基于TOPSIS評(píng)價(jià)法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)研究1

孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

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基于TOPSIS評(píng)價(jià)法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)研究1

孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林四平 136000）

由于城市中人口高度聚集，一旦發(fā)生災(zāi)害需疏散受災(zāi)居民到應(yīng)急避難所中，因此應(yīng)急避難所選址的合理性與適宜性就成為研究的重點(diǎn)。本文從經(jīng)濟(jì)性、效率性、公平性、安全性、可達(dá)性及環(huán)境因素等6個(gè)方面出發(fā)，選取12個(gè)應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)因子，并構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系；利用TOPSIS評(píng)價(jià)方法構(gòu)建適宜性評(píng)價(jià)模型，對(duì)研究區(qū)42處備選應(yīng)急避難所的適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：優(yōu)秀級(jí)別8個(gè)、良好級(jí)別10個(gè)、中等級(jí)別23個(gè)、差等級(jí)別1個(gè)。研究結(jié)果可為應(yīng)急管理部門在選擇應(yīng)急避難所建設(shè)位置時(shí)提供決策依據(jù)。

TOPSIS 應(yīng)急避難所 適宜性評(píng)價(jià) 哈爾濱

引言

隨著城市化進(jìn)程的加快，城市規(guī)模、人口密度不斷加大，一旦發(fā)生災(zāi)害，將會(huì)對(duì)城市居民的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。當(dāng)城市發(fā)生災(zāi)害后，需要及時(shí)疏散災(zāi)區(qū)居民到應(yīng)急避難所中。因此，城市中的應(yīng)急避難所建設(shè)是否合理，能否滿足災(zāi)區(qū)居民避難要求就顯得尤為重要。目前，針對(duì)應(yīng)急避難所的空間選址或空間區(qū)位配置的相關(guān)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(jīng)濟(jì)地理學(xué)的區(qū)位分析模型（王錚等，1994；周一星，1995）；二是基于運(yùn)籌學(xué)規(guī)劃技術(shù)的區(qū)位模型（陸大道，1988；胡志毅等，2002）；三是將GIS技術(shù)應(yīng)用到公共服務(wù)設(shè)施的區(qū)位模型（陳忠暖等，2006；周媛等，2011）。應(yīng)急避難所選址的適宜性評(píng)價(jià)以區(qū)位布局原則為基礎(chǔ)，構(gòu)建一系列評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)已規(guī)劃或是備選點(diǎn)進(jìn)行適宜性分析，其結(jié)果能反映區(qū)位選擇模型的應(yīng)用效果及責(zé)任區(qū)劃分結(jié)果的合理性。城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)一般分為兩步，首先篩選具有代表性且較為獨(dú)立的評(píng)價(jià)指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)體系；其次確定各評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，可通過加權(quán)法得到每一應(yīng)急避難所的適宜性評(píng)價(jià)值。吳宗之等（2005）強(qiáng)調(diào)了應(yīng)急避難所的生活性，從應(yīng)急避難所的規(guī)劃設(shè)計(jì)、硬件設(shè)施、軟件環(huán)境3個(gè)方面綜合評(píng)價(jià)了其應(yīng)急適應(yīng)能力，但二級(jí)指標(biāo)體系過于復(fù)雜，部分指標(biāo)量化困難；葉明武等（2009）從安全性、收容性、可達(dá)性3個(gè)方面綜合構(gòu)建了應(yīng)急避難所適宜性評(píng)價(jià)體系，該體系較為簡(jiǎn)潔，但忽略了對(duì)應(yīng)急設(shè)施的評(píng)價(jià)；Lee等（2008）從應(yīng)急避難所周邊設(shè)施的連通性入手，著重考慮道路網(wǎng)絡(luò)情況，實(shí)現(xiàn)了地震應(yīng)急避難所區(qū)位評(píng)價(jià)；Ma等（2011）從鄉(xiāng)村地震疏散能力入手，篩選出組織與管理系統(tǒng)、地震避難所、救濟(jì)資源及應(yīng)急設(shè)施這4個(gè)一級(jí)指標(biāo)，綜合構(gòu)建應(yīng)急避難所評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。通過已有的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系過于龐大、復(fù)雜，有些指標(biāo)難于量化。因此，構(gòu)建一套簡(jiǎn)單、獨(dú)立的指標(biāo)評(píng)價(jià)體系以及應(yīng)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(duì)數(shù)據(jù)分布及樣本量、指標(biāo)多少無嚴(yán)格限制，數(shù)學(xué)計(jì)算亦不復(fù)雜，評(píng)價(jià)對(duì)象較為廣泛，且具有對(duì)原始數(shù)據(jù)利用比較充分、信息損失較少等特點(diǎn)（Hwang等，1981）。后由Lai等（1994）將TOPSIS應(yīng)用到多目標(biāo)決策問題中，隨后該方法得到廣泛應(yīng)用。利用TOPSIS方法通過多個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)事物時(shí)，可將指標(biāo)看成變量，則在幾何上形成一個(gè)高維空間，被評(píng)價(jià)的對(duì)象即為反映它的多個(gè)指標(biāo)值在該空間確定的一個(gè)點(diǎn)，綜合評(píng)價(jià)問題就變?yōu)閷?duì)這些點(diǎn)做出總體評(píng)價(jià)或者排序。本文以哈爾濱道里區(qū)為研究對(duì)象，選取6個(gè)一級(jí)應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，12個(gè)二級(jí)應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)，基于TOPSIS法構(gòu)建應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)模型，對(duì)研究區(qū)應(yīng)急避難所備選點(diǎn)（學(xué)校、廣場(chǎng)、體育場(chǎng)及圖書館）進(jìn)行選址適宜性評(píng)價(jià)，并將評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)，得出研究區(qū)42處備選應(yīng)急避難所適宜性等級(jí)。評(píng)價(jià)結(jié)果可為應(yīng)急管理部門選擇應(yīng)急避難所建設(shè)位置提供決策依據(jù)。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

