重大突發(fā)事件下港口安全韌性理論模型及其定量評估研究

胡艷華，詹水芬,2，蔣文新，盧琳琳*，白 潔，馬春陽

(1.交通運輸部天津水運工程科學研究所，天津 300456；2.天津東方泰瑞科技有限公司，天津 300192；3.天津中心漁港港務有限公司，天津 300457)

港口是國內綜合交通運輸體系的重要組成部分[1-3]，肩負著保障戰(zhàn)略物資生命通道通暢、確保應急運輸綠色通道不斷的行業(yè)使命。當重大公共事件出現(xiàn)時，極易通過港口，形成水陸綜合運輸網(wǎng)絡的跨地區(qū)爆發(fā)和擴散。在此背景下，如何有效應對突發(fā)事件，實現(xiàn)港口的安全韌性管理，最大限度保障人民生命財產安全及社會穩(wěn)定，成為港口行業(yè)亟待解決的熱點難題。

安全韌性(Safety Resilience)是當前公共安全科學的前沿理念，尤其在城市安全管理實踐中得到國內外學者的廣泛關注[4-11]。目前，國內港口安全管理主要集中在港口危險品安全生產[12]、港區(qū)設備設施安全防護[13]、安全評價與區(qū)域風險評估[14-15]等方面，尚未開展港口安全韌性的內涵分析，其理論和應用研究處于空白。

鑒于此，本文對安全韌性概念進行分析，并在港口安全領域對其進行擴展，深入分析國內港口應對重大突發(fā)事件的安全韌性需求，探索建立基于重大突發(fā)事件的港口安全韌性發(fā)展模型；結合港口安全韌性指標體系的構建與熵權計算分析，得出各指標對安全韌性的影響權重值與港口安全韌性預測曲線圖，可為港口安全韌性能力構建與應用研究提供參考依據(jù)。

1 港口安全韌性需求分析

圖1為2010年大連港“7·16”輸油管道爆炸事故前后的港口吞吐量，圖2為2015年天津港“8·12”危險品倉庫特別重大火災爆炸事故前后的港口吞吐量，由圖1和圖2可以看出，各類港口重大突發(fā)公共安全事件不僅會造成巨大的人員傷亡與財產損失，而且對港口事故后的吞吐量造成較大影響，即突發(fā)事件導致的港口安全結構破壞會嚴重影響港口的正常運營與災害后恢復適應能力。

圖1 2010年大連港港口吞吐量變化趨勢圖Fig.1 Throughput change trend of Dalian Port in 2010圖2 2015年天津港港口吞吐量變化趨勢圖Fig.2 Throughput change trend of Tianjin Port in 2015

港口作為開放復雜的母系統(tǒng)，由人、物、運行系統(tǒng)等三個子系統(tǒng)構成。由事故致因理論分析可知，一旦人、物、運行系統(tǒng)等任一子系統(tǒng)發(fā)生突變，就會導致港口整個復雜系統(tǒng)的紊亂，也就易發(fā)生安全事故。但是港口的問題又不僅僅如此，還受到突發(fā)事件(如公共衛(wèi)生事件、暴恐襲擊、火災爆炸、自然災害等)的輸入影響。以公共衛(wèi)生事件為例，當突發(fā)事件和港口的三個子系統(tǒng)相互作用，就會導致港口安全結構出現(xiàn)較大波動而失穩(wěn)。因此，后續(xù)國內港口安全管理應側重于提升其抵抗災害或發(fā)生破壞改變的能力，確保港口暴露于災害后以一個可接受的安全水平而穩(wěn)定運行。換言之，港口應具備良好的安全韌性特性，以更好應對各類重大突發(fā)事件的影響。

