重大突發(fā)事件下港口安全韌性理論模型及其定量評(píng)估研究

胡艷華，詹水芬,2，蔣文新，盧琳琳*，白 潔，馬春陽(yáng)

(1.交通運(yùn)輸部天津水運(yùn)工程科學(xué)研究所，天津 300456；2.天津東方泰瑞科技有限公司，天津 300192；3.天津中心漁港港務(wù)有限公司，天津 300457)

港口是國(guó)內(nèi)綜合交通運(yùn)輸體系的重要組成部分[1-3]，肩負(fù)著保障戰(zhàn)略物資生命通道通暢、確保應(yīng)急運(yùn)輸綠色通道不斷的行業(yè)使命。當(dāng)重大公共事件出現(xiàn)時(shí)，極易通過(guò)港口，形成水陸綜合運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的跨地區(qū)爆發(fā)和擴(kuò)散。在此背景下，如何有效應(yīng)對(duì)突發(fā)事件，實(shí)現(xiàn)港口的安全韌性管理，最大限度保障人民生命財(cái)產(chǎn)安全及社會(huì)穩(wěn)定，成為港口行業(yè)亟待解決的熱點(diǎn)難題。

安全韌性(Safety Resilience)是當(dāng)前公共安全科學(xué)的前沿理念，尤其在城市安全管理實(shí)踐中得到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注[4-11]。目前，國(guó)內(nèi)港口安全管理主要集中在港口危險(xiǎn)品安全生產(chǎn)[12]、港區(qū)設(shè)備設(shè)施安全防護(hù)[13]、安全評(píng)價(jià)與區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[14-15]等方面，尚未開(kāi)展港口安全韌性的內(nèi)涵分析，其理論和應(yīng)用研究處于空白。

鑒于此，本文對(duì)安全韌性概念進(jìn)行分析，并在港口安全領(lǐng)域?qū)ζ溥M(jìn)行擴(kuò)展，深入分析國(guó)內(nèi)港口應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件的安全韌性需求，探索建立基于重大突發(fā)事件的港口安全韌性發(fā)展模型；結(jié)合港口安全韌性指標(biāo)體系的構(gòu)建與熵權(quán)計(jì)算分析，得出各指標(biāo)對(duì)安全韌性的影響權(quán)重值與港口安全韌性預(yù)測(cè)曲線圖，可為港口安全韌性能力構(gòu)建與應(yīng)用研究提供參考依據(jù)。

1 港口安全韌性需求分析

圖1為2010年大連港“7·16”輸油管道爆炸事故前后的港口吞吐量，圖2為2015年天津港“8·12”危險(xiǎn)品倉(cāng)庫(kù)特別重大火災(zāi)爆炸事故前后的港口吞吐量，由圖1和圖2可以看出，各類(lèi)港口重大突發(fā)公共安全事件不僅會(huì)造成巨大的人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失，而且對(duì)港口事故后的吞吐量造成較大影響，即突發(fā)事件導(dǎo)致的港口安全結(jié)構(gòu)破壞會(huì)嚴(yán)重影響港口的正常運(yùn)營(yíng)與災(zāi)害后恢復(fù)適應(yīng)能力。

圖1 2010年大連港港口吞吐量變化趨勢(shì)圖Fig.1 Throughput change trend of Dalian Port in 2010圖2 2015年天津港港口吞吐量變化趨勢(shì)圖Fig.2 Throughput change trend of Tianjin Port in 2015

