基于盲數(shù)與成熟度理論的化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估

王瑞強(qiáng)，許永莉，杜 軍，沈中芹

(1.中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)工程學(xué)院，湖北 武漢 430074；2.中鋼集團(tuán)武漢安全環(huán)保研究院有限公司，湖北 武漢 430064；3.湖北省應(yīng)急管理廳宣傳教育中心，湖北 武漢 430064)

近年來，快速發(fā)展的化工企業(yè)在促進(jìn)國民經(jīng)濟(jì)增長的同時也帶來諸多突發(fā)事故，給企業(yè)和人民帶來了重大危害。由于生產(chǎn)和使用，化工企業(yè)存儲著大量易燃易爆、有毒有害甚至有腐蝕性的物料和產(chǎn)品，極易發(fā)生火災(zāi)爆炸等事故，且極易產(chǎn)生如水體或空氣污染、中毒等次生災(zāi)害。特別是化學(xué)工業(yè)園區(qū)(即化工園區(qū))內(nèi)化工企業(yè)聚集，一旦發(fā)生火災(zāi)爆炸事故，很容易產(chǎn)生“多米諾骨牌”連鎖效應(yīng)，波及眾多企業(yè)，威脅周邊居民的安全，導(dǎo)致災(zāi)難性的后果。發(fā)生事故時高效有序地開展應(yīng)急行動，將有利于迅速遏制事故發(fā)展，防止其進(jìn)一步惡化，從而最大限度地減少人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，而科學(xué)地評估事故應(yīng)急能力也就成為衡量企業(yè)安全生產(chǎn)管理水平的重要手段。因此，在化工園區(qū)內(nèi)針對火災(zāi)爆炸事故開展應(yīng)急能力評估工作，能夠分析化工園區(qū)在火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急方面的優(yōu)勢和不足，幫助企業(yè)各部門認(rèn)識其在突發(fā)事故處理中的短板和面臨的挑戰(zhàn)，為其應(yīng)急工作調(diào)整和改進(jìn)提供方向，從而提升化工園區(qū)整體的應(yīng)急能力。

如何對化工園區(qū)突發(fā)事故的應(yīng)急能力進(jìn)行評估，學(xué)者們從不同角度進(jìn)行了探討。如段亞勛、竇站等從應(yīng)急準(zhǔn)備能力、響應(yīng)能力、恢復(fù)能力幾個方面對石化企業(yè)突發(fā)事件應(yīng)急能力進(jìn)行了評估；于德利針對大連松木島化工園區(qū)，從資源保障、監(jiān)測預(yù)警、信息決策、應(yīng)急管理建設(shè)、應(yīng)急救援、應(yīng)急恢復(fù)6個角度構(gòu)建了化工園區(qū)突發(fā)事故應(yīng)急能力可變模糊評估模型；康德禮等基于應(yīng)急救援能力評估、救援平臺搭建、綜合管理體系和施救技術(shù)四個方面，構(gòu)建了石化園區(qū)突發(fā)事故的應(yīng)急救援體系；潘科等構(gòu)建了化工園區(qū)突發(fā)事故應(yīng)急能力兩級可拓評估模型,并將其成功應(yīng)用于大連某化工園區(qū)突發(fā)事故的應(yīng)急能力評估；何沙等采用AHP-TOPSIS模型對石油企業(yè)甲苯磺化工藝操作條件危險(xiǎn)性、物質(zhì)危險(xiǎn)性、熱失控危險(xiǎn)性和事故后果嚴(yán)重性四個方面進(jìn)行了評估；劉勇等提出了基于改進(jìn)AHP耦合TOPSIS的危化品倉儲火災(zāi)突發(fā)事件應(yīng)急能力評價(jià)模型；庹雪娜以軟件DNV-GL和MATLAB為基礎(chǔ)工具，結(jié)合AHP與模糊綜合評價(jià)法對3家?；菲髽I(yè)事故應(yīng)急能力進(jìn)行了評估；王飛躍等從控制事故致因角度出發(fā)，針對化工園區(qū)突發(fā)事故應(yīng)急管理能力構(gòu)建了評估模型；王娟結(jié)合AHP與聚類分析法，提出了基于模糊去量綱化和成熟度模型的?；菲髽I(yè)火災(zāi)事故應(yīng)急管理績效評估模型；呂金輝等基于AHP和ISM模型對企業(yè)應(yīng)急能力核心指標(biāo)及其相互作用關(guān)系進(jìn)行了研究。

