密切值法在化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

裴甲坤 王飛躍副教授 郭換換 楊宸宇 裴重偉

（中南大學(xué) 防災(zāi)科學(xué)與安全技術(shù)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410075）

0 引言

為降低分散、單一化工企業(yè)給城市安全帶來的巨大風(fēng)險(xiǎn)，促進(jìn)化工產(chǎn)業(yè)節(jié)能減排、提高資源共享、帶來規(guī)模效應(yīng)，園區(qū)化已經(jīng)成為當(dāng)今化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主流。近年來，隨著相關(guān)政策引導(dǎo)，我國(guó)化工園區(qū)得到快速建設(shè)和發(fā)展?；@區(qū)在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)和化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展的同時(shí)，也帶來了新的安全問題。如何對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行科學(xué)有效的安全評(píng)價(jià)，為化工園區(qū)的安全規(guī)劃、風(fēng)險(xiǎn)管控以及事故預(yù)防提供科學(xué)的理論依據(jù)，確保化工園區(qū)生產(chǎn)安全和周邊環(huán)境安全成為當(dāng)前形勢(shì)下亟需解決的關(guān)鍵問題[1]。

目前，對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)主要采用的是區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法，區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)方法主要有兩個(gè)方向：基于個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)方法和基于風(fēng)險(xiǎn)補(bǔ)償?shù)脑u(píng)價(jià)方法[2]。前者通過綜合評(píng)估潛在事故所產(chǎn)生后果的嚴(yán)重度和可能性，以量化的個(gè)人風(fēng)險(xiǎn)和社會(huì)風(fēng)險(xiǎn)作為評(píng)價(jià)依據(jù)[3]，后者則在對(duì)單個(gè)危險(xiǎn)源進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，綜合考慮醫(yī)療機(jī)構(gòu)和消防部門對(duì)區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)的補(bǔ)償效應(yīng)，應(yīng)用疊加原理得到描述該區(qū)域整體風(fēng)險(xiǎn)狀況的定量評(píng)價(jià)結(jié)果[4]。

安全評(píng)價(jià)的目的是為了辨識(shí)危險(xiǎn)有害因素，分析這些危險(xiǎn)有害因素可能導(dǎo)致的事故及事故后果嚴(yán)重程度，并提出合理可行的安全對(duì)策措施[5]。對(duì)于化工園區(qū)而言，安全評(píng)價(jià)的結(jié)果要能夠?yàn)閳@區(qū)的危險(xiǎn)源監(jiān)控、隱患整改和事故預(yù)防提供理論依據(jù)。企業(yè)作為園區(qū)最基本的組成單元，危險(xiǎn)源監(jiān)控、隱患排查治理等事故預(yù)防工作最終都要由企業(yè)來落實(shí)，因此，化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)的結(jié)果應(yīng)該能夠直接指導(dǎo)企業(yè)開展以上工作。但是，區(qū)域風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)法是以化工園區(qū)的整體安全水平作為研究對(duì)象，最終的評(píng)價(jià)結(jié)果反映的是園區(qū)的整體安全狀況，并不能直觀體現(xiàn)出園區(qū)內(nèi)各企業(yè)的安全水平，無法直接指導(dǎo)相關(guān)企業(yè)開展危險(xiǎn)源監(jiān)控與隱患排查治理等工作?；诖耍疚氖状螌⒚芮兄捣ㄒ氲交@區(qū)的安全評(píng)價(jià)中，密切值法作為系統(tǒng)工程中多目標(biāo)決策的常用優(yōu)選方法，適用于樣本的優(yōu)劣排序以及樣本的等級(jí)劃分[6]。目前，密切值法被廣泛應(yīng)用于地下水水質(zhì)評(píng)估、企業(yè)創(chuàng)新能力評(píng)估、醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域以及農(nóng)業(yè)領(lǐng)域等，引入該方法將為化工園區(qū)的安全評(píng)價(jià)提供一種新的思路。

