基于TOPSIS評價法的城市應急避難所選址適宜性評價研究1

孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

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基于TOPSIS評價法的城市應急避難所選址適宜性評價研究1

孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

（吉林師范大學旅游與地理科學學院，吉林四平 136000）

由于城市中人口高度聚集，一旦發生災害需疏散受災居民到應急避難所中，因此應急避難所選址的合理性與適宜性就成為研究的重點。本文從經濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環境因素等6個方面出發，選取12個應急避難所選址適宜性評價因子，并構建評價指標體系；利用TOPSIS評價方法構建適宜性評價模型，對研究區42處備選應急避難所的適宜性進行評價，結果表明：優秀級別8個、良好級別10個、中等級別23個、差等級別1個。研究結果可為應急管理部門在選擇應急避難所建設位置時提供決策依據。

TOPSIS 應急避難所 適宜性評價 哈爾濱

引言

隨著城市化進程的加快，城市規模、人口密度不斷加大，一旦發生災害，將會對城市居民的生命、財產安全造成嚴重威脅。當城市發生災害后，需要及時疏散災區居民到應急避難所中。因此，城市中的應急避難所建設是否合理，能否滿足災區居民避難要求就顯得尤為重要。目前，針對應急避難所的空間選址或空間區位配置的相關研究較多（Aday等，1981；萬艷華，2003；李彪，2003）。這些研究大致可分為3種，一是基于經濟地理學的區位分析模型（王錚等，1994；周一星，1995）；二是基于運籌學規劃技術的區位模型（陸大道，1988；胡志毅等，2002）；三是將GIS技術應用到公共服務設施的區位模型（陳忠暖等，2006；周媛等，2011）。應急避難所選址的適宜性評價以區位布局原則為基礎，構建一系列評價指標，對已規劃或是備選點進行適宜性分析，其結果能反映區位選擇模型的應用效果及責任區劃分結果的合理性。城市應急避難所選址適宜性評價一般分為兩步，首先篩選具有代表性且較為獨立的評價指標，構建指標體系；其次確定各評價指標權重，可通過加權法得到每一應急避難所的適宜性評價值。吳宗之等（2005）強調了應急避難所的生活性，從應急避難所的規劃設計、硬件設施、軟件環境3個方面綜合評價了其應急適應能力，但二級指標體系過于復雜，部分指標量化困難；葉明武等（2009）從安全性、收容性、可達性3個方面綜合構建了應急避難所適宜性評價體系，該體系較為簡潔，但忽略了對應急設施的評價；Lee等（2008）從應急避難所周邊設施的連通性入手，著重考慮道路網絡情況，實現了地震應急避難所區位評價；Ma等（2011）從鄉村地震疏散能力入手，篩選出組織與管理系統、地震避難所、救濟資源及應急設施這4個一級指標，綜合構建應急避難所評價指標體系。通過已有的研究發現，應急避難所選址適宜性評價指標體系過于龐大、復雜，有些指標難于量化。因此，構建一套簡單、獨立的指標評價體系以及應急避難所選址模型尤為重要。

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution），即逼近理想解排序法，是由Hwang等（1981）于1981年首次提出。該方法對數據分布及樣本量、指標多少無嚴格限制，數學計算亦不復雜，評價對象較為廣泛，且具有對原始數據利用比較充分、信息損失較少等特點（Hwang等，1981）。后由Lai等（1994）將TOPSIS應用到多目標決策問題中，隨后該方法得到廣泛應用。利用TOPSIS方法通過多個指標評價事物時，可將指標看成變量，則在幾何上形成一個高維空間，被評價的對象即為反映它的多個指標值在該空間確定的一個點，綜合評價問題就變為對這些點做出總體評價或者排序。本文以哈爾濱道里區為研究對象，選取6個一級應急避難所選址適宜性評價指標，12個二級應急避難所選址適宜性評價指標，基于TOPSIS法構建應急避難所選址適宜性評價模型，對研究區應急避難所備選點（學校、廣場、體育場及圖書館）進行選址適宜性評價，并將評價結果分級，得出研究區42處備選應急避難所適宜性等級。評價結果可為應急管理部門選擇應急避難所建設位置提供決策依據。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

