基于層次分析法的化工城市致災因子研究*

余納新，韓傳峰，楊金平

(1.同濟大學經(jīng)濟與管理學院，上海200092;2.寧波市鎮(zhèn)海區(qū)人民政府應急管理辦公室，浙江寧波315200)

隨著城市化進程的加快，人口、財富日益向城市集中，各類突發(fā)事件日益增多，影響的綜合性和復雜性愈加顯著，其危害程度也越發(fā)嚴重[1]。又因化學介質(zhì)多具有易燃易爆、有毒有害、強腐蝕的理化特質(zhì)，化工生產(chǎn)多數(shù)具有高溫、高壓、高流量的工藝特性，使得化學事故具有爆發(fā)突然、危害巨大和影響深遠的特點。作為化工城市來說，災害更具有耦合性、衍生性、突發(fā)性、破壞性和持續(xù)性等特性[2]。我國目前經(jīng)濟發(fā)展已進入重化工業(yè)時代[3]，對化工城市災害特性的研究更是亟待解決的一個問題。

1 化工城市災害因子種類

根據(jù)城市災害的特點分析，現(xiàn)階段我國城市災害主要包括自然災害、事故災難、公共衛(wèi)生事件和社會安全事件四大類型，各大類型又包括多種不同的致災因子[4]。

1.1 自然災害

包括地震災害、洪澇災害、氣象災害、地質(zhì)災害和海洋災害等。

1.1.1 地震

地震是一種破壞力極強的自然災害。我國22個省會城市和2/3的百萬以上人口的城市均位于地震高危險區(qū)[5]。對于化工城市來說，由于存在高溫高壓的生產(chǎn)裝置、管線和易燃易爆、有毒有害的化學物質(zhì)，地震及其引發(fā)的次生、衍生災害會更為嚴重。

1.1.2 洪水

洪水是由于暴雨或急驟的冰雪融化以及水利工程失事等原因引起的江河湖泊水量迅猛增加，水位急劇上漲而沖出天然水道或人工堤壩所造成的災害。對于化工城市來說，洪水不僅可能造成有毒有害物質(zhì)泄露，而且，一些如電石、金屬鈉等遇濕自燃爆炸化學品會產(chǎn)生爆炸、火災等衍生災害[6]。

1.1.3 氣象災害

一般包括熱帶氣旋、雷電災害、冰雪災害等。

熱帶氣旋是發(fā)生在熱帶或副熱帶海洋上的氣旋性渦旋。強烈的熱帶氣旋，不但形成狂風、巨浪，而且往往伴隨發(fā)生暴雨、風暴潮，造成嚴重的災害。對于化工城市來說，臺風也是造成化學品泄露等事故的一個重要原因。

雷電災害:雷電災害是伴有閃電和雷鳴的一種自然現(xiàn)象。對于化工城市來說，塔罐林立，管線縱橫，雷電活動引起巨大的熱效應、電效應和機械力，會造成嚴重的破壞和災難。1989年，山東黃島油庫就突遭雷暴襲擊，導致油罐起火爆炸，造成了重大的人員傷亡和巨大的經(jīng)濟損失。

冰雪災害:冰雪災害一般隨雪量和積雪深度的增加而擴大受災程度。以2008年南方大雪災為例，雪災造成輸電線路塔架倒塌，摧毀城市電力網(wǎng)絡，城市市政設施和交通迅速陷入全面癱瘓[7]。

1.1.4 地質(zhì)災害

主要表現(xiàn)在地面沉降、地裂縫等。

地面沉降是指地表巖土體受自然作用或人為活動影響向下陷落，并在地面形成塌陷坑洞而造成災害的現(xiàn)象或過程。地裂縫是在一定地質(zhì)自然環(huán)境下，由于自然的或人為的原因，地表巖土體開裂，在地面形成一定長度和寬度的裂縫現(xiàn)象或過程。對于化工城市來說，地面沉降和地裂縫不僅危害房屋等建筑物(構筑物)的安全，而且會影響化工裝置、管線和罐體的穩(wěn)定，可能造成化學物質(zhì)泄露。

1.1.5 海洋災害

海洋災害種類多，分布范圍廣，而且頻率高，破壞性大。由于化工城市有很多生產(chǎn)裝置或儲運設施在海邊，海嘯、風暴潮和巨浪會對這些裝置、設施造成危害。2011年3月11日，因海底地震引發(fā)的日本大海嘯，導致日本仙臺、千葉煉油廠發(fā)生爆炸，福島第一核電站放射性物質(zhì)泄露，事故后果至今尚未消除。

