基于云重心評價法的化工園區(qū)應(yīng)急能力評估研究

郭云濤，郭夢娜，屈柯馨，白思俊

(西北工業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，陜西西安 710129)

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速健康發(fā)展，化工園區(qū)在各地不斷涌現(xiàn)?；@區(qū)的建設(shè)促進(jìn)了園區(qū)所在地經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是園區(qū)內(nèi)危險源高度聚集，很容易就會發(fā)生各類危險品與化學(xué)品排放泄漏、火災(zāi)、爆炸等突發(fā)性災(zāi)害事故，總體安全形勢不容樂觀［1］。如果園區(qū)應(yīng)急能力不足，突發(fā)事故得不到及時有效的處置，極有可能產(chǎn)生多米諾效應(yīng)，導(dǎo)致事故迅速擴(kuò)大［2］。2016 年8 月18 日，我國山西省太原市清徐縣一個陽煤化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)內(nèi)一粗苯罐爆炸并引起泄露，最后引起火災(zāi)事故發(fā)生。2019 年3 月21 日，江蘇省鹽城市響水縣陳家港化工園區(qū)內(nèi)一家石油企業(yè)發(fā)生爆炸事故，該園區(qū)內(nèi)多家化工企業(yè)存在安全隱患，部分安全警示模糊不清，無巡回檢查制度，現(xiàn)場操作人員不清楚應(yīng)急處置措施等，應(yīng)急能力較差，該園區(qū)自建園以來，已多次出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故，甚至引發(fā)附近村民恐慌。由此可見化工園區(qū)事故已嚴(yán)重影響到人類生產(chǎn)生活和區(qū)域經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)、持續(xù)、協(xié)調(diào)發(fā)展，對化工園區(qū)安全應(yīng)急處理水平進(jìn)行評估至關(guān)重要，建立合理的評估體系，對化工園區(qū)應(yīng)急水平的提高、政府管理能力的加強(qiáng)以及化工園區(qū)的良性可持續(xù)發(fā)展的實現(xiàn)具有重要意義。

國內(nèi)外已對應(yīng)急開展大量研究，但對應(yīng)急能力的評價仍缺乏綜合性［3］，現(xiàn)有的應(yīng)急能力評估方法多為模糊評價法、灰色關(guān)聯(lián)法與數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法等，楊振宏等［4］為提高化工園區(qū)應(yīng)急管理水平，將可拓理論引入化工園區(qū)的應(yīng)急能力評估中，并進(jìn)行了實證研究。竇站等［5］采用AHP-模糊綜合評價法對化工園區(qū)應(yīng)急能力進(jìn)行了評估，并且通過熵技術(shù)對因素權(quán)重進(jìn)行修正。王飛躍等［6］將評估者的自然屬性引起的各自權(quán)重引入評估過程，采用模糊層次分析法對影響指標(biāo)的權(quán)重進(jìn)行研究。李連泉［7］介紹了DEA 評價方法并采用DEA 方法對地下工程震害應(yīng)急方案的相對效率進(jìn)行了評價，為應(yīng)急方案的改進(jìn)及應(yīng)急力量的優(yōu)化配置提供了模型支持。李子豪等［8］建立了基于網(wǎng)絡(luò)DEA 的評估模型，解決后勤應(yīng)急保障能力的評估問題，為提高應(yīng)急保障能力提供依據(jù)。劉德海等［9］以高速公路突發(fā)事件應(yīng)急能力為研究對象，提出了基于最小偏差組合權(quán)重的評價模型。層次分析法和模糊綜合評價法在構(gòu)建影響因素評價指標(biāo)時具有較大的主觀色彩［10］，沒有考慮到隸屬函數(shù)自身的不確定性，具有一定的局限性，穩(wěn)定性和科學(xué)性有待提高。DEA 法模型大多都是確定型的，適用于多項投入與多項產(chǎn)出的效率評估。

