孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

?

基于TOPSIS評價法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價研究1

孫瀅悅 陳 鵬 劉曉靜 劉家福

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林四平 136000）

由于城市中人口高度聚集，一旦發(fā)生災(zāi)害需疏散受災(zāi)居民到應(yīng)急避難所中，因此應(yīng)急避難所選址的合理性與適宜性就成為研究的重點。本文從經(jīng)濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環(huán)境因素等6個方面出發(fā)，選取12個應(yīng)急避難所選址適宜性評價因子，并構(gòu)建評價指標(biāo)體系；利用TOPSIS評價方法構(gòu)建適宜性評價模型，對研究區(qū)42處備選應(yīng)急避難所的適宜性進行評價，結(jié)果表明：優(yōu)秀級別8個、良好級別10個、中等級別23個、差等級別1個。研究結(jié)果可為應(yīng)急管理部門在選擇應(yīng)急避難所建設(shè)位置時提供決策依據(jù)。

TOPSIS 應(yīng)急避難所 適宜性評價 哈爾濱

引言

隨著城市化進程的加快，城市規(guī)模、人口密度不斷加大，一旦發(fā)生災(zāi)害，將會對城市居民的生命、財產(chǎn)安全造成嚴(yán)重威脅。當(dāng)城市發(fā)生災(zāi)害后，需要及時疏散災(zāi)區(qū)居民到應(yīng)急避難所中。因此，城市中的應(yīng)急避難所建設(shè)是否合理，能否滿足災(zāi)區(qū)居民避難要求就顯得尤為重要。目前，針對應(yīng)急避難所的空間選址或空間區(qū)位配置的相關(guān)研究較多（Aday等，1981；萬艷華，2003；李彪，2003）。這些研究大致可分為3種，一是基于經(jīng)濟地理學(xué)的區(qū)位分析模型（王錚等，1994；周一星，1995）；二是基于運籌學(xué)規(guī)劃技術(shù)的區(qū)位模型（陸大道，1988；胡志毅等，2002）；三是將GIS技術(shù)應(yīng)用到公共服務(wù)設(shè)施的區(qū)位模型（陳忠暖等，2006；周媛等，2011）。應(yīng)急避難所選址的適宜性評價以區(qū)位布局原則為基礎(chǔ)，構(gòu)建一系列評價指標(biāo)，對已規(guī)劃或是備選點進行適宜性分析，其結(jié)果能反映區(qū)位選擇模型的應(yīng)用效果及責(zé)任區(qū)劃分結(jié)果的合理性。城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價一般分為兩步，首先篩選具有代表性且較為獨立的評價指標(biāo)，構(gòu)建指標(biāo)體系；其次確定各評價指標(biāo)權(quán)重，可通過加權(quán)法得到每一應(yīng)急避難所的適宜性評價值。吳宗之等（2005）強調(diào)了應(yīng)急避難所的生活性，從應(yīng)急避難所的規(guī)劃設(shè)計、硬件設(shè)施、軟件環(huán)境3個方面綜合評價了其應(yīng)急適應(yīng)能力，但二級指標(biāo)體系過于復(fù)雜，部分指標(biāo)量化困難；葉明武等（2009）從安全性、收容性、可達性3個方面綜合構(gòu)建了應(yīng)急避難所適宜性評價體系，該體系較為簡潔，但忽略了對應(yīng)急設(shè)施的評價；Lee等（2008）從應(yīng)急避難所周邊設(shè)施的連通性入手，著重考慮道路網(wǎng)絡(luò)情況，實現(xiàn)了地震應(yīng)急避難所區(qū)位評價；Ma等（2011）從鄉(xiāng)村地震疏散能力入手，篩選出組織與管理系統(tǒng)、地震避難所、救濟資源及應(yīng)急設(shè)施這4個一級指標(biāo)，綜合構(gòu)建應(yīng)急避難所評價指標(biāo)體系。通過已有的研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)體系過于龐大、復(fù)雜，有些指標(biāo)難于量化。因此，構(gòu)建一套簡單、獨立的指標(biāo)評價體系以及應(yīng)急避難所選址模型尤為重要。