1.2 城市事故災難

包括城市火災、化學事故、交通事故和工礦事故等。

1.2.1 城市火災

作為區(qū)域中心，城市內(nèi)集聚了賓館飯店、商場市場、醫(yī)院學校、車站碼頭等人員密集場所，城市內(nèi)又有大量燃氣管道和電氣設施，一旦發(fā)生火災，極易出現(xiàn)群死群傷。隨著城市化進程的不斷發(fā)展，居民住宅趨向高層化，容積率大大提高，一旦發(fā)生高層火災，施救難度極大，火災后果會極為慘重。2010年，上?！?1·15”膠州路教師公寓大火教訓尤為深刻。

1.2.2 化學事故

化學事故造成的傷害主要是物理、化學爆炸造成的沖擊波傷、高溫燒傷、煙中毒以及有毒有害物質(zhì)泄露造成的窒息、毒害和化學燒傷等。

有毒物質(zhì)泄漏:1984年，印度博帕爾農(nóng)藥廠發(fā)生異氰酸甲酯外泄，釀成有史以來最大的工業(yè)污染事故。共造成3千多人死亡，5萬多人雙目失明，15萬人受傷害。

爆炸事故:2001年，法國圖盧茲化工廠因化工原料泄漏發(fā)生爆炸，造成30人死亡，數(shù)千人受傷，工廠的生產(chǎn)設施被摧毀，周圍3 000 km2范圍內(nèi)的建筑物被夷為平地。這一事故使保險公司賠款總額高達6億美元。

1.2.3 交通事故

隨著人民生活水平的提高，轎車大量進入家庭，城市交通事故也居高不下，一般占安全生產(chǎn)事故總量、傷亡人數(shù)的85%以上。在化工城市，大量化學品物流是由槽罐車通過道路運輸，一但運輸車輛在人員密集區(qū)域發(fā)生事故，后果將極為嚴重。

1.2.4 工礦事故

隨著近年來安全生產(chǎn)監(jiān)管力度的不斷加大，工礦事故整體呈現(xiàn)不斷下降趨勢，但伴隨城市建設規(guī)模越來越大，建筑施工事故總量也上升。僅2009年，建筑施工發(fā)生各類事故2 330起，死亡2 760人，同比分別上升2.8%和2.1%。特別是發(fā)生較大以上坍塌墜落事故78起，死亡344人，分別占建筑施工較大以上事故的76.5%和77.8%。

1.3 公共衛(wèi)生事件

包括傳染病、重大中毒事件和環(huán)境污染事件等。

1.3.1 傳染病

傳染病為病原體侵入機體，消弱機體防御機能，破壞機體內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定性，且在一定部位生長繁殖，引起不同程度的病理生理過程。近年來，新的傳染病有卷土重來之勢，非典(SARS)、甲流(H1N1)等新型傳染病都給我國乃至世界造成巨大影響。城市由于人口聚集和流動特點，更易受到傳染病侵襲。2010年，國內(nèi)甲、乙類法定報告?zhèn)魅静“l(fā)病人數(shù)341.4萬例，報告死亡15 950人。

1.3.2 重大中毒事件

重大中毒事故包括以下四個方面:①人數(shù)超過100人或死亡1人以上的飲用水、食物中毒事件;②發(fā)生急性職業(yè)病50人以上或者死亡5人以上的職業(yè)中毒事件;③有毒、有害化學物品、生物毒素等引起的群體性急性中毒事件;④嚴重威脅或危害公眾健康的水、環(huán)境、食品污染和放射性、有毒有害化學性物質(zhì)丟失、泄漏等事件。對于化工城市來說，職業(yè)中毒事故和由化學品泄露產(chǎn)生的次生、衍生中毒事故會更為突出。

1.3.3 環(huán)境污染事件

城市是人類對環(huán)境影響最深刻、最集中的區(qū)域，也是環(huán)境污染最嚴重的區(qū)域。對于化工城市來說，環(huán)境污染中空氣污染和水污染較一般城市更為突出。

空氣污染:化工城市的空氣污染除了車輛尾氣排放的氧化氮、燃煤釋放的二氧化硫以及空氣可吸入顆粒等，還含有大量非常規(guī)特殊因子，如總烴等。這些特殊因子具有很強的協(xié)同作用，污染危害更大。美國石油化工重鎮(zhèn)洛杉磯就發(fā)生過嚴重的光化學煙霧污染事件。

水污染:由于很多化工城市座落在大江大河邊，很容易發(fā)生水體污染事故。2005年，中國石油吉林石化分公司雙苯廠發(fā)生爆炸事故，由于雙苯廠沒有事故狀態(tài)下防止受污染的水流入松花江的有效措施，泄漏出來的部分物料和循環(huán)水及搶救事故現(xiàn)場消防水與殘余物料的混合物流入松花江，造成松花江水體污染。