地震應急避難場所為應對地震等突發事件，經規劃、建設，具有應急避難生活服務設施，是可供居民緊急疏散、臨時生活的安全場所。本文按照“以人為本、科學規劃、就近布局、平災結合、一所多用”的規劃原則，對備選應急避難所進行適宜性評價。

考慮到研究區的特點，先從經濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環境因素6個方面篩選指標，構建城市應急避難所選址適宜性概念框架（圖1），開展基于TOPSIS方法的城市應急避難所選址適宜性評價研究。然后以哈爾濱市道里區為例，進行實證研究。最后將應急避難所備選點指標代入評價模型，得出各備選應急避難所的適宜性評價結果。

1.2 指標選取

1.2.1 經濟性

經濟性指標與區域經濟相對應，是城市應急避難所建設過程中必須考慮的重要指標之一。應急避難所建設要做到切實可行、經濟有效，須從地域經濟的客觀條件出發，合理建設。該指標包括設施數目和開發經費，其中設施數目是指城市應急避難所建設過程中與避難所建設相關的設施，設施數目的多少決定應急避難所的開發費用。因此，在開發經費允許的情況下，應合理地布設應急避難所中的相關設施，以滿足居民應急避難需要。

1.2.2 效率性

效率性指標包括平均旅次長度與一定距離內設施服務人數兩個指標，其中平均旅次是指某一區域內需避難居民發送量（即每次能夠轉移需避難居民的數量）與其居民總量比值（次/人），即“平均旅次”，或稱為“人均旅次”，而平均旅次花費的時間即為平均旅次長度。一定距離內設施服務人數表示應急避難所服務范圍內的人數，該指標表明應急避難所建設規模是否滿足居民避難需要。這兩個指標體現了應急避難所選址的效率性。

圖1 應急避難所選址適宜性評價概念框架

1.2.3 公平性

該指標包括應急避難所的覆蓋率與設施負荷標準差。公平性體現了應急避難所對服務范圍內居民的覆蓋程度，即考慮服務范圍覆蓋全部居民點。但在覆蓋居民點的同時，還應考慮應急避難所設施的負荷程度，即設施負荷標準差，一旦超過設施的負荷，避難所將失去應急避難功能，所以應切實考慮這兩個指標，以體現應急避難所選址的公平性，合理布局應急避難所位置及數量。

1.2.4 安全性

安全性包括坡度和與危險源距離兩個指標。應急避難所選址位置應考慮坡度，一般應選擇相對較高、坡度較緩且基礎設施較好的地區進行建設（姚新強等，2012）。同時，還應考慮到城市中的危險源，包括加油站、化工廠、油漆廠、鞭炮廠等，應選取距離危險源500m以外的區域建設應急避難所。城市中地震帶（王華林等，2011）、高大建筑物（大廈、煙囪等）對城市應急避難所布局也有所影響，因此布局時應遠離。

1.2.5 可達性

可達性是影響城市應急避難所選址的又一個重要因素，對應急救援與物資調運有直接影響，也標志著此應急避難所的有效輻射范圍（李世雄等，2016），同時也指避難路徑的通達情況，通?？梢杂帽茈y疏散時間或避難距離來衡量，一般避難時間以步行10分鐘之內為宜?？蛇_性具體包括交通便利與步行可達性兩個指標，其中交通便利是指城市道路的便利程度，以路網密度來度量，城市路網密度越大，便利性越好；步行可達性是指居民應急避難過程中可達到的空間范圍，與應急避難所距離越小步行可達性越好。