化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故的應(yīng)急能力評估是一個多環(huán)節(jié)、多影響因素的復(fù)雜系統(tǒng)，各種風(fēng)險(xiǎn)因素交織，具有模糊性、不確定性和未知性。盲數(shù)正是一種處理和表達(dá)不確定信息的數(shù)學(xué)工具，目前多應(yīng)用于風(fēng)險(xiǎn)投資評估、施工質(zhì)量評估等方面，可以作為處理多指標(biāo)模糊性體系的評估方法。鑒于此，本文在提出一套適用于化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，將盲數(shù)理論引入應(yīng)急能力評估研究中，并利用成熟度理論判定應(yīng)急能力評估等級，形成適用于化工行業(yè)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力的盲數(shù)與成熟度評估模型。

1 理論基礎(chǔ)

1. 1 盲數(shù)理論

盲數(shù)理論是王光遠(yuǎn)教授在建筑工程理論的研究中提出的用于處理多種不確定性信息的數(shù)學(xué)處理工具。其定義如下：

假設(shè)

G

為區(qū)間型灰數(shù)集，

α

∈

G

，

f

(

x

)為在

G

上的灰函數(shù)。若

α

∈[0,1](

i

=1,2,…,

n

)，且：

(1)

1. 2 成熟度模型

美國卡內(nèi)基·梅隆大學(xué)軟件工程研究所最早在軟件行業(yè)提出能力成熟度模型(Capability Maturity Model，CMM)，將其分為5個層級(見圖1)，并運(yùn)用于軟件開發(fā)過程與能力的評估。隨后，CMM模型被廣泛運(yùn)用到各行各業(yè)，多位研究者參考CMM模型，根據(jù)不同的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)提出了各自的能力成熟度模型，用于對項(xiàng)目管理或工程質(zhì)量的評估工作。

圖1 能力成熟度(CMM)模型Fig.1 Capability Maturity Model(CMM)

2 化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力盲數(shù)與成熟度評估模型建立

2. 1 建立評估指標(biāo)體系

對化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)的選取涉及多個方面，本文通過研究化工企業(yè)相關(guān)法律法規(guī)及現(xiàn)有的化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估打分表，分析以往化工企業(yè)的火災(zāi)爆炸事故案例，研究其事故特點(diǎn)和救援過程，并參考美國、日本等國家應(yīng)急管理綜合評估指標(biāo)的研究成果，聽取火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急管理領(lǐng)域?qū)＜乙庖?，對影響化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力的各個方面進(jìn)行歸納分析，從應(yīng)急組織與制度、應(yīng)急管理保障、應(yīng)急處置能力和應(yīng)急技術(shù)支撐四個方面建立了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系，見表1。

表1 化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系

2. 2 確定成熟度等級及賦分

根據(jù)成熟度理論并結(jié)合化工園區(qū)生產(chǎn)及事故特點(diǎn)，本文提出了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力成熟度評估模型，將其成熟度水平由高到低分為5個等級，即優(yōu)化級、綜合級、規(guī)范級、程序級和簡單級，并對各等級特征狀態(tài)進(jìn)行了描述，詳見表2。

表2 化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力成熟度等級劃分及特征描述

參照表2中成熟度等級劃分方法將各評估指標(biāo)成熟度劃分為5個等級，專家根據(jù)每個等級所對應(yīng)的特征對各評估指標(biāo)成熟度等級進(jìn)行打分，分?jǐn)?shù)區(qū)間為[0,100]，詳見表3。

