基于孕災環(huán)境的沿海城市安全生產(chǎn)風險評價指標體系研究

杜 靜，張禮敬，陶 剛

(南京工業(yè)大學 安全科學與工程學院，江蘇 南京 210009)

0 引言

隨著中國工業(yè)的迅速發(fā)展，城市化凸顯，主要產(chǎn)業(yè)結構由第一產(chǎn)業(yè)向第二產(chǎn)業(yè)轉變，人口遷移，造成了城市人口、經(jīng)濟和資源高度集中。人類生產(chǎn)經(jīng)營活動逐漸擴大而事故頻繁發(fā)生，如“8·2昆山工廠爆炸事故”、“8·12天津濱海新區(qū)爆炸事故”等，這恰恰與我國工業(yè)化、城市化進程不斷加快緊密相關。沿海城市作為我國經(jīng)濟發(fā)展的先驅力量，其本身較內(nèi)陸城市受自然災害影響較大。近年來工業(yè)的迅速崛起及城市的擴張，更是使城市暴露于復雜的災害系統(tǒng)之下，這加劇了沿海城市面臨災害的風險。

國外關于城市安全評價的研究，興盛于20世紀末十年至21世紀最初五年，該時期恰恰是全球風險與危機事件發(fā)生最為頻繁的時段，相關研究主要從城市防災減災著手，注重城市危機管理，形成了比較完整的研究體系[1]。如聯(lián)合國發(fā)展計劃署與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署合作開展了“災害風險指標(DRI)”計劃[2]、美國哥倫比亞大學和Pro Vention聯(lián)盟共同完成了“自然災害熱點(Hotspots)計劃”[3]，這些研究首次展示了全球災害風險的樣貌，為城市災害風險研究提供了思路。2005年國立哥倫比亞大學與美洲開發(fā)銀行合作的“美洲計劃(Americas)”[4]中，對次國家級的省、城市進行了災害風險的案例研究；美國聯(lián)邦應急管理局對美國各級別行政區(qū)，分別進行颶風、地震和洪水災害的單一災種評估，進而得到綜合評估結果[5]。

國內(nèi)城市安全評價研究主要著重于自然災害、公共安全、火災、技術事故、生態(tài)安全、應急能力等方面，在評價方法上，大多是基于致災因子的危險性及受災體的脆弱性進行評價，定性研究占主導地位，定量評價研究不多[6]，如史培軍等依據(jù)災害系統(tǒng)理論，構建了城市脆弱性評價體系，劃分了中國城市自然災害風險等級[7]；翁韜提出了安全等級“層級疊加”原理，研究了城市區(qū)域性重大事故風險評價技術，劃分了城市區(qū)域社會風險等級[8]；許佳華等以大連市為例，建立城市區(qū)域火災風險評估方法體系，并劃分城市區(qū)域火災風險等級[9]；方曼等通過對城市與安全生產(chǎn)的理解，構建了城市安全生產(chǎn)風險體系框架，對北京市安全生產(chǎn)趨勢進行了初步預測[10]。

由于城市風險因素涉及較廣，目前的大多數(shù)城市災害研究著重于自然災害及公共安全，著重于災害理論中的致災因子及承災體的作用，將風險要素綜合，得到綜合致災因子危險性和承災體脆弱性，評估最終風險等級或指數(shù)[11-12]。隨著人類生活水平、生產(chǎn)技術的提高，安全生產(chǎn)事故較自然災害更加頻繁，沿海城市由于其自然特性及工業(yè)迅速崛起的現(xiàn)狀，更是首當其沖。以往年事故發(fā)生頻率及后果作為致災因子危險性的城市安全評價，并不能很好地反映城市潛在的風險，因此根據(jù)安全生產(chǎn)事故的特點，將孕災環(huán)境理論拓展到安全生產(chǎn)事故，研究沿海城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境，梳理沿海城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境因素，將孕災環(huán)境分為自然、人類和技術3大類，建立沿海城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境風險評價指標體系，并以某城市為例，進行實際探討。

