基于GIS的化工区火灾风险评估研究

闫凤英， 何泽南， 张　琦

(1. 天津大学建筑学院， 天津 300072； 2. 天津大学建筑工程学院， 天津 300072)



基于GIS的化工区火灾风险评估研究

闫凤英1， 何泽南2， 张琦2

(1. 天津大学建筑学院， 天津 300072； 2. 天津大学建筑工程学院， 天津 300072)

大型化工园区聚集着各类化工企业，重大危险源数量多，一旦发生火灾事故，易导致重大的人员伤亡和财产损失。为了提高化工园区的消防安全水平，必须准确地把握化工园区内部的火灾风险整体水平，从而为消防站的合理布局提供依据。文章以天津市滨海新区某化工区为研究对象，分析了该化工区内的主要危险源，并结合其火灾风险特点和现有数据条件，建立了火灾风险评估指标体系，用层次分析法(AHP)确定各指标的权重，通过地理信息系统(GIS)数据管理和叠加分析能力，得出该化工区的整体火灾风险水平。

化工区； 火灾风险评估； GIS； 层次分析法

石化产业在我国社会经济产业中具有重要战略地位，它推动着整个国民经济的增长与产业结构的优化调整，与整个社会和国民经济的快速发展有着十分密切的关系。随着我国社会经济的飞速发展和产业结构的优化调整，石油化工产品的需求量也急剧增加，全国各地纷纷投资大型化工园区项目，具有产业集聚特点的大型石油化工产业园区不断涌现。据不完全统计，截至2006年底，我国省级以上人民政府批准建设的化工园区多达60多家[1-2]，还有一些化工园区项目待批待建。

国家环保总局于2006年对全国7 555个石油化工项目的环境风险进行大排查，其结果显示，约45%为重大危险源，有81%的化工项目分布在人口密度、江河水域等环境敏感地区，存在着巨大的安全隐患[3]。我国化工事故频发，由于缺乏科学有效的消防规划，老化工区的安全问题一直没有得到有效解决，大量新建的化工区又带来了新的风险和挑战[4-5]。为了提高化工园区的消防安全水平，必须在宏观上准确把握化工区内各区域的整体火灾风险水平，从而制定科学合理的消防规划。为此国内外专家学者开展了基于GIS的区域火灾风险评估以及消防规划的研究[6-8]。因此，研究化工区的火灾风险大小，对大型化工园区进行火灾风险评估，具有重要的学术价值和社会价值。

一、 天津滨海新区某化工区概况

在天津滨海新区八大主导产业中，石油化工占全市石化总产值的60%以上，占新区工业总产值比重近30%。天津滨海新区九个功能区中的化工区规划面积200平方公里，其中陆域面积162平方公里，海域面积38平方公里。

规划化工区建有储存量达48万立方米的储油罐区，同时，建设有一座库容达300万立方米的国家战略原油储备基地。化工区划分为仓储物流组团(面积约18平方公里)、基础炼化组团(面积约22.5平方公里)、精细化工组团(面积约16平方公里)、石化弹性组团(面积约28平方公里)四个组团，其主要项目布局如图1所示。根据《石油化工企业设计防火规范》(GB50160-2008)及《建筑设计防火规范》(GB50016-2006)火灾危险性分类标准，针对工业区入驻企业的性质(使用原料或产品的特点)，分析得出现落地化工项目的火灾风险性类别，详见表1。

表1　天津滨海新区某化工区化工项目火灾风险性

二、 化工区评价指标体系的构建

1． 化工区火灾风险的内涵

火灾风险评估的首要问题是确定火灾风险的定义或内涵。由于研究者学术背景和关注角度不同，人们对火灾风险的定义也不尽相同。火灾风险最通用的定义是[9]：火灾风险为潜在火灾事故发生的可能条件以及火灾发生后可能导致的后果。火灾风险可能造成损失，在风险管理理论上，一般将风险定义为可能造成损失的危害。

迄今为止，火灾风险定义也没有一个统一的表达式，在综合比较各种火灾风险定义、分析典型化工区各类场所火灾案例以及化工区火灾事故特点的基础上，本文认为化工区火灾风险内涵包括火灾危险性、火灾易损性和消防抗灾性三方面的内容，这也决定了在设计区域火灾风险评估指标体系时必须从以上三个方面进行分析考虑。

