基于盲數與成熟度理論的化工園區火災爆炸事故應急能力評估

王瑞強，許永莉，杜 軍，沈中芹

(1.中國地質大學(武漢)工程學院，湖北 武漢 430074；2.中鋼集團武漢安全環保研究院有限公司，湖北 武漢 430064；3.湖北省應急管理廳宣傳教育中心，湖北 武漢 430064)

近年來，快速發展的化工企業在促進國民經濟增長的同時也帶來諸多突發事故，給企業和人民帶來了重大危害。由于生產和使用，化工企業存儲著大量易燃易爆、有毒有害甚至有腐蝕性的物料和產品，極易發生火災爆炸等事故，且極易產生如水體或空氣污染、中毒等次生災害。特別是化學工業園區(即化工園區)內化工企業聚集，一旦發生火災爆炸事故，很容易產生“多米諾骨牌”連鎖效應，波及眾多企業，威脅周邊居民的安全，導致災難性的后果。發生事故時高效有序地開展應急行動，將有利于迅速遏制事故發展，防止其進一步惡化，從而最大限度地減少人員傷亡和經濟損失，而科學地評估事故應急能力也就成為衡量企業安全生產管理水平的重要手段。因此，在化工園區內針對火災爆炸事故開展應急能力評估工作，能夠分析化工園區在火災爆炸事故應急方面的優勢和不足，幫助企業各部門認識其在突發事故處理中的短板和面臨的挑戰，為其應急工作調整和改進提供方向，從而提升化工園區整體的應急能力。

如何對化工園區突發事故的應急能力進行評估，學者們從不同角度進行了探討。如段亞勛、竇站等從應急準備能力、響應能力、恢復能力幾個方面對石化企業突發事件應急能力進行了評估；于德利針對大連松木島化工園區，從資源保障、監測預警、信息決策、應急管理建設、應急救援、應急恢復6個角度構建了化工園區突發事故應急能力可變模糊評估模型；康德禮等基于應急救援能力評估、救援平臺搭建、綜合管理體系和施救技術四個方面，構建了石化園區突發事故的應急救援體系；潘科等構建了化工園區突發事故應急能力兩級可拓評估模型,并將其成功應用于大連某化工園區突發事故的應急能力評估；何沙等采用AHP-TOPSIS模型對石油企業甲苯磺化工藝操作條件危險性、物質危險性、熱失控危險性和事故后果嚴重性四個方面進行了評估；劉勇等提出了基于改進AHP耦合TOPSIS的?；穫}儲火災突發事件應急能力評價模型；庹雪娜以軟件DNV-GL和MATLAB為基礎工具，結合AHP與模糊綜合評價法對3家危化品企業事故應急能力進行了評估；王飛躍等從控制事故致因角度出發，針對化工園區突發事故應急管理能力構建了評估模型；王娟結合AHP與聚類分析法，提出了基于模糊去量綱化和成熟度模型的危化品企業火災事故應急管理績效評估模型；呂金輝等基于AHP和ISM模型對企業應急能力核心指標及其相互作用關系進行了研究。

化工園區火災爆炸事故的應急能力評估是一個多環節、多影響因素的復雜系統，各種風險因素交織，具有模糊性、不確定性和未知性。盲數正是一種處理和表達不確定信息的數學工具，目前多應用于風險投資評估、施工質量評估等方面，可以作為處理多指標模糊性體系的評估方法。鑒于此，本文在提出一套適用于化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系的基礎上，將盲數理論引入應急能力評估研究中，并利用成熟度理論判定應急能力評估等級，形成適用于化工行業火災爆炸事故應急能力的盲數與成熟度評估模型。

1 理論基礎

1. 1 盲數理論

盲數理論是王光遠教授在建筑工程理論的研究中提出的用于處理多種不確定性信息的數學處理工具。其定義如下：

假設

G

為區間型灰數集，

α

∈

G

，

f

(

x

)為在

G

上的灰函數。若

α

∈[0,1](

i

=1,2,…,

n

)，且：

(1)