上世紀(jì)90 年代，我國的李德毅［11］院士提出了定性定量不確定性轉(zhuǎn)換的模型—云模型，通過將模糊數(shù)學(xué)和概率論綜合應(yīng)用，把定性概念的模糊性和隨機(jī)性完全集成在一起，構(gòu)成定性和定量相互間的映射，并且已經(jīng)廣泛應(yīng)用與數(shù)據(jù)挖掘、知識發(fā)現(xiàn)、系統(tǒng)評測、決策支持、智能控制等眾多領(lǐng)域。云重心評價法——在云理論之上提出，從系統(tǒng)整體考慮，利用云重心的改變衡量全局狀態(tài)的變化。

陳榮勝等［12］利用云重心評價法對武警部隊的應(yīng)急救援能力做出評價，并驗證了改方法的有效性。能規(guī)避專家評判時思維的隨機(jī)性和主觀性。張曉雷等［13］通過建立云重心評價模型對雷達(dá)輻射源進(jìn)行了威脅評價，降低了評價中因主觀性強(qiáng)帶來的不確定性；江新等［14］將云重心評價法應(yīng)用于風(fēng)險評價，并為我國水電工程中的風(fēng)險評價提供了新思路；廖良才等［15］指出組織績效評價的指標(biāo)難以量化，這對評價質(zhì)量造成很大影響，為了解決這一問題，他通過云重心模型對組織績效進(jìn)行評價，實現(xiàn)從定性向定量的轉(zhuǎn)變，并通過案例分析，驗證了云重心法的可行性。

對于化工園區(qū)應(yīng)急能力而言，其評價指標(biāo)都是定性指標(biāo)，在評價過程中采用傳統(tǒng)的評價方法難以將定性指標(biāo)量化，文獻(xiàn)研究表明，云重心評價法更加科學(xué)的實現(xiàn)了定性概念與定量表示的轉(zhuǎn)化，將云重心評價法應(yīng)用于化工園區(qū)應(yīng)急能力評價中，將極大程度的規(guī)避主觀因素的影響，同時云重心評價法采用正態(tài)分布云作為隸屬度函數(shù)，提高評價過程的穩(wěn)定性。因此，本文針對現(xiàn)有化工園區(qū)應(yīng)急能力評估方法的不足，將云重心評價法引入到化工園區(qū)應(yīng)急能力的評估，建立以云重心為基礎(chǔ)的化工園區(qū)應(yīng)急能力評價模型，實現(xiàn)定性指標(biāo)的精確數(shù)值表示，綜合考慮影響化工園區(qū)應(yīng)急能力的各個層次指標(biāo)，用云重心位置的改變來衡量整個化工園區(qū)應(yīng)急能力。最后以某化工園區(qū)應(yīng)急能力評估驗證模型的可行性和有效性。

1 基于云重心評價法的評估模型

1.1 云理論概述

云理論是通過某種結(jié)構(gòu)算法，用語言值表現(xiàn)一個定性概念與其定量表示之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系［16］。國內(nèi)外專家學(xué)者［17］分析了柯西、正太和嶺形等云模型，對正態(tài)云模型的普適性進(jìn)行了論證。給定一個定量論域U，C是論域U中的定性概念。對任意元素，都有一個穩(wěn)定傾向的隨機(jī)量，稱作對C的隸屬度。隸屬度在U上的分布，稱為隸屬云，每一個u稱為一個云滴［18］。

用期望值（Ex），熵（En）和超熵（He）三個參數(shù)來表示云的特征［19］。期望值Ex表示云滴在論域空間分布的期望，它反映出相應(yīng)模糊概念中的信息中心值。熵En反映該概念在論域內(nèi)可以接受的數(shù)值范圍，熵越大，概念所接受的數(shù)值范圍也越大，概念越模糊。超熵He是熵的熵，它反映了云滴的凝聚程度。

圖1 一維正態(tài)云模型

1.2 基于云重心評價法的評估過程

依次類推，確定系統(tǒng)的多級評價指標(biāo)體系。本文采用常用的層次分析法確定各個指標(biāo)的權(quán)重值［21］。

（2）用云模型表示系統(tǒng)各種類指標(biāo)［22］。選取多個評語專家對語言值的評價集合進(jìn)行確定，規(guī)定與其對應(yīng)的專家評語參數(shù)集為［0,1］，例如假定評語集，各個評語值對應(yīng)的指標(biāo)變化區(qū)間如表1 所示。

