密切值法在化工园区安全评价中的应用

裴甲坤 王飞跃副教授 郭换换 杨宸宇 裴重伟

（中南大学 防灾科学与安全技术研究所，湖南 长沙 410075）

0 引言

为降低分散、单一化工企业给城市安全带来的巨大风险，促进化工产业节能减排、提高资源共享、带来规模效应，园区化已经成为当今化工产业发展的主流。近年来，随着相关政策引导，我国化工园区得到快速建设和发展。化工园区在促进经济和化工产业发展的同时，也带来了新的安全问题。如何对化工园区进行科学有效的安全评价，为化工园区的安全规划、风险管控以及事故预防提供科学的理论依据，确保化工园区生产安全和周边环境安全成为当前形势下亟需解决的关键问题[1]。

目前，对化工园区进行安全评价主要采用的是区域风险评价法，区域风险评价方法主要有两个方向：基于个人风险和社会风险的评价方法和基于风险补偿的评价方法[2]。前者通过综合评估潜在事故所产生后果的严重度和可能性，以量化的个人风险和社会风险作为评价依据[3]，后者则在对单个危险源进行风险评价的基础上，综合考虑医疗机构和消防部门对区域风险的补偿效应，应用叠加原理得到描述该区域整体风险状况的定量评价结果[4]。

安全评价的目的是为了辨识危险有害因素，分析这些危险有害因素可能导致的事故及事故后果严重程度，并提出合理可行的安全对策措施[5]。对于化工园区而言，安全评价的结果要能够为园区的危险源监控、隐患整改和事故预防提供理论依据。企业作为园区最基本的组成单元，危险源监控、隐患排查治理等事故预防工作最终都要由企业来落实，因此，化工园区安全评价的结果应该能够直接指导企业开展以上工作。但是，区域风险评价法是以化工园区的整体安全水平作为研究对象，最终的评价结果反映的是园区的整体安全状况，并不能直观体现出园区内各企业的安全水平，无法直接指导相关企业开展危险源监控与隐患排查治理等工作。基于此，本文首次将密切值法引入到化工园区的安全评价中，密切值法作为系统工程中多目标决策的常用优选方法，适用于样本的优劣排序以及样本的等级划分[6]。目前，密切值法被广泛应用于地下水水质评估、企业创新能力评估、医疗卫生领域以及农业领域等，引入该方法将为化工园区的安全评价提供一种新的思路。

1 基于密切值法化工园区安全评价的数学模型

采用密切值法对化工园区安全水平进行评价的基本原理是以园区内的化工企业作为评价单元，构建评价指标体系，然后进行现场调研，采用定量计算与定性分析相结合的方法，通过计算或参照相关法规要求对各项评价指标进行评分得到各指标取值，然后提取各评价指标的最优值（或最劣值）组成1个虚拟最优集（最劣集），并计算出各评价单元各项评价指标值与虚拟最优（或最劣）集的距离，即密切值，通过密切值的大小排序确定各评价单元的安全水平[7]，最后，取各评价单元密切值的均值作为园区整体安全状况的参考值，进而得到园区整体的安全水平。

1.1 建立初始样本矩阵

以化工园区内的企业作为评价单元，将化工园区划分为m个评价单元，以对安全产生影响的p个因素作为评价指标，对每个评价指标给出n级评价标准，通过评价体系建立初始样本矩阵A，该矩阵由m+n个待排序样本，p个评价指标构成，共含有（m+n）p个元素，即A=（aij）（m+n）p。

1.2 建立无量纲标准矩阵

当评价指标取值越大评价单元的安全等级越高时，定义该指标为正向指标；当评价指标取值越小评价单元的安全等级越高时，定义该指标为逆向指标。根据公式（1）、（2），对初始样本矩阵A各列进行归一化处理，得到无量纲标准矩阵C=（cij）（m+n）p。

1.3 求出虚拟最优集QG、最劣集QB

取标准矩阵中各评价指标值的最大值集合作为虚拟最优集的取值，最小值集合作为虚拟最劣集，即：

1.4 计算各评价单元与虚拟最优集、虚拟最劣集的距离

各评价单元与虚拟最优（劣）集的距离采用欧氏距离计算：

第i个评价单元与虚拟最优集的距离为：

第i个评价单元与虚拟最劣集的距离为：

其中，wi为各评估指标权重，可由专家给出。

1.5 计算各评价单元的密切值

密切值是一个无量纲量，它是以各评价指标与最优集的最小距离，最劣集的最大距离作为参照标准，综合评价各单元各项评价指标与最优集和最劣集的亲疏程度，进而反映不同评价单元的安全状况，密切值计算公式为：

当Ei值越小时，表示该评价单元与最优集密切，与最劣集疏远，安全等级越高。

1.6 化工园区内企业安全评价

根据各评价单元的密切值可对评价单元进行排序，各等级划分标准也按一定顺序出现在序列中，因此可根据n个分级标准所处位置对m个评价单元的安全状况进行分级，如果评价单元出现在Ⅰ级安全标准之前，则其综合评价结果为Ⅰ级，如果评价单元位于Ⅱ级与Ⅲ级安全标准之间，则其综合评价结果为Ⅲ级，以此类推，从而完成各评价单元的安全评价。

