，在充分考慮地震應急指揮工作的時間緊迫性、關鍵點和整體性的前提下，遵循了以下幾個原則。

1.1 面向決策需求

構建地震應急評估與決策指標體系的目的是，給基礎數據的指標化提供參考，以解決地震應急快速評估中存在的準確度低、不全面等問題，幫助決策者更及時、更準確、更有效地制定出救災指揮方案。因此，指標體系的構建應該以決策需求為出發點，充分、全面地了解決策中的考慮因素，并選擇直接參與決策的因素作為指標體系的一級指標。一級指標是指標體系中總體目標之下的第一層指標，而其數據層應該是決策者在決策中必需的、充分的、唯一直接接觸的，決策者就救災指揮工作而言不需要深入了解一級指標的影響因素。

1.2 底層指標要全面

底層指標包括二級指標和三級指標，它們與一級指標共同構成整個地震應急評估與決策指標體系，而體系中下級指標是其上級指標的影響因素。顯然，為了保證上級指標的有效性和準確性，應該全面地考慮其影響因素，形成下級指標。三級指標是體系中最下層、最詳細的指標，其數據可以有原始的基礎數據，也可以有通過指標化生成的非基礎數據（如公里格網的建筑物總面積數據）。

1.3 前瞻性

有些指標可能已經通過地震應急工作被證明為必要的和重要的，然而有可能因為其研究基礎薄弱，目前還無法明確其影響因子。盡管如此，從應急工作的需求和應急評估與決策能力的發展性考慮，應該在體系中的適當位置保留此類指標。

2 地震應急評估與決策指標體系的構建與應用

2.1 指標體系的構建及說明

在上一節所述的幾個原則下，本文采用當前學術界在建立復雜指標體系的過程中經常用到的層次分析法，構建了地震應急評估與決策指標體系。它包括：12個一級指標；15個二級指標；113個三級指標。指標體系的上層結構如圖1所示，而指標體系的詳細內容見表1。層次分析法（Analytic Hierarchy Process，AHP）是由美國數學家莎迪（T.L. Saaty）于1980年提出的一種定性與定量分析相結合的多目標決策分析方法。這種方法的特點是在對復雜決策問題的本質、影響因素及其內在關系等進行深入分析的基礎上，利用較少的定量信息使決策的思維過程數學化，從而為復雜決策問題提供簡便的決策方法。

在指標體系的應用中，將指標量化的目的是要得出一個程度。因此，分析前需要對數據進行歸一化處理。對非數值型數據，可以根據專家經驗賦予[0,1]范圍內的數值。指標的分析需要分兩類考慮：一類是局部指標，包括最終目標與大部分一、二級指標，由于其下級結構各組分的重要性具有區域差異，因此可以采用專家咨詢法，通過專家的認識和經驗給權重打分，并進行歸一化；二類是全局指標，主要是基礎數據及其指標化產出，其中指標化數據的構建方法較為復雜，因此需要建立有針對性的分析模型。

圖1 地震應急評估與決策指標體系的上層結構Fig.1 Superstructure of earthquake emergency loss evaluation and decision-making index system

表1 地震應急評估與決策指標體系Table 1 Earthquake emergency loss evaluation and decision-making index system

續表

2.1.1 建（構）筑物損失評估

建（構）筑物損失評估是地震應急評估決策指標的重要影響因素，是地震中導致人員傷亡和財產損失的主要原因，由建筑物損失和構筑物損失計算得出。建筑物損失評估需要行政區劃名稱、城市名稱、公里格網建筑物、建筑物類型、震害矩陣等指標數據，而構筑物損失評估需要構筑物類型、震害矩陣等指標數據。其中，公里格網建筑物是指每公里格網內的建筑物，建筑面積的總和。震害矩陣是以矩陣的形式表示不同烈度下，不同類型震害指數構成的矩陣。

2.1.2 經濟損失評估

經濟損失評估也是地震應急評估決策指標的重要影響因素，是影響應急物資調配方案的主要因素。經濟損失主要分直接經濟損失和間接經濟損失。直接經濟損失是指地震中損毀的建（構）筑物的價值，其影響因素包括各種建（構）筑物的平均造價和平均室內財產等。間接經濟損失主要指地震導致的生產、服務、貿易等產業損失，下級指標包括國內生產總值（GDP）、工業總產值、農業總產值等。