TOPSIS（Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution），即逼近理想解排序法，是由Hwang等（1981）于1981年首次提出。該方法對數(shù)據(jù)分布及樣本量、指標(biāo)多少無嚴(yán)格限制，數(shù)學(xué)計算亦不復(fù)雜，評價對象較為廣泛，且具有對原始數(shù)據(jù)利用比較充分、信息損失較少等特點（Hwang等，1981）。后由Lai等（1994）將TOPSIS應(yīng)用到多目標(biāo)決策問題中，隨后該方法得到廣泛應(yīng)用。利用TOPSIS方法通過多個指標(biāo)評價事物時，可將指標(biāo)看成變量，則在幾何上形成一個高維空間，被評價的對象即為反映它的多個指標(biāo)值在該空間確定的一個點，綜合評價問題就變?yōu)閷@些點做出總體評價或者排序。本文以哈爾濱道里區(qū)為研究對象，選取6個一級應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)，12個二級應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)，基于TOPSIS法構(gòu)建應(yīng)急避難所選址適宜性評價模型，對研究區(qū)應(yīng)急避難所備選點（學(xué)校、廣場、體育場及圖書館）進行選址適宜性評價，并將評價結(jié)果分級，得出研究區(qū)42處備選應(yīng)急避難所適宜性等級。評價結(jié)果可為應(yīng)急管理部門選擇應(yīng)急避難所建設(shè)位置提供決策依據(jù)。

1 研究思路與方法

1.1 研究思路

地震應(yīng)急避難場所為應(yīng)對地震等突發(fā)事件，經(jīng)規(guī)劃、建設(shè)，具有應(yīng)急避難生活服務(wù)設(shè)施，是可供居民緊急疏散、臨時生活的安全場所。本文按照“以人為本、科學(xué)規(guī)劃、就近布局、平災(zāi)結(jié)合、一所多用”的規(guī)劃原則，對備選應(yīng)急避難所進行適宜性評價。

考慮到研究區(qū)的特點，先從經(jīng)濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環(huán)境因素6個方面篩選指標(biāo)，構(gòu)建城市應(yīng)急避難所選址適宜性概念框架（圖1），開展基于TOPSIS方法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價研究。然后以哈爾濱市道里區(qū)為例，進行實證研究。最后將應(yīng)急避難所備選點指標(biāo)代入評價模型，得出各備選應(yīng)急避難所的適宜性評價結(jié)果。

1.2 指標(biāo)選取

1.2.1 經(jīng)濟性

經(jīng)濟性指標(biāo)與區(qū)域經(jīng)濟相對應(yīng)，是城市應(yīng)急避難所建設(shè)過程中必須考慮的重要指標(biāo)之一。應(yīng)急避難所建設(shè)要做到切實可行、經(jīng)濟有效，須從地域經(jīng)濟的客觀條件出發(fā)，合理建設(shè)。該指標(biāo)包括設(shè)施數(shù)目和開發(fā)經(jīng)費，其中設(shè)施數(shù)目是指城市應(yīng)急避難所建設(shè)過程中與避難所建設(shè)相關(guān)的設(shè)施，設(shè)施數(shù)目的多少決定應(yīng)急避難所的開發(fā)費用。因此，在開發(fā)經(jīng)費允許的情況下，應(yīng)合理地布設(shè)應(yīng)急避難所中的相關(guān)設(shè)施，以滿足居民應(yīng)急避難需要。