表1 各評語值對應(yīng)的指標(biāo)變化區(qū)間

對于中間區(qū)段存在對稱的雙邊約束的評語用對稱云模型來描述，對于兩端的評語則用半云模型來描述，期望著可以取左右約束，熵取對應(yīng)對稱云模型熵值的一半。對稱云模型表示評語值的計算公式如下：

結(jié)合專家小組的評估，對每一個語言值指標(biāo)進(jìn)行m組評價，按照式（1）將定性評語值轉(zhuǎn)換為云模型，m個評價值可以用1 個一維云模型進(jìn)行度量。計算方法如下：

（3）用N維綜合云來表示系統(tǒng)變量。用上面的方法得到的各指標(biāo)云模型組合成一個N維綜合云模型，表示系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生了變化，當(dāng)系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)生了變化，N維綜合云的重心也發(fā)生了變化。N維綜合云的重心向量可以表示為：

（5）分析評測結(jié)果。分別計算出每個評語值云模型的加權(quán)偏離度，構(gòu)成進(jìn)行定性分析評價的云發(fā)生器，根據(jù)評測云發(fā)生器和各語言值對應(yīng)變化區(qū)間，分析云重心的變化，自下而上，最終得出整個系統(tǒng)的綜合云重心的加權(quán)偏離度，從而對系統(tǒng)狀態(tài)進(jìn)行評價。

2 算例分析

S 省的YH 化工園區(qū)是以原油與煤炭加工為核心，以煤化工、精細(xì)化工等系列產(chǎn)業(yè)為主的化工產(chǎn)業(yè)園，園區(qū)企業(yè)眾多，周邊設(shè)施齊全，附近有居住區(qū)、商業(yè)區(qū)等，將著眼于服務(wù)全省乃至區(qū)域發(fā)展，加強(qiáng)企業(yè)引資力度，推進(jìn)以園區(qū)為主的周邊發(fā)展。本文將針對該化工園區(qū)的基本概況，應(yīng)急管理現(xiàn)狀和內(nèi)外交通等設(shè)施情況，結(jié)合相關(guān)資料和專家意見對其應(yīng)急能力進(jìn)行評估。

2.1 建立評價指標(biāo)體系

化工園區(qū)事故應(yīng)急能力評價是對整個復(fù)雜系統(tǒng)的評價，包括園區(qū)綜合應(yīng)急管理以及園區(qū)內(nèi)企業(yè)自身應(yīng)急管理，需要全面考慮園區(qū)及園區(qū)內(nèi)企業(yè)，園區(qū)內(nèi)任何一家短板企業(yè)應(yīng)急能力不達(dá)標(biāo)將會嚴(yán)重影響整個園區(qū)的綜合應(yīng)急水平，更容易造成事故的進(jìn)一步擴(kuò)大，園區(qū)對園區(qū)內(nèi)企業(yè)的監(jiān)督管理制度直接影響整個園區(qū)的應(yīng)急管理水平，因此指標(biāo)體系選擇需綜合考慮園區(qū)及內(nèi)部企業(yè)。

本文在大量文獻(xiàn)研究基礎(chǔ)上，結(jié)合應(yīng)急管理部頒布的《化工園區(qū)安全風(fēng)險排查治理導(dǎo)則（試行）》和《危險化學(xué)品企業(yè)安全風(fēng)險隱患排查治理導(dǎo)則》，以及《化工企業(yè)安全管理制度》《爆炸危險場所安全規(guī)定》《中華人民共和國突發(fā)事件應(yīng)對法》等的相關(guān)規(guī)定，按照系統(tǒng)性、科學(xué)性、全面性、代表性等原則［24］，從化工園區(qū)應(yīng)急的過程出發(fā)，按照時間順序確定了四個一級評價指標(biāo)，即應(yīng)急預(yù)防、應(yīng)急準(zhǔn)備、應(yīng)急處置和事后處理，再從各個階段出發(fā)，綜合考慮園區(qū)及園區(qū)內(nèi)企業(yè)自身人員、制度、管理等方面確定初選指標(biāo)，通過指標(biāo)間的重疊性分析以及專家評選等方法對指標(biāo)優(yōu)化，確保指標(biāo)的科學(xué)性、可信性及完整性，最終確定了21 個二級指標(biāo)，逐層建立了評價指標(biāo)體系，具體如表2 所示。