1 孕災環(huán)境論

目前，對于災害理論的研究可分為致災因子論、承災體論、孕災環(huán)境論及區(qū)域災害系統(tǒng)理論。根據(jù)區(qū)域災害系統(tǒng)理論，事故是區(qū)域內(nèi)致災體、受災體、孕災環(huán)境間相互作用的產(chǎn)物，即事故是由不確定因素導致孕災環(huán)境變化，形成致災體，進而作用在受災體上的產(chǎn)物。孕災環(huán)境論主要從區(qū)域環(huán)境的變化來研究災害的形成，對于區(qū)域內(nèi)存在多種災害時，孕災環(huán)境的研究更能體現(xiàn)區(qū)域內(nèi)各因子相互作用的致災機制。史培軍在自然災害理論中，將孕災環(huán)境分為自然和人為2類，從廣義上來說，自然環(huán)境分為：大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈等；人為環(huán)境則分為：技術圈和人類圈。本文將自然災害的孕災環(huán)境理論拓展至生產(chǎn)安全事故孕災環(huán)境，二者有一定的交叉。對于自然災害，其孕災環(huán)境主要受大氣、水、巖石、生物圈等自然環(huán)境的影響，人為環(huán)境為輔，如泥石流的發(fā)生是由于水圈、巖石圈的不穩(wěn)定性導致的；而對于生產(chǎn)安全事故，其孕災環(huán)境主要受技術發(fā)展及人類活動等人為環(huán)境的影響，自然環(huán)境中的自然災害本身為生產(chǎn)安全事故的孕災環(huán)境，如作業(yè)場所未安裝避雷針情況下，由于雷擊導致的火災事故，其孕災環(huán)境為自然環(huán)境與人類圈的生產(chǎn)經(jīng)營活動，根本原因為人類預防措施不到位，為生產(chǎn)安全事故。

孕災環(huán)境探討的是城市生產(chǎn)經(jīng)營活動中面對的危險因素，不同于通過事故后果與頻率因素的城市安全評價，已發(fā)生的事故及造成的后果不能代表城市當時所面臨的風險狀況。孕災環(huán)境主要探討未發(fā)生事故前的風險因素，體現(xiàn)的是城市生產(chǎn)經(jīng)營活動中潛在的風險分布，為政府安全監(jiān)管提供依據(jù)。

2 沿海城市孕災環(huán)境特征及風險因子分析

2.1 沿海城市孕災環(huán)境特征

1)人口密集、經(jīng)濟中心

沿海城市是人口聚集、國民經(jīng)濟、社會發(fā)展重要區(qū)域和戰(zhàn)略中心。

2)自然災害發(fā)生頻率高

沿海城市多發(fā)、易發(fā)的自然災害主要有臺風、風暴潮、地震、海嘯等，這些災害往往作用區(qū)域廣、后果嚴重，廠房毀壞、危化品泄漏、交通中斷、掀翻漁船等嚴重阻礙沿海城市安全生產(chǎn)發(fā)展進程。高頻率、高強度的自然災害以及工業(yè)化的快速發(fā)展，是沿海城市的重要特征之一。

3)化工、重工業(yè)發(fā)展迅速

近年來，由于沿海城市的地理優(yōu)勢，其臨港重工業(yè)、化工業(yè)的發(fā)展尤為迅速，化工及工業(yè)園區(qū)的快速崛起，在帶來經(jīng)濟效益的同時，也加劇了沿海城市面臨的風險。

4)海洋資源豐富、發(fā)展特色海洋漁業(yè)

沿海城市的海洋資源豐富，海洋漁業(yè)的發(fā)展也是其特色之一，漁船若遇海上大風、惡浪等惡劣海況，極易造成船毀人亡，而航道堵塞發(fā)生的碰撞事故，也嚴重影響正常生產(chǎn)進程。

2.2 沿海城市孕災環(huán)境因子分析

目前，我國最為突出的城市災害是地震、道路交通事故、化學事故、次生化學災害等，分別涉及到巖石圈、技術圈、人類圈。特別說明的是，在生產(chǎn)經(jīng)營過程中，由于受到自然災害的影響，人類預防措施不到位或失誤，進而造成的人員傷亡或財產(chǎn)損失屬于安全生產(chǎn)事故。故將安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境影響因子分為自然因素、人類因素、技術因素。沿海城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境影響因素如圖1所示。

圖1 沿海城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境影響因素Fig.1 The impact factors of disaster-pregnant environment in coastal city

