化工園區(qū)安全發(fā)展指標(biāo)體系構(gòu)建與評價方法綜述

張方舟 周瑤 李迪 李夢涵 汪衛(wèi)國 鄭學(xué)召

（1.賽飛特工程技術(shù)集團(tuán)有限責(zé)任公司，山東 青島266061；2.應(yīng)急管理部研究中心，北京100713；3.西安科技大學(xué) 安全科學(xué)與工程學(xué)院，陜西 西安710054）

0 引言

化工行業(yè)是我國國民經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)之一，化工產(chǎn)品在生產(chǎn)生活中不可或缺[1]。但由于化工行業(yè)具有安全特殊性，化工園區(qū)具有集聚性與大型化的特點，使得園區(qū)長期存在潛在隱患，因此針對化工園區(qū)進(jìn)行安全發(fā)展評價，使人們認(rèn)識辨別風(fēng)險進(jìn)而主動降低風(fēng)險是目前急需研究的內(nèi)容[2]。

化工園區(qū)安全發(fā)展主要受到兩個方面的約束：一方面，化工園區(qū)生產(chǎn)區(qū)和儲存區(qū)含有大量易燃易爆、有毒有害或者有腐蝕性的物料和產(chǎn)品，且重大危險源還存在集中性，因此極易造成火災(zāi)、爆炸以及泄漏等重特大事故，不僅會使化工園區(qū)遭受經(jīng)濟(jì)損失、造成生態(tài)環(huán)境污染以及威脅城市公共生產(chǎn)安全，還將導(dǎo)致人員傷亡等不可逆轉(zhuǎn)的形勢[3]。另一方面，由于化工園區(qū)呈現(xiàn)企業(yè)規(guī)模較大、危險源集中化以及風(fēng)險多樣化且復(fù)雜化的特點[4]，一旦發(fā)生化工泄漏、爆炸、燃燒事故，可能波及園區(qū)其他企業(yè)以及企業(yè)周邊，威脅居民的安全，產(chǎn)生連鎖反應(yīng)，引起多米諾效應(yīng)[5]，導(dǎo)致災(zāi)難性后果發(fā)生。

鑒于此，本文首先從化工園區(qū)安全發(fā)展?fàn)顩r展開描述，其次從化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)體系、評價指標(biāo)權(quán)重確定方法以及評價方法3 方面綜述了化工園區(qū)安全發(fā)展評價水平，最后提出未來化工園區(qū)安全發(fā)展評價的研究方向和發(fā)展趨勢，為今后化工園區(qū)安全評價工作模型構(gòu)建和方法選擇提供參考。

1 化工行業(yè)安全發(fā)展?fàn)顩r

近年來，隨著化工園區(qū)數(shù)量的增加，也帶來了更多的安全問題。如圖1 所示，1980 年至今，化工行業(yè)較大以上事故以及死亡人數(shù)隨年份的增加總體呈現(xiàn)上升的趨勢，因此，如何對化工園區(qū)進(jìn)行安全評價，研究和預(yù)測可能發(fā)生的事故，是避免類似事故發(fā)生的關(guān)鍵，對維護(hù)人民安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定具有重要的意義。

2 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外學(xué)者在化工園區(qū)安全發(fā)展評價體系方面開展了一系列研究，通過對化工園區(qū)安全發(fā)展進(jìn)行評價并提出有效整改措施，為化工園區(qū)安全生產(chǎn)提供有效保障[6]。筆者通過整理國內(nèi)文獻(xiàn)，發(fā)現(xiàn)對化工園區(qū)進(jìn)行安全發(fā)展評價通常采取7 個步驟，如圖2 所示。本文僅對化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定方法以及綜合評價方面這3 個層次相關(guān)的國內(nèi)外研究進(jìn)行綜述。

2.1 化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)體系構(gòu)建研究

影響化工園區(qū)安全生產(chǎn)的因素相對眾多且繁瑣，如何選取諸多影響因素中的決定性因素，進(jìn)而科學(xué)建立化工園區(qū)安全發(fā)展評價體系，對化工園區(qū)安全發(fā)展評價的結(jié)果至關(guān)重要。為了更好地對化工園區(qū)進(jìn)行科學(xué)監(jiān)督和標(biāo)準(zhǔn)化管理，國內(nèi)外學(xué)者針對影響化工園區(qū)安全發(fā)展的因素展開系統(tǒng)分析，并以此構(gòu)建化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)體系。