1 基于密切值法化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型

采用密切值法對(duì)化工園區(qū)安全水平進(jìn)行評(píng)價(jià)的基本原理是以園區(qū)內(nèi)的化工企業(yè)作為評(píng)價(jià)單元，構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，采用定量計(jì)算與定性分析相結(jié)合的方法，通過計(jì)算或參照相關(guān)法規(guī)要求對(duì)各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分得到各指標(biāo)取值，然后提取各評(píng)價(jià)指標(biāo)的最優(yōu)值（或最劣值）組成1個(gè)虛擬最優(yōu)集（最劣集），并計(jì)算出各評(píng)價(jià)單元各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)值與虛擬最優(yōu)（或最劣）集的距離，即密切值，通過密切值的大小排序確定各評(píng)價(jià)單元的安全水平[7]，最后，取各評(píng)價(jià)單元密切值的均值作為園區(qū)整體安全狀況的參考值，進(jìn)而得到園區(qū)整體的安全水平。

1.1 建立初始樣本矩陣

以化工園區(qū)內(nèi)的企業(yè)作為評(píng)價(jià)單元，將化工園區(qū)劃分為m個(gè)評(píng)價(jià)單元，以對(duì)安全產(chǎn)生影響的p個(gè)因素作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)給出n級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，通過評(píng)價(jià)體系建立初始樣本矩陣A，該矩陣由m+n個(gè)待排序樣本，p個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成，共含有（m+n）p個(gè)元素，即A=（aij）（m+n）p。

1.2 建立無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣

當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值越大評(píng)價(jià)單元的安全等級(jí)越高時(shí)，定義該指標(biāo)為正向指標(biāo)；當(dāng)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值越小評(píng)價(jià)單元的安全等級(jí)越高時(shí)，定義該指標(biāo)為逆向指標(biāo)。根據(jù)公式（1）、（2），對(duì)初始樣本矩陣A各列進(jìn)行歸一化處理，得到無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣C=（cij）（m+n）p。

1.3 求出虛擬最優(yōu)集QG、最劣集QB

取標(biāo)準(zhǔn)矩陣中各評(píng)價(jià)指標(biāo)值的最大值集合作為虛擬最優(yōu)集的取值，最小值集合作為虛擬最劣集，即：

1.4 計(jì)算各評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)集、虛擬最劣集的距離

各評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)（劣）集的距離采用歐氏距離計(jì)算：

第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與虛擬最優(yōu)集的距離為：

第i個(gè)評(píng)價(jià)單元與虛擬最劣集的距離為：

其中，wi為各評(píng)估指標(biāo)權(quán)重，可由專家給出。

1.5 計(jì)算各評(píng)價(jià)單元的密切值

密切值是一個(gè)無量綱量，它是以各評(píng)價(jià)指標(biāo)與最優(yōu)集的最小距離，最劣集的最大距離作為參照標(biāo)準(zhǔn)，綜合評(píng)價(jià)各單元各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)與最優(yōu)集和最劣集的親疏程度，進(jìn)而反映不同評(píng)價(jià)單元的安全狀況，密切值計(jì)算公式為：

當(dāng)Ei值越小時(shí)，表示該評(píng)價(jià)單元與最優(yōu)集密切，與最劣集疏遠(yuǎn)，安全等級(jí)越高。

1.6 化工園區(qū)內(nèi)企業(yè)安全評(píng)價(jià)

根據(jù)各評(píng)價(jià)單元的密切值可對(duì)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行排序，各等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)也按一定順序出現(xiàn)在序列中，因此可根據(jù)n個(gè)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)所處位置對(duì)m個(gè)評(píng)價(jià)單元的安全狀況進(jìn)行分級(jí)，如果評(píng)價(jià)單元出現(xiàn)在Ⅰ級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)之前，則其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅰ級(jí)，如果評(píng)價(jià)單元位于Ⅱ級(jí)與Ⅲ級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)之間，則其綜合評(píng)價(jià)結(jié)果為Ⅲ級(jí)，以此類推，從而完成各評(píng)價(jià)單元的安全評(píng)價(jià)。

1.7 化工園區(qū)整體安全評(píng)價(jià)

取各評(píng)價(jià)單元密切值的平均值作為園區(qū)整體安全水平的密切值，進(jìn)而根據(jù)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定園區(qū)整體安全水平。