1.4 城市社會安全事件

包括恐怖襲擊、群體性事件、城市生命線安全、金融安全和信息安全等。

1.4.1 恐怖襲擊

2001年9月11 日，隨著美國世界貿(mào)易中心大樓及其建筑群的轟然倒塌，恐怖襲擊的字眼深深地烙在全世界每一個人的腦海。特別是生化武器價格低廉、制作簡易、威力巨大，恐怖主義分子在世界范圍內(nèi)越來越多地使用生化武器。有關統(tǒng)計表明，自1950年以來，全球已發(fā)生過270多起使用生化制劑的事件?；こ鞘杏捎诒旧砭哂械奶刭|(zhì)，更是恐怖襲擊的重要目標。

1.4.2 群體性事件

近年來，個別化工城市環(huán)境污染事件密集發(fā)生，造成的損失、危害和影響觸目驚心，污染對公眾健康的危害將引發(fā)社會的強烈不滿，引起的群體性事件在個別城市暴發(fā)。這些群體性事件不僅帶來了惡劣的政治和社會影響，而且對這些城市進一步發(fā)展化工產(chǎn)業(yè)造成了重重阻力。

1.4.3 城市生命線安全

城市供電、供水、供氣三大系統(tǒng)為現(xiàn)代化的生命線設施，是城市化的基礎，是防災減災的必備條件?，F(xiàn)代化化工裝置尤其依賴電力系統(tǒng)，如果供電出現(xiàn)問題，對化工城市將是災難。2003年，以紐約為中心的美國東北部和加拿大部分地區(qū)發(fā)生大面積停電事故，所造成的經(jīng)濟損失每天可能多達300億美元。2011年，日本福島第一核電站由于緊急電源系統(tǒng)遭到地震和海嘯的破壞，導致核反應堆不能正常停機產(chǎn)生了嚴重事故。

1.4.4 金融安全

金融安全指貨幣資金融通的安全和整個金融體系的穩(wěn)定。在經(jīng)濟全球化加速發(fā)展的今天，金融安全在國家經(jīng)濟安全中的地位和作用日益加強。對資金、技術密集型的化工產(chǎn)業(yè)來說，金融危機會造成化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展遲緩，進而導致經(jīng)濟倒退、社會動蕩。

1.4.5 信息安全

隨著全球信息化的飛速發(fā)展，信息安全已經(jīng)上升到國家安全戰(zhàn)略。以石油化工為代表的現(xiàn)代化學工業(yè)更離不開以計算機為核心的自動化控制技術的支撐，因此，化工城市的信息安全更需要擺在突出位置。2010年，伊朗大約3萬個互聯(lián)網(wǎng)終端感染“震網(wǎng)”(Stuxnet)電腦蠕蟲病毒，這款惡意代碼專門攻擊西門子公司開發(fā)的監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)(SCADA)，目標直指應用于伊朗核計劃的電力和計算機等系統(tǒng)，這種新的安全問題必須引起我們極大關注。

2 化工城市致災因子分析

2.1 建立層析結構模型

在參考有關災害評估分析文獻的基礎上[8－9]，本論文選用層次分析法(AHP)為研究工具[10]，選取了17個主要致災因子作為指標，構建化工城市致災因子評價模型:C=f(A1，A2，A3，A4)。式中:C代表化工城市危害度;A1代表自然災害因素的危害度，A2代表事故災難因素的危害度，A3代表公共衛(wèi)生事件因素的危害度，A4代表社會公共事件因素的危害度。如圖1所示。

圖1 化工城市危害度評價遞階層次結構示意圖

2.2 構造兩兩判斷矩陣并求解

在專家的指導下，利用達爾菲法確定相對度，根據(jù)層次分析法的計算方法，構建各級指標的判斷矩陣，并計算各級指標的權重值和判斷矩陣的最大特征根，并進行一致性檢驗。

2.2.1 一級指標權重的計算:

一級指標包括自然災害(A1)、事故災難(A2)、公共衛(wèi)生事件(A3)和社會安全事件(A4)四大類型，判斷矩陣見表1。

表1 一級指標判斷矩陣

2.2.2 二級指標權重的計算:

A1對應的二級指標包括地震(B11)、洪水(B12)、氣象災害(B13)、地質(zhì)災害(B14)和海洋災害(B15)。判斷矩陣見表2。

表2 二級自然災害(A1)次判斷矩陣

A2對應的二級指標包括城市火災(B21)、化學事故(B22)、交通事故(B23)和工礦事故(B24)。判斷矩陣見表3。

表3 二級事故災難(A2)次判斷矩陣

A3對應的二級指標包括傳染病(B31)、重大中毒事件(B32)和城市污染事件(B33)。判斷矩陣見表4。

表4 二級公共衛(wèi)生事件(A3)次判斷矩陣

A4對應的二級指標包括恐怖襲擊(B41)、群體性事件(B42)、城市生命線安全(B43)、金融安全(B44)和信息安全(B45)。判斷矩陣見表5。

表5 二級社會安全事件(A4)次判斷矩陣

2.3 致災因子綜合權重的計算

綜合第一層次和第二層次判斷矩陣，計算各層元素對目標層的總排序權重，得到每個分支因素對于總體能力的影響程度(表6)。

表6 各層元素對目標層的總排序權重計算結果

從上述總的排序可以看出:自然災害事故中的地震、事故災難中的化學事故、公共衛(wèi)生事件中的環(huán)境污染事件和社會公共事件中的恐怖襲擊是化工城市的主要致災因子。