陸逸舟[7]結(jié)合可拓學(xué)與層次分析法，構(gòu)建包含行業(yè)內(nèi)通用標(biāo)準(zhǔn)以及化工行業(yè)特有標(biāo)準(zhǔn)2 個層級，包含機(jī)構(gòu)及人員管理、風(fēng)險管理、管理因素、環(huán)境條件4 個維度的化工安全評價體系。于菲菲等[8]依據(jù)石油化工企業(yè)現(xiàn)狀，提出一種適用并指導(dǎo)石油化工企業(yè)過程安全管理的安全評價指標(biāo)體系，包含16 個影響因素。Qian[9]從化工園區(qū)設(shè)施安全準(zhǔn)入的角度，建立包括4 個標(biāo)準(zhǔn)和9 個指標(biāo)的化工園區(qū)設(shè)施安全準(zhǔn)入評價體系，組合主觀G1 法和客觀變異系數(shù)法確定指標(biāo)的權(quán)重。

總結(jié)化工園區(qū)安全發(fā)展指標(biāo)體系的研究現(xiàn)狀，可以發(fā)現(xiàn)：目前大多數(shù)研究都是采用靜態(tài)指標(biāo)體系，但是化工系統(tǒng)處于一種動態(tài)的轉(zhuǎn)變過程中，在動態(tài)運作的過程中即時數(shù)據(jù)的采集分析就顯得十分重要；同時，目前國內(nèi)針對化工園區(qū)安全發(fā)展無統(tǒng)一、完善的評價指標(biāo)體系。

2.2 化工園區(qū)安全發(fā)展評價權(quán)重確定方法研究

影響化工園區(qū)安全發(fā)展的因素眾多，化工園區(qū)不僅僅包含設(shè)備設(shè)施與工藝流程，還包括許多類似操作人員素質(zhì)、配套設(shè)施及安全系統(tǒng)等因素，因此對于化工園區(qū)安全發(fā)展的評價還需要考慮到更多的內(nèi)容，而這些內(nèi)容相對于整個化工園區(qū)安全性的影響能力又是不盡相同。

在主客觀賦權(quán)方法運用方面，高遠(yuǎn)等[10]采用組合賦權(quán)的方法對化工企業(yè)應(yīng)急管理能力指標(biāo)體系進(jìn)行權(quán)重確定，建立了應(yīng)急管理能力評估模型，對5 家化工企業(yè)進(jìn)行實證評估研究，證明了該方法的有效性。竇站等[11]利用層次分析法確定構(gòu)建的化工園區(qū)應(yīng)急能力多級指標(biāo)體系各因素的權(quán)重，通過熵技術(shù)對因素權(quán)重進(jìn)行修正，解決了通過層次分析法決策時存在的決策者把握標(biāo)度不準(zhǔn)等問題。在客觀賦權(quán)方法運用方面，張玉濤等[12]采用熵權(quán)法確定建立的事故樹-風(fēng)險矩陣綜合評價模型中的指標(biāo)權(quán)重，保證了指標(biāo)權(quán)重的科學(xué)性和合理性。張建文等[13]采用熵權(quán)法對構(gòu)建的化工園區(qū)脆弱性評價指標(biāo)體系計算權(quán)重，確保了權(quán)重確定的客觀性。在主觀賦權(quán)方法運用方面，王瑞強(qiáng)等[14]采用AHP 法從4 個方面入手，建立了化工園區(qū)火災(zāi)爆炸事故的評估體系，根據(jù)盲數(shù)與成熟度理論創(chuàng)建了評估模型，以南陽某化工廠為例進(jìn)行了實證分析。劉大山等[15]綜合考慮化工園區(qū)地震災(zāi)害和其他事故之間的耦合作用，構(gòu)建了化工園區(qū)地震Na-Tech 事件風(fēng)險評估模型，將指標(biāo)體系分為4 個等級，并針對某一石化企業(yè)進(jìn)行了實證應(yīng)用。