港口作為開(kāi)放復(fù)雜的母系統(tǒng)，由人、物、運(yùn)行系統(tǒng)等三個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成。由事故致因理論分析可知，一旦人、物、運(yùn)行系統(tǒng)等任一子系統(tǒng)發(fā)生突變，就會(huì)導(dǎo)致港口整個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)的紊亂，也就易發(fā)生安全事故。但是港口的問(wèn)題又不僅僅如此，還受到突發(fā)事件(如公共衛(wèi)生事件、暴恐襲擊、火災(zāi)爆炸、自然災(zāi)害等)的輸入影響。以公共衛(wèi)生事件為例，當(dāng)突發(fā)事件和港口的三個(gè)子系統(tǒng)相互作用，就會(huì)導(dǎo)致港口安全結(jié)構(gòu)出現(xiàn)較大波動(dòng)而失穩(wěn)。因此，后續(xù)國(guó)內(nèi)港口安全管理應(yīng)側(cè)重于提升其抵抗災(zāi)害或發(fā)生破壞改變的能力，確保港口暴露于災(zāi)害后以一個(gè)可接受的安全水平而穩(wěn)定運(yùn)行。換言之，港口應(yīng)具備良好的安全韌性特性，以更好應(yīng)對(duì)各類(lèi)重大突發(fā)事件的影響。

圖3 港口安全韌性發(fā)展三角形模型Fig.3 Triangle model of safety resilience in port

2 港口安全韌性理論及其模型構(gòu)建

目前安全韌性三角形模型是公共安全管理領(lǐng)域的經(jīng)典基礎(chǔ)理論模型[16]，以突發(fā)事件、承載載體以及應(yīng)急管理為3條邊，并以災(zāi)害要素(物質(zhì)、能力和信息)為連接3條邊的節(jié)點(diǎn)，揭示了公共安全應(yīng)急管理的基礎(chǔ)要素[17]。由此，本文提出了港口安全韌性發(fā)展三角形模型(如圖3所示)，該模型以災(zāi)害系統(tǒng)、承災(zāi)系統(tǒng)、安全韌性管理為3條邊，通過(guò)港口規(guī)劃建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、事件應(yīng)對(duì)、恢復(fù)重建等響應(yīng)過(guò)程連接各條邊。該模型中，災(zāi)害系統(tǒng)包括突發(fā)公共安全事件(公共衛(wèi)生事件、暴恐襲擊等)、自然災(zāi)害(火山爆發(fā)、地震等)以及其他不可抗力造成的各種致災(zāi)能量的集合；承災(zāi)系統(tǒng)包括港口生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)涉及的作業(yè)場(chǎng)所以及作業(yè)場(chǎng)所內(nèi)可能產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)、導(dǎo)致隱患、發(fā)生事故的一切基礎(chǔ)單元，同時(shí)也包括產(chǎn)生不安全行為的人；安全韌性管理則是對(duì)港口承災(zāi)系統(tǒng)面臨災(zāi)害系統(tǒng)時(shí)所施加的系統(tǒng)及人為干預(yù)。

港口安全韌性發(fā)展三角形模型旨在構(gòu)建一套基于安全韌性理論而運(yùn)行的冗余安全管理體系，通過(guò)政府監(jiān)管、企業(yè)落實(shí)與社會(huì)參與，共同營(yíng)造全員參與的安全文化氛圍；同時(shí)，該體系覆蓋了“事故前”的風(fēng)險(xiǎn)研判、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警、風(fēng)險(xiǎn)管控和隱患治理，“事故中”的應(yīng)急響應(yīng)與救援處置，以及“事故后”的恢復(fù)重建、事故調(diào)查與分析處理等這一全過(guò)程，從加強(qiáng)源頭治理、過(guò)程管控、基礎(chǔ)保障、應(yīng)急響應(yīng)等方面不斷提升承災(zāi)系統(tǒng)(如港口、城市、區(qū)域等)辨識(shí)、評(píng)估、管控和適應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)的能力，從而著力提升其安全生產(chǎn)、科學(xué)運(yùn)營(yíng)與應(yīng)急管理中的承災(zāi)韌性與安全裕量，最終可使遭受的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)降至可接受的合理范圍。

