基于孕灾环境的沿海城市安全生产风险评价指标体系研究

杜 静，张礼敬，陶 刚

(南京工业大学 安全科学与工程学院，江苏 南京 210009)

0 引言

随着中国工业的迅速发展，城市化凸显，主要产业结构由第一产业向第二产业转变，人口迁移，造成了城市人口、经济和资源高度集中。人类生产经营活动逐渐扩大而事故频繁发生，如“8·2昆山工厂爆炸事故”、“8·12天津滨海新区爆炸事故”等，这恰恰与我国工业化、城市化进程不断加快紧密相关。沿海城市作为我国经济发展的先驱力量，其本身较内陆城市受自然灾害影响较大。近年来工业的迅速崛起及城市的扩张，更是使城市暴露于复杂的灾害系统之下，这加剧了沿海城市面临灾害的风险。

国外关于城市安全评价的研究，兴盛于20世纪末十年至21世纪最初五年，该时期恰恰是全球风险与危机事件发生最为频繁的时段，相关研究主要从城市防灾减灾着手，注重城市危机管理，形成了比较完整的研究体系[1]。如联合国发展计划署与联合国环境规划署合作开展了“灾害风险指标(DRI)”计划[2]、美国哥伦比亚大学和Pro Vention联盟共同完成了“自然灾害热点(Hotspots)计划”[3]，这些研究首次展示了全球灾害风险的样貌，为城市灾害风险研究提供了思路。2005年国立哥伦比亚大学与美洲开发银行合作的“美洲计划(Americas)”[4]中，对次国家级的省、城市进行了灾害风险的案例研究；美国联邦应急管理局对美国各级别行政区，分别进行飓风、地震和洪水灾害的单一灾种评估，进而得到综合评估结果[5]。

国内城市安全评价研究主要着重于自然灾害、公共安全、火灾、技术事故、生态安全、应急能力等方面，在评价方法上，大多是基于致灾因子的危险性及受灾体的脆弱性进行评价，定性研究占主导地位，定量评价研究不多[6]，如史培军等依据灾害系统理论，构建了城市脆弱性评价体系，划分了中国城市自然灾害风险等级[7]；翁韬提出了安全等级“层级叠加”原理，研究了城市区域性重大事故风险评价技术，划分了城市区域社会风险等级[8]；许佳华等以大连市为例，建立城市区域火灾风险评估方法体系，并划分城市区域火灾风险等级[9]；方曼等通过对城市与安全生产的理解，构建了城市安全生产风险体系框架，对北京市安全生产趋势进行了初步预测[10]。

由于城市风险因素涉及较广，目前的大多数城市灾害研究着重于自然灾害及公共安全，着重于灾害理论中的致灾因子及承灾体的作用，将风险要素综合，得到综合致灾因子危险性和承灾体脆弱性，评估最终风险等级或指数[11-12]。随着人类生活水平、生产技术的提高，安全生产事故较自然灾害更加频繁，沿海城市由于其自然特性及工业迅速崛起的现状，更是首当其冲。以往年事故发生频率及后果作为致灾因子危险性的城市安全评价，并不能很好地反映城市潜在的风险，因此根据安全生产事故的特点，将孕灾环境理论拓展到安全生产事故，研究沿海城市安全生产事故孕灾环境，梳理沿海城市安全生产事故孕灾环境因素，将孕灾环境分为自然、人类和技术3大类，建立沿海城市安全生产事故孕灾环境风险评价指标体系，并以某城市为例，进行实际探讨。

1 孕灾环境论

目前，对于灾害理论的研究可分为致灾因子论、承灾体论、孕灾环境论及区域灾害系统理论。根据区域灾害系统理论，事故是区域内致灾体、受灾体、孕灾环境间相互作用的产物，即事故是由不确定因素导致孕灾环境变化，形成致灾体，进而作用在受灾体上的产物。孕灾环境论主要从区域环境的变化来研究灾害的形成，对于区域内存在多种灾害时，孕灾环境的研究更能体现区域内各因子相互作用的致灾机制。史培军在自然灾害理论中，将孕灾环境分为自然和人为2类，从广义上来说，自然环境分为：大气圈、水圈、岩石圈、生物圈等；人为环境则分为：技术圈和人类圈。本文将自然灾害的孕灾环境理论拓展至生产安全事故孕灾环境，二者有一定的交叉。对于自然灾害，其孕灾环境主要受大气、水、岩石、生物圈等自然环境的影响，人为环境为辅，如泥石流的发生是由于水圈、岩石圈的不稳定性导致的；而对于生产安全事故，其孕灾环境主要受技术发展及人类活动等人为环境的影响，自然环境中的自然灾害本身为生产安全事故的孕灾环境，如作业场所未安装避雷针情况下，由于雷击导致的火灾事故，其孕灾环境为自然环境与人类圈的生产经营活动，根本原因为人类预防措施不到位，为生产安全事故。