2 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的科學(xué)性、完備性對(duì)于評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性起到至關(guān)重要的作用?；て髽I(yè)在生產(chǎn)、儲(chǔ)存、使用、運(yùn)輸中涉及的原料和成品，絕大部分都是易燃易爆、有毒有害、腐蝕性的危險(xiǎn)化學(xué)品，這些危險(xiǎn)化學(xué)品的存在使得化工企業(yè)本身就具有較大的風(fēng)險(xiǎn)，因此在進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)需要充分考慮到企業(yè)內(nèi)部的固有風(fēng)險(xiǎn)；企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀決定著企業(yè)在生產(chǎn)過程中火災(zāi)、爆炸、有毒氣體泄露擴(kuò)散事故發(fā)生的概率的大小，對(duì)企業(yè)安全起到了決定性的作用，是安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的基礎(chǔ)；除此之外，強(qiáng)有力的事故應(yīng)急處置能力對(duì)于確保企業(yè)生產(chǎn)安全，降低企業(yè)風(fēng)險(xiǎn)水平具有重要的意義，事故應(yīng)急處置能力也是衡量企業(yè)安全水平的重要標(biāo)準(zhǔn)。因此，在對(duì)企業(yè)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)時(shí)應(yīng)綜合考慮上述因素。

在研究企業(yè)的固有風(fēng)險(xiǎn)時(shí)主要考慮對(duì)事故后果產(chǎn)生直接影響的因素，因此本文將危險(xiǎn)化學(xué)品的儲(chǔ)量（Z1）、毒性（Z2）、易燃性（Z3）、反應(yīng)活性（Z4）以及企業(yè)周邊人口數(shù)量（Z5）5個(gè)因素作為固有風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)指標(biāo)。由于企業(yè)是由人員、設(shè)備、管理、環(huán)境等子系統(tǒng)組成的復(fù)雜的多層次生產(chǎn)系統(tǒng)，各個(gè)子系統(tǒng)之間相互作用、相互聯(lián)系，每個(gè)子系統(tǒng)的安全狀況都對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全產(chǎn)生影響，因此，在對(duì)企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀進(jìn)行分析時(shí)應(yīng)綜合考慮員工的安全素質(zhì)（Z6）、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行狀況（Z7）、企業(yè)日常安全管理（Z8）以及作業(yè)環(huán)境現(xiàn)狀（Z9）等因素對(duì)于生產(chǎn)安全的影響。事故應(yīng)急處置能力的大小受到很多因素的影響，本文主要從應(yīng)急設(shè)備設(shè)施配備（Z10）、應(yīng)急處置機(jī)構(gòu)及人員配置（Z11）、應(yīng)急預(yù)案完備程度及演練（Z12）3個(gè)方面展開分析。根據(jù)上述分析，構(gòu)建安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，如圖1。

圖1 安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Fig.1 Safety evaluation index system

上述評(píng)價(jià)指標(biāo)中，Z1-Z5為定量指標(biāo)，可通過計(jì)算及相關(guān)參考文獻(xiàn)得到各指標(biāo)取值，Z6-Z12為定性指標(biāo)，較難用精確的數(shù)字描述，因此，在評(píng)價(jià)過程中采用專家打分法，請(qǐng)專家通過現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研對(duì)照相關(guān)法規(guī)要求對(duì)這些指標(biāo)進(jìn)行評(píng)分，各指標(biāo)取值標(biāo)準(zhǔn)，見表1。

表1 各評(píng)價(jià)指標(biāo)取值標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Value of each evaluation index

3 實(shí)例應(yīng)用

本文選取某化工園區(qū)作為研究對(duì)象，該園區(qū)內(nèi)共有8家化工企業(yè)，將每家化工企業(yè)作為一個(gè)評(píng)價(jià)單元。評(píng)價(jià)指標(biāo)體系共包含12個(gè)評(píng)估指標(biāo)，將各指標(biāo)的安全水平劃分為5個(gè)等級(jí)，各指標(biāo)安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)，見表2。

表2 安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Safety classification standard

進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研，通過計(jì)算以及專家評(píng)分得到各指標(biāo)取值進(jìn)而得到初始樣本矩陣A。

在本次評(píng)價(jià)過程中，評(píng)價(jià)指標(biāo)Z1-Z5數(shù)值越高表明安全等級(jí)越低，安全狀況越差，因此上述5個(gè)指標(biāo)均為逆向指標(biāo)，評(píng)價(jià)指標(biāo)Z6-Z12數(shù)值越高表明安全等級(jí)越高，安全狀況越好，因此上述7個(gè)指標(biāo)均為正向指標(biāo)，根據(jù)公式（1）、（2）將初始樣本矩陣進(jìn)行歸一化處理，得到無量綱標(biāo)準(zhǔn)矩陣C。

