閆鳳英， 何澤南， 張　琦

(1. 天津大學建筑學院， 天津 300072； 2. 天津大學建筑工程學院， 天津 300072)

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基于GIS的化工區(qū)火災風險評估研究

閆鳳英1， 何澤南2， 張琦2

(1. 天津大學建筑學院， 天津 300072； 2. 天津大學建筑工程學院， 天津 300072)

大型化工園區(qū)聚集著各類化工企業(yè)，重大危險源數(shù)量多，一旦發(fā)生火災事故，易導致重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。為了提高化工園區(qū)的消防安全水平，必須準確地把握化工園區(qū)內(nèi)部的火災風險整體水平，從而為消防站的合理布局提供依據(jù)。文章以天津市濱海新區(qū)某化工區(qū)為研究對象，分析了該化工區(qū)內(nèi)的主要危險源，并結(jié)合其火災風險特點和現(xiàn)有數(shù)據(jù)條件，建立了火災風險評估指標體系，用層次分析法(AHP)確定各指標的權重，通過地理信息系統(tǒng)(GIS)數(shù)據(jù)管理和疊加分析能力，得出該化工區(qū)的整體火災風險水平。

化工區(qū)； 火災風險評估； GIS； 層次分析法

石化產(chǎn)業(yè)在我國社會經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)中具有重要戰(zhàn)略地位，它推動著整個國民經(jīng)濟的增長與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，與整個社會和國民經(jīng)濟的快速發(fā)展有著十分密切的關系。隨著我國社會經(jīng)濟的飛速發(fā)展和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，石油化工產(chǎn)品的需求量也急劇增加，全國各地紛紛投資大型化工園區(qū)項目，具有產(chǎn)業(yè)集聚特點的大型石油化工產(chǎn)業(yè)園區(qū)不斷涌現(xiàn)。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至2006年底，我國省級以上人民政府批準建設的化工園區(qū)多達60多家[1-2]，還有一些化工園區(qū)項目待批待建。

國家環(huán)保總局于2006年對全國7 555個石油化工項目的環(huán)境風險進行大排查，其結(jié)果顯示，約45%為重大危險源，有81%的化工項目分布在人口密度、江河水域等環(huán)境敏感地區(qū)，存在著巨大的安全隱患[3]。我國化工事故頻發(fā)，由于缺乏科學有效的消防規(guī)劃，老化工區(qū)的安全問題一直沒有得到有效解決，大量新建的化工區(qū)又帶來了新的風險和挑戰(zhàn)[4-5]。為了提高化工園區(qū)的消防安全水平，必須在宏觀上準確把握化工區(qū)內(nèi)各區(qū)域的整體火災風險水平，從而制定科學合理的消防規(guī)劃。為此國內(nèi)外專家學者開展了基于GIS的區(qū)域火災風險評估以及消防規(guī)劃的研究[6-8]。因此，研究化工區(qū)的火災風險大小，對大型化工園區(qū)進行火災風險評估，具有重要的學術價值和社會價值。

一、 天津濱海新區(qū)某化工區(qū)概況

在天津濱海新區(qū)八大主導產(chǎn)業(yè)中，石油化工占全市石化總產(chǎn)值的60%以上，占新區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值比重近30%。天津濱海新區(qū)九個功能區(qū)中的化工區(qū)規(guī)劃面積200平方公里，其中陸域面積162平方公里，海域面積38平方公里。

規(guī)劃化工區(qū)建有儲存量達48萬立方米的儲油罐區(qū)，同時，建設有一座庫容達300萬立方米的國家戰(zhàn)略原油儲備基地?；^(qū)劃分為倉儲物流組團(面積約18平方公里)、基礎煉化組團(面積約22.5平方公里)、精細化工組團(面積約16平方公里)、石化彈性組團(面積約28平方公里)四個組團，其主要項目布局如圖1所示。根據(jù)《石油化工企業(yè)設計防火規(guī)范》(GB50160-2008)及《建筑設計防火規(guī)范》(GB50016-2006)火災危險性分類標準，針對工業(yè)區(qū)入駐企業(yè)的性質(zhì)(使用原料或產(chǎn)品的特點)，分析得出現(xiàn)落地化工項目的火災風險性類別，詳見表1。

