重大突发事件下港口安全韧性理论模型及其定量评估研究

胡艳华，詹水芬,2，蒋文新，卢琳琳*，白 洁，马春阳

(1.交通运输部天津水运工程科学研究所，天津 300456；2.天津东方泰瑞科技有限公司，天津 300192；3.天津中心渔港港务有限公司，天津 300457)

港口是国内综合交通运输体系的重要组成部分[1-3]，肩负着保障战略物资生命通道通畅、确保应急运输绿色通道不断的行业使命。当重大公共事件出现时，极易通过港口，形成水陆综合运输网络的跨地区爆发和扩散。在此背景下，如何有效应对突发事件，实现港口的安全韧性管理，最大限度保障人民生命财产安全及社会稳定，成为港口行业亟待解决的热点难题。

安全韧性(Safety Resilience)是当前公共安全科学的前沿理念，尤其在城市安全管理实践中得到国内外学者的广泛关注[4-11]。目前，国内港口安全管理主要集中在港口危险品安全生产[12]、港区设备设施安全防护[13]、安全评价与区域风险评估[14-15]等方面，尚未开展港口安全韧性的内涵分析，其理论和应用研究处于空白。

鉴于此，本文对安全韧性概念进行分析，并在港口安全领域对其进行扩展，深入分析国内港口应对重大突发事件的安全韧性需求，探索建立基于重大突发事件的港口安全韧性发展模型；结合港口安全韧性指标体系的构建与熵权计算分析，得出各指标对安全韧性的影响权重值与港口安全韧性预测曲线图，可为港口安全韧性能力构建与应用研究提供参考依据。

1 港口安全韧性需求分析

图1为2010年大连港“7·16”输油管道爆炸事故前后的港口吞吐量，图2为2015年天津港“8·12”危险品仓库特别重大火灾爆炸事故前后的港口吞吐量，由图1和图2可以看出，各类港口重大突发公共安全事件不仅会造成巨大的人员伤亡与财产损失，而且对港口事故后的吞吐量造成较大影响，即突发事件导致的港口安全结构破坏会严重影响港口的正常运营与灾害后恢复适应能力。

图1 2010年大连港港口吞吐量变化趋势图Fig.1 Throughput change trend of Dalian Port in 2010图2 2015年天津港港口吞吐量变化趋势图Fig.2 Throughput change trend of Tianjin Port in 2015

港口作为开放复杂的母系统，由人、物、运行系统等三个子系统构成。由事故致因理论分析可知，一旦人、物、运行系统等任一子系统发生突变，就会导致港口整个复杂系统的紊乱，也就易发生安全事故。但是港口的问题又不仅仅如此，还受到突发事件(如公共卫生事件、暴恐袭击、火灾爆炸、自然灾害等)的输入影响。以公共卫生事件为例，当突发事件和港口的三个子系统相互作用，就会导致港口安全结构出现较大波动而失稳。因此，后续国内港口安全管理应侧重于提升其抵抗灾害或发生破坏改变的能力，确保港口暴露于灾害后以一个可接受的安全水平而稳定运行。换言之，港口应具备良好的安全韧性特性，以更好应对各类重大突发事件的影响。

图3 港口安全韧性发展三角形模型Fig.3 Triangle model of safety resilience in port

2 港口安全韧性理论及其模型构建

目前安全韧性三角形模型是公共安全管理领域的经典基础理论模型[16]，以突发事件、承载载体以及应急管理为3条边，并以灾害要素(物质、能力和信息)为连接3条边的节点，揭示了公共安全应急管理的基础要素[17]。由此，本文提出了港口安全韧性发展三角形模型(如图3所示)，该模型以灾害系统、承灾系统、安全韧性管理为3条边，通过港口规划建造、运营维护、事件应对、恢复重建等响应过程连接各条边。该模型中，灾害系统包括突发公共安全事件(公共卫生事件、暴恐袭击等)、自然灾害(火山爆发、地震等)以及其他不可抗力造成的各种致灾能量的集合；承灾系统包括港口生产运营涉及的作业场所以及作业场所内可能产生风险、导致隐患、发生事故的一切基础单元，同时也包括产生不安全行为的人；安全韧性管理则是对港口承灾系统面临灾害系统时所施加的系统及人为干预。

港口安全韧性发展三角形模型旨在构建一套基于安全韧性理论而运行的冗余安全管理体系，通过政府监管、企业落实与社会参与，共同营造全员参与的安全文化氛围；同时，该体系覆盖了“事故前”的风险研判、风险预警、风险管控和隐患治理，“事故中”的应急响应与救援处置，以及“事故后”的恢复重建、事故调查与分析处理等这一全过程，从加强源头治理、过程管控、基础保障、应急响应等方面不断提升承灾系统(如港口、城市、区域等)辨识、评估、管控和适应风险的能力，从而着力提升其安全生产、科学运营与应急管理中的承灾韧性与安全裕量，最终可使遭受的安全生产风险降至可接受的合理范围。

