基于盲数与成熟度理论的化工园区火灾爆炸事故应急能力评估

王瑞强，许永莉，杜 军，沈中芹

(1.中国地质大学(武汉)工程学院，湖北 武汉 430074；2.中钢集团武汉安全环保研究院有限公司，湖北 武汉 430064；3.湖北省应急管理厅宣传教育中心，湖北 武汉 430064)

近年来，快速发展的化工企业在促进国民经济增长的同时也带来诸多突发事故，给企业和人民带来了重大危害。由于生产和使用，化工企业存储着大量易燃易爆、有毒有害甚至有腐蚀性的物料和产品，极易发生火灾爆炸等事故，且极易产生如水体或空气污染、中毒等次生灾害。特别是化学工业园区(即化工园区)内化工企业聚集，一旦发生火灾爆炸事故，很容易产生“多米诺骨牌”连锁效应，波及众多企业，威胁周边居民的安全，导致灾难性的后果。发生事故时高效有序地开展应急行动，将有利于迅速遏制事故发展，防止其进一步恶化，从而最大限度地减少人员伤亡和经济损失，而科学地评估事故应急能力也就成为衡量企业安全生产管理水平的重要手段。因此，在化工园区内针对火灾爆炸事故开展应急能力评估工作，能够分析化工园区在火灾爆炸事故应急方面的优势和不足，帮助企业各部门认识其在突发事故处理中的短板和面临的挑战，为其应急工作调整和改进提供方向，从而提升化工园区整体的应急能力。

如何对化工园区突发事故的应急能力进行评估，学者们从不同角度进行了探讨。如段亚勋、窦站等从应急准备能力、响应能力、恢复能力几个方面对石化企业突发事件应急能力进行了评估；于德利针对大连松木岛化工园区，从资源保障、监测预警、信息决策、应急管理建设、应急救援、应急恢复6个角度构建了化工园区突发事故应急能力可变模糊评估模型；康德礼等基于应急救援能力评估、救援平台搭建、综合管理体系和施救技术四个方面，构建了石化园区突发事故的应急救援体系；潘科等构建了化工园区突发事故应急能力两级可拓评估模型,并将其成功应用于大连某化工园区突发事故的应急能力评估；何沙等采用AHP-TOPSIS模型对石油企业甲苯磺化工艺操作条件危险性、物质危险性、热失控危险性和事故后果严重性四个方面进行了评估；刘勇等提出了基于改进AHP耦合TOPSIS的危化品仓储火灾突发事件应急能力评价模型；庹雪娜以软件DNV-GL和MATLAB为基础工具，结合AHP与模糊综合评价法对3家危化品企业事故应急能力进行了评估；王飞跃等从控制事故致因角度出发，针对化工园区突发事故应急管理能力构建了评估模型；王娟结合AHP与聚类分析法，提出了基于模糊去量纲化和成熟度模型的危化品企业火灾事故应急管理绩效评估模型；吕金辉等基于AHP和ISM模型对企业应急能力核心指标及其相互作用关系进行了研究。

化工园区火灾爆炸事故的应急能力评估是一个多环节、多影响因素的复杂系统，各种风险因素交织，具有模糊性、不确定性和未知性。盲数正是一种处理和表达不确定信息的数学工具，目前多应用于风险投资评估、施工质量评估等方面，可以作为处理多指标模糊性体系的评估方法。鉴于此，本文在提出一套适用于化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系的基础上，将盲数理论引入应急能力评估研究中，并利用成熟度理论判定应急能力评估等级，形成适用于化工行业火灾爆炸事故应急能力的盲数与成熟度评估模型。

1 理论基础

1. 1 盲数理论

盲数理论是王光远教授在建筑工程理论的研究中提出的用于处理多种不确定性信息的数学处理工具。其定义如下：

假设

G

为区间型灰数集，

α

∈

G

，

f

(

x

)为在

G

上的灰函数。若

α

∈[0,1](

i

=1,2,…,

n

)，且：

(1)

