銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價

孫嘉欣，王晨曦，余國良，

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.寧夏回族自治區(qū)地質(zhì)局，寧夏 銀川 750001）

0 引言

城鎮(zhèn)化快速發(fā)展過程中，城市空間的復(fù)雜性和人口的集中性顯著提高，城市在面對自然災(zāi)害、事故災(zāi)害等方面的承載能力和應(yīng)急避險能力成為新的研究熱點[1]。因人而市，因市而城是“城市”一詞出現(xiàn)的由來。在長期的發(fā)展過程中，城市建設(shè)并沒有刻意進(jìn)行地震應(yīng)急避難場所的規(guī)劃，而是在后期建設(shè)中逐步調(diào)整現(xiàn)有建設(shè)用地，進(jìn)而形成城市應(yīng)急避難場所。因此，需要對應(yīng)急避難所的規(guī)劃、設(shè)計、合理性、能否達(dá)到預(yù)期應(yīng)急避難目的、避難場所本身安全問題等方面進(jìn)行適宜性評價[2]，從而確保城市應(yīng)急避難所的設(shè)計與建設(shè)達(dá)到預(yù)期目的，為城市居民提供安全的避難空間。如何對已建成地震應(yīng)急避難場所進(jìn)行定量化解算，探究影響地震應(yīng)急避難場所因子，仍是城市防災(zāi)研究的重要課題之一，也是推動城市可持續(xù)發(fā)展的重要因素。

城市地震應(yīng)急避難所是指在地震災(zāi)害發(fā)生時能提供一定的生活保障、具有避難疏散能力的公園、綠地、廣場、體育場館等公共服務(wù)設(shè)施場地[3]。目前，國內(nèi)外學(xué)者對城市地震應(yīng)急避難場所的研究主要重理論輕量化、重設(shè)計輕評價?？偨Y(jié)前人研究可以歸納為以下幾個方面：蘇幼坡、李玟玟等[4-5]著重于理論研究，從宏觀上把握中國應(yīng)急避難場所現(xiàn)狀，分析現(xiàn)存問題，論述規(guī)劃城市地震避難所的意義、原則及要點。張培、張佳瑜等[6-7]從小尺度出發(fā)，立足于地震應(yīng)急避難需求，構(gòu)建可用于社區(qū)地震應(yīng)急避難場所配置模型。李杰亮、馬運佳等[8-9]從疏散效率角度等，對室內(nèi)地震應(yīng)急避難場所進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)人口分流層次等模型方法進(jìn)行地震應(yīng)急避難所選址。宋英華等[10]采用城市規(guī)劃方法對已建成應(yīng)急避難所的服務(wù)范圍進(jìn)行劃分。蘇建鋒等[11]基于Google 地圖API 技術(shù)的城市地震應(yīng)急避難場所展示系統(tǒng)。也有學(xué)者對已建成地震應(yīng)急避難場所展開研究，曹珂[12]從使用者視角著手，采用調(diào)查問卷等形式收集數(shù)據(jù)，此研究更強調(diào)使用者主體意愿；魏本勇等[13]通過構(gòu)建綜合服務(wù)效能指數(shù)，對地震應(yīng)急避難場所的空間布局和服務(wù)效能進(jìn)行評估，但研究中避難所的服務(wù)范圍采用緩沖區(qū)研究，而緩沖區(qū)是基于居民與場所之間的直線距離進(jìn)行的評價，其結(jié)果往往會夸大避難場所的實際服務(wù)水平。地震應(yīng)急避難場所的適宜性評價主要包括評價指標(biāo)體系的確定和評價方法的構(gòu)建兩個方面。雖有學(xué)者就已建成應(yīng)急避難場所做評價研究，但在指標(biāo)體系構(gòu)建、研究方法、研究區(qū)等方面也還有提升空間。

可拓學(xué)理論始于矛盾復(fù)雜問題的轉(zhuǎn)化規(guī)律與解決方案的研究[14]，物元模型是解決矛盾復(fù)雜問題的一種方式，以物元為基礎(chǔ)，根據(jù)物元的可拓性，將物元可拓作為解決矛盾復(fù)雜問題的方法，在可拓集合中，通過建立關(guān)聯(lián)函數(shù)對事物的量變和質(zhì)變過程進(jìn)行定量表達(dá)[15-16]。物元可拓模型在描述事物可變性方面有獨特的優(yōu)勢，可以將是與非的定性描述發(fā)展為定量描述，而適宜性評價就是一個復(fù)雜可變的問題，因此運用物元可拓模型可以為地震應(yīng)急避難場所適宜性評價提供新思路。

