银川市地震应急避难场所适宜性评价

孙嘉欣，王晨曦，余国良，

（1.宁夏回族自治区地震局，宁夏 银川 750001；2.宁夏回族自治区地质局，宁夏 银川 750001）

0 引言

城镇化快速发展过程中，城市空间的复杂性和人口的集中性显著提高，城市在面对自然灾害、事故灾害等方面的承载能力和应急避险能力成为新的研究热点[1]。因人而市，因市而城是“城市”一词出现的由来。在长期的发展过程中，城市建设并没有刻意进行地震应急避难场所的规划，而是在后期建设中逐步调整现有建设用地，进而形成城市应急避难场所。因此，需要对应急避难所的规划、设计、合理性、能否达到预期应急避难目的、避难场所本身安全问题等方面进行适宜性评价[2]，从而确保城市应急避难所的设计与建设达到预期目的，为城市居民提供安全的避难空间。如何对已建成地震应急避难场所进行定量化解算，探究影响地震应急避难场所因子，仍是城市防灾研究的重要课题之一，也是推动城市可持续发展的重要因素。

城市地震应急避难所是指在地震灾害发生时能提供一定的生活保障、具有避难疏散能力的公园、绿地、广场、体育场馆等公共服务设施场地[3]。目前，国内外学者对城市地震应急避难场所的研究主要重理论轻量化、重设计轻评价。总结前人研究可以归纳为以下几个方面：苏幼坡、李玟玟等[4-5]着重于理论研究，从宏观上把握中国应急避难场所现状，分析现存问题，论述规划城市地震避难所的意义、原则及要点。张培、张佳瑜等[6-7]从小尺度出发，立足于地震应急避难需求，构建可用于社区地震应急避难场所配置模型。李杰亮、马运佳等[8-9]从疏散效率角度等，对室内地震应急避难场所进行设计，根据人口分流层次等模型方法进行地震应急避难所选址。宋英华等[10]采用城市规划方法对已建成应急避难所的服务范围进行划分。苏建锋等[11]基于Google 地图API 技术的城市地震应急避难场所展示系统。也有学者对已建成地震应急避难场所展开研究，曹珂[12]从使用者视角着手，采用调查问卷等形式收集数据，此研究更强调使用者主体意愿；魏本勇等[13]通过构建综合服务效能指数，对地震应急避难场所的空间布局和服务效能进行评估，但研究中避难所的服务范围采用缓冲区研究，而缓冲区是基于居民与场所之间的直线距离进行的评价，其结果往往会夸大避难场所的实际服务水平。地震应急避难场所的适宜性评价主要包括评价指标体系的确定和评价方法的构建两个方面。虽有学者就已建成应急避难场所做评价研究，但在指标体系构建、研究方法、研究区等方面也还有提升空间。

可拓学理论始于矛盾复杂问题的转化规律与解决方案的研究[14]，物元模型是解决矛盾复杂问题的一种方式，以物元为基础，根据物元的可拓性，将物元可拓作为解决矛盾复杂问题的方法，在可拓集合中，通过建立关联函数对事物的量变和质变过程进行定量表达[15-16]。物元可拓模型在描述事物可变性方面有独特的优势，可以将是与非的定性描述发展为定量描述，而适宜性评价就是一个复杂可变的问题，因此运用物元可拓模型可以为地震应急避难场所适宜性评价提供新思路。

针对上述问题，本研究遵循可达性、公平性和平灾结合等原则，利用“3S”技术，构建评价指标体系，运用物元可拓模型，对银川市主城区现有的16 个应急避难场所进行定量化评价，以此验证现有避难场所空间布局的合理性，可对城市总体规划和应急减灾提供科学依据和支撑。

1 研究区概况

银川市位于黄河上游宁夏平原中部（37°29′～38°53′N，105°49′～106°53′E），是宁夏回族自治区首府城市，位于南北地震带北段，属于地震活跃区域。自公元876 年到现在，银川市发生破坏性（Ⅴ级以上）地震多达13 次。现有地震应急避难场所16 个，共522.14 万平方米，其中一类避难所（可安置受助人员30 天以上）13 个、二类避难所（可安置受助人员10 天以内）3 个，避难所又可分为中心避难所2 个、紧急避难所4 个、固定避难所10 个。研究区内道路交通，必要的公共服务设施如图1 所示。

图1 银川市应急避难场所分布图Fig.1 Overall situation of Yinchuan

2 地震应急避难所服务能力影响因素理论分析

地震应急避难场所适宜性评价是对已经建立的地震应急避难所，能否为居民提供安全的应急避难空间和达到预期避难能力的评估。地震应急避难所的综合评价越高在地震发生时避难能力越强，服务能力越强。评价地震应急避难所的适宜性的影响因素较为复杂，在综合相关方针、避难经验、阅读文献和标准，根据研究区具体情况将众多影响因素归纳为安全性、可达性、有效性三个方面构建指标体系（表1）。