2.4 模型一致性檢驗

判斷矩陣滿足一致性。

3 結論

(1)由于城市人員集中、建筑物集中、財富集中，同等烈度地震造成的損失將會比發(fā)生在農(nóng)村的高出幾倍。對于化工城市來說，地震產(chǎn)生的地震波還會造成管線斷裂、罐體泄漏、裝置失控以及建筑物、構筑物倒塌，導致大量易燃易爆、有毒有害化學物質(zhì)泄露，釀成更大的次生、衍生災害，并為地震救援帶來意想不到的困難。因此，地震雖是小概率事件，卻為巨災害事件，必須引起高度重視，盡量避免在斷裂帶上規(guī)劃化工產(chǎn)業(yè)，提高化工裝置、設備和管線的抗震等級，加強相關人員的應急培訓。

(2)化工產(chǎn)業(yè)的高溫高壓、易燃易爆和有毒有害三大特性，與城市人口集中、財富集中、建筑物集中等要素結合在一起，就注定了化工城市災害具有復雜性和嚴重性。原發(fā)性或繼發(fā)性化學事故以及由此產(chǎn)生的次生、衍生災害將是化工城市面臨的最大危機。因此，要合理布局，大力推進化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)化建設，把好化工產(chǎn)業(yè)安評、環(huán)評關，嚴格執(zhí)行化工建設項目“三同時”制度，從源頭抓好本質(zhì)安全。

(3)目前全世界每年產(chǎn)生的有害化學廢物達3～4億t，化學物質(zhì)排放、揮發(fā)，不僅會造成大氣、水體污染，給環(huán)境造成危害，而且直接對人體健康造成影響。一些固體化學廢物也會污染土壤和水體，并可能隨著食物鏈被人體攝入，間接影響健康。威脅著人類的生存和發(fā)展。因此，要大力發(fā)展“綠色化學[11]”，在始端就采用預防污染的科學手段，在制造和應用化學產(chǎn)品時有效利用原料，消除廢物和避免使用有毒的和危險的試劑和溶劑，從而實現(xiàn)過程和終端均為零排放或零污染。

(4)世界恐怖襲擊事件逐年增多，恐怖分子利用化學物質(zhì)進行恐怖襲擊或者直接對化工目標開展襲擊，是恐怖襲擊的新動向?；こ鞘兄卮笪ｋU源密集，化學運輸車輛眾多，地面地下管線交錯，進行恐怖襲擊很容易得逞。因此，要充分利用技術手段，落實重大危險源的監(jiān)控;完善體制機制，加強對化學運輸車輛的監(jiān)管;強化源頭管控，加大對劇毒品和爆炸物品的管制。

[1] 王宏偉.突發(fā)事件應急管理－預防、處置與恢復重建[M].北京:中央廣播電視大學出版社，2009.

[2] 蔡鳳英，談宗山，孟赫，等.化工安全工程[M].北京:科學出版社，2001.

[3] 劉世錦.對中國進入新重化工業(yè)階段的解析[J].經(jīng)濟前沿，2004(2):7－9.

[4] 王紹玉，馮百俠.城市災害應急與管理[M].重慶:重慶出版社，2005.

[5] 陳颙，陳遠泰，張國民，等.“十一五”期間中國重大地震災害預測預警和防治對策[J].災害學，2005，20(1):1－14.

[6] 周國泰.危險化學品安全技術全書[M].北京:化學工業(yè)出版社，1997.

[7] 郭純生，劉春俠，蔡建慕.2008年初冰雪災害對生命線工程的幾點啟示[J].防災科技學院學報，2008，10(2):91－95.

[8] 張新梅，陳晨.石油化工庫區(qū)應急體系完備性評估方法[J].災害學，2010，25(3):100－103.

[9] 田天敏，蔡晶菁.層次分析法在商場火災風險評價中的應用研究[J].災害學，2009，24(2):91－94.

[10] 胡云權，郭耀煌.運籌學教程[M].3版.北京:清華大學出版社，2007.

[11] 吳輝祿.綠色化學[M].成都:西南交通大學出版社，2010.