1.2.2 效率性

效率性指標(biāo)包括平均旅次長度與一定距離內(nèi)設(shè)施服務(wù)人數(shù)兩個指標(biāo)，其中平均旅次是指某一區(qū)域內(nèi)需避難居民發(fā)送量（即每次能夠轉(zhuǎn)移需避難居民的數(shù)量）與其居民總量比值（次/人），即“平均旅次”，或稱為“人均旅次”，而平均旅次花費的時間即為平均旅次長度。一定距離內(nèi)設(shè)施服務(wù)人數(shù)表示應(yīng)急避難所服務(wù)范圍內(nèi)的人數(shù)，該指標(biāo)表明應(yīng)急避難所建設(shè)規(guī)模是否滿足居民避難需要。這兩個指標(biāo)體現(xiàn)了應(yīng)急避難所選址的效率性。

圖1 應(yīng)急避難所選址適宜性評價概念框架

1.2.3 公平性

該指標(biāo)包括應(yīng)急避難所的覆蓋率與設(shè)施負荷標(biāo)準(zhǔn)差。公平性體現(xiàn)了應(yīng)急避難所對服務(wù)范圍內(nèi)居民的覆蓋程度，即考慮服務(wù)范圍覆蓋全部居民點。但在覆蓋居民點的同時，還應(yīng)考慮應(yīng)急避難所設(shè)施的負荷程度，即設(shè)施負荷標(biāo)準(zhǔn)差，一旦超過設(shè)施的負荷，避難所將失去應(yīng)急避難功能，所以應(yīng)切實考慮這兩個指標(biāo)，以體現(xiàn)應(yīng)急避難所選址的公平性，合理布局應(yīng)急避難所位置及數(shù)量。

1.2.4 安全性

安全性包括坡度和與危險源距離兩個指標(biāo)。應(yīng)急避難所選址位置應(yīng)考慮坡度，一般應(yīng)選擇相對較高、坡度較緩且基礎(chǔ)設(shè)施較好的地區(qū)進行建設(shè)（姚新強等，2012）。同時，還應(yīng)考慮到城市中的危險源，包括加油站、化工廠、油漆廠、鞭炮廠等，應(yīng)選取距離危險源500m以外的區(qū)域建設(shè)應(yīng)急避難所。城市中地震帶（王華林等，2011）、高大建筑物（大廈、煙囪等）對城市應(yīng)急避難所布局也有所影響，因此布局時應(yīng)遠離。

1.2.5 可達性

可達性是影響城市應(yīng)急避難所選址的又一個重要因素，對應(yīng)急救援與物資調(diào)運有直接影響，也標(biāo)志著此應(yīng)急避難所的有效輻射范圍（李世雄等，2016），同時也指避難路徑的通達情況，通?？梢杂帽茈y疏散時間或避難距離來衡量，一般避難時間以步行10分鐘之內(nèi)為宜?？蛇_性具體包括交通便利與步行可達性兩個指標(biāo)，其中交通便利是指城市道路的便利程度，以路網(wǎng)密度來度量，城市路網(wǎng)密度越大，便利性越好；步行可達性是指居民應(yīng)急避難過程中可達到的空間范圍，與應(yīng)急避難所距離越小步行可達性越好。

1.2.6 環(huán)境因素

應(yīng)急避難所是災(zāi)民為躲避災(zāi)害而短暫居住的場所，其環(huán)境好壞直接影響居民的身體健康。當(dāng)災(zāi)害發(fā)生時，大量居民將轉(zhuǎn)移到應(yīng)急避難所中居住，在此過程中將產(chǎn)生大量垃圾、污水等。為保證良好的避難環(huán)境、減少居民的疾病傳染，需及時進行垃圾與污水處理。因此，為衡量應(yīng)急避難所環(huán)境因素這一指標(biāo)，本文選取垃圾處理方便性與污水處理能力兩個指標(biāo)。

1.3 指標(biāo)量化與權(quán)重計算

1.3.1 指標(biāo)量化

依據(jù)城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價的概念框架，選出具了有代表性、針對性、易于量化的12個評價指標(biāo)。為了消除單位的不同給計算帶來的不便，對每一個指標(biāo)按照公式（1）進行無量綱化處理：