地震應(yīng)急避難場(chǎng)所為應(yīng)對(duì)地震等突發(fā)事件，經(jīng)規(guī)劃、建設(shè)，具有應(yīng)急避難生活服務(wù)設(shè)施，是可供居民緊急疏散、臨時(shí)生活的安全場(chǎng)所。本文按照“以人為本、科學(xué)規(guī)劃、就近布局、平災(zāi)結(jié)合、一所多用”的規(guī)劃原則，對(duì)備選應(yīng)急避難所進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。

考慮到研究區(qū)的特點(diǎn)，先從經(jīng)濟(jì)性、效率性、公平性、安全性、可達(dá)性及環(huán)境因素6個(gè)方面篩選指標(biāo)，構(gòu)建城市應(yīng)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(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)研究。然后以哈爾濱市道里區(qū)為例，進(jìn)行實(shí)證研究。最后將應(yīng)急避難所備選點(diǎn)指標(biāo)代入評(píng)價(jià)模型，得出各備選應(yīng)急避難所的適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果。

1.2 指標(biāo)選取

1.2.1 經(jīng)濟(jì)性

經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)與區(qū)域經(jīng)濟(jì)相對(duì)應(yīng)，是城市應(yīng)急避難所建設(shè)過程中必須考慮的重要指標(biāo)之一。應(yīng)急避難所建設(shè)要做到切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)有效，須從地域經(jīng)濟(jì)的客觀條件出發(fā)，合理建設(shè)。該指標(biāo)包括設(shè)施數(shù)目和開發(fā)經(jīng)費(fèi)，其中設(shè)施數(shù)目是指城市應(yīng)急避難所建設(shè)過程中與避難所建設(shè)相關(guān)的設(shè)施，設(shè)施數(shù)目的多少?zèng)Q定應(yīng)急避難所的開發(fā)費(fèi)用。因此，在開發(fā)經(jīng)費(fèi)允許的情況下，應(yīng)合理地布設(shè)應(yīng)急避難所中的相關(guān)設(shè)施，以滿足居民應(yīng)急避難需要。