表3 化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)成熟度等級分值區(qū)間

2. 3 建立盲數(shù)與成熟度評估模型

2.3.1 確定各評估指標(biāo)權(quán)重

評估指標(biāo)權(quán)重的確定方法有層次分析法(AHP法)、德爾菲法(Delphi法)和熵權(quán)法等。AHP法操作簡單、邏輯清晰，適用于多指標(biāo)、多準(zhǔn)則或無結(jié)構(gòu)性的復(fù)雜系統(tǒng)評估，本文采用AHP法對化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系進(jìn)行定性、定量分析，確定各評估指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)。

2.3.2 利用專家打分法確定盲數(shù)矩陣

本文采用專家打分的方法對評估指標(biāo)進(jìn)行評估，鑒于人認(rèn)知行為的主觀性和非確定性，采用盲數(shù)來表示專家的評估結(jié)果，即讓每位專家對評估指標(biāo)給出一個分?jǐn)?shù)范圍，且可跨級打分。另外，在使用盲數(shù)理論進(jìn)行評估時，為了使評估結(jié)果更加準(zhǔn)確、合理，引入“專家可信度”的概念，即專家可被信賴的程度，通常用百分?jǐn)?shù)表示，可信賴度最高的專家可信度為1，反之，可信賴度最低的專家可信度為0。若專家組成員

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的可信度為

β

，

β

，…,

β

，則專家

Ι

關(guān)于專家組

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的綜合可信度

θ

可表示為

(2)

結(jié)合專家意見的可信度與綜合可信度，可以對專家的意見進(jìn)行量化，進(jìn)而對其不確定性的決策進(jìn)行科學(xué)的分析。

由于專家組打分存在區(qū)間交叉，需要結(jié)合專家可信度對各個分?jǐn)?shù)區(qū)間進(jìn)行無交叉劃分，建立新的區(qū)間序列，并重新計(jì)算區(qū)間可信度(詳見后面的實(shí)例應(yīng)用)，可得到評估指標(biāo)的盲數(shù)矩陣:

(3)

式中:

γ

為第

k

個評估指標(biāo)落在第

n

個評估區(qū)間的可能性。

2.3.3 計(jì)算綜合未確知測度，確定評估等級

根據(jù)AHP法計(jì)算出評估指標(biāo)權(quán)重向量=(

ω

，

ω

，…，

ω

)，就可以計(jì)算出評估指標(biāo)的綜合未確知測度

R

：

R

=×=(

r

，

r

，…，

r

)

(4)

本文將化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力成熟度分為優(yōu)化級、綜合級、規(guī)范級、程序級和簡單級5個等級，記為

E

=(

e

，

e

，

e

，

e

，

e

) ，且

e

>

e

>

e

>

e

>

e

，采用置信度識別準(zhǔn)則確定化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力成熟度評估等級。設(shè)

λ

為置信度，令:

(5)

式中:

B

為評估等級;

b

為評估指標(biāo)體系的綜合未知測度

R

。其中

λ

>0.5，一般

λ

取0.6或0.7，則可以判定評估目標(biāo)成熟度評估等級。

3 實(shí)例應(yīng)用與分析

本文以南陽化工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)為例，運(yùn)用本文建立的化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力盲數(shù)與成熟度評估模型對其火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力水平進(jìn)行評估。

該化工園區(qū)以石油化工、石油裝備制造、新材料等化工產(chǎn)業(yè)為發(fā)展核心，規(guī)劃用地面積為12.67 km，按照集聚區(qū)產(chǎn)業(yè)用地規(guī)劃，分為石化產(chǎn)業(yè)區(qū)、產(chǎn)業(yè)承接區(qū)和原料基地區(qū)，功能布局按照五規(guī)合一、四集一轉(zhuǎn)、產(chǎn)城互動的要求形成“一心兩軸三片區(qū)”的空間結(jié)構(gòu)。

3. 1 確定評估指標(biāo)權(quán)重

本文邀請相關(guān)方面的6位專家利用AHP法對該化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系中各評估指標(biāo)的重要度進(jìn)行評估，得出各評估指標(biāo)的權(quán)重，見表4。