1)自然因素：沿海城市是自然災害易發(fā)、頻發(fā)地區(qū)，自然災害往往不可控或未加控制，沿海城市面臨的主要自然環(huán)境因素有大氣圈、水圈、巖石圈等。其主要災害威脅包括水圈與巖石圈作用下的洪水、海嘯；水圈與大氣圈作用下的臺風風暴潮、暴雨、雷暴、大霧；巖石圈作用下的地震、泥石流等。

2)人類因素：城市是由多個系統(tǒng)組成的整體，其基本特征是人口、建筑物、物質和精神財富高度集中。人是城市的主體，人類在生產(chǎn)經(jīng)營活動中創(chuàng)造價值、追求經(jīng)濟效益的同時，也為自身所處環(huán)境帶來了威脅。據(jù)調(diào)查，約70%的事故是由于人為管理不當或操作失誤造成的。人類圈因素包括人口變化與文化發(fā)展程度等。

3)技術因素：科學技術發(fā)展在給城市帶來巨大經(jīng)濟利益的同時，也帶來了不容小覷的風險。技術圈孕災環(huán)境與生產(chǎn)系統(tǒng)息息相關，包括工礦商貿(mào)、交通系統(tǒng)、城市生命線、人員聚集場所等。如化工業(yè)在為城市創(chuàng)造價值的同時，也可能出現(xiàn)泄漏，進而導致火災爆炸或環(huán)境污染的風險；城市道路的開發(fā)及汽車業(yè)的發(fā)展，使道路交通事故頻發(fā)；大型商業(yè)中心的開發(fā)，形成了高密度人流，增加相關事故失控的風險；城市燃氣管道屢屢出現(xiàn)泄漏爆炸事故；隨著城市規(guī)劃不斷擴大，建設施工數(shù)量增加，建筑行業(yè)傷亡事故屢有發(fā)生。這些技術風險的種類復雜且客觀存在，具有隱蔽性強、潛伏期較長等特點。不同于自然災害，技術事故是由人類活動造成的，亦可以由人類主觀能動性來限制風險的大小。但是，隨著人類追求現(xiàn)代文明的步伐，新的技術風險必然會出現(xiàn)，如何預防技術事故帶來的災難是當今社會面臨的難題之一。

3 評價指標體系及評價模型建立

3.1 因子層和方案層的初步確定

城市安全生產(chǎn)事故孕災環(huán)境指標體系的構建，遵循系統(tǒng)性、科學性、可操作性等原則，減少主觀任意性，采用理論分析與專家咨詢相結合的方法，初步構建沿海城市孕災環(huán)境指標體系，如表1所示。該指標體系由目標層、因子層、子因子層、指標層等4個層次組成，初步選取了3個因子層、12個子因子層及29個指標來評價城市安全生產(chǎn)風險現(xiàn)狀，較全面地考慮了風險評價的各個要素和環(huán)節(jié)。

表1 沿海城市孕災環(huán)境指標體系

3.2 相關性分析篩選指標

為了建立合理的評價指標體系，通過相關性分析計算2個指標間的相關系數(shù)，刪除相關系數(shù)大的評價指標，進而消除評價指標所反映的信息重復對評價結果的影響。相關性分析步驟如下：

3.2.1 篩選前的標準化處理

利用式(1)和式(2)將原始數(shù)值進行極值標準化處理。

(1)

(2)

3.2.2 2指標間的相關性系數(shù)計算

根據(jù)相關性系數(shù)計算公式，如式 (3)所示。

(3)

式中：rij代表第i個指標與第j個指標的相關性系數(shù)，xki為第k個評價對象第i個指標標準化后的值，xl為第i個指標的平均值。

3.3 模型建立

3.3.1 層次分析法確定各指標權重

分別將各層次因素兩兩比較，構造判斷矩陣，如表2所示，A為B上一層次因素，此矩陣表明BN與上一層次的Ak有關。向有關專家咨詢打分，不同的重要度賦予不同分值，根據(jù)T.L.Saaty的1-9標度法進行打分，如表3所示，最終得到判斷矩陣，計算其矩陣特征根及正規(guī)化特征向量，最后通過一致性檢驗，即該層次指標的權重值W。

表2 判斷矩陣的形式

表3 T.L.Saaty的1-9標度法

3.3.2 指標數(shù)據(jù)標準化

由于指標數(shù)據(jù)性質與量級的不同，同上述相關性分析，利用式(1)和(2)將原始數(shù)值進行極值標準化處理。

3.3.3 綜合風險計算

再使用式(4)進行綜合風險計算。

(4)

