基于AHP-熵物元的地震安全社区应急管理评价*

王海飙，徐文静

(东北林业大学 土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

0 引言

我国地处世界两大地震带之间，地壳活跃，有一半以上的城市位于地震基本烈度7度或7度以上，城市社区人口、财富高度密集，是受地震灾害严重威胁的承灾体之一，近十年地震给我国造成巨大损失。面对严峻的地震灾害，2009年中国地震局联合大连市提出建立“地震安全社区”理念，从社区规划设计阶段开始，将地震安全社区理念贯彻于工程施工和后期社区运维管理的全过程，最大限度地减轻地震灾害损失[1]。但是目前地震安全社区的建设还未形成建设规范和管理评价标准，对完善地震安全社区理念和全国范围的建设推广十分不利[2]。要彻底解决“减轻和预防地震灾害”的问题,必须依靠土木工程的方法并辅之以其他灾前和灾后的防震减灾措施[3]。应急管理作为典型的灾前、灾中、灾后三阶段管理模式，是减轻地震损失、保障社区居民安全的有效防灾措施。在提高地震安全社区减灾综合效益的前提下，对地震安全社区应急管理做出科学合理的评价尤为重要。

在灾害管理评价方面，众多学者已有所研究，谢礼立[4]为提升城市防震减灾决策水平，首次从人员伤亡、经济损失和震后恢复时间3个方面建立城市防震减灾能力评价体系；陈文涛[5]在充分分析总结我国应急体系建设和社区应急实际情况的基础上建立社区灾害应急能力评价体系；张勤[6]为找出社区地震应急工作中的不足，运用层次分析法建立社区地震应急能力评价指标体系；吴晓涛[7]重视灾害发生前的应急准备工作，针对社区应急准备工作构建了社区应急准备能力评估体系；任国友[8]通过对比研究汶川等几次大地震中灾害情况，找出地震应急准备能力关键因素并提出改进对策；邹清明[9]对城市社区应急管理脆弱性进行研究，建立城市社区脆弱性评价指标体系。通过文献搜集发现，目前我国学术界在地震安全社区应急管理评价方面的研究尚较少，且评价方法较为单一，主要以层次分析和模糊评价为主。物元模型能够定性和定量地对事物、特征、量值三者之间的关系及其变化进行分析，是研究受复杂因素影响问题的形式化工具，通过待评物元各特征指标的关联性得到研究对象的薄弱环节和综合评价结果，其在多领域的评价研究取得了较好的评价效果，本文将物元模型运用到应急管理评价中，拟为日后社区应急管理评价提供方法参考和借鉴。

1 地震安全社区应急管理评价指标选取

由于各省份经济水平、地理位置、人口结构不同，要建立适合全国地震安全社区应急管理的评价指标体系不仅要从应急管理时间维度上考量，还要结合社区应急设防和当地社会环境，同时依据《国务院办公室关于加强基层应急管理工作的意见》和《地震安全示范社区管理暂行办法》等文件资料，从系统工程角度出发，分析应急管理各阶段互相影响、互相制约的因素，本文选取地震安全社区前期规划到后期管理运行的具有代表性、独立性的4个一级指标和17个二级指标构成评价体系，见表1。

表1 评价指标体系与指标权重及评分Table 1 Evaluation index system, index weight and score

1)社区应急准备。地震安全社区前期的规划建设属于可控的应急预防准备阶段，动态性影响因素较少，主要选取社区居民建筑抗震等级、避难场所及应急基础设施、应急组织设立及培训、应急教育及预案演练、应急资金投入为二级指标。预防准备阶段也是灾害减缓的过程，传统的“小震不坏，中震可修，大震不倒”是最基本的设防目标，地震安全社区理念中的建筑抗震设防达8度，采用的耗能减震新技术以及居户“安全岛”避难空间等应急空间设计直接影响地震伤亡率。城市受土地因素制约，超高层小区已成为城市主流，应急避难空间及应急基础设施是评估应急准备阶段关键影响因素。

2)社区应急响应。应急响应过程与应急准备相比复杂多变，遇到破坏性地震，应急响应过程可控性较弱，社区内部首先要自救互救，然后与外界协同应对。在GIS和互联网技术支持下，社区应急组织在社区应急响应中的预警、指挥、救援等任务更加智能化[10-12]。应急响应能力大小直接影响灾时应急效率，地震一旦发生，必定会扰乱居民正常判断能力，该情况下社区应急组织必须根据地震震级大小启动不同级别的应急预案，在地震逃生黄金时间内及时做出地震预警和应急指挥，疏散居民到应急避难场所。