1.3.2 權(quán)重計算

在進行評價的過程中，需要一個描述指標(biāo)相對重要程度的權(quán)的估價，即權(quán)重。本文使用層次分析法（AHP）計算權(quán)重。層次分析法把復(fù)雜問題分解成組成因素，并按支配關(guān)系形成層次結(jié)構(gòu)，然后用兩兩比較的方法確定決策方案的相對重要性，其常用來解決綜合評價、選擇決策方案、估計和預(yù)測等問題。使用層次分析法計算權(quán)重步驟如下：

（1）建立層次結(jié)構(gòu)模型，包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層。

（2）構(gòu)造成對比較矩陣，即從第二層開始用比較矩陣和值1—9評價尺度。

（3）計算單排序權(quán)向量并做一致性檢驗，即對每個比較矩陣計算最大特征值及其對應(yīng)的特征向量，再利用一致性指標(biāo)、隨機一致性指標(biāo)和一致性比率進行一致性檢驗。若檢驗通過，歸一化后的特征向量即為權(quán)向量；若不通過，須重新構(gòu)造成對比較矩陣。

（4）計算最下層對最上層總排序的權(quán)向量，利用總排序一致性比率進行檢驗：

式中，CI為一致性檢驗指標(biāo)，a為待評目標(biāo)的總排序結(jié)果。當(dāng)＜0.1時，則通過一致性檢驗，可按照總排序權(quán)向量表示的結(jié)果進行決策，否則需要重新考慮模型或重新構(gòu)造那些較大的成對比較矩陣。根據(jù)城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價概念框架及權(quán)重計算方法，建立城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)體系及權(quán)重，如表1所示。

表1 應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)與權(quán)重

續(xù)表

2 城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價模型構(gòu)建

TOPSIS法，即逼近理想解排序法，是有限方案多目標(biāo)決策分析的一種常用方法，可用于效益評價、衛(wèi)生決策和衛(wèi)生事業(yè)管理等多個領(lǐng)域。本方法對資料無特殊要求，使用靈活簡便，應(yīng)用廣泛。其基本思想是：基于歸一化后的原始數(shù)據(jù)矩陣，采用余弦法找出有限方案中的最優(yōu)方案和最劣方案（分別用最優(yōu)向量和最劣向量表示），然后分別計算各評價對象與最優(yōu)方案和最劣方案間的距離，獲得各評價對象與最優(yōu)方案的相對接近程度，以此作為評價優(yōu)劣的依據(jù)。模型建立與計算步驟如下：

（1）設(shè)有個目標(biāo)（有限個目標(biāo)），個屬性，專家對其中第個目標(biāo)的第個屬性的評估值為x，則初始判斷矩陣V為：

（2）趨同化數(shù)據(jù)歸一化：

式中指標(biāo)的數(shù)值越大越理想，則為高優(yōu)指標(biāo)；如果某個指標(biāo)的數(shù)值越小越理想，則為低優(yōu)指標(biāo)；中性指標(biāo)是指位于高優(yōu)指標(biāo)與低優(yōu)指標(biāo)之間的指標(biāo)?！霸笔侵冈贾笜?biāo)中未進行歸一化處理的數(shù)值。

由此得到歸一化處理后的矩陣Z：

（3）確定最優(yōu)方案和最劣方案

最優(yōu)方案由上述確定的方案中的最大值構(gòu)成，而最劣方案由方案中的最小值構(gòu)成，記為Z+與Z－，Z+與Z－形成新的向量，表達方式如下：

（5）計算各評價對象與最優(yōu)方案的接近程度C：

C越趨近于1，表明評價對象越優(yōu)。

（6）按照接近程度C的大小排序，形成決策依據(jù)。

3 實證研究

3.1 研究區(qū)概況

哈爾濱市位于44°04′—46°40′N，125°42′—130°10′E，是中國東北北部的政治、經(jīng)濟、文化中心。全市總面積約為5.384萬平方千米，共有9個市轄區(qū)、7個縣，代管2個縣級市，其中市轄區(qū)面積10198km2。市區(qū)規(guī)劃各類面積為1000—50000m2的緊急避難場所共831處，固定及中心級避震疏散場所64處，洪水淹沒線以外地區(qū)的固定避難疏散場所共51處。由于全市避難所較多，篇幅有限，僅以道里區(qū)42處備選應(yīng)急避難所作為研究區(qū)進行實證研究。