圖3 港口安全韌性發(fā)展三角形模型Fig.3 Triangle model of safety resilience in port

2 港口安全韌性理論及其模型構建

目前安全韌性三角形模型是公共安全管理領域的經(jīng)典基礎理論模型[16]，以突發(fā)事件、承載載體以及應急管理為3條邊，并以災害要素(物質、能力和信息)為連接3條邊的節(jié)點，揭示了公共安全應急管理的基礎要素[17]。由此，本文提出了港口安全韌性發(fā)展三角形模型(如圖3所示)，該模型以災害系統(tǒng)、承災系統(tǒng)、安全韌性管理為3條邊，通過港口規(guī)劃建造、運營維護、事件應對、恢復重建等響應過程連接各條邊。該模型中，災害系統(tǒng)包括突發(fā)公共安全事件(公共衛(wèi)生事件、暴恐襲擊等)、自然災害(火山爆發(fā)、地震等)以及其他不可抗力造成的各種致災能量的集合；承災系統(tǒng)包括港口生產運營涉及的作業(yè)場所以及作業(yè)場所內可能產生風險、導致隱患、發(fā)生事故的一切基礎單元，同時也包括產生不安全行為的人；安全韌性管理則是對港口承災系統(tǒng)面臨災害系統(tǒng)時所施加的系統(tǒng)及人為干預。

港口安全韌性發(fā)展三角形模型旨在構建一套基于安全韌性理論而運行的冗余安全管理體系，通過政府監(jiān)管、企業(yè)落實與社會參與，共同營造全員參與的安全文化氛圍；同時，該體系覆蓋了“事故前”的風險研判、風險預警、風險管控和隱患治理，“事故中”的應急響應與救援處置，以及“事故后”的恢復重建、事故調查與分析處理等這一全過程，從加強源頭治理、過程管控、基礎保障、應急響應等方面不斷提升承災系統(tǒng)(如港口、城市、區(qū)域等)辨識、評估、管控和適應風險的能力，從而著力提升其安全生產、科學運營與應急管理中的承災韌性與安全裕量，最終可使遭受的安全生產風險降至可接受的合理范圍。

3 港口安全韌性評估與預測分析

3.1 港口安全韌性指標體系

由港口安全韌性理論及其韌性發(fā)展三角形模型分析可知，安全韌性港口應體現(xiàn)多樣性、冗余性、適應性、魯棒性、協(xié)同性和恢復性等屬性特征。多樣性是指港口系統(tǒng)要素及管理方式種類具有豐富度，以應對多種突發(fā)事件干擾形式；冗余性是指港口系統(tǒng)功能與管理能力具有多道安全防線，能夠有效應對重大突發(fā)事件對其基礎設施、生產設備與其運營管理系統(tǒng)的沖擊與破壞；適應性是指港口系統(tǒng)要素及管理方式具備根據(jù)外界環(huán)境的變化而靈活調整的能力；魯棒性是指在逆變環(huán)境中，港口系統(tǒng)可以某一可接受的安全水平維持基本生產運營的能力；協(xié)同性是指在港口管理過程中盡可能整合相關資源，實現(xiàn)區(qū)域聯(lián)防聯(lián)控；恢復性則是指港口系統(tǒng)在重大突發(fā)事件發(fā)生后可迅速恢復重建，最大程度減少人員傷亡與財產損失。在實際操作層面，則主要強調港口的安全文化、體系的安全裕量、事故的預防預控、風險監(jiān)測預警、突發(fā)事件應急處置與快速響應以及事后恢復重建等核心要素，由此構建如表1所示的指標體系。

表1 港口安全韌性評估指標體系Tab.1 Port safety resilience evaluation index system

3.2 港口安全韌性評估與預測分析

(1)基于正態(tài)化標準處理的熵權計算方法與結果分析。

若系統(tǒng)由n個評價對象的m個評價指標組成評價矩陣，對某個評價序列x1，x2，……，xn進行正態(tài)化標準變換，則得到新序列

(1)

根據(jù)信息論的基本原理，信息是系統(tǒng)有序程度的一個度量；而熵值是系統(tǒng)無序程度的一個度量[18-19]。如果某個指標的熵值越小，說明其指標值的變異程度越大，提供的信息量越多，在綜合評價中該指標起的作用越大，其權重應該越大。