火灾危险性指研究区域内发生火灾事故的可能性，通过对典型火灾案例按发生场所的不同进行分析，本指标体系拟从化工区火灾危险源在空间上的分布情况来综合考虑火灾危险指数。

区域易损性指研究区域内一旦发生火灾可能造成的损失和危害程度，通过对化工区火灾事故特点总结分析，拟通过火灾统计年鉴相关统计指标来描述区域易损性。

消防抗灾性指研究区域对火灾事故造成损失的抵抗能力，抗灾能力的大小与研究区域的消防抗灾硬件设施、应急救援能力和工作人员的消防意识等因素密切相关。

2． 指标的选取

根据上述的火灾风险内涵分析，本文从火灾危险性、火灾易损性和消防抗灾性三个系统层建立评估指标体系进行火灾风险评估，见表2。

表2　火灾风险内涵及其评价指标和描述

3． 评价标准

所选9个评价指标中既有定量也有定性指标，评价时需要将所有单因子统一到一个量化的指标体系中。结合相关消防规范，按评价指标适宜性进行分级，对各评价指标进行危险级别的量化分级[10-11]，由1到5表示危险级别的升高。单因子评价标准的分级标准见表3。

表3　评价因子量化表

三、 基于GIS的数据分析方法和火灾风险评价结果

1． 指标权重的确定

由于各个因子对于火灾危险性的影响程度不同，要对火灾危险性进行定量的综合评价，除了要选择正确的评价指标外，还必须要确定各个指标在整个评价指标体系中的相对重要性，即各指标的权重。确定权重的方法有很多，主要有经验判断法(如专家咨询法、经验权数法等)和数学方法(主成分分析法、层次分析法和逐步回归法等)[11-12]，本文采用层次分析法(AHP)确定各指标的权重，其结果如表4所示。

表4　火灾风险评价指标权重

2． 基于GIS的分析方法及评价模型

火灾风险评估采用加权叠加法，在单因子指标评价结果的基础上，分别制定各指标的评价标准，在GIS中进行栅格叠加分析计算，分析方法见图2。其评价模型为

(1)

式中：Ei为第i区域的综合评分值；Pij为第i个评价目标第j个评价因子评价值(由表3中获得)，Wij为Pij的权重值(由表4获得)。

3． 基于GIS的火灾风险评价结果

根据化工区规划图以及一些社会经济资料，按照火灾风险评估的方法，利用GIS的数据管理功能和分析依据，得出滨海新区某化工区火灾风险评估结果如图3所示。将评价结果进行自然裂点法分为五个级别：极低风险，轻度风险，中度风险，重度风险，极度风险。根据属性表的统计，各级区域所占比例及面积如图3所示。

根据计算结果显示，重度风险区面积为33.57 km2，占滨海新区某化工区总面积的51.46%；极度风险区面积为5.32 km2，占总面积的8.16%，重度及极度风险区域总面积将近占总面积的60%，说明滨海新区某化工区大部分区域的火灾风险水平都很高，其主要原因是：滨海新区某化工区中化工企业的项目危险类别多为甲、乙类火灾危险源，而重度及极度火灾风险区域的火灾危险源为甲类，高密度的集输管道和大型储罐也增加了其火灾危险性；在集聚着高危险性的火灾危险源的同时，滨海新区某化工区的火灾易损性指标在投资强度方面也比普通城市区域大得多(区域内项目投资强度绝大多数均在2 000万元/公顷以上)，发生火灾可能造成的经济损失也大得多。而极度风险区的化工项目比重度风险区的投资强度更大，分布有投资强度高达4 500万元/公顷的食品添加剂项目，一旦发生火灾，将造成不可估量的损失。

中等风险区域面积为9.32 km2，占总面积的14.29%，主要分布在石化弹性组团、仓储物流组团的未开发部分区域，以及公用工程中心的海水淡化厂和污水处理厂，这些区域的化工企业项目危险类别主要为乙类，相对于重度及极度火灾风险区域的火灾危险性要小，其火灾风险等级相对要低。