3.2 TOPSIS評判矩陣構(gòu)建

（1）構(gòu)建決策矩陣。按照公式（3）構(gòu)建應(yīng)急避難所選址適宜性評價決策矩陣V。由于矩陣中數(shù)據(jù)較多，僅列出部分?jǐn)?shù)據(jù)：

（2）規(guī)范化決策矩陣。用公式（4）和公式（5）求得規(guī)范化決策矩陣Z，計算結(jié)果如下：

（3）確定Z＋與Z－：

（4）根據(jù)公式（8）和公式（9）計算各方案到Z＋和Z－的距離與評價結(jié)果的C值，計算出的C值越大，說明該處應(yīng)急避難所選址適宜性越高，反之越低。對C值采用等差數(shù)列分級方法，分級標(biāo)準(zhǔn)與結(jié)果見表2及表3。

表2 應(yīng)急避難所選址適宜性分級標(biāo)準(zhǔn)

表3 應(yīng)急避難所選址適宜性評價結(jié)果

續(xù)表

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

本文利用TOPSIS方法，從經(jīng)濟性、效率性、公平性、安全性、可達性及環(huán)境因素等6個方面12個指標(biāo)構(gòu)建城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價指標(biāo)體系，并對研究區(qū)42處備選點進行適宜性評價。評價結(jié)果為優(yōu)秀的應(yīng)急避難備選場所有8個，為良好的有10個、中等23個，差等1個。城市應(yīng)急避難所選址可從學(xué)校、廣場、圖書館及體育場等中選擇，但不是每個場所都適合作為應(yīng)急避難所。按照本文所得評價結(jié)果，優(yōu)秀與良好等級的可作為城市應(yīng)急避難所的首選地點，處于中等級別的可次選作為應(yīng)急避難所的備選地點，而處于差等級的則不適宜作為應(yīng)急避難所。評價地點中，哈爾濱第七十六中學(xué)位置較為靠近河流，且周圍道路通達性相對較差，因此該處適宜性評價結(jié)果為差等級。研究結(jié)果可為城市應(yīng)急避難所選址提供依據(jù)，亦可為已建好的應(yīng)急避難所適宜性評價提供參考。

4.2 討論

TOPSIS方法對數(shù)據(jù)樣本分布、樣本含量指標(biāo)多少均無嚴(yán)格限制，既適用于小樣本資料，也適用于多評價單元，既可用于橫向?qū)Ρ确治?，也可用于縱向?qū)Ρ确治觥＠迷摲椒▽Τ鞘袘?yīng)急避難所選址適宜性進行評價，其適用性較好。但在指標(biāo)體系構(gòu)建過程中對于權(quán)重的計算采用層次分析法，具有一定的主觀性，對研究結(jié)果的精度有一定影響。另外，本研究中對應(yīng)急避難所選址適宜性分級采用等差數(shù)列分級法，其分級結(jié)果的合理性還有待進一步研究。

陳忠暖，閻小培，2006．區(qū)位模型在公共設(shè)施布局中的應(yīng)用．經(jīng)濟地理，26（1）：23—26．

胡志毅，張兆干，2002．城市飯店的空間布局分析-以南京市為例．經(jīng)濟地理，22（1）：106—110．

李彪，2003．城市安全規(guī)劃的可視化技術(shù)研究．中國安全科學(xué)學(xué)報，13（11）：28—31．

李世雄，朱華桂，2016．基于受災(zāi)者關(guān)鍵期自救的應(yīng)急救援物資結(jié)構(gòu)研究—以地震災(zāi)害為例．震災(zāi)防御技術(shù)，11（1）：153—164．