3)社区灾后恢复。地震引发的直接灾害、衍生灾害是阻碍灾后恢复的主要难题，社区内的生命线工程瘫痪导致社区停滞运转，社区恢复过程可在BIM建筑信息技术监测功能下联动政府部门，在灾后及时对生命线工程检查维修以及建筑安全测评[13]。根据震情不同对灾民进行有序安置，受灾严重时要在政府指导下开展长期的恢复重建工作。

4)社会环境因素。在分析影响社区应急管理因素时，社会环境作为潜在因素容易被忽视，城市整体应急能力水平高低与当地经济发展、城市以往地震经历、城市应急文化建设、居民文化素养以及社区老龄化人口比例等社会环境影响因素有关，邢娟娟提出抗震减灾不仅要发展经济和科学技术，也要加强应急文化建设才能更好推动以人为本的社会管理科学的发展[14]。我国各省份地震应急系数不同，大致呈东部高、西部低趋势[15]。根据不同地区的地震应急系数，政府应急部门加强应急文化建设，进而提高我国基层地震应急管理水平。

2 确定指标权重系数

指标权重的确定与模型综合评价结果密切相关，为使评价结果更能反应研究对象的实际状况，在充分利用专家经验和避免主观赋权片面性的基础上，采用AHP—熵权组合法优化指标权重。

2.1 AHP法确定指标权重

层次分析法(AHP)在目标准则下将权重计算过程分解为递阶层次结构，按照T. L. Satty氏 1—9标度法(见表2)对元素进行两两比较构造判断矩阵，根据判断矩阵得到各指标权重。在计算出各矩阵特征值λmax基础上得到判断矩阵的一致性指标(CI)、一致性比率(CR)，并对CR进行一致性检验，若一致性比率CR小于0.1则通过一致性检验。

表2 层次分析法标度及其含义Table 2 Analytic hierarchy process scale and its meaning

注：i与j比较得到数值aij，则j与i比较得到比较值1/aij

2.2 熵权法确定指标权重

该模型中熵权是专家根据指标在系统中重要程度直接量化打分的结果，利用指标打分无序程度反应各指标携带的信息量。熵值Hi与指标权重Wi呈负相关，即熵值越大指标对决策结果可靠性影响越小，假设有m个评价指标，n位评价专家，构造实际评价指标值矩阵B=(bij)m×n，bij为第i个评价者对第j个评价指标的评价量值，则第j个评价指标的熵为：

(1)

(2)

第j个评价对象的熵权为：

(3)

通过式(1)～(3)计算全部评价指标的熵及熵权。

评价指标的权重列向量：

W=(W1,W2,W3,…,Wj)T

(4)

2.3 计算指标组合权重

为了使组合权重更具科学性，本文运用加法合成法计算组合权重，建立组合权重两者偏差平方和最小的函数[16]:

(5)

式中：Gi为权重组合值；Wi′和Wi分别为AHP法和熵权法得到的权重值。

Gi=αWi+(1-α)Wi′

(6)

由式(5)～(6)可得：α=0.5；则组合权重为：

Gi=0.5Wi+0.5Wi′

(7)

组合权向量为：

Gi=(G1,G2,…,Gj)T

(8)

3 构建地震安全社区应急管理物元评价模型

3.1 物元评价模型理论

物元理论将质和量联系在一起，能够较好地描述实际问题中的不相容性，由关联函数计算元素与集合的关联度，对待评物元做出定量客观的判断或评价[17]。社区地震应急管理定性评价指标较多，物元分析可以根据评价对象实际状况进行指标打分，通过定量分析方法较准确地评价社区的应急管理水平。

假设有事物N，其特征用C表示，对应的评价量值为V，可以用有序三元组R=(N,C,V)来表示事物的基本物元，即N代表地震安全社区应急管理，C和V分别表示应急管理的评价指标和量值。通过关联度函数计算指标与各等级集合的关联度大小，关联度大的表明与该等级拟合度大。

3.2 物元评价具体步骤

1)确定经典域

令Rj为物元矩阵的经典域，即

(9)

式中：Nj表示第j个评价等级；C表示相应评价等级的特征；Vj表示各评价等级对应特征的取值区间，a和b为区间限值。

2)确定节域

各指标的取值范围的集合即为所求评价指标的节域，即

(10)