1. 2 成熟度模型

美国卡内基·梅隆大学软件工程研究所最早在软件行业提出能力成熟度模型(Capability Maturity Model，CMM)，将其分为5个层级(见图1)，并运用于软件开发过程与能力的评估。随后，CMM模型被广泛运用到各行各业，多位研究者参考CMM模型，根据不同的行业标准和依据提出了各自的能力成熟度模型，用于对项目管理或工程质量的评估工作。

图1 能力成熟度(CMM)模型Fig.1 Capability Maturity Model(CMM)

2 化工园区火灾爆炸事故应急能力盲数与成熟度评估模型建立

2. 1 建立评估指标体系

对化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标的选取涉及多个方面，本文通过研究化工企业相关法律法规及现有的化工园区火灾爆炸事故应急能力评估打分表，分析以往化工企业的火灾爆炸事故案例，研究其事故特点和救援过程，并参考美国、日本等国家应急管理综合评估指标的研究成果，听取火灾爆炸事故应急管理领域专家意见，对影响化工园区火灾爆炸事故应急能力的各个方面进行归纳分析，从应急组织与制度、应急管理保障、应急处置能力和应急技术支撑四个方面建立了化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系，见表1。

表1 化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系

2. 2 确定成熟度等级及赋分

根据成熟度理论并结合化工园区生产及事故特点，本文提出了化工园区火灾爆炸事故应急能力成熟度评估模型，将其成熟度水平由高到低分为5个等级，即优化级、综合级、规范级、程序级和简单级，并对各等级特征状态进行了描述，详见表2。

表2 化工园区火灾爆炸事故应急能力成熟度等级划分及特征描述

参照表2中成熟度等级划分方法将各评估指标成熟度划分为5个等级，专家根据每个等级所对应的特征对各评估指标成熟度等级进行打分，分数区间为[0,100]，详见表3。

表3 化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标成熟度等级分值区间

2. 3 建立盲数与成熟度评估模型

2.3.1 确定各评估指标权重

评估指标权重的确定方法有层次分析法(AHP法)、德尔菲法(Delphi法)和熵权法等。AHP法操作简单、逻辑清晰，适用于多指标、多准则或无结构性的复杂系统评估，本文采用AHP法对化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系进行定性、定量分析，确定各评估指标的权重系数。

2.3.2 利用专家打分法确定盲数矩阵

本文采用专家打分的方法对评估指标进行评估，鉴于人认知行为的主观性和非确定性，采用盲数来表示专家的评估结果，即让每位专家对评估指标给出一个分数范围，且可跨级打分。另外，在使用盲数理论进行评估时，为了使评估结果更加准确、合理，引入“专家可信度”的概念，即专家可被信赖的程度，通常用百分数表示，可信赖度最高的专家可信度为1，反之，可信赖度最低的专家可信度为0。若专家组成员

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的可信度为

β

，

β

，…,

β

，则专家

Ι

关于专家组

Ι

，

Ι

，…,

Ι

的综合可信度

θ

可表示为

(2)

结合专家意见的可信度与综合可信度，可以对专家的意见进行量化，进而对其不确定性的决策进行科学的分析。

由于专家组打分存在区间交叉，需要结合专家可信度对各个分数区间进行无交叉划分，建立新的区间序列，并重新计算区间可信度(详见后面的实例应用)，可得到评估指标的盲数矩阵:

(3)

式中:

γ

为第

k

个评估指标落在第

n

个评估区间的可能性。

2.3.3 计算综合未确知测度，确定评估等级

根据AHP法计算出评估指标权重向量=(

ω

，

ω

，…，

ω

)，就可以计算出评估指标的综合未确知测度

R

：

R

=×=(

r

，

r

，…，

r

)

(4)

本文将化工园区火灾爆炸事故应急能力成熟度分为优化级、综合级、规范级、程序级和简单级5个等级，记为

E

=(

e

，

e

，

e

，

e

，

e

) ，且

e

>

e

>

e

>

e

>

e

，采用置信度识别准则确定化工园区火灾爆炸事故应急能力成熟度评估等级。设

λ

为置信度，令:

(5)

式中:

B

为评估等级;

b

为评估指标体系的综合未知测度

R

。其中

λ

>0.5，一般

λ

取0.6或0.7，则可以判定评估目标成熟度评估等级。

3 实例应用与分析

本文以南阳化工产业集聚区为例，运用本文建立的化工园区火灾爆炸事故应急能力盲数与成熟度评估模型对其火灾爆炸事故应急能力水平进行评估。

该化工园区以石油化工、石油装备制造、新材料等化工产业为发展核心，规划用地面积为12.67 km，按照集聚区产业用地规划，分为石化产业区、产业承接区和原料基地区，功能布局按照五规合一、四集一转、产城互动的要求形成“一心两轴三片区”的空间结构。

3. 1 确定评估指标权重

本文邀请相关方面的6位专家利用AHP法对该化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系中各评估指标的重要度进行评估，得出各评估指标的权重，见表4。

表4 某化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标权重

3. 2 确定盲数矩阵

本文邀请5位(

S

、

S

、

S

、

S

、

S

)分别来自化工园区应急部门、政府应急管理部门和科研院校的专家对各评估指标进行打分，汇总于表5。经分析5位专家的可信度分别为0.85、0.90、0.85、0.80、0.75。由公式(2)可计算得到5位专家的综合可信度分别为0.205、0.217、0.205、0.193、0.181。结合专家可信度对专家组打分结果进行无交叉划分，得出盲数矩阵。以评估指标

D

为例，5位专家的打分区间为75～85、85～90、70～85、80～90、85～95，按其端点值重新排列可得到无交叉区间为70～75、75～80、80～85、85～90、90～95，按照比例计算新区间可信度

θ

=(75-70)÷(85-70)×

β

=0.068 3，按照同样的方法计算其他区间的可信度，将结果用盲数表示如下：

表5 某化工园区火灾爆炸事故应急能力专家打分汇总表

由

f

(

x

)可知评估指标

D

落在5个评分等级的可能性，得到新盲数矩阵如下：

用同样的方法处理其他评估指标，可得到评估指标体系的盲数矩阵如下：

3. 3 确定评估等级

由公式(3)可计算得到评估指标体系的综合未知测度

R

=[0.058 1,1.617 2,0.323 2,0.001 5,0]。取置信度

λ

=0.7，根据公式(4)可计算得到：

B

=min{

b

|0.058 1+1.617 2=1.675 3>0.7}=2。该化工园区应对火灾爆炸事故的应急能力成熟度评估等级为

e

，即应急能力总体上处于“综合级”水平。

3. 4 评估结果分析

由上述评估结果可知，该化工园区应对火灾爆炸事故的应急能力总体上处于“综合级”水平；通过分析盲数矩阵可以看出：该化工园区在设备设施保障、人力资源保障和应急疏散能力方面的应急能力水平较好，需要继续保持；在危险源辨识、危化品泄漏处置能力与后勤管理方面的应急能力水平一般，表明该工业园区在这些方面存在一些不足，需要适当提高；应急组织与制度和灭火救援能力方面应急能力水平相对较差，需要加强对各级应急人员的培训与应急预案的演练，提高其专业素质；另外，该工业园区在应急抢险技术方面的应急能力也有所欠缺，需要加强对高新技术的引进与创新，从而提高工业园区整体的应急能力水平。

4 结 论

本文首先从应急组织与制度、应急管理保障、应急处置能力和应急技术四个方面对化工园区火灾爆炸事故应急能力评估工作展开了研究，构建了化工园区火灾爆炸事故应急能力评估指标体系，包括12个二级指标、37个三级指标，该评估指标体系对化工园区火灾爆炸事故应急能力评估工作具有较强的针对性和实用性；然后结合盲数和成熟度理论构建了化工园区火灾爆炸事故应急能力盲数与成熟度评估模型；最后以南阳某化工产业集聚区为例开展其火灾爆炸事故应急能力评估，验证了该模型的实用性，同时定量分析了该化工园区应急能力建设状况，找出了该化工园区火灾爆炸事故应对突发火灾爆炸事故所存在的缺陷，可为其改进薄弱环节并提高综合应急能力水平提供具体指导。