以上研究表明，目前在化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)權(quán)重確定方法已有大量的學(xué)者開展相關(guān)研究與實踐，但主觀賦權(quán)法容易受決策者主觀影響，客觀賦權(quán)法中的指標(biāo)權(quán)重又容易偏離實際，主客觀賦權(quán)法解決了以上兩種方法存在的問題，但計算復(fù)雜，不具備廣泛適用性。同時，由于目前國內(nèi)關(guān)于確定化工園區(qū)安全發(fā)展因素影響力的方法沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從而在一定程度上限制了化工園區(qū)安全生產(chǎn)能力。

2.3 化工園區(qū)安全發(fā)展評價方法研究

采用有效且準(zhǔn)確的安全評價方法對化工園區(qū)潛在的危險因素進(jìn)行評價，提高分析結(jié)果的準(zhǔn)確性，并提出具體的改進(jìn)措施，能夠為化工園區(qū)安全發(fā)展提供幫助。

1）在定性評價方法方面，周曉穎等[16]基于傳統(tǒng)危險與可操作性分析方法構(gòu)建了工藝風(fēng)險數(shù)據(jù)庫，建立了應(yīng)急輔助決策系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅提高了傳統(tǒng)分析方法的實用性，還可以大幅降低決策失誤率。郭群[17]采用CASST-QRA 法對化工企業(yè)進(jìn)行安全評價，實現(xiàn)了不同危險源評價結(jié)果之間的疊加，可通過計算結(jié)果提出采取措施。

2）在半定量評價方法方面，張子揚等[18]在考慮生產(chǎn)過程中班組人員操作水平以及不同班組間的關(guān)聯(lián)度對化工風(fēng)險的影響等基礎(chǔ)上，基于貝葉斯模型、事件樹和Gaussian copula 函數(shù)相結(jié)合的方法，實現(xiàn)了化學(xué)工業(yè)過程動態(tài)風(fēng)險評估，提高了化工生產(chǎn)過程的安全性；羅通元等[19]對傳統(tǒng)的道化學(xué)評價法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，引入了設(shè)備狀態(tài)補(bǔ)償系數(shù)，并在某聯(lián)合站中進(jìn)行實例分析，結(jié)果表明改進(jìn)后的分析方法更準(zhǔn)確，更具有實用性。

3）在定量評價方法方面，郭云濤等[20]基于化工園區(qū)應(yīng)急能力評價定性指標(biāo)無法定量化等問題，將云重心評價法引入到化工園區(qū)應(yīng)急能力評價中，實現(xiàn)定性指標(biāo)的精確數(shù)值表示；劉清清等[21]從災(zāi)害學(xué)理論建立了某省5 個化工園區(qū)的評價指標(biāo)體系，應(yīng)用DEA 對抗交叉評價模型，分別求出各個決策單元的效率值，評價了該化工園區(qū)脆弱性和脆弱等級，分析了影響化工園區(qū)脆弱性的因素。

4）在定性與定量相結(jié)合的評估方法方面，王陳玉書等[22]采用三角模糊數(shù)及事件樹相結(jié)合的方法，構(gòu)建了針對化工事故系統(tǒng)分析模型，該模型可以更好地反映出導(dǎo)致頂上事件發(fā)生各種途徑，為化工企業(yè)事故進(jìn)行事故預(yù)測、原因分析提供參考。陳全等[23]運用HAZOP 與FTA 相結(jié)合的方法，可以針對煤化工企業(yè)進(jìn)行定性定量的分析，并提出有效的防范措施，為化工企業(yè)有效預(yù)防和減少事故發(fā)生提供理論支持。

從目前用于化工園區(qū)安全發(fā)展評價方法來看，相關(guān)研究還沒有形成一套完整的方法能夠?qū)@區(qū)安全發(fā)展進(jìn)行指導(dǎo)，難以較好地反映化工園區(qū)安全發(fā)展的特征。