式中：N为应急管理等级域；C为评价指标集；Vp为指标评价量值范围，a和b为区间限值。

3)确定待评物元

令Ri为待评价物元，即

(11)

式中：Ni为第i个一级评价指标；Ci为Ni的二级指标集；Vi为二级指标集的量值。

4)计算关联度

关联函数是用来描述待评物元与某评价等级的符合程度，反应待评物元的可变过程，集合中各指标间的层次关联程度以关联函数值的大小表示，社区应急管理水平及其对应标准的关联度函数为：

(12)

(13)

式(12)中：分子表示待测物元指标评价值到经典域的距离；分母表示经典域的模。式(13)中：分子表示实际评价值到节域的距离；分母表示节域的模。待评物元的综合关联度为：

(14)

5)确定待评物元等级

遵循最大隶属度原则，地震安全社区应急管理评价结果根据关联度矩阵Kj(Ni) 中最大值对应的评价等级确定。即Kj(N)=max{Kj(Ni)}，当0

表3 社区应急管理等级Table 3 Emergency management grade of community

4 实证分析

以地震安全社区大连永嘉尚品天城为例，应用文中构建的地震安全社区应急管理评价指标体系和AHP-熵物元评价模型对其进行应急管理评估。通过实际调研获取社区前期建设过程中应急设防规划资料以及社区后期应急管理运营过程情况统计资料，邀请应急管理、建筑工程防灾减灾领域的7位专家对社区应急管理评价模型中的各指标按照十分制进行打分，通过求平均值计算出各二级指标的最终打分值，评价结果见表1。

4.1 组合权重的确定

1)根据建立的应急管理评价指标体系以及专家评价结果，结合 Matlab 计算软件运用AHP法得出各层中建立的判断矩阵，计算出每个判断矩阵的λmax,CI,CR ，各判断矩阵的CR介于0.032 7～0.094 3之间，一致性检验通过，即由AHP法得到的权重符合要求。

2)根据熵权法公式(1)～(3)，得到各评价对象的熵值Wi，由公式(7)计算评价对象组合权重，各指标权重计算结果见表1 。组合权重计算过程在模型构建中式(5)～(8)已列出，由于篇幅限制不再详细列出。

4.2 物元综合评价

4.2.1 经典域、节域、待评物元的确定

以一级指标社会环境B4为例，建立物元模型中的经典域Rj、节域Rp和待评物元Ri。

1)由式(9)确定评价等级的经典域为：

2)由式(10)确定节域Rp为：

3)确定待评价物元Ri

由式(11)确定待评指标C4i的物元矩阵R4，即

4.2.2 关联度计算与等级评定

1)为求出待评物元的关联度，将经典域R1,R2,R3,R4,节域Rp以及各评价指标量值分别带入式(12)～(13)，计算出各指标的关联函数值，见表4。

2)将表1与表4得到的组合权重值与关联度计算结果带入式(14)，得到待评物元的综合关联度矩阵：

(15)

表4 尚品天城应急管理指标关联度计算结果Table 4 Calculation results of correlation degree between emergency management indexes for Shangpintiancheng

3)确定社区应急管理评价等级。由式(15)可知：Kj=max{Kj(N)}=0.009 5，因此可确定该社区应急管理综合等级为Ⅲ级。通过分析该社区应急管理一级指标中的关联度值可知：应急响应阶段最薄弱，需要对此进行全面调整，提高应急响应处置能力，其他3项一级指标评价结果在Ⅲ级以上，属于可接受范围，可根据二级指标关联度计算结果进行适当调整。

5 结论

1)针对地震安全社区建设理念发展尚未成熟，其相应的应急管理各阶段处于初步探索时期，尤其在应急管理受多种动态因素影响的情况下，科学合理地对其应急管理状况进行评估是完善地震安全社区建设的重要环节。结合地震安全的特点，建立了相应的应急管理评价指标体系。

2)运用AHP-熵权法从主观、客观2方面进行指标权重值计算，降低了传统AHP方法中主观因素的影响，进而得到更符合实际的指标权重值，使得到的物元综合评价结果更加准确。

3)在构建的综合评价模型中利用物元理论对评价指标进行定性描述，并在可拓集合理论下求出各指标关联度值，定量表示待评价物元的关联度，进而得到待评价社区的应急管理等级和应急管理中的薄弱环节。通过实例分析得到的结果与实际情况相符，表明该指标体系及评价模型具有一定的实用性，对地震安全社区应急管理评估具有一定的参考和借鉴价值。