1.2.6 環境因素

應急避難所是災民為躲避災害而短暫居住的場所，其環境好壞直接影響居民的身體健康。當災害發生時，大量居民將轉移到應急避難所中居住，在此過程中將產生大量垃圾、污水等。為保證良好的避難環境、減少居民的疾病傳染，需及時進行垃圾與污水處理。因此，為衡量應急避難所環境因素這一指標，本文選取垃圾處理方便性與污水處理能力兩個指標。

1.3 指標量化與權重計算

1.3.1 指標量化

依據城市應急避難所選址適宜性評價的概念框架，選出具了有代表性、針對性、易于量化的12個評價指標。為了消除單位的不同給計算帶來的不便，對每一個指標按照公式（1）進行無量綱化處理：

1.3.2 權重計算

在進行評價的過程中，需要一個描述指標相對重要程度的權的估價，即權重。本文使用層次分析法（AHP）計算權重。層次分析法把復雜問題分解成組成因素，并按支配關系形成層次結構，然后用兩兩比較的方法確定決策方案的相對重要性，其常用來解決綜合評價、選擇決策方案、估計和預測等問題。使用層次分析法計算權重步驟如下：

（1）建立層次結構模型，包括目標層、準則層和方案層。

（2）構造成對比較矩陣，即從第二層開始用比較矩陣和值1—9評價尺度。

（3）計算單排序權向量并做一致性檢驗，即對每個比較矩陣計算最大特征值及其對應的特征向量，再利用一致性指標、隨機一致性指標和一致性比率進行一致性檢驗。若檢驗通過，歸一化后的特征向量即為權向量；若不通過，須重新構造成對比較矩陣。

（4）計算最下層對最上層總排序的權向量，利用總排序一致性比率進行檢驗：

式中，CI為一致性檢驗指標，a為待評目標的總排序結果。當＜0.1時，則通過一致性檢驗，可按照總排序權向量表示的結果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構造那些較大的成對比較矩陣。根據城市應急避難所選址適宜性評價概念框架及權重計算方法，建立城市應急避難所選址適宜性評價指標體系及權重，如表1所示。

表1 應急避難所選址適宜性評價指標與權重

續表

2 城市應急避難所選址適宜性評價模型構建

TOPSIS法，即逼近理想解排序法，是有限方案多目標決策分析的一種常用方法，可用于效益評價、衛生決策和衛生事業管理等多個領域。本方法對資料無特殊要求，使用靈活簡便，應用廣泛。其基本思想是：基于歸一化后的原始數據矩陣，采用余弦法找出有限方案中的最優方案和最劣方案（分別用最優向量和最劣向量表示），然后分別計算各評價對象與最優方案和最劣方案間的距離，獲得各評價對象與最優方案的相對接近程度，以此作為評價優劣的依據。模型建立與計算步驟如下：

（1）設有個目標（有限個目標），個屬性，專家對其中第個目標的第個屬性的評估值為x，則初始判斷矩陣V為：

（2）趨同化數據歸一化：

式中指標的數值越大越理想，則為高優指標；如果某個指標的數值越小越理想，則為低優指標；中性指標是指位于高優指標與低優指標之間的指標?！霸笔侵冈贾笜酥形催M行歸一化處理的數值。

由此得到歸一化處理后的矩陣Z：

（3）確定最優方案和最劣方案

最優方案由上述確定的方案中的最大值構成，而最劣方案由方案中的最小值構成，記為Z+與Z－，Z+與Z－形成新的向量，表達方式如下：

（5）計算各評價對象與最優方案的接近程度C：

C越趨近于1，表明評價對象越優。

（6）按照接近程度C的大小排序，形成決策依據。

3 實證研究

3.1 研究區概況

哈爾濱市位于44°04′—46°40′N，125°42′—130°10′E，是中國東北北部的政治、經濟、文化中心。全市總面積約為5.384萬平方千米，共有9個市轄區、7個縣，代管2個縣級市，其中市轄區面積10198km2。市區規劃各類面積為1000—50000m2的緊急避難場所共831處，固定及中心級避震疏散場所64處，洪水淹沒線以外地區的固定避難疏散場所共51處。由于全市避難所較多，篇幅有限，僅以道里區42處備選應急避難所作為研究區進行實證研究。

