公路隧道應急能力評價研究

曾 威， 曾嘉偉， 陳曉勇， 曹衛(wèi)平

(湖南省交通科學研究院有限公司, 湖南 長沙 410015)

0 引言

根據(jù)交通運輸部發(fā)布的《2020年交通運輸行業(yè)發(fā)展統(tǒng)計公報》，截至2020年底，全國公路隧道21316處、2199.93萬m，其中，特長隧道1394處、623.55萬m，長隧道5541處、963.32萬m。公路隧道空間相對封閉、通風采光較差，一旦發(fā)生突發(fā)事故，容易發(fā)生擁堵、火災煙氣聚集沉降、通風不良等情況，導致人員逃生困難、救援條件不利，因此要求公路隧道對異常事件具有良好的應急能力[1]。美國、日本等國家于20世紀90年代就已對應急能力評價進行了分析探究，形成了各自的評價體系；我國雖然對應急能力評價研究起步較晚，但近幾年隨著政府部門對應急能力的重視，不少學者在交通運輸行業(yè)領域取得了不俗的科研成果，不過大多集中在城市道路、軌道交通、鐵路等方面。楊海東等[2]采用突變理論對城市道路交通安全突發(fā)事件的應急能力進行了分析研究；鄧云峰等[3]介紹了國內外開展應急能力評估研究進展狀況，構造了城市應急能力評估體系；林立等[4]建立了地鐵突發(fā)事件安全應急響應能力評價模型；楊樹森[5]針對城市軌道交通應急能力面臨的挑戰(zhàn)、應急能力的構成以及提升應急能力的措施進行了研究分析；龍京[6]基于企業(yè)能力理論和知識管理理論，構建了鐵路局應急能力評價指標體系和評價標準。但是，對于公路隧道應急能力評價卻鮮有人研究。對公路隧道應急能力評價進行研究，分析影響其應急能力的因素，并采取相應的管理機制和風險應對措施，這對提升公路隧道應急能力具有重要意義。本文擬采用層次分析法對公路隧道應急能力進行分析，以期為公路隧道運營單位采取安全措施提升應急能力提供一定的科學依據(jù)。

1 層次分析法簡介

層次分析法，簡稱AHP，是美國運籌學家Saaty教授在20世紀70年代初提出的一種層次權重決策分析方法，該方法主要用于系統(tǒng)中有分層結構的決策問題。依據(jù)層次分析法的分析方法步驟，針對實際情況，建立風險因素層次結構模型，并計算出各個風險因素的權重及其排序。

根據(jù)建立的層次結構模型，構造因素判斷矩陣。依據(jù)計算因素判斷矩陣的特征向量，得到各層次因素的權重并進行一致性檢驗[7]，層次分析法計算方法一般步驟如下所述[8]。

1.1 構造判斷矩陣

判斷矩陣元素的值表示同一層次各個指標之間的相對重要度。通過比較同一層次下各個指標之間優(yōu)劣程度并給予量化，使判斷矩陣能夠進行定量計算。在層析分析法中，判斷矩陣各元素之間的比較一般通過1-9標度法進行，如表1所示。

表1 判斷矩陣1-9標度比較法標度定義說明1兩兩比較,前者比后者同等重要3兩兩比較,前者比后者稍微重要5兩兩比較,前者比后者明顯重要7兩兩比較,前者比后者強烈重要9兩兩比較,前者比后者極端重要2、4、6、8兩兩比較,前者與后者重要度處于上述兩個數(shù)之間倒數(shù)上述前者與后者反比較

判斷矩陣中各元素的取值依據(jù)主要包括分析對象的系統(tǒng)資料、相關專家或工作人員意見。

1.2 層次單排序

為了得到各指標在同一層次下的重要度即指標權重，需要計算各判斷矩陣的特征向量及其對應的特征值，計算公式如下：

AW=λmaxW

(1)

利用數(shù)學方法可以求得判斷矩陣的特征向量W及特征值λmax，再進行歸一化處理得到指標權重。

1.3 一致性檢驗

由于判斷矩陣中各元素的取值是人為確定的，帶有一定的主觀性，經過層次單排序得出的權重指標不一定合理。因此，需要對其進行一致性檢驗。若不滿足一致性，需要對判斷矩陣進行修改，直至滿足一致性檢驗。一致性檢驗公式如下：

(2)

(3)

式中：CI為一致性檢驗指標，當CR<0.10時，表示判斷矩陣具有一致性；n為判斷矩陣階數(shù)；CR為隨機一致性比率；RI為平均隨機一致性指標，其取值如表2所示。