1.2.2 效率性

效率性指標(biāo)包括平均旅次長度與一定距離內(nèi)設(shè)施服務(wù)人數(shù)兩個(gè)指標(biāo)，其中平均旅次是指某一區(qū)域內(nèi)需避難居民發(fā)送量（即每次能夠轉(zhuǎn)移需避難居民的數(shù)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(fèi)的時(shí)間即為平均旅次長度。一定距離內(nèi)設(shè)施服務(wù)人數(shù)表示應(yīng)急避難所服務(wù)范圍內(nèi)的人數(shù)，該指標(biāo)表明應(yīng)急避難所建設(shè)規(guī)模是否滿足居民避難需要。這兩個(gè)指標(biāo)體現(xiàn)了應(yīng)急避難所選址的效率性。

圖1 應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)概念框架

1.2.3 公平性

該指標(biāo)包括應(yīng)急避難所的覆蓋率與設(shè)施負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差。公平性體現(xiàn)了應(yīng)急避難所對(duì)服務(wù)范圍內(nèi)居民的覆蓋程度，即考慮服務(wù)范圍覆蓋全部居民點(diǎn)。但在覆蓋居民點(diǎn)的同時(shí)，還應(yīng)考慮應(yīng)急避難所設(shè)施的負(fù)荷程度，即設(shè)施負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)差，一旦超過設(shè)施的負(fù)荷，避難所將失去應(yīng)急避難功能，所以應(yīng)切實(shí)考慮這兩個(gè)指標(biāo)，以體現(xiàn)應(yīng)急避難所選址的公平性，合理布局應(yīng)急避難所位置及數(shù)量。

1.2.4 安全性

安全性包括坡度和與危險(xiǎn)源距離兩個(gè)指標(biāo)。應(yīng)急避難所選址位置應(yīng)考慮坡度，一般應(yīng)選擇相對(duì)較高、坡度較緩且基礎(chǔ)設(shè)施較好的地區(qū)進(jìn)行建設(shè)（姚新強(qiáng)等，2012）。同時(shí)，還應(yīng)考慮到城市中的危險(xiǎn)源，包括加油站、化工廠、油漆廠、鞭炮廠等，應(yīng)選取距離危險(xiǎn)源500m以外的區(qū)域建設(shè)應(yīng)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(duì)城市應(yīng)急避難所布局也有所影響，因此布局時(shí)應(yīng)遠(yuǎn)離。

1.2.5 可達(dá)性

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

1.2.6 環(huán)境因素

應(yīng)急避難所是災(zāi)民為躲避災(zāi)害而短暫居住的場(chǎng)所，其環(huán)境好壞直接影響居民的身體健康。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時(shí)，大量居民將轉(zhuǎn)移到應(yīng)急避難所中居住，在此過程中將產(chǎn)生大量垃圾、污水等。為保證良好的避難環(huán)境、減少居民的疾病傳染，需及時(shí)進(jìn)行垃圾與污水處理。因此，為衡量應(yīng)急避難所環(huán)境因素這一指標(biāo)，本文選取垃圾處理方便性與污水處理能力兩個(gè)指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)量化與權(quán)重計(jì)算

1.3.1 指標(biāo)量化

依據(jù)城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)的概念框架，選出具了有代表性、針對(duì)性、易于量化的12個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)。為了消除單位的不同給計(jì)算帶來的不便，對(duì)每一個(gè)指標(biāo)按照公式（1）進(jìn)行無量綱化處理：