4 實例分析

選取位于江蘇省東南部、長江三角洲北翼、瀕臨南黃海的某縣為例，該縣是全國首批沿海開放縣市之一，躋身全國百強縣行列。改革開放以后，得益于地理區(qū)位優(yōu)勢與政策紅利，工業(yè)經(jīng)濟迅速起步，形成了以紡織服裝、勞保手套、石油機械、化工醫(yī)藥等為代表的傳統(tǒng)支柱產(chǎn)業(yè)。在邁入21世紀后，該縣轉向沿海開發(fā)，興起數(shù)個工業(yè)園區(qū)，大力發(fā)展新材料、新能源、港口物流等產(chǎn)業(yè)。

4.1 數(shù)據(jù)來源

本次評價選取2014年該縣各鎮(zhèn)區(qū)相關數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)來自實地調(diào)研、年鑒、統(tǒng)計年鑒、人民政府網(wǎng)站。

4.2 指標篩選

4.2.1 指標數(shù)據(jù)標準化

根據(jù)所列指標類型，將正向指標帶入式(1)，逆向指標帶入式(2)，得標準化處理后的值，如表4所示。

4.2.2 相關性分析指標篩選

將表4標準化結果欄中數(shù)據(jù)，按因子層關系，兩兩帶入式(3)，計算結果反映了2個指標間的相關關系，相關系數(shù)越大，說明2個指標間的相關程度越高，其信息重復率越大，根據(jù)經(jīng)驗，對于相關系數(shù)絕對值大于0.9[13]，即可認為2個指標信息重復，可以刪除其中1個指標，保證篩選出的指標體系反映信息不重復。

結果表明：子因子層-工礦商貿(mào)中，重大危險源(D1)與危化企業(yè)(D3)相關性系數(shù)為0.99；子因子層-交通系統(tǒng)中，航道密度(D12)與危貨運輸船舶擁有量(D14)相關性系數(shù)為0.92；其他指標相關性系數(shù)均低于0.9，說明D1，D3指標信息重復，D12，D14指標信息重復，所以剔除指標D1和D14兩個指標，獲得27個指標。

4.3 安全生產(chǎn)風險評估

通過發(fā)送問卷向有關專家咨詢打分，計算其矩陣特征根及正規(guī)化特征向量，最后通過一致性檢驗，即該層次指標的權重值(見表1)，將標準化后的標準值與權重值代入式(4)，即可得到城市安全生產(chǎn)風險評估結果，評估結果如表5所示。

表4 評價指標部分原始數(shù)據(jù)及其標準化結果

表5 風險評價結果

根據(jù)風險評價結果制作安全生產(chǎn)風險圖，如圖2所示，將安全生產(chǎn)風險分為10 個等級(風險評價指數(shù) 0～1 之間，每隔 0.1 為1個風險等級)。等級最高的是鎮(zhèn)區(qū)13，為七級風險區(qū)；其次是鎮(zhèn)區(qū)1，為六級風險區(qū)；鎮(zhèn)區(qū)3、鎮(zhèn)區(qū)4為五級風險區(qū)；鎮(zhèn)區(qū)2、鎮(zhèn)區(qū)7、鎮(zhèn)區(qū)8、鎮(zhèn)區(qū)9、鎮(zhèn)區(qū)11、鎮(zhèn)區(qū)14為四級風險區(qū)；鎮(zhèn)區(qū)12、鎮(zhèn)區(qū)10、鎮(zhèn)區(qū)6、鎮(zhèn)區(qū)5等級最低，為三級風險區(qū)。

從圖2 可以看出：該縣風險等級總體處于中等到中下段，指數(shù)相差有些差距，等級最高的鎮(zhèn)區(qū)13因具有集中性化工園區(qū)及旅游度假區(qū)且交通較為發(fā)達，經(jīng)濟發(fā)展迅速，技術風險占據(jù)相當高的比例；其次為中心城區(qū)，即鎮(zhèn)區(qū)1；風險分布從中心城區(qū)向外呈輻射遞減趨勢，這主要是因為作為發(fā)展中城市，中心城區(qū)人口密度大、工商貿(mào)企業(yè)集中、人員密集場所多、交通道路及各種管線密集，又因該縣發(fā)展港口經(jīng)濟，且沿海地區(qū)較之內(nèi)陸受自然災害影響較大，使得沿海地區(qū)風險高于內(nèi)陸地區(qū)風險。