表2 平均隨機一致性指標RI取值矩陣階數(shù)12345678910RI000.580.901.121.241.321.411.451.49

2 公路隧道應急能力評價模型構建

2.1 建立層次結構模型

公路隧道應急能力評價指標體系如圖1所示。

2.2 構造因素判斷矩陣及一致性檢驗

針對影響公路隧道應急能力的各個因素，構造因素判斷矩陣，判斷矩陣中各元素的取值依據(jù)主要是專家問卷調查結果統(tǒng)計。分別對來自高?？蒲性核⒄畱惫芾聿块T以及公路隧道運營單位等30位專家進行問卷調查，將調查結果進行統(tǒng)計分析得到如下指標權重。

圖1 公路隧道應急能力評價指標體系

2.2.1A-B層判斷矩陣

該判斷矩陣表示相對于總目標公路隧道應急能力而言，二級指標各風險因素之間的相對重要度，如表3所示。

表3 A-B層指標權重計算AB1B2B3B4B5WB1112131/530.091B221121440.144B33211/350.229B4543170.490B51314151710.044

其中λmax=5.137 4，CI=0.034 4，RI=1.12，CR=0.030 7，通過一致性檢驗。

從表3中可以看出，在影響公路隧道應急能力的5個因素中，應急處置能力所占權重最大，為0.490；其次為資源保障能力，權重為0.229；影響最小的為應急恢復能力，權重僅占0.044。這說明公路隧道應急能力重在應急處置和資源保障，隧道運營單位應制定科學合理的應急處置措施和應急資源保障制度，確保隧道發(fā)生突發(fā)事件時能夠及時有效地開展應急救援工作。

2.2.2B-C層判斷矩陣

B-C層各指標權重計算結果如表4～8所示。表4中，λmax=5.033 1，CI=0.008 3，RI=1.12，CR=0.007 4；表5中，λmax=5.068 1，CI=0.017 0，RI=1.12，CR=0.015 2；表6中，λmax=5.036 4，CI=0.009 1，RI=1.12，CR=0.008 1；表7中，λmax=6.167 8，CI=0.033 6，RI=1.24，CR=0.027 1；表8中，λmax=4.051 1，CI=0.017 0，RI=0.90，CR=0.018 9。以上均通過一致性檢驗。

表4 B-C層指標權重計算(安全管理能力)B1C1C2C3C4C5WC112121310.136C21/2113141/20.079C32311/220.244C4342130.403C512121310.136

表5 B-C層指標權重計算(風險預警能力)B2C6C7C8C9C10WC61231/240.262C71/2121/330.160C8131211/420.097C9234150.418C101413121510.061

表6 B-C層指標權重計算(資源保障能力)B3C11C12C13C14C15WC111112141/30.087C121112141/30.087C1322113120.152C14443120.414C153321/210.257

表7 B-C層指標權重計算(應急處置能力)B4C16C17C18C19C20C21WC16113132350.148C173114570.329C183114570.329C1912141/41240.096C2013151512130.063C21151717141/310.032

表8 B-C層指標權重計算(應急恢復能力)B5C22C23C24C25WC2212350.472C231/21240.284C241312130.169C2515141/310.072

從表4～8可以看出，在安全管理能力方面，應急演練所占權重最大，為0.403，這說明應急演練的重要性很大，公路隧道運營單位應該每年定期組織隧道綜合或專項演練，提高應急處置能力。在風險預警能力方面，預警信息的收集與分析權重占比最大，為0.418；其次為監(jiān)測設備建設，權重占比為0.262。因此，隧道運營單位應當注重預警監(jiān)測設備的設置，以及預警信息的收集與分析，做到早發(fā)現(xiàn)、早預防、早報告、早處置。在資源保障能力方面，應急隊伍建設權重占比最大，為0.414，這是因為科學、高效的應急救援隊伍是保障隧道應急工作開展的基礎。在應急處置能力方面，應急指揮調度和應急資源統(tǒng)籌權重占比最大，均為0.329，因此，運營單位應當建立科學合理的應急指揮體系和應急資源調配制度，并進行應急演練，不斷提高應急救援能力。在應急恢復能力方面，恢復重建能力權重占比最大，為0.472，這說明在應急處置結束后，第一要務是恢復重建。

2.3 合成權重總排序

基于一級指標和二級指標的權重值，得出二級指標的合成權重值并進行總排序，總排序是指二級指標所有元素對于公路隧道應急能力總目標層(A)的相對重要度。合成權重是由各二級指標的權重(C)與二級指標對應的一級指標權重(B)共同決定的，合成權重值=二級指標的權重(C)×一級指標權重(B)。公路隧道應急能力合成權重及層次總排序計算結果如圖2所示。