表4 某化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)權(quán)重

3. 2 確定盲數(shù)矩陣

本文邀請5位(

S

、

S

、

S

、

S

、

S

)分別來自化工園區(qū)應(yīng)急部門、政府應(yīng)急管理部門和科研院校的專家對各評估指標(biāo)進(jìn)行打分，匯總于表5。經(jīng)分析5位專家的可信度分別為0.85、0.90、0.85、0.80、0.75。由公式(2)可計(jì)算得到5位專家的綜合可信度分別為0.205、0.217、0.205、0.193、0.181。結(jié)合專家可信度對專家組打分結(jié)果進(jìn)行無交叉劃分，得出盲數(shù)矩陣。以評估指標(biāo)

D

為例，5位專家的打分區(qū)間為75～85、85～90、70～85、80～90、85～95，按其端點(diǎn)值重新排列可得到無交叉區(qū)間為70～75、75～80、80～85、85～90、90～95，按照比例計(jì)算新區(qū)間可信度

θ

=(75-70)÷(85-70)×

β

=0.068 3，按照同樣的方法計(jì)算其他區(qū)間的可信度，將結(jié)果用盲數(shù)表示如下：

表5 某化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力專家打分匯總表

由

f

(

x

)可知評估指標(biāo)

D

落在5個評分等級的可能性，得到新盲數(shù)矩陣如下：

用同樣的方法處理其他評估指標(biāo)，可得到評估指標(biāo)體系的盲數(shù)矩陣如下：

3. 3 確定評估等級

由公式(3)可計(jì)算得到評估指標(biāo)體系的綜合未知測度

R

=[0.058 1,1.617 2,0.323 2,0.001 5,0]。取置信度

λ

=0.7，根據(jù)公式(4)可計(jì)算得到：

B

=min{

b

|0.058 1+1.617 2=1.675 3>0.7}=2。該化工園區(qū)應(yīng)對火災(zāi)爆炸事故的應(yīng)急能力成熟度評估等級為

e

，即應(yīng)急能力總體上處于“綜合級”水平。

3. 4 評估結(jié)果分析

由上述評估結(jié)果可知，該化工園區(qū)應(yīng)對火災(zāi)爆炸事故的應(yīng)急能力總體上處于“綜合級”水平；通過分析盲數(shù)矩陣可以看出：該化工園區(qū)在設(shè)備設(shè)施保障、人力資源保障和應(yīng)急疏散能力方面的應(yīng)急能力水平較好，需要繼續(xù)保持；在危險(xiǎn)源辨識、?；沸孤┨幹媚芰εc后勤管理方面的應(yīng)急能力水平一般，表明該工業(yè)園區(qū)在這些方面存在一些不足，需要適當(dāng)提高；應(yīng)急組織與制度和滅火救援能力方面應(yīng)急能力水平相對較差，需要加強(qiáng)對各級應(yīng)急人員的培訓(xùn)與應(yīng)急預(yù)案的演練，提高其專業(yè)素質(zhì)；另外，該工業(yè)園區(qū)在應(yīng)急搶險(xiǎn)技術(shù)方面的應(yīng)急能力也有所欠缺，需要加強(qiáng)對高新技術(shù)的引進(jìn)與創(chuàng)新，從而提高工業(yè)園區(qū)整體的應(yīng)急能力水平。

4 結(jié) 論

本文首先從應(yīng)急組織與制度、應(yīng)急管理保障、應(yīng)急處置能力和應(yīng)急技術(shù)四個方面對化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估工作展開了研究，構(gòu)建了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估指標(biāo)體系，包括12個二級指標(biāo)、37個三級指標(biāo)，該評估指標(biāo)體系對化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估工作具有較強(qiáng)的針對性和實(shí)用性；然后結(jié)合盲數(shù)和成熟度理論構(gòu)建了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力盲數(shù)與成熟度評估模型；最后以南陽某化工產(chǎn)業(yè)集聚區(qū)為例開展其火災(zāi)爆炸事故應(yīng)急能力評估，驗(yàn)證了該模型的實(shí)用性，同時定量分析了該化工園區(qū)應(yīng)急能力建設(shè)狀況，找出了該化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故應(yīng)對突發(fā)火災(zāi)爆炸事故所存在的缺陷，可為其改進(jìn)薄弱環(huán)節(jié)并提高綜合應(yīng)急能力水平提供具體指導(dǎo)。