表2 化工園區(qū)應(yīng)急能力評價指標(biāo)體系

即本文B，C 分別表示一級指標(biāo)與二級指標(biāo)的因素集合。則B={B1，B2，B3，B4}，B1={C1，C2，C3，C4，C5}，B2={C6，C7，C8，C9，C10，C11},B3={C12，C13，C14，C15，C16，C17}，B4={C18，C19，C20，C21}

以下以應(yīng)急處置能力（B3）為例具體說明評價過程。

2.2 確定各評價指標(biāo)權(quán)重

本文采用層次分析法的理論原理，根據(jù)專家意見建立重要性判別矩陣，采用求積法計算各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，并對各個指標(biāo)進(jìn)行一致性檢驗。

（1）首先根據(jù)專家意見（采用1-9 標(biāo)度法）得出重要性判別矩陣形式如表3 所示。

表3 重要性判別矩陣（B3）

（2）采用求積法計算權(quán)重系數(shù)。

1）對B 按列規(guī)范化：

規(guī)范化后矩陣如表4 所示。

表4 規(guī)范化重要性判別矩陣（B3）

（3）一致性檢驗。經(jīng)計算得判斷矩陣特征值最大值為6.29，帶入一致性指標(biāo)

則判斷其通過一致性檢驗。

同理可逐層依次求解出其他指標(biāo)的權(quán)重向量：

所有一級指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果為:

所有二級指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果為:

2.3 確定評語集以及專家評價結(jié)果

本文通過5 名專家綜合考慮該化工園區(qū)的基本情況，確定各個指標(biāo)評價集元素，并對化工園區(qū)應(yīng)急能力的各個指標(biāo)給出定性評價，通過對所有專家給出的評價結(jié)果進(jìn)行處理，利用云重心評判法得出該化工園區(qū)應(yīng)急能力評定等級。

根據(jù)專家意見得出評語集及其變化區(qū)間，利用公式（1）計算各評語的期望Ex和熵En，計算結(jié)果如表5 所示。

表5 各定性指標(biāo)評語值及其對應(yīng)的區(qū)間值

2.4 求各指標(biāo)云模型的期望值、熵并計算加權(quán)偏離度

（1）計算各指標(biāo)云模型的期望值熵。因評價指標(biāo)均為定性指標(biāo)，所以可根據(jù)專家評價結(jié)果，按照公式（2）和（3）計算各指標(biāo)云模型的期望值、熵。以應(yīng)急處置能力（B3）為例，計算過程如下：

綜合5 位專家的意見，針對應(yīng)急處置能力（B3）得出評價結(jié)果，如表6 所示。

表6 針對應(yīng)急處置能力各專家評價結(jié)果

根據(jù)每一種語言值評語的期望值（如表2 所示），結(jié)合5 位專家提出的每一種指標(biāo)狀態(tài)（如表6 所示），將應(yīng)急處置能力用綜合云重心向量G3表示，得到下列矩陣：

按照公式（2）和（3）計算各指標(biāo)的期望值和熵：

同理可依次求得其他幾個指標(biāo)的期望值和熵值如表7 所示。

表7 各指標(biāo)的期望值和熵值

表7（續(xù)）

（2）計算加權(quán)偏離度。理想狀況下（即各指標(biāo)評價結(jié)果均為好）應(yīng)急處置能力指標(biāo)的綜合云重心向量為：

2.5 分析評測結(jié)果

理想狀態(tài)下，應(yīng)急處置能力（B3）的評價值為‘好’，即其期望著為1.0，而對于該化工園區(qū)而言，經(jīng)上面計算得到應(yīng)急處置能力（B3）距離理想狀態(tài)下的加權(quán)偏離度為0.329，則其實際期望值為0.671，與評語‘較好’的期望值‘0.7’非常接近，所以可認(rèn)為該化工園區(qū)應(yīng)急處置能力（B3）用語言值表示為‘較好’。