陸大道，1988．區(qū)位論及區(qū)域研究方法．北京：科學(xué)出版社．

萬艷華，2003．城市防災(zāi)學(xué)．北京：中國建筑工業(yè)出版社．

王華林，蓋殿廣，王紀(jì)強等，2011．淄博市及其鄰近地區(qū)活斷層地震危險性評價．震災(zāi)防御技術(shù)，6（3）：242—256．

王錚，丁金宏，1994．區(qū)域科學(xué)原理．北京：科學(xué)出版社．

吳宗之，黃典劍，蔡嗣經(jīng)等，2005．基于模糊集值理論的城市應(yīng)急避難所應(yīng)急適應(yīng)能力評價方法研究．安全與環(huán)境學(xué)報，5（6）：100—103．

姚新強，陳宇坤，高武平等，2012．印度錫金邦6.8級地震中國西藏地區(qū)民房震害分析．震災(zāi)防御技術(shù)，7（1）：77—84．

葉明武，王軍，陳振樓等，2009．城市防災(zāi)公園規(guī)劃建設(shè)的綜合決策分析．地理與地理信息科學(xué)，25（2）：89—93，98．

周一星，1995．城市地理學(xué)．北京：商務(wù)印書館．

周媛，石鐵矛，胡遠滿等，2011．基于GIS與多目標(biāo)區(qū)位配置模型的沈陽市公園選址．應(yīng)用生態(tài)學(xué)報，22（12）：3307—3314．

Aday L., Andersen R., 1981. Equity of access to medical care: a conceptual and empirical overview. Medical Care, 19(S): 4—27.

Hwang C. L., Yoon K., 1981. Multiple Attribute Decision Making: Methods and Applications A State-of-the-Art Survey. Berlin Heidelberg: Springer-Verlag.

Lai Y. J., Liu T. Y., Hwang C. L., 1994.TOPSIS for MODM. European Journal of Operational Research, 76(3): 486—500.

Lee Y. L., Ishii H., Tai C. A., 2008. Earthquake shelter location evaluation considering road structure. In: Proceedings of the Eighth International Conference on Intelligent Systems Design and Applications. Kaohsiung: IEEE, 495—497.

Ma D. X., Chu J. Y., Liu X. N., et al., 2011. Study on evaluation of earthquake evacuation capacity in village based on multi-level Grey evaluation. Procedia Systems Engineering, 1: 85—92.

孫瀅悅，陳鵬，劉曉靜，劉家福，2017．基于TOPSIS評價法的城市應(yīng)急避難所選址適宜性評價研究．震災(zāi)防御技術(shù)，12（3）：700—709．

Suitability Evaluation of Urban Emergency Shelter Site Based on TOPSIS Evaluation Method

Sun Yingyue, Chen Peng, Liu Xiaojing and Liu Jiafu

(Jilin Normal University School of Tourism and Geography Sciences, Siping 136000, Jilin, China)

During the emergency, for the high concentration of population in the city, there is a need to evacuate the residents to the emergency shelter at once. Therefore, the rationality and suitability of the site selection should be the focus of the study. Taking six aspects of consideration, such as the economy, efficiency, equity, safety, accessibility and environmental factors, we selected 12 emergency shelter site suitability evaluation factors, and built the evaluation index system. TOPSIS evaluation method was applied to construct the suitability evaluation model and evaluate the suitability of 42 alternative emergency shelters in the study area. The results show that among 42 shelter sites in the study area there were 8 excellent, 10 good, 23 fair and 1 poor grades. The results of the study can provide the basis for the emergency management department to choose the location of emergency shelter.

TOPSIS; Emergency shelter; Suitable evaluation; Harbin

10.11899/zzfy20170325

國家自然科學(xué)基金（41501557，41501559）及吉林省科技廳青年基金（20150520081JH）

2016-07-20

孫瀅悅，女，生于1980年。副教授，在讀博士。從事旅游資源規(guī)劃與災(zāi)害風(fēng)險管控等方面的研究。 E-mail：syy800201@126.com