1.3.2 權(quán)重計(jì)算

在進(jìn)行評(píng)價(jià)的過程中，需要一個(gè)描述指標(biāo)相對(duì)重要程度的權(quán)的估價(jià)，即權(quán)重。本文使用層次分析法（AHP）計(jì)算權(quán)重。層次分析法把復(fù)雜問題分解成組成因素，并按支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu)，然后用兩兩比較的方法確定決策方案的相對(duì)重要性，其常用來解決綜合評(píng)價(jià)、選擇決策方案、估計(jì)和預(yù)測(cè)等問題。使用層次分析法計(jì)算權(quán)重步驟如下：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。

（2）構(gòu)造成對(duì)比較矩陣，即從第二層開始用比較矩陣和值1—9評(píng)價(jià)尺度。

（3）計(jì)算單排序權(quán)向量并做一致性檢驗(yàn)，即對(duì)每個(gè)比較矩陣計(jì)算最大特征值及其對(duì)應(yīng)的特征向量，再利用一致性指標(biāo)、隨機(jī)一致性指標(biāo)和一致性比率進(jìn)行一致性檢驗(yàn)。若檢驗(yàn)通過，歸一化后的特征向量即為權(quán)向量；若不通過，須重新構(gòu)造成對(duì)比較矩陣。

（4）計(jì)算最下層對(duì)最上層總排序的權(quán)向量，利用總排序一致性比率進(jìn)行檢驗(yàn)：

式中，CI為一致性檢驗(yàn)指標(biāo)，a為待評(píng)目標(biāo)的總排序結(jié)果。當(dāng)＜0.1時(shí)，則通過一致性檢驗(yàn)，可按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進(jìn)行決策，否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些較大的成對(duì)比較矩陣。根據(jù)城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)概念框架及權(quán)重計(jì)算方法，建立城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重，如表1所示。

表1 應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)與權(quán)重

續(xù)表

2 城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)模型構(gòu)建

TOPSIS法，即逼近理想解排序法，是有限方案多目標(biāo)決策分析的一種常用方法，可用于效益評(píng)價(jià)、衛(wèi)生決策和衛(wèi)生事業(yè)管理等多個(gè)領(lǐng)域。本方法對(duì)資料無特殊要求，使用靈活簡(jiǎn)便，應(yīng)用廣泛。其基本思想是：基于歸一化后的原始數(shù)據(jù)矩陣，采用余弦法找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案（分別用最優(yōu)向量和最劣向量表示），然后分別計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案和最劣方案間的距離，獲得各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的相對(duì)接近程度，以此作為評(píng)價(jià)優(yōu)劣的依據(jù)。模型建立與計(jì)算步驟如下：

（1）設(shè)有個(gè)目標(biāo)（有限個(gè)目標(biāo)），個(gè)屬性，專家對(duì)其中第個(gè)目標(biāo)的第個(gè)屬性的評(píng)估值為x，則初始判斷矩陣V為：

（2）趨同化數(shù)據(jù)歸一化：

式中指標(biāo)的數(shù)值越大越理想，則為高優(yōu)指標(biāo)；如果某個(gè)指標(biāo)的數(shù)值越小越理想，則為低優(yōu)指標(biāo)；中性指標(biāo)是指位于高優(yōu)指標(biāo)與低優(yōu)指標(biāo)之間的指標(biāo)?！霸笔侵冈贾笜?biāo)中未進(jìn)行歸一化處理的數(shù)值。