表1　天津濱海新區(qū)某化工區(qū)化工項目火災風險性

二、 化工區(qū)評價指標體系的構(gòu)建

1． 化工區(qū)火災風險的內(nèi)涵

火災風險評估的首要問題是確定火災風險的定義或內(nèi)涵。由于研究者學術背景和關注角度不同，人們對火災風險的定義也不盡相同?；馂娘L險最通用的定義是[9]：火災風險為潛在火災事故發(fā)生的可能條件以及火災發(fā)生后可能導致的后果。火災風險可能造成損失，在風險管理理論上，一般將風險定義為可能造成損失的危害。

迄今為止，火災風險定義也沒有一個統(tǒng)一的表達式，在綜合比較各種火災風險定義、分析典型化工區(qū)各類場所火災案例以及化工區(qū)火災事故特點的基礎上，本文認為化工區(qū)火災風險內(nèi)涵包括火災危險性、火災易損性和消防抗災性三方面的內(nèi)容，這也決定了在設計區(qū)域火災風險評估指標體系時必須從以上三個方面進行分析考慮。

火災危險性指研究區(qū)域內(nèi)發(fā)生火災事故的可能性，通過對典型火災案例按發(fā)生場所的不同進行分析，本指標體系擬從化工區(qū)火災危險源在空間上的分布情況來綜合考慮火災危險指數(shù)。

區(qū)域易損性指研究區(qū)域內(nèi)一旦發(fā)生火災可能造成的損失和危害程度，通過對化工區(qū)火災事故特點總結(jié)分析，擬通過火災統(tǒng)計年鑒相關統(tǒng)計指標來描述區(qū)域易損性。

消防抗災性指研究區(qū)域?qū)馂氖鹿试斐蓳p失的抵抗能力，抗災能力的大小與研究區(qū)域的消防抗災硬件設施、應急救援能力和工作人員的消防意識等因素密切相關。

2． 指標的選取

根據(jù)上述的火災風險內(nèi)涵分析，本文從火災危險性、火災易損性和消防抗災性三個系統(tǒng)層建立評估指標體系進行火災風險評估，見表2。

表2　火災風險內(nèi)涵及其評價指標和描述

3． 評價標準

所選9個評價指標中既有定量也有定性指標，評價時需要將所有單因子統(tǒng)一到一個量化的指標體系中。結(jié)合相關消防規(guī)范，按評價指標適宜性進行分級，對各評價指標進行危險級別的量化分級[10-11]，由1到5表示危險級別的升高。單因子評價標準的分級標準見表3。

表3　評價因子量化表

三、 基于GIS的數(shù)據(jù)分析方法和火災風險評價結(jié)果

1． 指標權重的確定

由于各個因子對于火災危險性的影響程度不同，要對火災危險性進行定量的綜合評價，除了要選擇正確的評價指標外，還必須要確定各個指標在整個評價指標體系中的相對重要性，即各指標的權重。確定權重的方法有很多，主要有經(jīng)驗判斷法(如專家咨詢法、經(jīng)驗權數(shù)法等)和數(shù)學方法(主成分分析法、層次分析法和逐步回歸法等)[11-12]，本文采用層次分析法(AHP)確定各指標的權重，其結(jié)果如表4所示。

表4　火災風險評價指標權重

2． 基于GIS的分析方法及評價模型

火災風險評估采用加權疊加法，在單因子指標評價結(jié)果的基礎上，分別制定各指標的評價標準，在GIS中進行柵格疊加分析計算，分析方法見圖2。其評價模型為

(1)

式中：Ei為第i區(qū)域的綜合評分值；Pij為第i個評價目標第j個評價因子評價值(由表3中獲得)，Wij為Pij的權重值(由表4獲得)。

3． 基于GIS的火災風險評價結(jié)果

根據(jù)化工區(qū)規(guī)劃圖以及一些社會經(jīng)濟資料，按照火災風險評估的方法，利用GIS的數(shù)據(jù)管理功能和分析依據(jù)，得出濱海新區(qū)某化工區(qū)火災風險評估結(jié)果如圖3所示。將評價結(jié)果進行自然裂點法分為五個級別：極低風險，輕度風險，中度風險，重度風險，極度風險。根據(jù)屬性表的統(tǒng)計，各級區(qū)域所占比例及面積如圖3所示。

