基于云重心评价法的化工园区应急能力评估研究

郭云涛，郭梦娜，屈柯馨，白思俊

(西北工业大学管理学院，陕西西安 710129)

随着我国国民经济的高速健康发展，化工园区在各地不断涌现。化工园区的建设促进了园区所在地经济的发展，但是园区内危险源高度聚集，很容易就会发生各类危险品与化学品排放泄漏、火灾、爆炸等突发性灾害事故，总体安全形势不容乐观［1］。如果园区应急能力不足，突发事故得不到及时有效的处置，极有可能产生多米诺效应，导致事故迅速扩大［2］。2016 年8 月18 日，我国山西省太原市清徐县一个阳煤化工产业园区内一粗苯罐爆炸并引起泄露，最后引起火灾事故发生。2019 年3 月21 日，江苏省盐城市响水县陈家港化工园区内一家石油企业发生爆炸事故，该园区内多家化工企业存在安全隐患，部分安全警示模糊不清，无巡回检查制度，现场操作人员不清楚应急处置措施等，应急能力较差，该园区自建园以来，已多次出现安全生产事故，甚至引发附近村民恐慌。由此可见化工园区事故已严重影响到人类生产生活和区域经济的平稳、持续、协调发展，对化工园区安全应急处理水平进行评估至关重要，建立合理的评估体系，对化工园区应急水平的提高、政府管理能力的加强以及化工园区的良性可持续发展的实现具有重要意义。

国内外已对应急开展大量研究，但对应急能力的评价仍缺乏综合性［3］，现有的应急能力评估方法多为模糊评价法、灰色关联法与数据包络分析法等，杨振宏等［4］为提高化工园区应急管理水平，将可拓理论引入化工园区的应急能力评估中，并进行了实证研究。窦站等［5］采用AHP-模糊综合评价法对化工园区应急能力进行了评估，并且通过熵技术对因素权重进行修正。王飞跃等［6］将评估者的自然属性引起的各自权重引入评估过程，采用模糊层次分析法对影响指标的权重进行研究。李连泉［7］介绍了DEA 评价方法并采用DEA 方法对地下工程震害应急方案的相对效率进行了评价，为应急方案的改进及应急力量的优化配置提供了模型支持。李子豪等［8］建立了基于网络DEA 的评估模型，解决后勤应急保障能力的评估问题，为提高应急保障能力提供依据。刘德海等［9］以高速公路突发事件应急能力为研究对象，提出了基于最小偏差组合权重的评价模型。层次分析法和模糊综合评价法在构建影响因素评价指标时具有较大的主观色彩［10］，没有考虑到隶属函数自身的不确定性，具有一定的局限性，稳定性和科学性有待提高。DEA 法模型大多都是确定型的，适用于多项投入与多项产出的效率评估。

上世纪90 年代，我国的李德毅［11］院士提出了定性定量不确定性转换的模型—云模型，通过将模糊数学和概率论综合应用，把定性概念的模糊性和随机性完全集成在一起，构成定性和定量相互间的映射，并且已经广泛应用与数据挖掘、知识发现、系统评测、决策支持、智能控制等众多领域。云重心评价法——在云理论之上提出，从系统整体考虑，利用云重心的改变衡量全局状态的变化。

陈荣胜等［12］利用云重心评价法对武警部队的应急救援能力做出评价，并验证了改方法的有效性。能规避专家评判时思维的随机性和主观性。张晓雷等［13］通过建立云重心评价模型对雷达辐射源进行了威胁评价，降低了评价中因主观性强带来的不确定性；江新等［14］将云重心评价法应用于风险评价，并为我国水电工程中的风险评价提供了新思路；廖良才等［15］指出组织绩效评价的指标难以量化，这对评价质量造成很大影响，为了解决这一问题，他通过云重心模型对组织绩效进行评价，实现从定性向定量的转变，并通过案例分析，验证了云重心法的可行性。

对于化工园区应急能力而言，其评价指标都是定性指标，在评价过程中采用传统的评价方法难以将定性指标量化，文献研究表明，云重心评价法更加科学的实现了定性概念与定量表示的转化，将云重心评价法应用于化工园区应急能力评价中，将极大程度的规避主观因素的影响，同时云重心评价法采用正态分布云作为隶属度函数，提高评价过程的稳定性。因此，本文针对现有化工园区应急能力评估方法的不足，将云重心评价法引入到化工园区应急能力的评估，建立以云重心为基础的化工园区应急能力评价模型，实现定性指标的精确数值表示，综合考虑影响化工园区应急能力的各个层次指标，用云重心位置的改变来衡量整个化工园区应急能力。最后以某化工园区应急能力评估验证模型的可行性和有效性。