由此得到歸一化處理后的矩陣Z：

（3）確定最優(yōu)方案和最劣方案

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

（5）計(jì)算各評(píng)價(jià)對(duì)象與最優(yōu)方案的接近程度C：

C越趨近于1，表明評(píng)價(jià)對(duì)象越優(yōu)。

（6）按照接近程度C的大小排序，形成決策依據(jù)。

3 實(shí)證研究

3.1 研究區(qū)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(jīng)濟(jì)、文化中心。全市總面積約為5.384萬平方千米，共有9個(gè)市轄區(qū)、7個(gè)縣，代管2個(gè)縣級(jí)市，其中市轄區(qū)面積10198km2。市區(qū)規(guī)劃各類面積為1000—50000m2的緊急避難場(chǎng)所共831處，固定及中心級(jí)避震疏散場(chǎng)所64處，洪水淹沒線以外地區(qū)的固定避難疏散場(chǎng)所共51處。由于全市避難所較多，篇幅有限，僅以道里區(qū)42處備選應(yīng)急避難所作為研究區(qū)進(jìn)行實(shí)證研究。

3.2 TOPSIS評(píng)判矩陣構(gòu)建

（1）構(gòu)建決策矩陣。按照公式（3）構(gòu)建應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)決策矩陣V。由于矩陣中數(shù)據(jù)較多，僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)：

（2）規(guī)范化決策矩陣。用公式（4）和公式（5）求得規(guī)范化決策矩陣Z，計(jì)算結(jié)果如下：

（3）確定Z＋與Z－：

（4）根據(jù)公式（8）和公式（9）計(jì)算各方案到Z＋和Z－的距離與評(píng)價(jià)結(jié)果的C值，計(jì)算出的C值越大，說明該處應(yīng)急避難所選址適宜性越高，反之越低。對(duì)C值采用等差數(shù)列分級(jí)方法，分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果見表2及表3。

表2 應(yīng)急避難所選址適宜性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表3 應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果

續(xù)表

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文利用TOPSIS方法，從經(jīng)濟(jì)性、效率性、公平性、安全性、可達(dá)性及環(huán)境因素等6個(gè)方面12個(gè)指標(biāo)構(gòu)建城市應(yīng)急避難所選址適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并對(duì)研究區(qū)42處備選點(diǎn)進(jìn)行適宜性評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果為優(yōu)秀的應(yīng)急避難備選場(chǎng)所有8個(gè)，為良好的有10個(gè)、中等23個(gè)，差等1個(gè)。城市應(yīng)急避難所選址可從學(xué)校、廣場(chǎng)、圖書館及體育場(chǎng)等中選擇，但不是每個(gè)場(chǎng)所都適合作為應(yīng)急避難所。按照本文所得評(píng)價(jià)結(jié)果，優(yōu)秀與良好等級(jí)的可作為城市應(yīng)急避難所的首選地點(diǎn)，處于中等級(jí)別的可次選作為應(yīng)急避難所的備選地點(diǎn)，而處于差等級(jí)的則不適宜作為應(yīng)急避難所。評(píng)價(jià)地點(diǎn)中，哈爾濱第七十六中學(xué)位置較為靠近河流，且周圍道路通達(dá)性相對(duì)較差，因此該處適宜性評(píng)價(jià)結(jié)果為差等級(jí)。研究結(jié)果可為城市應(yīng)急避難所選址提供依據(jù)，亦可為已建好的應(yīng)急避難所適宜性評(píng)價(jià)提供參考。

4.2 討論

TOPSIS方法對(duì)數(shù)據(jù)樣本分布、樣本含量指標(biāo)多少均無嚴(yán)格限制，既適用于小樣本資料，也適用于多評(píng)價(jià)單元，既可用于橫向?qū)Ρ确治?，也可用于縱向?qū)Ρ确治觥＠迷摲椒▽?duì)城市應(yīng)急避難所選址適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其適用性較好。但在指標(biāo)體系構(gòu)建過程中對(duì)于權(quán)重的計(jì)算采用層次分析法，具有一定的主觀性，對(duì)研究結(jié)果的精度有一定影響。另外，本研究中對(duì)應(yīng)急避難所選址適宜性分級(jí)采用等差數(shù)列分級(jí)法，其分級(jí)結(jié)果的合理性還有待進(jìn)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(xué)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(guī)劃與災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管控等方面的研究。 E-mail：syy800201@126.com