表1 银川市地震应急避难所适宜性影响因素指标体系

3 数据来源及影响因素分级标准

3.1 数据来源

3.1.1 应急避难场所数据

应急避难所是在灾害发生时可以给市民提供安全的可暂时居住的空间。应急避难场所选址应遵循均衡布局、可通达、易操作及平灾结合的原则，选址应靠近公路、有水、电、照明、卫生间等基础设施，以及平时供市民观赏、休憩的场所。避难所分为固定避难场所、中心避难所和紧急避难所三种。本文研究对象银川市市区现有避难所16 个，其中，中心避难所2个、紧急避难所4 个、固定避难所10 个。

避难场所服务的有效性主要包括有效面积和容纳人数，本文避难所面积和可容纳人口数据来源于地震部门。数据包括范围、面积、容纳人数和性质。

3.1.2 道路与坡度数据

道路决定了通达性，灾害发生时，道路的畅通性并非与平常一样，本文通过路网密度来表征研究区内道路的通行能力。道路数据是通过遥感影像高分二号（分辨率为2 m）数据人工目视解译获取，以1 km*1 km 划分公里格网，计算单个格网中道路面积与格网面积的比值。

地形坡度是安全性的重要因素，地势低洼处有积水风险，不宜建设地震应急避难场所。地形坡度数据可通过DEM 提取，本文DEM 数据来源于中国科学院计算机网络信息中心的地理空间数据云平台（http：//www.gscloud.cn/），1∶1500000，分辨率为30 m。通过ArcGIS10.2提取地震应急避难场所250 m 缓冲区内的平均坡度。

3.1.3 多源POI 数据

POI 数据包括影响救援的医院、消防站和公安局等数据，另外加油站属于重大危险源，在灾害发生时，加油加气站会影响安全性。本文所需要的多源POI 数据通过GPS 获取坐标位置，标注绘图。

3.2 指标等级划分

依据GB21724-2008《中华人民共和国国家标准—地震应急避难所场址及配套设计》、GB50413-2007《城市抗震防灾规划编制标准》及参考已有学者对城市应急避难场所等级划分、安全性评估、有效性和可达性方面的研究，按照科学性、合理性和可获得性等原则，结合研究区的实际特点和专家咨询意见，以地震烈度6 度为基准点，建立银川市地震应急避难场所适宜性评价指标分级标准。并将评价指标体系分级标准划分为四个等级：Ⅰ级（高度适宜）、Ⅱ级（中度适宜）、Ⅲ级（较适宜）、Ⅳ级（较不适宜）（表2）。

4 物元可拓模型构建及评价分析

物元分析是研究解决不相容问题的规律和方法，是系统科学、思维科学、数学交叉的边缘学科，“是系统的综合自然科学和社会科学而应用较为广泛的横断学科”。它可以将复杂问题模型化，进而剖析问题的本质根源。物元分析法适合多因子评价，以定量化表示评价结果，完整地反映待评价事物的综合水平。物元可拓模型在众多领域被引用，但在地震应急避难场所适宜性评价中较为少见。本文通过建立多因子的物元可拓模型和评价指标体系，确定银川市地震应急避难场所适宜性评价模型。

4.1 银川市地震应急避难场所适宜性评价物元、经典域及节域

可拓学是以可拓数学与物元理论为理论基础的学科，物元是可拓学的逻辑细胞[17-18]。假设事物的名称为N，响应事物特征为C，C 的量值范围为V，则可以将有序三元组R=｛N，C，V｝作为描述事物的基本物元。将银川市地震应急避难场所定义为基本物元R，则N 表示避难场所适宜性的等级，C 表示表征避难场所适宜性的各评价指标，V 是各评价指标的量值范围。

4.1.1 银川市地震应急避难场所适宜性评价经典域

银川市地震应急避难场所适宜性评价的经典物元矩阵RN，表示为：

式中，Ni表示地震应急避难场所适宜性评价所划分的i 个评价等级；C1，C2···Cn为确定评价的指标因子；Vn 表示关于Cn 的第i 个适宜性等级特征值范围；（ain，bin）表示待评价指标因子Cn 对第i 个适宜性评价等级的取值范围，即为经典域。

按照相关规则与参考文献对银川市地震应急避难场所适宜性评价划分，划分为Ⅰ（高度适宜）、Ⅱ（中度适宜）、Ⅲ（较适宜）、Ⅳ（较不适宜)四个等级。

4.1.2 银川市地震应急避难场所适宜性评价节域

银川市地震应急避难场所适宜性评价的节域物元矩阵Rp，表示为：

式中，Np 表示由银川市地震应急避难场所适宜性评价等级的全体构成；C1，C2···Cn为待评价指标因子；Vp 表示关于Cn 的整体适宜性等级特征值范围；（apn，bpn）表示节域物元关于指标因子特征Cn 的取值范围。