1 基于云重心评价法的评估模型

1.1 云理论概述

云理论是通过某种结构算法，用语言值表现一个定性概念与其定量表示之间的相互转化关系［16］。国内外专家学者［17］分析了柯西、正太和岭形等云模型，对正态云模型的普适性进行了论证。给定一个定量论域U，C是论域U中的定性概念。对任意元素，都有一个稳定倾向的随机量，称作对C的隶属度。隶属度在U上的分布，称为隶属云，每一个u称为一个云滴［18］。

用期望值（Ex），熵（En）和超熵（He）三个参数来表示云的特征［19］。期望值Ex表示云滴在论域空间分布的期望，它反映出相应模糊概念中的信息中心值。熵En反映该概念在论域内可以接受的数值范围，熵越大，概念所接受的数值范围也越大，概念越模糊。超熵He是熵的熵，它反映了云滴的凝聚程度。

图1 一维正态云模型

1.2 基于云重心评价法的评估过程

依次类推，确定系统的多级评价指标体系。本文采用常用的层次分析法确定各个指标的权重值［21］。

（2）用云模型表示系统各种类指标［22］。选取多个评语专家对语言值的评价集合进行确定，规定与其对应的专家评语参数集为［0,1］，例如假定评语集，各个评语值对应的指标变化区间如表1 所示。

表1 各评语值对应的指标变化区间

对于中间区段存在对称的双边约束的评语用对称云模型来描述，对于两端的评语则用半云模型来描述，期望着可以取左右约束，熵取对应对称云模型熵值的一半。对称云模型表示评语值的计算公式如下：

结合专家小组的评估，对每一个语言值指标进行m组评价，按照式（1）将定性评语值转换为云模型，m个评价值可以用1 个一维云模型进行度量。计算方法如下：

（3）用N维综合云来表示系统变量。用上面的方法得到的各指标云模型组合成一个N维综合云模型，表示系统的状态发生了变化，当系统的状态发生了变化，N维综合云的重心也发生了变化。N维综合云的重心向量可以表示为：

（5）分析评测结果。分别计算出每个评语值云模型的加权偏离度，构成进行定性分析评价的云发生器，根据评测云发生器和各语言值对应变化区间，分析云重心的变化，自下而上，最终得出整个系统的综合云重心的加权偏离度，从而对系统状态进行评价。

2 算例分析

S 省的YH 化工园区是以原油与煤炭加工为核心，以煤化工、精细化工等系列产业为主的化工产业园，园区企业众多，周边设施齐全，附近有居住区、商业区等，将着眼于服务全省乃至区域发展，加强企业引资力度，推进以园区为主的周边发展。本文将针对该化工园区的基本概况，应急管理现状和内外交通等设施情况，结合相关资料和专家意见对其应急能力进行评估。

2.1 建立评价指标体系

化工园区事故应急能力评价是对整个复杂系统的评价，包括园区综合应急管理以及园区内企业自身应急管理，需要全面考虑园区及园区内企业，园区内任何一家短板企业应急能力不达标将会严重影响整个园区的综合应急水平，更容易造成事故的进一步扩大，园区对园区内企业的监督管理制度直接影响整个园区的应急管理水平，因此指标体系选择需综合考虑园区及内部企业。

本文在大量文献研究基础上，结合应急管理部颁布的《化工园区安全风险排查治理导则（试行）》和《危险化学品企业安全风险隐患排查治理导则》，以及《化工企业安全管理制度》《爆炸危险场所安全规定》《中华人民共和国突发事件应对法》等的相关规定，按照系统性、科学性、全面性、代表性等原则［24］，从化工园区应急的过程出发，按照时间顺序确定了四个一级评价指标，即应急预防、应急准备、应急处置和事后处理，再从各个阶段出发，综合考虑园区及园区内企业自身人员、制度、管理等方面确定初选指标，通过指标间的重叠性分析以及专家评选等方法对指标优化，确保指标的科学性、可信性及完整性，最终确定了21 个二级指标，逐层建立了评价指标体系，具体如表2 所示。

表2 化工园区应急能力评价指标体系

即本文B，C 分别表示一级指标与二级指标的因素集合。则B={B1，B2，B3，B4}，B1={C1，C2，C3，C4，C5}，B2={C6，C7，C8，C9，C10，C11},B3={C12，C13，C14，C15，C16，C17}，B4={C18，C19，C20，C21}

以下以应急处置能力（B3）为例具体说明评价过程。

2.2 确定各评价指标权重

本文采用层次分析法的理论原理，根据专家意见建立重要性判别矩阵，采用求积法计算各指标权重系数，并对各个指标进行一致性检验。

（1）首先根据专家意见（采用1-9 标度法）得出重要性判别矩阵形式如表3 所示。

表3 重要性判别矩阵（B3）

（2）采用求积法计算权重系数。

1）对B 按列规范化：

规范化后矩阵如表4 所示。

表4 规范化重要性判别矩阵（B3）

（3）一致性检验。经计算得判断矩阵特征值最大值为6.29，带入一致性指标

则判断其通过一致性检验。

同理可逐层依次求解出其他指标的权重向量：

所有一级指标权重计算结果为:

所有二级指标权重计算结果为:

2.3 确定评语集以及专家评价结果

本文通过5 名专家综合考虑该化工园区的基本情况，确定各个指标评价集元素，并对化工园区应急能力的各个指标给出定性评价，通过对所有专家给出的评价结果进行处理，利用云重心评判法得出该化工园区应急能力评定等级。

根据专家意见得出评语集及其变化区间，利用公式（1）计算各评语的期望Ex和熵En，计算结果如表5 所示。

表5 各定性指标评语值及其对应的区间值

2.4 求各指标云模型的期望值、熵并计算加权偏离度

（1）计算各指标云模型的期望值熵。因评价指标均为定性指标，所以可根据专家评价结果，按照公式（2）和（3）计算各指标云模型的期望值、熵。以应急处置能力（B3）为例，计算过程如下：

综合5 位专家的意见，针对应急处置能力（B3）得出评价结果，如表6 所示。

表6 针对应急处置能力各专家评价结果

根据每一种语言值评语的期望值（如表2 所示），结合5 位专家提出的每一种指标状态（如表6 所示），将应急处置能力用综合云重心向量G3表示，得到下列矩阵：

按照公式（2）和（3）计算各指标的期望值和熵：

同理可依次求得其他几个指标的期望值和熵值如表7 所示。

表7 各指标的期望值和熵值

表7（续）

（2）计算加权偏离度。理想状况下（即各指标评价结果均为好）应急处置能力指标的综合云重心向量为：

2.5 分析评测结果

理想状态下，应急处置能力（B3）的评价值为‘好’，即其期望着为1.0，而对于该化工园区而言，经上面计算得到应急处置能力（B3）距离理想状态下的加权偏离度为0.329，则其实际期望值为0.671，与评语‘较好’的期望值‘0.7’非常接近，所以可认为该化工园区应急处置能力（B3）用语言值表示为‘较好’。

2.6 综合应急能力评估结果与应对措施

根据以上计算步骤可依次得出各个层级指标的评价结果，如表8 所示。

表8 某化工园区应急能力评价结果

由上述计算结果可知，该化工园区的综合应急能力评价为‘较好’，其他四个一级指标评价也均为‘较好’，说明该化工园区突发事故应急能力比较均衡全面，另外在应急预防方面，应急处置和事后处理方面，个别指标如：‘危险识别’‘事态评估’‘事故处理’‘恢复重建’‘事故分析总结’‘应急预案修订’评价结果为‘一般’。针对以上问题，提出了以下应对措施：

（1）在危险识别方面，建议重点识别以下3 个方面。一是生产场所和储存仓库区易引起突发事故的危险化学品；二是园区内的布局规划以及设备，谨防布局失误或设备老化等问题；三是园区内部的工作人员，尽量避免人为失误。具体可参照我国发布的《生产过程危险和有害因素分类与代码》以及《企业职工伤亡分类》。

（2）在事态评估方面，建议保证应急管理人员以及应急机构进行评估工作的相关人员的专业性。可定期对其专业能力进行考察，辅以考察评估速度。

（3）在事故处理方面，建议园区加强消防抢险能力、交通治理能力、以及应急联动响应等能力，从而提高事故处理的效率。

（4）在恢复重建方面，建议园区能够吸取事故教训，以发展的眼光进行恢复重建工作，将以前存在缺陷的设施设备进行完善。此外，建议对需要恢复重建的设施设备进行重要性排序，有重点、有秩序的进行恢复重建工作，并做好监督检查工作。

（5）在事故分析总结方面，建议成立专门的调查小组对事故发生的原因进行调查，将调查结果进行梳理和分析总结，并出具一份报告存档。

（6）在应急预案修订方面，建议在事故发生以后，对事故以及整体救援工作进行全方面分析，发现并改进现有应急预案存在的不足，对其进行修订和完善。

3 结论

云重心评价法通过综合云重心的加权偏离度衡量整个系统状态的变化，保证了定性和定量指标转化的合理性。本文将云重心评价法引入化工园区应急能力评估中，建立了基于云重心评价法的化工园区应急能力评价模型，从下往上依次得出各层级指标评价结果的语言值表示，给出了更加直观的判断结果，为化工园区应急能力评价研究提供了一种新的思路和方法。但该方法在整个评价过程中仍然依赖于专家主观意见，如何进一步减少主观因素，提高评价结果的客观性、合理性，还有待进一步研究。