与通常的城市特征相仿的区域是管理服务中心和公用工程中心，主要包括行政办公用地和市政供应设施用地，其火灾危险性小，且由于在管理服务中心布置有消防队，其消防抗灾能力强，其火灾风险性也低，为轻度火灾风险区，面积为4.85 km2，占总面积的7.43%。极低火灾风险区全部分布在绿地上，公共绿地上没有火灾危险源，发生火灾也不会造成大的火灾损失，因此，火灾风险极低。

三、 结　语

本文在对滨海新区某化工区火灾风险的各种影响因素进行深入分析的基础上，定义了区域火灾风险的基本概念，建立了适合滨海新区某化工区火灾风险评估特点的风险评估模型，应用GIS的数据管理和空间分析功能，得出了滨海新区某化工区火灾风险评估图。

分析出滨海新区某化工区火灾风险的两个显著特征：火灾危险源多，发生火灾可能造成的损失大。在得出火灾风险整体评估结果的基础上，有必要针对火灾危险源多的特点，对各个具体化工企业的项目性质和特征，进一步研究化工区火灾危险的主要影响因素，在化工生产的各个环节制定出相应的安全生产措施，积极采用新装备、新技术和新方法，从根本上杜绝消防安全隐患，最大限度地减少火灾事故发生的机率，以确保化工企业的安全生产。

[1]顾宗勤.我国化工园区的建设和发展[J].国际石油经济，2004，12(6)：52-55.

[2]刘芳.浅谈化工园区安全生产[J]. 精细化工原料及中间体，2007，37(6)：18-20.

[3]环保总局.环保总局公布全国化工石化建设项目环境风险排查结果[J].环境保护，2006，35(14)：36.

[4]刘义祥.火灾调查[M].北京：机械工业出版社，2012.

[5]公安部消防局.中国火灾统计年鉴:2004[M].北京：中国人事出版社，2004.

[6]马春红.基于GIS的城市区域火灾风险评估的研究及应用[D].昆明:昆明理工大学国土资源工程学院，2010.

[7]任常兴，李晋，王婕.大型油罐区火灾风险严重度指数评价[J].消防科学与技术，2012，9(9)：984-990.

[8]王洪德，丛波.化工园区安全风险评价理论及技术研究[M].北京：中国石化出版社，2012.

[9]李存建.风险评估理论与实践[M].北京：中国商务出版社，2012.

[10] 刘诗飞，姜威.重大危险源辨识与控制[M].北京：冶金工业出版社，2012.

[11] 何天平，程凌.层次分析法在化工园区安全评价中的应用[J].中国安全生产科学技术，2008，4(4)：81-84.

[12] 张炳江.层次分析法及其应用案例[M].北京：电子工业出版社，2014.

Study on Fire Risk Assessment for Chemical Industry Park Based on GIS

Yan Fengying1， He Zenan2， Zhang Qi2

(1. School of Architecture， Tianjin University, Tianjin 300072， China;2. School of Civil Engineering， Tianjin University, Tianjin 300072， China)

Chemical Industry Park (CIP) gathers many kinds of chemical companies, materials with fire hazard, which will easily lead to serious casualties and property losses once the fire accident happen. In order to improve the level of fire safety in the chemical park, the rational distribution of fire stations has to be made based on good understanding of fire risk level in different areas as a whole. In this thesis, Tianjin Binhai New Area Chemical Industry Park is chosen as a subject of the study. The index system of fire risk assessment is established by analyzing the fire risk features, current data and main hazards of this CIP. Meanwhile, analytical hierarchy process(AHP) is also applied to determine the weight of each index. Finally, with the help of data management and overlay analysis abilities of GIS, the overall fire risk level of this CIP is obtained.

chemical industry park; fire risk assessment; GIS; analytical hierarchy process

2016-03-06.

国家自然科学基金资助项目(51438009)；天津市自然科学基金资助项目(13JCYBJC19700).

闫凤英(1967—)，女，博士，教授.

闫凤英，Fengying@tju.edu.cn.

TU948

A

1008-4339(2016)05-418-06