孕灾环境探讨的是城市生产经营活动中面对的危险因素，不同于通过事故后果与频率因素的城市安全评价，已发生的事故及造成的后果不能代表城市当时所面临的风险状况。孕灾环境主要探讨未发生事故前的风险因素，体现的是城市生产经营活动中潜在的风险分布，为政府安全监管提供依据。

2 沿海城市孕灾环境特征及风险因子分析

2.1 沿海城市孕灾环境特征

1)人口密集、经济中心

沿海城市是人口聚集、国民经济、社会发展重要区域和战略中心。

2)自然灾害发生频率高

沿海城市多发、易发的自然灾害主要有台风、风暴潮、地震、海啸等，这些灾害往往作用区域广、后果严重，厂房毁坏、危化品泄漏、交通中断、掀翻渔船等严重阻碍沿海城市安全生产发展进程。高频率、高强度的自然灾害以及工业化的快速发展，是沿海城市的重要特征之一。

3)化工、重工业发展迅速

近年来，由于沿海城市的地理优势，其临港重工业、化工业的发展尤为迅速，化工及工业园区的快速崛起，在带来经济效益的同时，也加剧了沿海城市面临的风险。

4)海洋资源丰富、发展特色海洋渔业

沿海城市的海洋资源丰富，海洋渔业的发展也是其特色之一，渔船若遇海上大风、恶浪等恶劣海况，极易造成船毁人亡，而航道堵塞发生的碰撞事故，也严重影响正常生产进程。

2.2 沿海城市孕灾环境因子分析

目前，我国最为突出的城市灾害是地震、道路交通事故、化学事故、次生化学灾害等，分别涉及到岩石圈、技术圈、人类圈。特别说明的是，在生产经营过程中，由于受到自然灾害的影响，人类预防措施不到位或失误，进而造成的人员伤亡或财产损失属于安全生产事故。故将安全生产事故孕灾环境影响因子分为自然因素、人类因素、技术因素。沿海城市安全生产事故孕灾环境影响因素如图1所示。

图1 沿海城市安全生产事故孕灾环境影响因素Fig.1 The impact factors of disaster-pregnant environment in coastal city

1)自然因素：沿海城市是自然灾害易发、频发地区，自然灾害往往不可控或未加控制，沿海城市面临的主要自然环境因素有大气圈、水圈、岩石圈等。其主要灾害威胁包括水圈与岩石圈作用下的洪水、海啸；水圈与大气圈作用下的台风风暴潮、暴雨、雷暴、大雾；岩石圈作用下的地震、泥石流等。

2)人类因素：城市是由多个系统组成的整体，其基本特征是人口、建筑物、物质和精神财富高度集中。人是城市的主体，人类在生产经营活动中创造价值、追求经济效益的同时，也为自身所处环境带来了威胁。据调查，约70%的事故是由于人为管理不当或操作失误造成的。人类圈因素包括人口变化与文化发展程度等。

3)技术因素：科学技术发展在给城市带来巨大经济利益的同时，也带来了不容小觑的风险。技术圈孕灾环境与生产系统息息相关，包括工矿商贸、交通系统、城市生命线、人员聚集场所等。如化工业在为城市创造价值的同时，也可能出现泄漏，进而导致火灾爆炸或环境污染的风险；城市道路的开发及汽车业的发展，使道路交通事故频发；大型商业中心的开发，形成了高密度人流，增加相关事故失控的风险；城市燃气管道屡屡出现泄漏爆炸事故；随着城市规划不断扩大，建设施工数量增加，建筑行业伤亡事故屡有发生。这些技术风险的种类复杂且客观存在，具有隐蔽性强、潜伏期较长等特点。不同于自然灾害，技术事故是由人类活动造成的，亦可以由人类主观能动性来限制风险的大小。但是，随着人类追求现代文明的步伐，新的技术风险必然会出现，如何预防技术事故带来的灾难是当今社会面临的难题之一。

3 评价指标体系及评价模型建立

3.1 因子层和方案层的初步确定

城市安全生产事故孕灾环境指标体系的构建，遵循系统性、科学性、可操作性等原则，减少主观任意性，采用理论分析与专家咨询相结合的方法，初步构建沿海城市孕灾环境指标体系，如表1所示。该指标体系由目标层、因子层、子因子层、指标层等4个层次组成，初步选取了3个因子层、12个子因子层及29个指标来评价城市安全生产风险现状，较全面地考虑了风险评价的各个要素和环节。

表1 沿海城市孕灾环境指标体系

3.2 相关性分析筛选指标

为了建立合理的评价指标体系，通过相关性分析计算2个指标间的相关系数，删除相关系数大的评价指标，进而消除评价指标所反映的信息重复对评价结果的影响。相关性分析步骤如下：

3.2.1 筛选前的标准化处理

利用式(1)和式(2)将原始数值进行极值标准化处理。

(1)

(2)