3 港口安全韌性評(píng)估與預(yù)測(cè)分析

3.1 港口安全韌性指標(biāo)體系

由港口安全韌性理論及其韌性發(fā)展三角形模型分析可知，安全韌性港口應(yīng)體現(xiàn)多樣性、冗余性、適應(yīng)性、魯棒性、協(xié)同性和恢復(fù)性等屬性特征。多樣性是指港口系統(tǒng)要素及管理方式種類(lèi)具有豐富度，以應(yīng)對(duì)多種突發(fā)事件干擾形式；冗余性是指港口系統(tǒng)功能與管理能力具有多道安全防線，能夠有效應(yīng)對(duì)重大突發(fā)事件對(duì)其基礎(chǔ)設(shè)施、生產(chǎn)設(shè)備與其運(yùn)營(yíng)管理系統(tǒng)的沖擊與破壞；適應(yīng)性是指港口系統(tǒng)要素及管理方式具備根據(jù)外界環(huán)境的變化而靈活調(diào)整的能力；魯棒性是指在逆變環(huán)境中，港口系統(tǒng)可以某一可接受的安全水平維持基本生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的能力；協(xié)同性是指在港口管理過(guò)程中盡可能整合相關(guān)資源，實(shí)現(xiàn)區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控；恢復(fù)性則是指港口系統(tǒng)在重大突發(fā)事件發(fā)生后可迅速恢復(fù)重建，最大程度減少人員傷亡與財(cái)產(chǎn)損失。在實(shí)際操作層面，則主要強(qiáng)調(diào)港口的安全文化、體系的安全裕量、事故的預(yù)防預(yù)控、風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)預(yù)警、突發(fā)事件應(yīng)急處置與快速響應(yīng)以及事后恢復(fù)重建等核心要素，由此構(gòu)建如表1所示的指標(biāo)體系。

表1 港口安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系Tab.1 Port safety resilience evaluation index system

3.2 港口安全韌性評(píng)估與預(yù)測(cè)分析

(1)基于正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)處理的熵權(quán)計(jì)算方法與結(jié)果分析。

若系統(tǒng)由n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成評(píng)價(jià)矩陣，對(duì)某個(gè)評(píng)價(jià)序列x1，x2，……，xn進(jìn)行正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)變換，則得到新序列

(1)

根據(jù)信息論的基本原理，信息是系統(tǒng)有序程度的一個(gè)度量；而熵值是系統(tǒng)無(wú)序程度的一個(gè)度量[18-19]。如果某個(gè)指標(biāo)的熵值越小，說(shuō)明其指標(biāo)值的變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評(píng)價(jià)中該指標(biāo)起的作用越大，其權(quán)重應(yīng)該越大。

若系統(tǒng)由n個(gè)評(píng)價(jià)對(duì)象的m個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)組成評(píng)價(jià)矩陣，則有

(2)

(3)

(4)

式中：ei表示某一評(píng)價(jià)指標(biāo)ni的信息熵，pij表示原始評(píng)價(jià)矩陣中某個(gè)指標(biāo)rij出現(xiàn)的概率，Wi表示某一評(píng)價(jià)指標(biāo)ni的權(quán)重。

由此，根據(jù)港口安全韌性樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)處理與熵權(quán)計(jì)算，分析得到港口安全韌性指標(biāo)體系中各個(gè)指標(biāo)的權(quán)重指數(shù)，如表2所示。

表2 港口安全韌性評(píng)估結(jié)果Tab.2 Port safety resilience assessment results

(2)安全韌性預(yù)測(cè)分析。

安全韌性可以在不斷變化的環(huán)境中為港口提供持續(xù)性的安全保障，使港口維持正常生產(chǎn)與安全運(yùn)營(yíng)。因此，本文基于港口安全韌性發(fā)展三角形模型及安全韌性評(píng)估指標(biāo)體系的各級(jí)指標(biāo)權(quán)重指數(shù)分析，得到如圖4所示的港口安全韌性預(yù)測(cè)曲線[20-21]。