4.1.3 银川市地震应急避难场所适宜性评价物元矩阵

以银川市为研究区域，选取市区内16 个现有应急避难场所为研究对象，通过遥感信息提取、ArcGIS 空间距离分析及文献资料查阅等多种方法，确定样例待评价因子的物元矩阵Rd。

4.2 银川市地震应急避难场所适宜性评价指标关联系数及关联度

银川市地震应急避难场所适宜性评价指标关联函数定义为：

式中，K（Vi）j表示第i 项指标对银川市地震应急避难场所适宜性第j 等级的关联度。

式中，Vi表示待评价银川市地震应急避难场所的经典域值的范围；Vpd表示待评价银川市地震应急避难场所的实测值；ρ（Vi，Vij）表示实测值Vi与对应经典域Vij级之间的有限距离；ρ（Vi，Vpn）表示实测值Vi与对应节域Vpn之间的有限距离。

表3 银川市地震应急避难场所适宜性各因子评价指标关联度

根据公式计算出16 个待评价物元关于各评价等级的单指标关联度，关联度越大，表示该指标与评价等级的复合度越高。对于同一评价对象，不同的指标关联度不同，故适宜等级也不同，表现出物元的不相容性。通过计算出银川市地震应急避难场所适宜性评价的关联度，结果见表4。以中山公园为例，其地形地势坡度因子的四个适宜性评价等级的关联系数k（v1）j分别为0.18，-0.82，-0.88，-0.93，表明其坡度适宜性的关联度为Ⅰ级。同理可以得到各应急避难场所各因子的关联系数及适宜性的关联度。

4.3 银川市地震应急避难场所适宜性综合指标评价

通过计算16 个地震应急避难场所的安全性、可达性、有效性适宜性的综合关联度，结果见表4。以中山公园为例可达的综合关联系数依次为-1.31、0.33、1.89、-19.39，则可达性的综合关联度为Ⅲ级。同理得安全性、有效性的综合关联度均为Ⅱ级。

从地震应急避难场所适宜性综合指标评价来看（表4），16 个避难场所的安全性、可达性和有效性Ⅰ、Ⅱ级累计贡献率分别为87.5%，31.25%，100.00%。可以看出安全性、可达性和有效性对银川市地震应急避难场所适宜性均起正向作用。

4.4 银川市地震应急避难场所适宜性综合等级评价

利用表4 的评价结果对各避难场所的4 个等级分别求和得表5，利用物元模型对各避难场所的适宜性进行综合评价并进行等级划分。结果显示：中山公园可划入第Ⅰ等级，应急避难场所适宜性属高度适宜级别；新月广场、宝湖公园、湖滨体育场、银川二中体育场、名人广场、凤凰公园、德馨公园、人民广场、森林公园、西夏公园、解放公园、八一公园、火车站广场划入第Ⅱ等级，应急避难场所适宜性属中度适宜级别；大团结广场、海宝公园划入第Ⅲ等级，空间适宜性属较适宜。

表4 银川市地震应急避难场所适宜性综合评价指标关联度

表5 银川市地震应急避难场所适宜性综合评价

从表5 来看，中山公园关联度为1.06，其空间适宜性属Ⅰ等级，为高度适宜；处于Ⅱ等级的13 个避难场所均为正值，表明其适宜性具有稳定性，不会因为某一个因素的改变而影响其适宜性；处于Ⅲ级的有2 个避难场所，表明其较为适宜。

5 结论与展望

城市应急避难场所是重大灾害事件发生时公众应急庇护、避难救助的重要公共空间与公共资源，对灾时城市居民生命财产安全和社会经济稳定有着决定性影响。物元可拓模型是将不同层次、阶段产生不相容的问题，利用拓展性方法将其转换为相容，实现最佳决策目标。本文利用遥感和GIS 技术，物元可拓模型法对银川市地震应急避难场所适宜性进行评价。

（1）从综合评价结果来看，16 个避难场所均处于Ⅲ等级以上，银川现有应急避难场所都为较适宜以上，不存在不适宜的场所。

（2）从综合评价指标来看，安全性、可达性、有效性均是影响银川市应急避难场所适宜性的因素。从二级指标来看，地势、与重大危险源间的距离、容纳人数、开放空间比是影响地震应急避难场所适宜性的主要因子，路网密度、与医院距离、与消防点距离、与公安局距离是影响地震应急避难场所适宜性的次要因子。

（3）评价结果中，中山公园为高度适宜，其主要原因在于地势平坦，周围路网密度高；大团结广场和海宝公园为较适宜，影响其因素为与医院、消防点、公安局的距离。

应急避难场所在建设过程中本着“平灾结合”的原则建立，在城市发展过程中扮演着不可或缺的角色。本文通过评价指标体系的建构，侧重于物元可拓模型的定量化解算对银川市地震应急避难场所适宜性进行等级划分，可为城市应急避难场所更好地服务于市民灾患时的庇护与救助需求提供支持。