3.2.2 2指标间的相关性系数计算

根据相关性系数计算公式，如式 (3)所示。

(3)

式中：rij代表第i个指标与第j个指标的相关性系数，xki为第k个评价对象第i个指标标准化后的值，xl为第i个指标的平均值。

3.3 模型建立

3.3.1 层次分析法确定各指标权重

分别将各层次因素两两比较，构造判断矩阵，如表2所示，A为B上一层次因素，此矩阵表明BN与上一层次的Ak有关。向有关专家咨询打分，不同的重要度赋予不同分值，根据T.L.Saaty的1-9标度法进行打分，如表3所示，最终得到判断矩阵，计算其矩阵特征根及正规化特征向量，最后通过一致性检验，即该层次指标的权重值W。

表2 判断矩阵的形式

表3 T.L.Saaty的1-9标度法

3.3.2 指标数据标准化

由于指标数据性质与量级的不同，同上述相关性分析，利用式(1)和(2)将原始数值进行极值标准化处理。

3.3.3 综合风险计算

再使用式(4)进行综合风险计算。

(4)

4 实例分析

选取位于江苏省东南部、长江三角洲北翼、濒临南黄海的某县为例，该县是全国首批沿海开放县市之一，跻身全国百强县行列。改革开放以后，得益于地理区位优势与政策红利，工业经济迅速起步，形成了以纺织服装、劳保手套、石油机械、化工医药等为代表的传统支柱产业。在迈入21世纪后，该县转向沿海开发，兴起数个工业园区，大力发展新材料、新能源、港口物流等产业。

4.1 数据来源

本次评价选取2014年该县各镇区相关数据，数据来自实地调研、年鉴、统计年鉴、人民政府网站。

4.2 指标筛选

4.2.1 指标数据标准化

根据所列指标类型，将正向指标带入式(1)，逆向指标带入式(2)，得标准化处理后的值，如表4所示。

4.2.2 相关性分析指标筛选

将表4标准化结果栏中数据，按因子层关系，两两带入式(3)，计算结果反映了2个指标间的相关关系，相关系数越大，说明2个指标间的相关程度越高，其信息重复率越大，根据经验，对于相关系数绝对值大于0.9[13]，即可认为2个指标信息重复，可以删除其中1个指标，保证筛选出的指标体系反映信息不重复。

结果表明：子因子层-工矿商贸中，重大危险源(D1)与危化企业(D3)相关性系数为0.99；子因子层-交通系统中，航道密度(D12)与危货运输船舶拥有量(D14)相关性系数为0.92；其他指标相关性系数均低于0.9，说明D1，D3指标信息重复，D12，D14指标信息重复，所以剔除指标D1和D14两个指标，获得27个指标。

4.3 安全生产风险评估

通过发送问卷向有关专家咨询打分，计算其矩阵特征根及正规化特征向量，最后通过一致性检验，即该层次指标的权重值(见表1)，将标准化后的标准值与权重值代入式(4)，即可得到城市安全生产风险评估结果，评估结果如表5所示。

表4 评价指标部分原始数据及其标准化结果

表5 风险评价结果

根据风险评价结果制作安全生产风险图，如图2所示，将安全生产风险分为10 个等级(风险评价指数 0～1 之间，每隔 0.1 为1个风险等级)。等级最高的是镇区13，为七级风险区；其次是镇区1，为六级风险区；镇区3、镇区4为五级风险区；镇区2、镇区7、镇区8、镇区9、镇区11、镇区14为四级风险区；镇区12、镇区10、镇区6、镇区5等级最低，为三级风险区。

从图2 可以看出：该县风险等级总体处于中等到中下段，指数相差有些差距，等级最高的镇区13因具有集中性化工园区及旅游度假区且交通较为发达，经济发展迅速，技术风险占据相当高的比例；其次为中心城区，即镇区1；风险分布从中心城区向外呈辐射递减趋势，这主要是因为作为发展中城市，中心城区人口密度大、工商贸企业集中、人员密集场所多、交通道路及各种管线密集，又因该县发展港口经济，且沿海地区较之内陆受自然灾害影响较大，使得沿海地区风险高于内陆地区风险。

图2 安全生产风险分布Fig.2 The risk distribution map of disaster-pregnant environment

5 结论

1)构建基于孕灾环境理论的安全生产事故风险评价体系，包括技术因素、人类因素、自然因素在内的27个评价指标，反映了沿海城市在工业高速发展中所面临的风险现状。

2)以江苏省东南部某沿海县为例进行实例分析，结果表明该县各区域安全生产风险等级总体处于中等到中下段，镇区13风险等级最高；其次为中心城区，即镇区1；整体风险分布从中心城区向外呈辐射递减趋势。

3)基于孕灾环境的沿海城市安全生产事故风险评价指标体系，对于沿海城市安全生产事故风险评价具有一定的参考价值，且更能反映出城市工业化进程中所面临的安全现状及潜在危险性。

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