2.6 綜合應(yīng)急能力評估結(jié)果與應(yīng)對措施

根據(jù)以上計算步驟可依次得出各個層級指標(biāo)的評價結(jié)果，如表8 所示。

表8 某化工園區(qū)應(yīng)急能力評價結(jié)果

由上述計算結(jié)果可知，該化工園區(qū)的綜合應(yīng)急能力評價為‘較好’，其他四個一級指標(biāo)評價也均為‘較好’，說明該化工園區(qū)突發(fā)事故應(yīng)急能力比較均衡全面，另外在應(yīng)急預(yù)防方面，應(yīng)急處置和事后處理方面，個別指標(biāo)如：‘危險識別’‘事態(tài)評估’‘事故處理’‘恢復(fù)重建’‘事故分析總結(jié)’‘應(yīng)急預(yù)案修訂’評價結(jié)果為‘一般’。針對以上問題，提出了以下應(yīng)對措施：

（1）在危險識別方面，建議重點(diǎn)識別以下3 個方面。一是生產(chǎn)場所和儲存?zhèn)}庫區(qū)易引起突發(fā)事故的危險化學(xué)品；二是園區(qū)內(nèi)的布局規(guī)劃以及設(shè)備，謹(jǐn)防布局失誤或設(shè)備老化等問題；三是園區(qū)內(nèi)部的工作人員，盡量避免人為失誤。具體可參照我國發(fā)布的《生產(chǎn)過程危險和有害因素分類與代碼》以及《企業(yè)職工傷亡分類》。

（2）在事態(tài)評估方面，建議保證應(yīng)急管理人員以及應(yīng)急機(jī)構(gòu)進(jìn)行評估工作的相關(guān)人員的專業(yè)性?？啥ㄆ趯ζ鋵I(yè)能力進(jìn)行考察，輔以考察評估速度。

（3）在事故處理方面，建議園區(qū)加強(qiáng)消防搶險能力、交通治理能力、以及應(yīng)急聯(lián)動響應(yīng)等能力，從而提高事故處理的效率。

（4）在恢復(fù)重建方面，建議園區(qū)能夠吸取事故教訓(xùn)，以發(fā)展的眼光進(jìn)行恢復(fù)重建工作，將以前存在缺陷的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行完善。此外，建議對需要恢復(fù)重建的設(shè)施設(shè)備進(jìn)行重要性排序，有重點(diǎn)、有秩序的進(jìn)行恢復(fù)重建工作，并做好監(jiān)督檢查工作。

（5）在事故分析總結(jié)方面，建議成立專門的調(diào)查小組對事故發(fā)生的原因進(jìn)行調(diào)查，將調(diào)查結(jié)果進(jìn)行梳理和分析總結(jié)，并出具一份報告存檔。

（6）在應(yīng)急預(yù)案修訂方面，建議在事故發(fā)生以后，對事故以及整體救援工作進(jìn)行全方面分析，發(fā)現(xiàn)并改進(jìn)現(xiàn)有應(yīng)急預(yù)案存在的不足，對其進(jìn)行修訂和完善。

3 結(jié)論

云重心評價法通過綜合云重心的加權(quán)偏離度衡量整個系統(tǒng)狀態(tài)的變化，保證了定性和定量指標(biāo)轉(zhuǎn)化的合理性。本文將云重心評價法引入化工園區(qū)應(yīng)急能力評估中，建立了基于云重心評價法的化工園區(qū)應(yīng)急能力評價模型，從下往上依次得出各層級指標(biāo)評價結(jié)果的語言值表示，給出了更加直觀的判斷結(jié)果，為化工園區(qū)應(yīng)急能力評價研究提供了一種新的思路和方法。但該方法在整個評價過程中仍然依賴于專家主觀意見，如何進(jìn)一步減少主觀因素，提高評價結(jié)果的客觀性、合理性，還有待進(jìn)一步研究。