3.2 TOPSIS評判矩陣構建

（1）構建決策矩陣。按照公式（3）構建應急避難所選址適宜性評價決策矩陣V。由于矩陣中數據較多，僅列出部分數據：

（2）規范化決策矩陣。用公式（4）和公式（5）求得規范化決策矩陣Z，計算結果如下：

（3）確定Z＋與Z－：

（4）根據公式（8）和公式（9）計算各方案到Z＋和Z－的距離與評價結果的C值，計算出的C值越大，說明該處應急避難所選址適宜性越高，反之越低。對C值采用等差數列分級方法，分級標準與結果見表2及表3。

表2 應急避難所選址適宜性分級標準

表3 應急避難所選址適宜性評價結果

續表

4 結論與討論

4.1 結論

本文利用TOPSIS方法，從經濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環境因素等6個方面12個指標構建城市應急避難所選址適宜性評價指標體系，并對研究區42處備選點進行適宜性評價。評價結果為優秀的應急避難備選場所有8個，為良好的有10個、中等23個，差等1個。城市應急避難所選址可從學校、廣場、圖書館及體育場等中選擇，但不是每個場所都適合作為應急避難所。按照本文所得評價結果，優秀與良好等級的可作為城市應急避難所的首選地點，處于中等級別的可次選作為應急避難所的備選地點，而處于差等級的則不適宜作為應急避難所。評價地點中，哈爾濱第七十六中學位置較為靠近河流，且周圍道路通達性相對較差，因此該處適宜性評價結果為差等級。研究結果可為城市應急避難所選址提供依據，亦可為已建好的應急避難所適宜性評價提供參考。

4.2 討論

TOPSIS方法對數據樣本分布、樣本含量指標多少均無嚴格限制，既適用于小樣本資料，也適用于多評價單元，既可用于橫向對比分析，也可用于縱向對比分析。利用該方法對城市應急避難所選址適宜性進行評價，其適用性較好。但在指標體系構建過程中對于權重的計算采用層次分析法，具有一定的主觀性，對研究結果的精度有一定影響。另外，本研究中對應急避難所選址適宜性分級采用等差數列分級法，其分級結果的合理性還有待進一步研究。

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Suitability Evaluation of Urban Emergency Shelter Site Based on TOPSIS Evaluation Method

Sun Yingyue, Chen Peng, Liu Xiaojing and Liu Jiafu

(Jilin Normal University School of Tourism and Geography Sciences, Siping 136000, Jilin, China)

During the emergency, for the high concentration of population in the city, there is a need to evacuate the residents to the emergency shelter at once. Therefore, the rationality and suitability of the site selection should be the focus of the study. Taking six aspects of consideration, such as the economy, efficiency, equity, safety, accessibility and environmental factors, we selected 12 emergency shelter site suitability evaluation factors, and built the evaluation index system. TOPSIS evaluation method was applied to construct the suitability evaluation model and evaluate the suitability of 42 alternative emergency shelters in the study area. The results show that among 42 shelter sites in the study area there were 8 excellent, 10 good, 23 fair and 1 poor grades. The results of the study can provide the basis for the emergency management department to choose the location of emergency shelter.

TOPSIS; Emergency shelter; Suitable evaluation; Harbin

10.11899/zzfy20170325

國家自然科學基金（41501557，41501559）及吉林省科技廳青年基金（20150520081JH）

2016-07-20

孫瀅悅，女，生于1980年。副教授，在讀博士。從事旅游資源規劃與災害風險管控等方面的研究。 E-mail：syy800201@126.com