基于三维风险矩阵的防灾避难场所安全性研究*

马晨晨 王 威，2 苏经宇，2

1.北京工业大学 抗震减灾研究所 2.北京工业大学 建筑与城市规划学院

防灾避难场所是用于因灾害产生的避难人员生活保障及集中救援的避难场地及避难建筑，安全性是场所建设的最重要因素[1]。目前我国避难场所的规划选址与布局主要依赖于规划者专业知识与经验，有些避难场所本身就存在一定的安全问题。这些避难场所不仅在灾时发挥不了场所的避难功能，还有可能造成人员的伤亡。如1923年的日本关东大地震，地震引发的火灾造成了大量的人员伤亡，仅在棉服遗址广场上避难的市民就死亡了3万多人[2]。再如我国2008年的汶川地震，地震引发了多处泥石流，枫香树村多处避难场所被淹没，造成了大量的人员伤亡[3]。在1999年的台湾集集地震中，多处避难场所因为地震的破坏无法发挥应有的避难功能[4]。因此，在规划前期，对避难场所进行安全性评价十分必要。

1 基础研究

1.1 风险三维理论

风险是指可能发生的危险，传统的风险矩阵常用可能性P和严重性L来表示[5]。防灾避难场所在不同时间、不同环境发生事故而导致的后果严重程度不同。因此，基于原始安全风险的概念加入敏感性因素，从可能性、严重性、敏感性3个维度进行防灾避难场所风险分析。即：

式中，

R—风险，是事故发生可能性、严重性和敏感性的函数；

P—可能性，代表导致事故发生的概率，P值越大，事故越容易发生；

L—严重性，指事故发生所导致后果的严重程度，事故越严重，可能造成的损失越大；

S—敏感性，指导致事故发生的时间或空间敏感程度，外界条件越敏感，导致的后果越严重。

1.2 定性分级模型

防灾避难场所风险分级模型的设计以风险函数的二维要素——事故发生的可能性（以A，B，C，D依次表示严重程度）与严重性（以a，b，c，d依次表示可能性大小）为基础，加入敏感性（以1，2，3，4依次表示敏感程度）因素，形成3个维度的安全风险分级模型，如下图。依据最低合理可行（as low as reasonably practicable, ALARP）原则，将风险分为4个等级，图中从上到下依次为不可接受区域、两个ALARP区域及可接受区域，形成的风险组合表，如表1。

图 风险评价定性分级三维模型整体与分级图

表1 防灾避难场所风险评价定性分级三维模型要素风险组合表

1.3 定量分级模型

防灾避难场所风险评价定量分级模型，如式（2）所示：

式中，

R—事故隐患风险值；

P、L、S—可能性、严重性、敏感性影响因素；

n、m、l—可能性、严重性、敏感性评价指标个数；

di，dj，dk—第i、j、k个指标实现得分；

wi，wj，wk—第i、j、k个指标相对于1级指标的权重。

2 防灾避难场所风险分级模型

2.1 防灾避难场所风险评价指标体系

依据SMART（specific，measurable，attainable，realistic，time-based）原则[6]，通过多次德尔菲法及专家会议法进行指标筛选，最终确定风险评价指标体系。

2.1.1 可能性影响因素指标

（1）建筑物质量（P1）。低质量的建筑物在地震来临时可能发生管道破裂或者倒塌等情况，引发火灾或掩埋群众。目前许多学者从建筑的结构、使用年限、使用用途、地震区烈度方面判断建筑质量[7]，本文通过计算场所低质量建筑物面积占场所面积比例，划分风险等级。

（2）危险源（P2）。防灾避难场所中若存在危险源，则会增大场所的安全隐患。如场所中存在高压走廊等高压设施，灾后有可能发生高压线坠落、高压设施倒塌，引发火灾或人员伤亡。

（3）距重大危险源距离（P3）。若重大危险源距离防灾避难场所过近，则灾后发生二次火灾的可能性越大，为了避免引起次生火灾，防灾避难场所应远离化学药品及易燃易爆危险物品储藏区。