由公式（3）、（4）可得本次評(píng)價(jià)的虛擬最優(yōu)集QG和虛擬最劣集QB為：

由公式（5）、（6）計(jì)算各評(píng)價(jià)單元與QG、QB的歐氏距離di-G和di-B，進(jìn)一步可求得各評(píng)價(jià)單元的密切值Ei以及園區(qū)整體安全水平的密切值E，具體計(jì)算結(jié)果，見表3。

表3 安全水平計(jì)算結(jié)果Tab.3 Calculation result of safety level

Ⅰ級(jí)-Ⅴ級(jí)的數(shù)值是將各評(píng)估指標(biāo)安全等級(jí)參考取值（表2）代入公式中求得的結(jié)果，計(jì)算出不同安全等級(jí)的密切值，然后將不同企業(yè)的密切值計(jì)算結(jié)果與安全等級(jí)密切值計(jì)算結(jié)果相比較得到企業(yè)的安全等級(jí)。

（1）從各評(píng)價(jià)單元來看，該園區(qū)內(nèi)的8家企業(yè)中，企業(yè)6、7的安全等級(jí)為Ⅱ級(jí)，安全狀況為“安全”；企業(yè)1-5的安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)，安全狀況為“比較安全”；企業(yè)8的安全等級(jí)為Ⅳ級(jí)，安全狀況為“一般安全”。圖2可以直觀反映各企業(yè)安全等級(jí)。

圖2 各企業(yè)安全等級(jí)示意圖Fig.2 Schematic map of safety level of enterprises

（2）8家化工企業(yè)的安全水平高低次序?yàn)椋浩髽I(yè)7＞企業(yè)6＞企業(yè)1＞企業(yè)3＞企業(yè)4＞企業(yè)2＞企業(yè)5＞企業(yè)8。

（3）從整體來看，該化工園區(qū)的整體安全等級(jí)為Ⅲ級(jí)，安全狀況為“比較安全”。

由評(píng)價(jià)結(jié)果可看出，企業(yè)7的安全水平最高，根據(jù)原始數(shù)據(jù)表及評(píng)價(jià)結(jié)果可以看出，雖然該企業(yè)的安全生產(chǎn)現(xiàn)狀及應(yīng)急處置能力評(píng)分均達(dá)到“非常安全”標(biāo)準(zhǔn)，但是由于考慮到了企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn)，其安全狀況并未達(dá)到最佳狀態(tài)。企業(yè)8的安全水平最低，原因是該企業(yè)內(nèi)部危險(xiǎn)化學(xué)品儲(chǔ)量較大，企業(yè)周邊人口較多，固有風(fēng)險(xiǎn)較高。此外由于其規(guī)模較大，導(dǎo)致企業(yè)在日常安全生產(chǎn)過程中存在一定的安全隱患，企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀及事故應(yīng)急處置能力均有待提高，需采取相應(yīng)措施確保企業(yè)以及園區(qū)的整體安全。

4 結(jié)論

（1）綜合考慮企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn)、企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀以及事故應(yīng)急處置能力對(duì)于企業(yè)及園區(qū)安全的影響，從企業(yè)內(nèi)部固有風(fēng)險(xiǎn)、企業(yè)安全生產(chǎn)現(xiàn)狀、事故應(yīng)急處置能力3個(gè)方面構(gòu)建了安全評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

（2）建立了基于密切值法的化工園區(qū)安全評(píng)價(jià)模型，嘗試?yán)妹芮兄捣▽?duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，實(shí)例表明該方法不僅可以整體上對(duì)園區(qū)的安全水平做出評(píng)價(jià)，還可以反映園區(qū)內(nèi)不同化工企業(yè)之間安全等級(jí)的差異以及處于同一安全等級(jí)的不同化工企業(yè)安全水平的高低，利用該方法可實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)安全評(píng)價(jià)及安全等級(jí)劃分。

（3）利用該方法對(duì)化工園區(qū)進(jìn)行安全評(píng)價(jià)，可以找出園區(qū)內(nèi)在安全方面存在薄弱環(huán)節(jié)的企業(yè)，對(duì)于引導(dǎo)園區(qū)及企業(yè)開展危險(xiǎn)源監(jiān)控及事故隱患排查治理以及相關(guān)部門開展監(jiān)督檢查具有一定的指導(dǎo)作用。