2.1.3 人員傷亡評估

人員傷亡評估是指對地震造成的人員受傷和死亡的評估，是地震應急評估決策指標的重要影響因素，也是影響救援力量調派方案的主要因素。該指標包括人員死亡評估、人員受傷評估、無家可歸人員評估等內容，而具體指標有總人口、家庭戶戶數、大于65歲人口等。

2.1.4 重點目標破壞評估

重點目標是指地震對其的破壞會產生重大社會影響的建筑物或單位，主要包括水庫、大壩、核設施、銀行、監獄等。水庫和大壩的評估需要考慮結構類型、壩高、建筑年代等因素，其中，場地條件是指修建地點的場地土條件，抗震設防水平可以采用水庫、大壩修建時的抗震設防烈度表示。其它重點目標由于目前研究基礎薄弱，暫時無法給出具體的下級指標。

2.1.5 生命線工程破壞評估

本文考慮的生命線工程包括電力設施、通訊設施、橋梁和隧道。電力設施評估需要了解其重要程度、負荷等級、電壓等級和是否是供配電樞紐設施等因素。電力設施重要程度是指電力設施在整個供電系統中的重要性；電力負荷是指發電廠或電力系統在某一時刻所承擔的各類用電設備消費電功率的總和，按電力負荷可靠性要求及中斷供電在政治上、經濟上造成損失影響的程度，電力負荷分為：一級負荷、二級負荷、三級負荷；電壓等級是指電力系統及電力設備的額定電壓級別系列。通訊設施評估的下級指標包括地區抗震設防烈度、通訊設施設防烈度、建設年代、通訊設施重要度系數等，其中，通訊設施重要度系數是指通訊設施在通訊網絡中的地位和重要程度。橋梁評估需要考慮橋梁建造年代、場地土類型、抗震設防烈度等因素。隧道評估需要考慮地質條件、襯砌類型、隧道埋深等因素，其中，地質條件包括硬巖、軟巖、節理發育的巖石和土或土夾卵石等；襯砌類型包括噴錨襯砌、整體襯砌和復合式襯砌等。

2.1.6 次生災害評估

地震往往會引起火災、滑坡、泥石流等諸多次生災害。次生災害可能會增加各類損失和傷亡，進一步破壞生命線工程，改變救援需求的分布格局，給救援行動帶來更大的困難和很大的變數。本文主要考慮的次生災害有次生毒氣擴散、次生火災和次生地質災害。次生毒氣擴散評估指標需要考慮泄漏源、泄漏狀態、氣象條件、環境條件等因素；次生火災評估指標需要考慮建筑物類型、氣象條件、建筑物震害指數、建筑面積等因素；次生地質災害評估指標需要考慮坡度、坡高、坡形、巖層、降雨強度等因素。

2.1.7 救援需求評估

救援需求主要包括物資需求、人員需求和設備需求。其下級指標有受傷人口、死亡人口、受災戶數、災區總人口、季節條件、地區系數、無家可歸人數等。

2.1.8 異地疏散需求和方案評估

異地疏散需求和方案評估需要考慮當地重傷員、當地可承受傷員數、目的地病床數、目的地可接收傷員數、目的地與災區距離等影響因素。該指標下沒有設置二級指標，而直接由三級指標計算得出。