1.7 化工园区整体安全评价

取各评价单元密切值的平均值作为园区整体安全水平的密切值，进而根据分级标准确定园区整体安全水平。

2 安全评价指标体系构建

安全评价指标体系的科学性、完备性对于评价结果的准确性起到至关重要的作用。化工企业在生产、储存、使用、运输中涉及的原料和成品，绝大部分都是易燃易爆、有毒有害、腐蚀性的危险化学品，这些危险化学品的存在使得化工企业本身就具有较大的风险，因此在进行安全评价时需要充分考虑到企业内部的固有风险；企业的安全生产现状决定着企业在生产过程中火灾、爆炸、有毒气体泄露扩散事故发生的概率的大小，对企业安全起到了决定性的作用，是安全评价指标体系的基础；除此之外，强有力的事故应急处置能力对于确保企业生产安全，降低企业风险水平具有重要的意义，事故应急处置能力也是衡量企业安全水平的重要标准。因此，在对企业进行安全评价时应综合考虑上述因素。

在研究企业的固有风险时主要考虑对事故后果产生直接影响的因素，因此本文将危险化学品的储量（Z1）、毒性（Z2）、易燃性（Z3）、反应活性（Z4）以及企业周边人口数量（Z5）5个因素作为固有风险的评价指标。由于企业是由人员、设备、管理、环境等子系统组成的复杂的多层次生产系统，各个子系统之间相互作用、相互联系，每个子系统的安全状况都对整个系统的安全产生影响，因此，在对企业的安全生产现状进行分析时应综合考虑员工的安全素质（Z6）、设备设施运行状况（Z7）、企业日常安全管理（Z8）以及作业环境现状（Z9）等因素对于生产安全的影响。事故应急处置能力的大小受到很多因素的影响，本文主要从应急设备设施配备（Z10）、应急处置机构及人员配置（Z11）、应急预案完备程度及演练（Z12）3个方面展开分析。根据上述分析，构建安全评价指标体系，如图1。

图1 安全评价指标体系Fig.1 Safety evaluation index system

上述评价指标中，Z1-Z5为定量指标，可通过计算及相关参考文献得到各指标取值，Z6-Z12为定性指标，较难用精确的数字描述，因此，在评价过程中采用专家打分法，请专家通过现场调研对照相关法规要求对这些指标进行评分，各指标取值标准，见表1。

表1 各评价指标取值标准Tab.1 Value of each evaluation index

3 实例应用

本文选取某化工园区作为研究对象，该园区内共有8家化工企业，将每家化工企业作为一个评价单元。评价指标体系共包含12个评估指标，将各指标的安全水平划分为5个等级，各指标安全等级划分标准，见表2。

表2 安全等级划分标准Tab.2 Safety classification standard

进行现场调研，通过计算以及专家评分得到各指标取值进而得到初始样本矩阵A。

在本次评价过程中，评价指标Z1-Z5数值越高表明安全等级越低，安全状况越差，因此上述5个指标均为逆向指标，评价指标Z6-Z12数值越高表明安全等级越高，安全状况越好，因此上述7个指标均为正向指标，根据公式（1）、（2）将初始样本矩阵进行归一化处理，得到无量纲标准矩阵C。

由公式（3）、（4）可得本次评价的虚拟最优集QG和虚拟最劣集QB为：

由公式（5）、（6）计算各评价单元与QG、QB的欧氏距离di-G和di-B，进一步可求得各评价单元的密切值Ei以及园区整体安全水平的密切值E，具体计算结果，见表3。

表3 安全水平计算结果Tab.3 Calculation result of safety level

Ⅰ级-Ⅴ级的数值是将各评估指标安全等级参考取值（表2）代入公式中求得的结果，计算出不同安全等级的密切值，然后将不同企业的密切值计算结果与安全等级密切值计算结果相比较得到企业的安全等级。

（1）从各评价单元来看，该园区内的8家企业中，企业6、7的安全等级为Ⅱ级，安全状况为“安全”；企业1-5的安全等级为Ⅲ级，安全状况为“比较安全”；企业8的安全等级为Ⅳ级，安全状况为“一般安全”。图2可以直观反映各企业安全等级。

图2 各企业安全等级示意图Fig.2 Schematic map of safety level of enterprises

（2）8家化工企业的安全水平高低次序为：企业7＞企业6＞企业1＞企业3＞企业4＞企业2＞企业5＞企业8。

（3）从整体来看，该化工园区的整体安全等级为Ⅲ级，安全状况为“比较安全”。

由评价结果可看出，企业7的安全水平最高，根据原始数据表及评价结果可以看出，虽然该企业的安全生产现状及应急处置能力评分均达到“非常安全”标准，但是由于考虑到了企业内部固有风险，其安全状况并未达到最佳状态。企业8的安全水平最低，原因是该企业内部危险化学品储量较大，企业周边人口较多，固有风险较高。此外由于其规模较大，导致企业在日常安全生产过程中存在一定的安全隐患，企业安全生产现状及事故应急处置能力均有待提高，需采取相应措施确保企业以及园区的整体安全。

4 结论

（1）综合考虑企业内部固有风险、企业安全生产现状以及事故应急处置能力对于企业及园区安全的影响，从企业内部固有风险、企业安全生产现状、事故应急处置能力3个方面构建了安全评价指标体系。

（2）建立了基于密切值法的化工园区安全评价模型，尝试利用密切值法对化工园区进行安全评价，实例表明该方法不仅可以整体上对园区的安全水平做出评价，还可以反映园区内不同化工企业之间安全等级的差异以及处于同一安全等级的不同化工企业安全水平的高低，利用该方法可实现多目标安全评价及安全等级划分。

（3）利用该方法对化工园区进行安全评价，可以找出园区内在安全方面存在薄弱环节的企业，对于引导园区及企业开展危险源监控及事故隐患排查治理以及相关部门开展监督检查具有一定的指导作用。