針對上述問題，本研究遵循可達(dá)性、公平性和平災(zāi)結(jié)合等原則，利用“3S”技術(shù)，構(gòu)建評價指標(biāo)體系，運用物元可拓模型，對銀川市主城區(qū)現(xiàn)有的16 個應(yīng)急避難場所進(jìn)行定量化評價，以此驗證現(xiàn)有避難場所空間布局的合理性，可對城市總體規(guī)劃和應(yīng)急減災(zāi)提供科學(xué)依據(jù)和支撐。

1 研究區(qū)概況

銀川市位于黃河上游寧夏平原中部（37°29′～38°53′N，105°49′～106°53′E），是寧夏回族自治區(qū)首府城市，位于南北地震帶北段，屬于地震活躍區(qū)域。自公元876 年到現(xiàn)在，銀川市發(fā)生破壞性（Ⅴ級以上）地震多達(dá)13 次?，F(xiàn)有地震應(yīng)急避難場所16 個，共522.14 萬平方米，其中一類避難所（可安置受助人員30 天以上）13 個、二類避難所（可安置受助人員10 天以內(nèi)）3 個，避難所又可分為中心避難所2 個、緊急避難所4 個、固定避難所10 個。研究區(qū)內(nèi)道路交通，必要的公共服務(wù)設(shè)施如圖1 所示。

圖1 銀川市應(yīng)急避難場所分布圖Fig.1 Overall situation of Yinchuan

2 地震應(yīng)急避難所服務(wù)能力影響因素理論分析

地震應(yīng)急避難場所適宜性評價是對已經(jīng)建立的地震應(yīng)急避難所，能否為居民提供安全的應(yīng)急避難空間和達(dá)到預(yù)期避難能力的評估。地震應(yīng)急避難所的綜合評價越高在地震發(fā)生時避難能力越強，服務(wù)能力越強。評價地震應(yīng)急避難所的適宜性的影響因素較為復(fù)雜，在綜合相關(guān)方針、避難經(jīng)驗、閱讀文獻(xiàn)和標(biāo)準(zhǔn)，根據(jù)研究區(qū)具體情況將眾多影響因素歸納為安全性、可達(dá)性、有效性三個方面構(gòu)建指標(biāo)體系（表1）。

表1 銀川市地震應(yīng)急避難所適宜性影響因素指標(biāo)體系

3 數(shù)據(jù)來源及影響因素分級標(biāo)準(zhǔn)

3.1 數(shù)據(jù)來源

3.1.1 應(yīng)急避難場所數(shù)據(jù)

應(yīng)急避難所是在災(zāi)害發(fā)生時可以給市民提供安全的可暫時居住的空間。應(yīng)急避難場所選址應(yīng)遵循均衡布局、可通達(dá)、易操作及平災(zāi)結(jié)合的原則，選址應(yīng)靠近公路、有水、電、照明、衛(wèi)生間等基礎(chǔ)設(shè)施，以及平時供市民觀賞、休憩的場所。避難所分為固定避難場所、中心避難所和緊急避難所三種。本文研究對象銀川市市區(qū)現(xiàn)有避難所16 個，其中，中心避難所2個、緊急避難所4 個、固定避難所10 個。

避難場所服務(wù)的有效性主要包括有效面積和容納人數(shù)，本文避難所面積和可容納人口數(shù)據(jù)來源于地震部門。數(shù)據(jù)包括范圍、面積、容納人數(shù)和性質(zhì)。

3.1.2 道路與坡度數(shù)據(jù)

道路決定了通達(dá)性，災(zāi)害發(fā)生時，道路的暢通性并非與平常一樣，本文通過路網(wǎng)密度來表征研究區(qū)內(nèi)道路的通行能力。道路數(shù)據(jù)是通過遙感影像高分二號（分辨率為2 m）數(shù)據(jù)人工目視解譯獲取，以1 km*1 km 劃分公里格網(wǎng)，計算單個格網(wǎng)中道路面積與格網(wǎng)面積的比值。

地形坡度是安全性的重要因素，地勢低洼處有積水風(fēng)險，不宜建設(shè)地震應(yīng)急避難場所。地形坡度數(shù)據(jù)可通過DEM 提取，本文DEM 數(shù)據(jù)來源于中國科學(xué)院計算機網(wǎng)絡(luò)信息中心的地理空間數(shù)據(jù)云平臺（http：//www.gscloud.cn/），1∶1500000，分辨率為30 m。通過ArcGIS10.2提取地震應(yīng)急避難場所250 m 緩沖區(qū)內(nèi)的平均坡度。

3.1.3 多源POI 數(shù)據(jù)

POI 數(shù)據(jù)包括影響救援的醫(yī)院、消防站和公安局等數(shù)據(jù)，另外加油站屬于重大危險源，在災(zāi)害發(fā)生時，加油加氣站會影響安全性。本文所需要的多源POI 數(shù)據(jù)通過GPS 獲取坐標(biāo)位置，標(biāo)注繪圖。

