基于孕災環境的沿海城市安全生產風險評價指標體系研究

杜 靜，張禮敬，陶 剛

(南京工業大學 安全科學與工程學院，江蘇 南京 210009)

0 引言

隨著中國工業的迅速發展，城市化凸顯，主要產業結構由第一產業向第二產業轉變，人口遷移，造成了城市人口、經濟和資源高度集中。人類生產經營活動逐漸擴大而事故頻繁發生，如“8·2昆山工廠爆炸事故”、“8·12天津濱海新區爆炸事故”等，這恰恰與我國工業化、城市化進程不斷加快緊密相關。沿海城市作為我國經濟發展的先驅力量，其本身較內陸城市受自然災害影響較大。近年來工業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]。如聯合國發展計劃署與聯合國環境規劃署合作開展了“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；美國聯邦應急管理局對美國各級別行政區，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]，如史培軍等依據災害系統理論，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，研究了城市區域性重大事故風險評價技術，劃分了城市區域社會風險等級[8]；許佳華等以大連市為例，建立城市區域火災風險評估方法體系，并劃分城市區域火災風險等級[9]；方曼等通過對城市與安全生產的理解，構建了城市安全生產風險體系框架，對北京市安全生產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[11-12]。隨著人類生活水平、生產技術的提高，安全生產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迅速崛起的現狀，更是首當其沖。以往年事故發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，因此根據安全生產事故的特點，將孕災環境理論拓展到安全生產事故，研究沿海城市安全生產事故孕災環境，梳理沿海城市安全生產事故孕災環境因素，將孕災環境分為自然、人類和技術3大類，建立沿海城市安全生產事故孕災環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、孕災環境論及區域災害系統理論。根據區域災害系統理論，事故是區域內致災體、受災體、孕災環境間相互作用的產物，即事故是由不確定因素導致孕災環境變化，形成致災體，進而作用在受災體上的產物。孕災環境論主要從區域環境的變化來研究災害的形成，對于區域內存在多種災害時，孕災環境的研究更能體現區域內各因子相互作用的致災機制。史培軍在自然災害理論中，將孕災環境分為自然和人為2類，從廣義上來說，自然環境分為：大氣圈、水圈、巖石圈、生物圈等；人為環境則分為：技術圈和人類圈。本文將自然災害的孕災環境理論拓展至生產安全事故孕災環境，二者有一定的交叉。對于自然災害，其孕災環境主要受大氣、水、巖石、生物圈等自然環境的影響，人為環境為輔，如泥石流的發生是由于水圈、巖石圈的不穩定性導致的；而對于生產安全事故，其孕災環境主要受技術發展及人類活動等人為環境的影響，自然環境中的自然災害本身為生產安全事故的孕災環境，如作業場所未安裝避雷針情況下，由于雷擊導致的火災事故，其孕災環境為自然環境與人類圈的生產經營活動，根本原因為人類預防措施不到位，為生產安全事故。

孕災環境探討的是城市生產經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。孕災環境主要探討未發生事故前的風險因素，體現的是城市生產經營活動中潛在的風險分布，為政府安全監管提供依據。

2 沿海城市孕災環境特征及風險因子分析

2.1 沿海城市孕災環境特征

1)人口密集、經濟中心

沿海城市是人口聚集、國民經濟、社會發展重要區域和戰略中心。

2)自然災害發生頻率高

沿海城市多發、易發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發展進程。高頻率、高強度的自然災害以及工業化的快速發展，是沿海城市的重要特征之一。

3)化工、重工業發展迅速

近年來，由于沿海城市的地理優勢，其臨港重工業、化工業的發展尤為迅速，化工及工業園區的快速崛起，在帶來經濟效益的同時，也加劇了沿海城市面臨的風險。

4)海洋資源豐富、發展特色海洋漁業

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

2.2 沿海城市孕災環境因子分析

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，在生產經營過程中，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損失屬于安全生產事故。故將安全生產事故孕災環境影響因子分為自然因素、人類因素、技術因素。沿海城市安全生產事故孕災環境影響因素如圖1所示。

圖1 沿海城市安全生產事故孕災環境影響因素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、頻發地區，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，人類在生產經營活動中創造價值、追求經濟效益的同時，也為自身所處環境帶來了威脅。據調查，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展程度等。

3)技術因素：科學技術發展在給城市帶來巨大經濟利益的同時，也帶來了不容小覷的風險。技術圈孕災環境與生產系統息息相關，包括工礦商貿、交通系統、城市生命線、人員聚集場所等。如化工業在為城市創造價值的同時，也可能出現泄漏，進而導致火災爆炸或環境污染的風險；城市道路的開發及汽車業的發展，使道路交通事故頻發；大型商業中心的開發，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泄漏爆炸事故；隨著城市規劃不斷擴大，建設施工數量增加，建筑行業傷亡事故屢有發生。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，隨著人類追求現代文明的步伐，新的技術風險必然會出現，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

城市安全生產事故孕災環境指標體系的構建，遵循系統性、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風險現狀，較全面地考慮了風險評價的各個要素和環節。

表1 沿海城市孕災環境指標體系

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，刪除相關系數大的評價指標，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計算

根據相關性系數計算公式，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，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 指標數據標準化

由于指標數據性質與量級的不同，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，得益于地理區位優勢與政策紅利，工業經濟迅速起步，形成了以紡織服裝、勞保手套、石油機械、化工醫藥等為代表的傳統支柱產業。在邁入21世紀后，該縣轉向沿海開發，興起數個工業園區，大力發展新材料、新能源、港口物流等產業。

4.1 數據來源

本次評價選取2014年該縣各鎮區相關數據，數據來自實地調研、年鑒、統計年鑒、人民政府網站。

4.2 指標篩選

4.2.1 指標數據標準化

根據所列指標類型，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標準化結果欄中數據，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，根據經驗，對于相關系數絕對值大于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-工礦商貿中，重大危險源(D1)與危化企業(D3)相關性系數為0.99；子因子層-交通系統中，航道密度(D12)與危貨運輸船舶擁有量(D14)相關性系數為0.92；其他指標相關性系數均低于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 安全生產風險評估

通過發送問卷向有關專家咨詢打分，計算其矩陣特征根及正規化特征向量，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據及其標準化結果

表5 風險評價結果

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

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

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

5 結論

1)構建基于孕災環境理論的安全生產事故風險評價體系，包括技術因素、人類因素、自然因素在內的27個評價指標，反映了沿海城市在工業高速發展中所面臨的風險現狀。

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

3)基于孕災環境的沿海城市安全生產事故風險評價指標體系，對于沿海城市安全生產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化進程中所面臨的安全現狀及潛在危險性。

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