2.1.9 遙感震害評估

遙感震害評估需要遙感影像、識別模型、建筑物分布、人口分布等內容。該指標下沒有設置二級指標，而直接由三級指標計算得出。

2.1.10 震后生態評估

震后生態評估需要農田光溫生產潛力、NPP、NEP、NDVI、土地覆蓋、土壤碳等公里格網數據的支持。該指標下沒有設置二級指標，而直接由三級指標計算得出。

2.1.11 埋壓人員集中地判斷

埋壓人員集中地的判斷需要了解建筑物損壞程度、公里格網人口分布、地震發生時間、建筑物用途等影響因素。該指標下沒有設置二級指標，而直接由三級指標計算得出。

2.1.12 重大事項急迫度排序

重大事項急迫度的排序需要了解功能重要度、級別重要度、保護需求度、續發災害危險度等影響因素。該指標下沒有設置二級指標，而直接由三級指標計算得出。

2.2 產出的部分指標化數據集

本文在提出以上地震應急評估與決策指標體系的基礎上，選擇了體系中部分指標，研制了其指標化方法和數學模型，并產生了相應的指標化數據集，包括國民生產總值1km格網數據集（圖2）、人口1km格網數據集（圖3）、房屋面積（總面積、分類型的面積）1km格網數據集（圖 4）等。以上公里格網數據是通過對相應基礎數據（縣市級統計數據）和土地利用數據、樣本數據、遙感數據等其它多種數據進行分線程、多步驟、融合等相當復雜的過程及計算產出的。具體方法和數學模型可以參考相關學術論文。另外，在實際應用中，公里格網數據需要先進行歸一化處理。

2.3 地震應急評估與決策指標體系及其指標化數據集的應用前景

上文中已經提到，數據指標化有著可以提高數據精度、可以挖掘產生新的數據、可能解決數據密級較高而無法使用的問題等優勢。另外，通過針對復雜問題建立分層分級的指標體系，可以理清問題的各個影響因素及它們之間的關系，使問題變得簡單、解決思路變得清晰。

本文提出的地震應急評估與決策指標體系是以地震應急工作實踐的長期積累為基礎，針對決策者的決策需求，以從上到下、逐步細化的方式建立起來的。因此，具備了相當的適用性、實用性和高效性。同時，基礎數據的指標化也帶來了數據精度的提高和數據內容的豐富。在不遠的將來，隨著各個指標的計算模型的建立、完善和相應數據集的生成，地震應急評估與決策指標體系將盡快融入到實際工作中，發揮它的作用，而且由于指標體系的使用，地震災情的評估與決策會更準確、更全面和更高效。

圖2 國民生產總值1km格網數據集Fig.2 Gross national product data at 1km grid size

圖3 人口1km格網數據集Fig.3 National population data at 1km grid size

目前在地震應急評估與決策工作中還沒有一個成體系的、完整的工作標準可遵循。不只是震害，其他災害的評估中也存在數據精度不夠高、內容不足等問題。本文以科學的方法構建了一套針對地震應急評估與決策需求的指標體系，通過指標化方法提高了基礎數據的精度和內容豐富度，以圖幫助完善地震應急工作，提高救援效率，挽救更多的生命和財產。本文的指標體系構建方法、指標體系的內容、指標化數據的計算模型也可以給其它災種的救災工作提供參考；生產出來的指標化數據集作為基礎數據的有力補充，更是有非常廣泛的用途。

圖4 房屋面積（總面積、分類型的面積）1km格網數據集Fig.4 Distribution of house area at 1km grid size

3 結語

不管是地震成因、現象本身，還是導致的災情都有很大的不確定性，當中的很多問題還無法用科學的方法準確地把握住，災情盲估就是其中之一。本文提出的指標體系也需要在實踐中不斷地完善。

目前指標體系還有一部分沒有完成（如核設施、銀行、監獄、機場等重點目標的下級指標），需要補充。另外，也有很多指標還沒有具體的計算模型和數據產出，需要加快研制步伐，以期盡快將指標體系投入到實際應用中，發揮應有的作用。

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Construction of the Index System for Earthquake Emergency Loss Evaluation and Decision-making

Nie Gaozhong, An Jiwen and Deng Yan
(Institute of Geology, China Earthquake Administration, Beijing 100029, China)

Loss evaluation and decision-making are essential work for earthquake emergency rescue, and for scientific prediction of seismic damage and determination of rescue objectives. In practice, however, there exist some problems, such as that the basic data are not precise and rich enough and no systematic and complete criteria for the decision-making work. This paper tries to solve the problems using the method of data indexation by constructing an index system for earthquake emergency loss evaluation and decision-making.

Earthquake emergency loss evaluation and decision-making; Index system; Data indexation

聶高眾，安基文，鄧硯，2011. 地震應急評估與決策指標體系的構建. 震災防御技術，6（2）：146—155.

由國家科技支撐計劃項目（2008BAK50B03-07）中國地震局地質研究所基本科研業務專項（IGCEA1109）和地震行業科研專項（200708007）共同資助

2011-04-12

聶高眾，男，生于1964年。中國地震局地質研究所研究員、博士導師。主要從事地震應急、減災、災害信息等方面的研究和技術攻關工作。E-mail: niegz@ies.ac.cn