3.2 指標(biāo)等級劃分

依據(jù)GB21724-2008《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)—地震應(yīng)急避難所場址及配套設(shè)計》、GB50413-2007《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃編制標(biāo)準(zhǔn)》及參考已有學(xué)者對城市應(yīng)急避難場所等級劃分、安全性評估、有效性和可達(dá)性方面的研究，按照科學(xué)性、合理性和可獲得性等原則，結(jié)合研究區(qū)的實際特點和專家咨詢意見，以地震烈度6 度為基準(zhǔn)點，建立銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價指標(biāo)分級標(biāo)準(zhǔn)。并將評價指標(biāo)體系分級標(biāo)準(zhǔn)劃分為四個等級：Ⅰ級（高度適宜）、Ⅱ級（中度適宜）、Ⅲ級（較適宜）、Ⅳ級（較不適宜）（表2）。

4 物元可拓模型構(gòu)建及評價分析

物元分析是研究解決不相容問題的規(guī)律和方法，是系統(tǒng)科學(xué)、思維科學(xué)、數(shù)學(xué)交叉的邊緣學(xué)科，“是系統(tǒng)的綜合自然科學(xué)和社會科學(xué)而應(yīng)用較為廣泛的橫斷學(xué)科”。它可以將復(fù)雜問題模型化，進(jìn)而剖析問題的本質(zhì)根源。物元分析法適合多因子評價，以定量化表示評價結(jié)果，完整地反映待評價事物的綜合水平。物元可拓模型在眾多領(lǐng)域被引用，但在地震應(yīng)急避難場所適宜性評價中較為少見。本文通過建立多因子的物元可拓模型和評價指標(biāo)體系，確定銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價模型。

4.1 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價物元、經(jīng)典域及節(jié)域

可拓學(xué)是以可拓數(shù)學(xué)與物元理論為理論基礎(chǔ)的學(xué)科，物元是可拓學(xué)的邏輯細(xì)胞[17-18]。假設(shè)事物的名稱為N，響應(yīng)事物特征為C，C 的量值范圍為V，則可以將有序三元組R=｛N，C，V｝作為描述事物的基本物元。將銀川市地震應(yīng)急避難場所定義為基本物元R，則N 表示避難場所適宜性的等級，C 表示表征避難場所適宜性的各評價指標(biāo)，V 是各評價指標(biāo)的量值范圍。

4.1.1 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價經(jīng)典域

銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價的經(jīng)典物元矩陣RN，表示為：

式中，Ni表示地震應(yīng)急避難場所適宜性評價所劃分的i 個評價等級；C1，C2···Cn為確定評價的指標(biāo)因子；Vn 表示關(guān)于Cn 的第i 個適宜性等級特征值范圍；（ain，bin）表示待評價指標(biāo)因子Cn 對第i 個適宜性評價等級的取值范圍，即為經(jīng)典域。

按照相關(guān)規(guī)則與參考文獻(xiàn)對銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價劃分，劃分為Ⅰ（高度適宜）、Ⅱ（中度適宜）、Ⅲ（較適宜）、Ⅳ（較不適宜)四個等級。

4.1.2 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價節(jié)域

銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價的節(jié)域物元矩陣Rp，表示為：

式中，Np 表示由銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價等級的全體構(gòu)成；C1，C2···Cn為待評價指標(biāo)因子；Vp 表示關(guān)于Cn 的整體適宜性等級特征值范圍；（apn，bpn）表示節(jié)域物元關(guān)于指標(biāo)因子特征Cn 的取值范圍。

4.1.3 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價物元矩陣

以銀川市為研究區(qū)域，選取市區(qū)內(nèi)16 個現(xiàn)有應(yīng)急避難場所為研究對象，通過遙感信息提取、ArcGIS 空間距離分析及文獻(xiàn)資料查閱等多種方法，確定樣例待評價因子的物元矩陣Rd。

4.2 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)系數(shù)及關(guān)聯(lián)度

銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)函數(shù)定義為：

式中，K（Vi）j表示第i 項指標(biāo)對銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性第j 等級的關(guān)聯(lián)度。

式中，Vi表示待評價銀川市地震應(yīng)急避難場所的經(jīng)典域值的范圍；Vpd表示待評價銀川市地震應(yīng)急避難場所的實測值；ρ（Vi，Vij）表示實測值Vi與對應(yīng)經(jīng)典域Vij級之間的有限距離；ρ（Vi，Vpn）表示實測值Vi與對應(yīng)節(jié)域Vpn之間的有限距離。

表3 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性各因子評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