（4）地质条件（P4）。防灾避难场所应避开地震断裂带、砂土液化区以及可能发生地质灾害的区域。调查场所周边地质条件，排除可能发生泥石流灾害的3个条件。

（5）地形条件（P5）。地质灾害主要发生在坡度为20°～50°的区域，峰值为30°～40°。因此，为了场所安全考虑，建议场所内地形坡度应低于20°。

2.1.2 严重性影响因素指标

（1）避难容量（L1）。人口容量越大的场所发生事故后造成的人员伤亡可能越多，产生的后果也越严重。根据不同等级场所责任区范围的控制指标，将避难容量划分为四个等级。

（2）建筑高度（L2）。较高的建筑物倒塌后影响范围较大，影响应急通道的有效宽度和避难场所的有效避难面积，其导致死亡的风险也会升高。Armenian在1997[8]年研究了关于亚美尼亚地震伤亡情况，研究显示，9层以上的建筑物比9层以下建筑物导致死亡的风险大的多。

（3）基础设施（L3）。防灾避难场所的基础设施包括消防设施、供水设施、供电设施等。避难场所基础设施应达到相应的抗震等级，若原有的基础设施等级较高，说明场所安全性较高。

（4）植物防护度（L4）。植物的有效防护主要体现在场所周边植物对火灾的隔离方面，合理的种植方式可以降低灾害的破坏程度。植物的防护程度主要从树种的防火能力、种植规模和配置方式进行体现[9]。

（5）道路宽度（L5）。灾后应保证周边的救援力量和救灾资源快速到达场所，因此对道路宽度应有相应要求。救灾主干道是救灾的生命线，其有效宽度不应小于15m，疏散主干道不应小于7m，疏散次干道不应小于4m。

（6）距服务设施距离（L6）。避难场所距服务设施较近方便获取救灾资源，提高救灾效率。主要包括距医院、消防站、公安机关距离。

2.1.3 敏感性影响因素指标

避难场所所处时间和环境越敏感，其发生事故后影响范围越大，损失越严重。

2.2 防灾避难场所风险评价指标权重设定

采用专家打分法及层次分析法确定各项指标的权重。首先确定各项指标的重要度系数，依据其重要程度分为10分、7分、4分、1分4个级别。每个指标的重要度计算方式如（3）。

式中，

RIi—指标重要度系数；

n—专家个数；

m—指标个数；

aij—第j个专家对第i个指标的打分。

通过专家打分，得出各指标的重要度，见表2。

表2 防灾避难场所风险评价指标重要度

利用层次分析法软件，求出各二级指标对于一级指标的权重，见表3。

表3 防灾避难场所风险评价指标体系及分级

2.3 防灾避难场所风险分级模型

基于防灾避难场所风险评价理论模型及其权重，得出防灾避难场所的风险分级模型为：

依据ALARP原则，结合场所风险值，对场所的风险等级进行划分，见表4。

表4 防灾避难场所风险值与风险分级

3 案例分析——以天德湖公园为例

通过对天德湖公园进行调研，得出其各项风险评价指标得分，见表5。经过计算，天德湖公园的风险值R=4.0431，风险等级为Ⅱ级，为ALARP区域中的黄色区域，安全等级为较高，但需采用相应的安全措施对场所进行改进。

由于场所的避难容量无法控制，所以从场所设施方面进行改进。由于场所北部有高压走廊经过，灾后存在火灾及触电等风险，需对其进行相应的隔离及加固措施。此外，还应对场所内的基础设施进行相应的改造设计，增强现有设施的抗震性能并配置备选设施，如应急供电车、应急供水车、应急机井等。

4 结论

（1）建立了防灾避难场所风险评价指标体系，运用德尔菲法及问卷调查法，选定了13项指标，运用层次分析法得出各指标权重。

（2）从可能性、严重性、敏感性3个维度建立了防灾避难场所风险评价模型。由于场所所在的区位及发生的时间对灾害导致的后果有较大的影响，所以本位在可能性和严重性的基础上加入了敏感性因素，全面的评价场所安全性。

表5 天德湖公园各项指标与风险值

（3）依据ALARP原则对场所的风险值进行分级，并通过实际案例对评价方法进行验证，得出天德湖公园的风险等级为Ⅱ级，需对场所采取相应的安全性措施。