圖4 港口安全韌性預(yù)測(cè)曲線圖Fig.4 Prediction curve of port safety resilience

如圖4所示，橫坐標(biāo)為時(shí)間軸T，縱坐標(biāo)表示港口系統(tǒng)功能F(t)，安全韌性水平R即為在考慮港口系統(tǒng)功能的瞬時(shí)變化條件下，港口系統(tǒng)功能的瞬時(shí)維持比例[22]；該曲線可動(dòng)態(tài)體現(xiàn)出港口在外界沖擊下系統(tǒng)功能下降、恢復(fù)、穩(wěn)定的過(guò)程。由表2可知，不同指標(biāo)對(duì)港口安全韌性的影響權(quán)重不同，因此對(duì)港口系統(tǒng)功能的影響規(guī)律也存在不同。權(quán)重值越大的指標(biāo)，越能增強(qiáng)港口系統(tǒng)的抗沖擊能力，縮短港口系統(tǒng)功能下降的速度與停留時(shí)間，即提升港口系統(tǒng)的快速響應(yīng)與恢復(fù)能力。對(duì)于港口系統(tǒng)，應(yīng)急能力建設(shè)對(duì)其安全韌性與港口系統(tǒng)功能至關(guān)重要，通過(guò)有效的應(yīng)急響應(yīng)與快速處置，能大幅降低事故對(duì)港口的破壞程度與損傷范圍，保障港口災(zāi)害后的快速恢復(fù)重建與正常運(yùn)營(yíng)，確保港口系統(tǒng)功能保持在較高水平。由此通過(guò)港口安全韌性預(yù)測(cè)曲線能夠在一定程度上預(yù)測(cè)港口在某一時(shí)刻不同指標(biāo)輸入下的現(xiàn)狀安全韌性水平和未來(lái)發(fā)展軌跡，進(jìn)而確定相應(yīng)的規(guī)劃策略和行動(dòng)計(jì)劃以強(qiáng)化港口安全韌性。后續(xù)通過(guò)安全文化、安全裕量、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急管理與恢復(fù)重建等方法或手段，可針對(duì)性開(kāi)展城市安全韌性提升，改善港口系統(tǒng)功能對(duì)外界沖擊的響應(yīng)情況。

4 結(jié)論

(1) 基于安全韌性的理論內(nèi)涵，構(gòu)建港口安全韌性發(fā)展三角形模型。該模型以災(zāi)害系統(tǒng)、承災(zāi)系統(tǒng)、安全韌性管理為3條邊，通過(guò)港口規(guī)劃建造、運(yùn)營(yíng)維護(hù)、事件應(yīng)對(duì)、恢復(fù)重建等響應(yīng)過(guò)程連接各條邊，可反映港口全生命周期的安全韌性管理需求。

(2) 構(gòu)建以安全文化、安全裕量、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、監(jiān)測(cè)預(yù)警、應(yīng)急管理與恢復(fù)重建為核心要素的港口安全韌性指標(biāo)體系，該體系包括6個(gè)二級(jí)指標(biāo)和37個(gè)三級(jí)指標(biāo)。考慮安全韌性評(píng)估的不確定性和信息變異性特點(diǎn)，建立了基于正態(tài)化標(biāo)準(zhǔn)處理的熵權(quán)計(jì)算模型，得到上述指標(biāo)的權(quán)重水平與層級(jí)重要度排序，對(duì)安全韌性的現(xiàn)狀分析與預(yù)期規(guī)劃具有重要的指導(dǎo)意義。

(3)基于安全韌性評(píng)估結(jié)果對(duì)港口安全韌性曲線進(jìn)行預(yù)測(cè)，趨勢(shì)結(jié)果與實(shí)際基本一致，表明該方法可行，具有較強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于港口安全韌性的研究與探討具有非常迫切的理論與現(xiàn)實(shí)需求，后續(xù)還應(yīng)針對(duì)港口安全韌性模型定量化、港口安全韌性構(gòu)建與應(yīng)用方面進(jìn)行更深層次的探索與研究。