根據(jù)公式計算出16 個待評價物元關(guān)于各評價等級的單指標(biāo)關(guān)聯(lián)度，關(guān)聯(lián)度越大，表示該指標(biāo)與評價等級的復(fù)合度越高。對于同一評價對象，不同的指標(biāo)關(guān)聯(lián)度不同，故適宜等級也不同，表現(xiàn)出物元的不相容性。通過計算出銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性評價的關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表4。以中山公園為例，其地形地勢坡度因子的四個適宜性評價等級的關(guān)聯(lián)系數(shù)k（v1）j分別為0.18，-0.82，-0.88，-0.93，表明其坡度適宜性的關(guān)聯(lián)度為Ⅰ級。同理可以得到各應(yīng)急避難場所各因子的關(guān)聯(lián)系數(shù)及適宜性的關(guān)聯(lián)度。

4.3 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性綜合指標(biāo)評價

通過計算16 個地震應(yīng)急避難場所的安全性、可達(dá)性、有效性適宜性的綜合關(guān)聯(lián)度，結(jié)果見表4。以中山公園為例可達(dá)的綜合關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為-1.31、0.33、1.89、-19.39，則可達(dá)性的綜合關(guān)聯(lián)度為Ⅲ級。同理得安全性、有效性的綜合關(guān)聯(lián)度均為Ⅱ級。

從地震應(yīng)急避難場所適宜性綜合指標(biāo)評價來看（表4），16 個避難場所的安全性、可達(dá)性和有效性Ⅰ、Ⅱ級累計貢獻(xiàn)率分別為87.5%，31.25%，100.00%?？梢钥闯霭踩?、可達(dá)性和有效性對銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性均起正向作用。

4.4 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性綜合等級評價

利用表4 的評價結(jié)果對各避難場所的4 個等級分別求和得表5，利用物元模型對各避難場所的適宜性進(jìn)行綜合評價并進(jìn)行等級劃分。結(jié)果顯示：中山公園可劃入第Ⅰ等級，應(yīng)急避難場所適宜性屬高度適宜級別；新月廣場、寶湖公園、湖濱體育場、銀川二中體育場、名人廣場、鳳凰公園、德馨公園、人民廣場、森林公園、西夏公園、解放公園、八一公園、火車站廣場劃入第Ⅱ等級，應(yīng)急避難場所適宜性屬中度適宜級別；大團(tuán)結(jié)廣場、海寶公園劃入第Ⅲ等級，空間適宜性屬較適宜。

表4 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性綜合評價指標(biāo)關(guān)聯(lián)度

表5 銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性綜合評價

從表5 來看，中山公園關(guān)聯(lián)度為1.06，其空間適宜性屬Ⅰ等級，為高度適宜；處于Ⅱ等級的13 個避難場所均為正值，表明其適宜性具有穩(wěn)定性，不會因為某一個因素的改變而影響其適宜性；處于Ⅲ級的有2 個避難場所，表明其較為適宜。

5 結(jié)論與展望

城市應(yīng)急避難場所是重大災(zāi)害事件發(fā)生時公眾應(yīng)急庇護(hù)、避難救助的重要公共空間與公共資源，對災(zāi)時城市居民生命財產(chǎn)安全和社會經(jīng)濟穩(wěn)定有著決定性影響。物元可拓模型是將不同層次、階段產(chǎn)生不相容的問題，利用拓展性方法將其轉(zhuǎn)換為相容，實現(xiàn)最佳決策目標(biāo)。本文利用遙感和GIS 技術(shù)，物元可拓模型法對銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性進(jìn)行評價。

（1）從綜合評價結(jié)果來看，16 個避難場所均處于Ⅲ等級以上，銀川現(xiàn)有應(yīng)急避難場所都為較適宜以上，不存在不適宜的場所。

（2）從綜合評價指標(biāo)來看，安全性、可達(dá)性、有效性均是影響銀川市應(yīng)急避難場所適宜性的因素。從二級指標(biāo)來看，地勢、與重大危險源間的距離、容納人數(shù)、開放空間比是影響地震應(yīng)急避難場所適宜性的主要因子，路網(wǎng)密度、與醫(yī)院距離、與消防點距離、與公安局距離是影響地震應(yīng)急避難場所適宜性的次要因子。

（3）評價結(jié)果中，中山公園為高度適宜，其主要原因在于地勢平坦，周圍路網(wǎng)密度高；大團(tuán)結(jié)廣場和海寶公園為較適宜，影響其因素為與醫(yī)院、消防點、公安局的距離。

應(yīng)急避難場所在建設(shè)過程中本著“平災(zāi)結(jié)合”的原則建立，在城市發(fā)展過程中扮演著不可或缺的角色。本文通過評價指標(biāo)體系的建構(gòu)，側(cè)重于物元可拓模型的定量化解算對銀川市地震應(yīng)急避難場所適宜性進(jìn)行等級劃分，可為城市應(yīng)急避難場所更好地服務(wù)于市民災(zāi)患時的庇護(hù)與救助需求提供支持。