圖2 安全生產(chǎn)風險分布Fig.2 The risk distribution map of disaster-pregnant environment

5 結論

1)構建基于孕災環(huán)境理論的安全生產(chǎn)事故風險評價體系，包括技術因素、人類因素、自然因素在內(nèi)的27個評價指標，反映了沿海城市在工業(yè)高速發(fā)展中所面臨的風險現(xiàn)狀。

2)以江蘇省東南部某沿海縣為例進行實例分析，結果表明該縣各區(qū)域安全生產(chǎn)風險等級總體處于中等到中下段，鎮(zhèn)區(qū)13風險等級最高；其次為中心城區(qū)，即鎮(zhèn)區(qū)1；整體風險分布從中心城區(qū)向外呈輻射遞減趨勢。

3)基于孕災環(huán)境的沿海城市安全生產(chǎn)事故風險評價指標體系，對于沿海城市安全生產(chǎn)事故風險評價具有一定的參考價值，且更能反映出城市工業(yè)化進程中所面臨的安全現(xiàn)狀及潛在危險性。

[1 ] 趙運林, 黃璜. 城市安全學[M]. 長沙：湖南科學技術出版社, 2010.

[2] United Nations Development Programme (UNDP).A global report reducing disaster risk:A challenge for development[R].New York:UNDP, 2004, 1-144.

[3] Dilley M.,Chen R. S.，Deichmann U, et al. Natural Disaster Hotspots:A Global Risk Analysis Synthesis Report[R].Washington DC:Hazard Management Unit, World Bank, 2005, 1-132.

[4] Inter-American Development Bank, Colombia university.Indicators of dizaster risk and risk management program for Latin America and the Caribbean[R]，2005.

[5] Buriks, Carla, Bohn, et al. Using HAZUS-MH for risk assessment: how to guide[J]. 2004.

[6] 郭汝, 唐紅. 我國城市安全研究進展及趨勢探討[J]. 城市發(fā)展研究, 2013, 20(11):100-106.

GUO Ru,TANG Hong.Research on development and trend of the research of urban security in China[J].Urban Development Studies,2013,20(11):100-106.

[7] 史培軍. 四論災害系統(tǒng)研究的理論與實踐[J]. 自然災害學報, 2009, 14(5):1-9.

SHI Peijun．Theory and practice on disaster system research in a forth time．[J]．Journal of Natural Disasters．2009，14( 5)：1-9．

[8] 翁韜, 朱霽平, 麻名更,等. 城市重大危險源區(qū)域風險評價研究[J]. 中國工程科學, 2006, 8(9):80-84.

WENG Tao,ZHU Jiping,MA Minggeng,et al.A study on regional assessment of risk of urban major hazard[J].Engineering Science,2006,8(9):80-84.

[9] 許佳華, 楊大偉. 城市區(qū)域火災風險綜合評估方法研究[J]. 建筑科學, 2010, 26(9):65-69.

XU Jiahua,YANG Dawei.Study on city fire risk evaluation method[J].Building Science,2010,26(9):65-69.

[ 10] 方曼, 邢濤, 王瑜. 北京城市安全生產(chǎn)發(fā)展趨勢研究[A].中國職業(yè)安全健康協(xié)會2010年學術年會論文集[C]. 2010.

[ 11] 史培軍. 再論災害研究的理論與實踐[J]. 自然災害學報, 1996, 11(4):6-17.

SHI Peijun．Theory and practice on disaster system research in a second time．[J]．Journal of Natural Disasters．1996，11(4)：6-17．

[ 12] Feischhauer M．Risk Assessment and Spatial Planning in France [R]．ARMONIA Scientific Colloquium，Dortmund，4 April，2005．

[ 13] 曹利軍, 王華東. 可持續(xù)發(fā)展評價指標體系建立原理與方法研究[J]. 環(huán)境科學學報, 1998, 18(5):526-532.

Cao Lijun,WANG Huadong．A study on the principle and method of installation of sustainable development assessment index[J]．Journal of Environmental Science．1998．18(5)：526-532.