1. 2 成熟度模型

美國卡內基·梅隆大學軟件工程研究所最早在軟件行業提出能力成熟度模型(Capability Maturity Model，CMM)，將其分為5個層級(見圖1)，并運用于軟件開發過程與能力的評估。隨后，CMM模型被廣泛運用到各行各業，多位研究者參考CMM模型，根據不同的行業標準和依據提出了各自的能力成熟度模型，用于對項目管理或工程質量的評估工作。

圖1 能力成熟度(CMM)模型Fig.1 Capability Maturity Model(CMM)

2 化工園區火災爆炸事故應急能力盲數與成熟度評估模型建立

2. 1 建立評估指標體系

對化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標的選取涉及多個方面，本文通過研究化工企業相關法律法規及現有的化工園區火災爆炸事故應急能力評估打分表，分析以往化工企業的火災爆炸事故案例，研究其事故特點和救援過程，并參考美國、日本等國家應急管理綜合評估指標的研究成果，聽取火災爆炸事故應急管理領域專家意見，對影響化工園區火災爆炸事故應急能力的各個方面進行歸納分析，從應急組織與制度、應急管理保障、應急處置能力和應急技術支撐四個方面建立了化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系，見表1。

表1 化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系

2. 2 確定成熟度等級及賦分

根據成熟度理論并結合化工園區生產及事故特點，本文提出了化工園區火災爆炸事故應急能力成熟度評估模型，將其成熟度水平由高到低分為5個等級，即優化級、綜合級、規范級、程序級和簡單級，并對各等級特征狀態進行了描述，詳見表2。

表2 化工園區火災爆炸事故應急能力成熟度等級劃分及特征描述

參照表2中成熟度等級劃分方法將各評估指標成熟度劃分為5個等級，專家根據每個等級所對應的特征對各評估指標成熟度等級進行打分，分數區間為[0,100]，詳見表3。

表3 化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標成熟度等級分值區間

2. 3 建立盲數與成熟度評估模型

2.3.1 確定各評估指標權重

評估指標權重的確定方法有層次分析法(AHP法)、德爾菲法(Delphi法)和熵權法等。AHP法操作簡單、邏輯清晰，適用于多指標、多準則或無結構性的復雜系統評估，本文采用AHP法對化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系進行定性、定量分析，確定各評估指標的權重系數。

2.3.2 利用專家打分法確定盲數矩陣

本文采用專家打分的方法對評估指標進行評估，鑒于人認知行為的主觀性和非確定性，采用盲數來表示專家的評估結果，即讓每位專家對評估指標給出一個分數范圍，且可跨級打分。另外，在使用盲數理論進行評估時，為了使評估結果更加準確、合理，引入“專家可信度”的概念，即專家可被信賴的程度，通常用百分數表示，可信賴度最高的專家可信度為1，反之，可信賴度最低的專家可信度為0。若專家組成員

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的可信度為

β

，

β

，…,

β

，則專家

Ι

關于專家組

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的綜合可信度

θ

可表示為

(2)

結合專家意見的可信度與綜合可信度，可以對專家的意見進行量化，進而對其不確定性的決策進行科學的分析。

由于專家組打分存在區間交叉，需要結合專家可信度對各個分數區間進行無交叉劃分，建立新的區間序列，并重新計算區間可信度(詳見后面的實例應用)，可得到評估指標的盲數矩陣:

(3)

式中:

γ

為第

k

個評估指標落在第

n

個評估區間的可能性。

2.3.3 計算綜合未確知測度，確定評估等級

根據AHP法計算出評估指標權重向量=(

ω

，

ω

，…，

ω

)，就可以計算出評估指標的綜合未確知測度

R

：

R

=×=(

r

，

r

，…，

r

)

(4)

本文將化工園區火災爆炸事故應急能力成熟度分為優化級、綜合級、規范級、程序級和簡單級5個等級，記為

E

=(

e

，

e

，

e

，

e

，

e

) ，且

e

>

e

>

e

>

e

>

e

，采用置信度識別準則確定化工園區火災爆炸事故應急能力成熟度評估等級。設

λ

為置信度，令:

(5)

式中:

B

為評估等級;

b

為評估指標體系的綜合未知測度

R

。其中

λ

>0.5，一般

λ

取0.6或0.7，則可以判定評估目標成熟度評估等級。

3 實例應用與分析

本文以南陽化工產業集聚區為例，運用本文建立的化工園區火災爆炸事故應急能力盲數與成熟度評估模型對其火災爆炸事故應急能力水平進行評估。

該化工園區以石油化工、石油裝備制造、新材料等化工產業為發展核心，規劃用地面積為12.67 km，按照集聚區產業用地規劃，分為石化產業區、產業承接區和原料基地區，功能布局按照五規合一、四集一轉、產城互動的要求形成“一心兩軸三片區”的空間結構。

3. 1 確定評估指標權重

本文邀請相關方面的6位專家利用AHP法對該化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系中各評估指標的重要度進行評估，得出各評估指標的權重，見表4。

表4 某化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標權重

3. 2 確定盲數矩陣

本文邀請5位(

S

、

S

、

S

、

S

、

S

)分別來自化工園區應急部門、政府應急管理部門和科研院校的專家對各評估指標進行打分，匯總于表5。經分析5位專家的可信度分別為0.85、0.90、0.85、0.80、0.75。由公式(2)可計算得到5位專家的綜合可信度分別為0.205、0.217、0.205、0.193、0.181。結合專家可信度對專家組打分結果進行無交叉劃分，得出盲數矩陣。以評估指標

D

為例，5位專家的打分區間為75～85、85～90、70～85、80～90、85～95，按其端點值重新排列可得到無交叉區間為70～75、75～80、80～85、85～90、90～95，按照比例計算新區間可信度

θ

=(75-70)÷(85-70)×

β

=0.068 3，按照同樣的方法計算其他區間的可信度，將結果用盲數表示如下：

表5 某化工園區火災爆炸事故應急能力專家打分匯總表

由

f

(

x

)可知評估指標

D

落在5個評分等級的可能性，得到新盲數矩陣如下：

用同樣的方法處理其他評估指標，可得到評估指標體系的盲數矩陣如下：

3. 3 確定評估等級

由公式(3)可計算得到評估指標體系的綜合未知測度

R

=[0.058 1,1.617 2,0.323 2,0.001 5,0]。取置信度

λ

=0.7，根據公式(4)可計算得到：

B

=min{

b

|0.058 1+1.617 2=1.675 3>0.7}=2。該化工園區應對火災爆炸事故的應急能力成熟度評估等級為

e

，即應急能力總體上處于“綜合級”水平。

3. 4 評估結果分析

由上述評估結果可知，該化工園區應對火災爆炸事故的應急能力總體上處于“綜合級”水平；通過分析盲數矩陣可以看出：該化工園區在設備設施保障、人力資源保障和應急疏散能力方面的應急能力水平較好，需要繼續保持；在危險源辨識、?；沸孤┨幹媚芰εc后勤管理方面的應急能力水平一般，表明該工業園區在這些方面存在一些不足，需要適當提高；應急組織與制度和滅火救援能力方面應急能力水平相對較差，需要加強對各級應急人員的培訓與應急預案的演練，提高其專業素質；另外，該工業園區在應急搶險技術方面的應急能力也有所欠缺，需要加強對高新技術的引進與創新，從而提高工業園區整體的應急能力水平。

4 結 論

本文首先從應急組織與制度、應急管理保障、應急處置能力和應急技術四個方面對化工園區火災爆炸事故應急能力評估工作展開了研究，構建了化工園區火災爆炸事故應急能力評估指標體系，包括12個二級指標、37個三級指標，該評估指標體系對化工園區火災爆炸事故應急能力評估工作具有較強的針對性和實用性；然后結合盲數和成熟度理論構建了化工園區火災爆炸事故應急能力盲數與成熟度評估模型；最后以南陽某化工產業集聚區為例開展其火災爆炸事故應急能力評估，驗證了該模型的實用性，同時定量分析了該化工園區應急能力建設狀況，找出了該化工園區火災爆炸事故應對突發火災爆炸事故所存在的缺陷，可為其改進薄弱環節并提高綜合應急能力水平提供具體指導。