3 港口安全韧性评估与预测分析

3.1 港口安全韧性指标体系

由港口安全韧性理论及其韧性发展三角形模型分析可知，安全韧性港口应体现多样性、冗余性、适应性、鲁棒性、协同性和恢复性等属性特征。多样性是指港口系统要素及管理方式种类具有丰富度，以应对多种突发事件干扰形式；冗余性是指港口系统功能与管理能力具有多道安全防线，能够有效应对重大突发事件对其基础设施、生产设备与其运营管理系统的冲击与破坏；适应性是指港口系统要素及管理方式具备根据外界环境的变化而灵活调整的能力；鲁棒性是指在逆变环境中，港口系统可以某一可接受的安全水平维持基本生产运营的能力；协同性是指在港口管理过程中尽可能整合相关资源，实现区域联防联控；恢复性则是指港口系统在重大突发事件发生后可迅速恢复重建，最大程度减少人员伤亡与财产损失。在实际操作层面，则主要强调港口的安全文化、体系的安全裕量、事故的预防预控、风险监测预警、突发事件应急处置与快速响应以及事后恢复重建等核心要素，由此构建如表1所示的指标体系。

表1 港口安全韧性评估指标体系Tab.1 Port safety resilience evaluation index system

3.2 港口安全韧性评估与预测分析

(1)基于正态化标准处理的熵权计算方法与结果分析。

若系统由n个评价对象的m个评价指标组成评价矩阵，对某个评价序列x1，x2，……，xn进行正态化标准变换，则得到新序列

(1)

根据信息论的基本原理，信息是系统有序程度的一个度量；而熵值是系统无序程度的一个度量[18-19]。如果某个指标的熵值越小，说明其指标值的变异程度越大，提供的信息量越多，在综合评价中该指标起的作用越大，其权重应该越大。

若系统由n个评价对象的m个评价指标组成评价矩阵，则有

(2)

(3)

(4)

式中：ei表示某一评价指标ni的信息熵，pij表示原始评价矩阵中某个指标rij出现的概率，Wi表示某一评价指标ni的权重。

由此，根据港口安全韧性样本数据的正态化标准处理与熵权计算，分析得到港口安全韧性指标体系中各个指标的权重指数，如表2所示。

表2 港口安全韧性评估结果Tab.2 Port safety resilience assessment results

(2)安全韧性预测分析。

安全韧性可以在不断变化的环境中为港口提供持续性的安全保障，使港口维持正常生产与安全运营。因此，本文基于港口安全韧性发展三角形模型及安全韧性评估指标体系的各级指标权重指数分析，得到如图4所示的港口安全韧性预测曲线[20-21]。

图4 港口安全韧性预测曲线图Fig.4 Prediction curve of port safety resilience

如图4所示，横坐标为时间轴T，纵坐标表示港口系统功能F(t)，安全韧性水平R即为在考虑港口系统功能的瞬时变化条件下，港口系统功能的瞬时维持比例[22]；该曲线可动态体现出港口在外界冲击下系统功能下降、恢复、稳定的过程。由表2可知，不同指标对港口安全韧性的影响权重不同，因此对港口系统功能的影响规律也存在不同。权重值越大的指标，越能增强港口系统的抗冲击能力，缩短港口系统功能下降的速度与停留时间，即提升港口系统的快速响应与恢复能力。对于港口系统，应急能力建设对其安全韧性与港口系统功能至关重要，通过有效的应急响应与快速处置，能大幅降低事故对港口的破坏程度与损伤范围，保障港口灾害后的快速恢复重建与正常运营，确保港口系统功能保持在较高水平。由此通过港口安全韧性预测曲线能够在一定程度上预测港口在某一时刻不同指标输入下的现状安全韧性水平和未来发展轨迹，进而确定相应的规划策略和行动计划以强化港口安全韧性。后续通过安全文化、安全裕量、风险评估、监测预警、应急管理与恢复重建等方法或手段，可针对性开展城市安全韧性提升，改善港口系统功能对外界冲击的响应情况。

4 结论

(1) 基于安全韧性的理论内涵，构建港口安全韧性发展三角形模型。该模型以灾害系统、承灾系统、安全韧性管理为3条边，通过港口规划建造、运营维护、事件应对、恢复重建等响应过程连接各条边，可反映港口全生命周期的安全韧性管理需求。

(2) 构建以安全文化、安全裕量、风险评估、监测预警、应急管理与恢复重建为核心要素的港口安全韧性指标体系，该体系包括6个二级指标和37个三级指标。考虑安全韧性评估的不确定性和信息变异性特点，建立了基于正态化标准处理的熵权计算模型，得到上述指标的权重水平与层级重要度排序，对安全韧性的现状分析与预期规划具有重要的指导意义。

(3)基于安全韧性评估结果对港口安全韧性曲线进行预测，趋势结果与实际基本一致，表明该方法可行，具有较强的推广应用价值。对于港口安全韧性的研究与探讨具有非常迫切的理论与现实需求，后续还应针对港口安全韧性模型定量化、港口安全韧性构建与应用方面进行更深层次的探索与研究。