若系統(tǒng)由n個評價對象的m個評價指標組成評價矩陣，則有

(2)

(3)

(4)

式中：ei表示某一評價指標ni的信息熵，pij表示原始評價矩陣中某個指標rij出現(xiàn)的概率，Wi表示某一評價指標ni的權重。

由此，根據(jù)港口安全韌性樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)化標準處理與熵權計算，分析得到港口安全韌性指標體系中各個指標的權重指數(shù)，如表2所示。

表2 港口安全韌性評估結果Tab.2 Port safety resilience assessment results

(2)安全韌性預測分析。

安全韌性可以在不斷變化的環(huán)境中為港口提供持續(xù)性的安全保障，使港口維持正常生產與安全運營。因此，本文基于港口安全韌性發(fā)展三角形模型及安全韌性評估指標體系的各級指標權重指數(shù)分析，得到如圖4所示的港口安全韌性預測曲線[20-21]。

圖4 港口安全韌性預測曲線圖Fig.4 Prediction curve of port safety resilience

如圖4所示，橫坐標為時間軸T，縱坐標表示港口系統(tǒng)功能F(t)，安全韌性水平R即為在考慮港口系統(tǒng)功能的瞬時變化條件下，港口系統(tǒng)功能的瞬時維持比例[22]；該曲線可動態(tài)體現(xiàn)出港口在外界沖擊下系統(tǒng)功能下降、恢復、穩(wěn)定的過程。由表2可知，不同指標對港口安全韌性的影響權重不同，因此對港口系統(tǒng)功能的影響規(guī)律也存在不同。權重值越大的指標，越能增強港口系統(tǒng)的抗沖擊能力，縮短港口系統(tǒng)功能下降的速度與停留時間，即提升港口系統(tǒng)的快速響應與恢復能力。對于港口系統(tǒng)，應急能力建設對其安全韌性與港口系統(tǒng)功能至關重要，通過有效的應急響應與快速處置，能大幅降低事故對港口的破壞程度與損傷范圍，保障港口災害后的快速恢復重建與正常運營，確保港口系統(tǒng)功能保持在較高水平。由此通過港口安全韌性預測曲線能夠在一定程度上預測港口在某一時刻不同指標輸入下的現(xiàn)狀安全韌性水平和未來發(fā)展軌跡，進而確定相應的規(guī)劃策略和行動計劃以強化港口安全韌性。后續(xù)通過安全文化、安全裕量、風險評估、監(jiān)測預警、應急管理與恢復重建等方法或手段，可針對性開展城市安全韌性提升，改善港口系統(tǒng)功能對外界沖擊的響應情況。

4 結論

(1) 基于安全韌性的理論內涵，構建港口安全韌性發(fā)展三角形模型。該模型以災害系統(tǒng)、承災系統(tǒng)、安全韌性管理為3條邊，通過港口規(guī)劃建造、運營維護、事件應對、恢復重建等響應過程連接各條邊，可反映港口全生命周期的安全韌性管理需求。

(2) 構建以安全文化、安全裕量、風險評估、監(jiān)測預警、應急管理與恢復重建為核心要素的港口安全韌性指標體系，該體系包括6個二級指標和37個三級指標?？紤]安全韌性評估的不確定性和信息變異性特點，建立了基于正態(tài)化標準處理的熵權計算模型，得到上述指標的權重水平與層級重要度排序，對安全韌性的現(xiàn)狀分析與預期規(guī)劃具有重要的指導意義。

(3)基于安全韌性評估結果對港口安全韌性曲線進行預測，趨勢結果與實際基本一致，表明該方法可行，具有較強的推廣應用價值。對于港口安全韌性的研究與探討具有非常迫切的理論與現(xiàn)實需求，后續(xù)還應針對港口安全韌性模型定量化、港口安全韌性構建與應用方面進行更深層次的探索與研究。