圖2 公路隧道應急能力評價二級指標合成權重及排序

從二級指標合成權重統(tǒng)計結果來看，應急指揮調度和應急資源統(tǒng)籌的排序均居于第1位，為0.161。因此，在公路隧道突發(fā)事件應急救援處理過程中，應當注重建立相應的應急指揮調度體系和應急資源統(tǒng)籌制度。在二級指標合成權重中位于第3位的是應急隊伍建設，應急隊伍是突發(fā)事件中的主要救援力量，因此，應不斷提升應急隊伍的技術能力以及裝備的更新?lián)Q代速度。

3 實例應用分析

為驗證模型的實用性和科學性，以湖南省某公路隧道為例，通過實地調研、現(xiàn)場訪談、查閱資料等方式組織了7位專家對該公路的應急能力進行了評價分析。

3.1 評判等級的確定

根據(jù)有關文獻資料[11-12]以及專家會商結果，將公路隧道的應急能力分為5個等級，即很強、較強、一般、較弱、很弱，各等級對應分值如表9所示。

表9 公路隧道應急能力評價等級評價等級很強較強一般較弱很弱評價分數(shù)/分90～10080～8970～7960～690～59

3.2 應急能力評價分析

以湖南省某公路隧道為例，組織了7位專家對該公路隧道的25個應急能力二級指標進行打分(每個二級指標滿分為100分)，打分結果如表10所示。

表10 湖南省某公路隧道應急能力專家打分結果二級指標專家1專家2專家3專家4專家5專家6專家7C191878590888384C288848089779089C390918488877882C485818084817883C585868187747580C665636767666162C766646166656265C870697574706872C964656168636465C1071727474746976C1175777075787069C1284818886767280C1380758180747073C1463646267706064C1578807781697275C1676717780777075C1777746981816565C1875767882747270C1962606066656265C2071716974706868C2173747675787571C2272767475807570C2376747377746870C2476757177767670C2578807678847073

對表10的專家打分結果進行匯總整理，依據(jù)表9應急能力評價等級劃分標準，可以得到該公路隧道應急能力評價等級為“一般”(見表11)。

通過對7位專家的打分結果進行分析可以發(fā)現(xiàn)，該隧道安全管理能力方面評分較高，這表明該隧道安全管理部門在制度、培訓、演練、應急預案的制定等方面做得較好；在風險預警能力方面，監(jiān)測設備建設、風險識別能力、預警信息收集與分析等方面評分較低，這說明該隧道在預警、風險識別

表11 湖南省某公路隧道應急能力評價等級二級指標得分平均分評價等級專家173.8專家272.8專家372.1專家477.272.6一般專家574專家668.4專家769.8

方面存在薄弱環(huán)節(jié)，急需加強改進；在資源保障能力、應急處置能力以及應急恢復能力方面，專家評分絕大多數(shù)在70～80分，處于“一般”水平，還有進一步加強的空間；其中，在應急處置能力方面，消防設施設備有效性評分較低，平均分為62.9分，這主要是因為該隧道建設較早，現(xiàn)有消防設施設備陳舊落后，加上平時維護保養(yǎng)做得不到位，導致消防系統(tǒng)可靠性不足。

4 結論

本文針對公路隧道應急能力評價，運用層次分析法(AHP)對影響公路隧道應急能力的關鍵因素進行了分析研究，可以得出如下結論：

1)建立了公路隧道應急能力評價的層次結構模型，確定了公路隧道應急能力評價指標體系，構建了判斷矩陣，且判斷矩陣均通過了一致性檢驗，說明該模型在一定程度上具有可操作性和適用性。

2)影響公路隧道應急能力5個因素的相對重要性排序依次為：應急處置能力(0.490)>資源保障能力(0.229)>風險預警能力(0.144)>安全管理能力(0.091)>應急恢復能力(0.044)。從中可以看出，應急處置能力和資源保障能力對公路隧道應急能力的評價有著極為重要的意義，因此，在日常安全管理中，應重點加強應急處置能力建設和應急資源保障工作。

3)對影響公路隧道應急能力的二級指標合成權重進行排序，結果發(fā)現(xiàn)，應急指揮調度和應急資源統(tǒng)籌的影響是首位的，其次是應急隊伍建設。這為如何提高公路隧道應急能力建設水平劃出了重點，也為公路隧道安全對策的制定提供了科學的依據(jù)。

4)以湖南省某公路隧道為研究對象，對公路隧道應急能力評價模型進行了實例分析，結果表明，該公路隧道的應急能力評價等級為“一般”，與實際相符。該公路隧道在安全管理能力方面表現(xiàn)較好，在預警、風險識別、消防設施設備等方面急需提高改進，以滿足該公路隧道應急能力現(xiàn)實需要。