3 發(fā)展趨勢

化工園區(qū)安全發(fā)展評價是為了辨識化工園區(qū)存在的風(fēng)險，并提出改進(jìn)措施。隨著區(qū)塊鏈、信息化、計算機(jī)、人工智能等的發(fā)展，化工園區(qū)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型也逐漸體現(xiàn)于安全評價領(lǐng)域。但由于我國化工園區(qū)尚在發(fā)展階段，安全發(fā)展評價體系還需要完善，主要發(fā)展趨勢如下：

1）數(shù)據(jù)庫技術(shù)在構(gòu)建統(tǒng)一、完善、動態(tài)的化工園區(qū)安全發(fā)展評價指標(biāo)體系中的應(yīng)用。指標(biāo)體系的建立是進(jìn)行化工園區(qū)安全發(fā)展評價的前提條件，由于影響化工園區(qū)安全發(fā)展的因素眾多，且化工園區(qū)內(nèi)部安全生產(chǎn)操作復(fù)雜，指標(biāo)量化的數(shù)據(jù)收集稀缺、數(shù)據(jù)不確定性和數(shù)據(jù)時效性都限制了化工園區(qū)安全發(fā)展指標(biāo)體系構(gòu)建。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)庫具有備防篡改、去中心化以及歷史數(shù)據(jù)永久保存等特性[24]，是今后化工園區(qū)安全發(fā)展數(shù)據(jù)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。

2）信息化技術(shù)在創(chuàng)建新型化工園區(qū)安全發(fā)展指標(biāo)動態(tài)權(quán)重確定方法中的應(yīng)用。由于影響化工園區(qū)安全發(fā)展的各級影響因素對化工園區(qū)的影響程度不同，國內(nèi)現(xiàn)有權(quán)重確定方法不具有適用性，創(chuàng)建新型指標(biāo)權(quán)重確定的方法十分重要。目前，有學(xué)者提出一種自適應(yīng)權(quán)重計算算法[25]，采用常用的德爾菲法獲得專家權(quán)重，滿足指標(biāo)權(quán)重的主觀性，并使專家權(quán)重自適應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)權(quán)重主客觀統(tǒng)一，從而達(dá)到更高的評價準(zhǔn)確性，一定程度上解決評價過程中權(quán)重不合理問題。

3）計算機(jī)模擬軟件的應(yīng)用。借助計算機(jī)模擬技術(shù)，研究化工模擬軟件，不僅可以模擬化工事故場景，還可以提高化工設(shè)備選型與設(shè)計能力，實現(xiàn)化工園區(qū)模擬效果評價[26]。模擬技術(shù)與人工智能的互相融合，能夠?qū)崿F(xiàn)化工設(shè)計體系的直觀性與立體性，流程設(shè)計、模型搭建、工藝優(yōu)化和模塊管理趨向智能化發(fā)展。研究計算機(jī)模擬軟件是提升化工園區(qū)評價的未來發(fā)展趨勢之一。

4）機(jī)器學(xué)習(xí)[27]在化工園區(qū)安全發(fā)展評價方法中的應(yīng)用。隨著網(wǎng)絡(luò)的不斷發(fā)展，人工智能借助計算機(jī)的強(qiáng)大功能已經(jīng)滲透到了化工領(lǐng)域。通過融入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的準(zhǔn)確性、魯棒性、高效率等優(yōu)勢，化工園區(qū)安全發(fā)展評價方法準(zhǔn)確性將得到進(jìn)一步發(fā)展。研發(fā)具有深度學(xué)習(xí)能力的化工園區(qū)安全發(fā)展評價方法是未來化工園區(qū)安全發(fā)展的趨勢之一。

4 結(jié)語

經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者的不懈努力，化工園區(qū)安全發(fā)展評價研究已取得一定進(jìn)展，為化工園區(qū)安全發(fā)展及安全生產(chǎn)提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持。為了適應(yīng)化工園區(qū)高速發(fā)展需求，今后可以從數(shù)據(jù)庫技術(shù)、信息化技術(shù)、計算機(jī)模擬軟件技術(shù)和機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用等方面進(jìn)行研究。化工園區(qū)安全發(fā)展評價體系的不斷發(fā)展，將全面提升化工園區(qū)危險探查能力、風(fēng)險防控能力及應(yīng)急救援能力，對提高國家應(yīng)對化工園區(qū)事故的救援技術(shù)水平具有重大意義。