根據(jù)計算結(jié)果顯示，重度風險區(qū)面積為33.57 km2，占濱海新區(qū)某化工區(qū)總面積的51.46%；極度風險區(qū)面積為5.32 km2，占總面積的8.16%，重度及極度風險區(qū)域總面積將近占總面積的60%，說明濱海新區(qū)某化工區(qū)大部分區(qū)域的火災風險水平都很高，其主要原因是：濱海新區(qū)某化工區(qū)中化工企業(yè)的項目危險類別多為甲、乙類火災危險源，而重度及極度火災風險區(qū)域的火災危險源為甲類，高密度的集輸管道和大型儲罐也增加了其火災危險性；在集聚著高危險性的火災危險源的同時，濱海新區(qū)某化工區(qū)的火災易損性指標在投資強度方面也比普通城市區(qū)域大得多(區(qū)域內(nèi)項目投資強度絕大多數(shù)均在2 000萬元/公頃以上)，發(fā)生火災可能造成的經(jīng)濟損失也大得多。而極度風險區(qū)的化工項目比重度風險區(qū)的投資強度更大，分布有投資強度高達4 500萬元/公頃的食品添加劑項目，一旦發(fā)生火災，將造成不可估量的損失。

中等風險區(qū)域面積為9.32 km2，占總面積的14.29%，主要分布在石化彈性組團、倉儲物流組團的未開發(fā)部分區(qū)域，以及公用工程中心的海水淡化廠和污水處理廠，這些區(qū)域的化工企業(yè)項目危險類別主要為乙類，相對于重度及極度火災風險區(qū)域的火災危險性要小，其火災風險等級相對要低。

與通常的城市特征相仿的區(qū)域是管理服務中心和公用工程中心，主要包括行政辦公用地和市政供應設施用地，其火災危險性小，且由于在管理服務中心布置有消防隊，其消防抗災能力強，其火災風險性也低，為輕度火災風險區(qū)，面積為4.85 km2，占總面積的7.43%。極低火災風險區(qū)全部分布在綠地上，公共綠地上沒有火災危險源，發(fā)生火災也不會造成大的火災損失，因此，火災風險極低。

三、 結(jié)　語

本文在對濱海新區(qū)某化工區(qū)火災風險的各種影響因素進行深入分析的基礎上，定義了區(qū)域火災風險的基本概念，建立了適合濱海新區(qū)某化工區(qū)火災風險評估特點的風險評估模型，應用GIS的數(shù)據(jù)管理和空間分析功能，得出了濱海新區(qū)某化工區(qū)火災風險評估圖。

分析出濱海新區(qū)某化工區(qū)火災風險的兩個顯著特征：火災危險源多，發(fā)生火災可能造成的損失大。在得出火災風險整體評估結(jié)果的基礎上，有必要針對火災危險源多的特點，對各個具體化工企業(yè)的項目性質(zhì)和特征，進一步研究化工區(qū)火災危險的主要影響因素，在化工生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)制定出相應的安全生產(chǎn)措施，積極采用新裝備、新技術和新方法，從根本上杜絕消防安全隱患，最大限度地減少火災事故發(fā)生的機率，以確?；て髽I(yè)的安全生產(chǎn)。

[1]顧宗勤.我國化工園區(qū)的建設和發(fā)展[J].國際石油經(jīng)濟，2004，12(6)：52-55.

[2]劉芳.淺談化工園區(qū)安全生產(chǎn)[J]. 精細化工原料及中間體，2007，37(6)：18-20.

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[12] 張炳江.層次分析法及其應用案例[M].北京：電子工業(yè)出版社，2014.

Study on Fire Risk Assessment for Chemical Industry Park Based on GIS

Yan Fengying1， He Zenan2， Zhang Qi2

(1. School of Architecture， Tianjin University, Tianjin 300072， China;2. School of Civil Engineering， Tianjin University, Tianjin 300072， China)

Chemical Industry Park (CIP) gathers many kinds of chemical companies, materials with fire hazard, which will easily lead to serious casualties and property losses once the fire accident happen. In order to improve the level of fire safety in the chemical park, the rational distribution of fire stations has to be made based on good understanding of fire risk level in different areas as a whole. In this thesis, Tianjin Binhai New Area Chemical Industry Park is chosen as a subject of the study. The index system of fire risk assessment is established by analyzing the fire risk features, current data and main hazards of this CIP. Meanwhile, analytical hierarchy process(AHP) is also applied to determine the weight of each index. Finally, with the help of data management and overlay analysis abilities of GIS, the overall fire risk level of this CIP is obtained.

chemical industry park; fire risk assessment; GIS; analytical hierarchy process

2016-03-06.

國家自然科學基金資助項目(51438009)；天津市自然科學基金資助項目(13JCYBJC19700).

閆鳳英(1967—)，女，博士，教授.

閆鳳英，F(xiàn)engying@tju.edu.cn.

TU948

A

1008-4339(2016)05-418-06