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摘要：應急科學是防范、消減、化轉及控制一個系統(tǒng)遭受外界打擊后，采取科學、技術、工程、產(chǎn)業(yè)及管理等方法，使該糸統(tǒng)恢復到人們可接受程度狀態(tài)(原狀態(tài)或趨于新的平衡態(tài))的科學。開展智慧城市韌性研究對于豐富應急科學理論體系以及推動城市可持續(xù)發(fā)展，提高城市承載能力、抗災能力、發(fā)展能力具有重要現(xiàn)實意義。《應急科學與工程》公眾號邀請天津城建大學劉嚴萍、王勇；中國人民警察大學（原武警學院）王慧飛、河南理工大學應急救援研究所錢洪偉等合作撰寫《城市韌性:內(nèi)涵與評價體系研究》，文章基于既有國內(nèi)外相關研究基礎上，設計了以人、物、經(jīng)濟社會系統(tǒng)為核心，以敏感性、應對力、交互能力、成長度為維度的智慧城市韌性評價指標體系，以期為城市持續(xù)性發(fā)展、城市韌性及智慧應急產(chǎn)業(yè)研究提供理論支撐和實踐指導，從而進一步豐富、完善應急科學與工程知識體系。 隨著我國城鎮(zhèn)化率的提高, 城市不斷擴張, 人口大量聚集, 城市功能日益擴展, 城市系統(tǒng)日趨復雜, 隨之而來的城市安全問題凸顯, 制約著城市健康發(fā)展。城市作為復雜系統(tǒng), 不可避免受到自然災害、公共突發(fā)事件、安全生產(chǎn)事故、經(jīng)濟金融危機等多種風險的沖擊。對此, 韌性城市研究具有重要現(xiàn)實意義。2013年紐約開展的“一個更加強大、更具韌性的紐約”計劃;2015年日本推行國土韌性計劃;2015年中國城市規(guī)劃年會關于韌性城市發(fā)展展開全面研討。世界上諸多國家的城市正在進行智慧韌性城市建設 1 韌性概念的界定 韌性概念最早由霍林提出, 是指系統(tǒng)在外部擾動時恢復穩(wěn)態(tài)的能力 2 城市韌性內(nèi)涵的界定 最初生態(tài)及災害學領域多數(shù)文獻把resilience翻譯成恢復力。2012年以后, 契合了城市規(guī)劃中的適應性規(guī)劃之意, 彈性城市逐漸流行。爾后韌性的譯法在城市領域開始盛行 3 城市韌性的特點 Wildavsky提出了韌性系統(tǒng)的基本特征, 即動態(tài)平衡性、兼容性、高效流動性、扁平性、緩沖性、冗余性 3.1 交互性 以往城市韌性理論與實踐研究的重心在于城市基礎設施和建筑的結構防護設計, 或者是城市空間防災設計上, 而忽視社會群體在城市災害中的表現(xiàn) 3.2 成長性城市韌性, 強調(diào)城市系統(tǒng)在外部致災因子擾動下, 保持系統(tǒng)穩(wěn)定性的能力。而致災因子總是在不斷演化中, 從仿生學的角度而言, 城市系統(tǒng)可被視為是一個生物、建筑和文化混合體。隨著技術不斷革新, 城市日趨智能化, 隨著BIM技術、傳感器技術、物聯(lián)網(wǎng)技術不斷向城市各個領域滲入, 城市系統(tǒng)將逐步擁有“生命智能特性”, 在不同災情沖擊后, 會通過智慧平臺和自身的傳感系統(tǒng), 記錄整個過程, 從而通過數(shù)據(jù)挖掘等技術, 快速診斷和預測自身的損傷程度, 快速鏈接備用能源或備件或線路系統(tǒng), 城市韌性呈現(xiàn)出物質(zhì)系統(tǒng)和社會群體系統(tǒng)的成長性, 且因為兩者之間的交互, 這種成長性是同步的, 任何一方的滯后, 都會制約對方的韌性提升。 3.3 規(guī)律性事物的發(fā)展雖然看起來較為雜亂, 然而長時序或者大量的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析后會表現(xiàn)出某些規(guī)律性。致災因子如此, 對于城市系統(tǒng)同樣如此, 特別是隨著智慧城市推進, 大數(shù)據(jù)和云平臺及各類傳感器的不斷革新、發(fā)現(xiàn)、表述, 甚至量化物質(zhì)系統(tǒng)和社會群體之間的交互性和成長性, 為歸納其潛在的規(guī)律性提供了可能。 4 城市韌性化的目標 城市韌性化的目標涵蓋最大限度保障人民生命財產(chǎn)安全;維持國家及社會的重要機能;實現(xiàn)公共設施系統(tǒng)網(wǎng)絡功能不喪失;迅速地恢復及振興 4.1 智慧城市管理平臺的安全性隨著城市參與國內(nèi)國外競爭強度和廣度不斷加強和擴大, 基于流空間理論, 城市的網(wǎng)絡節(jié)點地位及節(jié)點之間的勢能決定了要素在通道中的流向和流速。對于保障城市在突發(fā)事件中抗沖擊能力和反應能力, 城市智慧平臺的安全性起到了重要支撐作用。提升該平臺的安全性, 要從互聯(lián)互通的角度考慮, 研發(fā)立足國家層面和國際化層面的平臺建設標準;研發(fā)分布式數(shù)據(jù)庫自身安全管理技術和規(guī)范;提升物聯(lián)網(wǎng)和傳感器設備的自防護能力。 4.2 基礎設施和智能建筑運行管控的安全性基礎設施在受到突發(fā)災害沖擊時的安全性, 直接影響城市生產(chǎn)生活的可持續(xù)性。因此, 城市韌性化的目標之一就是實現(xiàn)基礎設施設防程度的提升。智慧城市階段基礎設施安全性已經(jīng)超出了傳統(tǒng)的工程結構防護技術和方案, 其具備網(wǎng)絡運行安全性, 通過網(wǎng)絡優(yōu)化設計, 提升關鍵節(jié)點的抗損毀能力, 實現(xiàn)局部結構破壞情境下的功能正常。城市韌性化體現(xiàn)于智能建筑運行的安全性方面, 主要側重于實現(xiàn)智能監(jiān)測、研判、預警、響應及恢復的無人化運行精準度和有效性。 4.3 社會群體的安全性智慧城市階段的城市韌性化表現(xiàn)在以下幾個方面。首先, 表現(xiàn)在社會群體方面, 主要實現(xiàn)其超前的防御理念下推進城市規(guī)劃、建設的整體性, 在有限資源的前提下實現(xiàn)城市整體層面的韌性化;其次, 表現(xiàn)于其在突發(fā)事件時對于物質(zhì)系統(tǒng)的準確操控能力提升, 這需要全社會數(shù)據(jù)技術和信息技術的廣泛普及作為支撐;再次, 體現(xiàn)在善后恢復階段, 社會群體從突發(fā)災害應對過程中反思、學習的能力, 以根據(jù)風險演化調(diào)整城市空間布局, 彌補物質(zhì)系統(tǒng)的漏洞, 以強大的適應力更好地應對未來的不確定性。 5 城市韌性評價指標體系概念框架構建 城市韌性評價是識別城市韌性潛在薄弱環(huán)節(jié)的重要方法和手段。目前城市韌性評估主要集中在技術網(wǎng)絡系統(tǒng)、經(jīng)濟系統(tǒng)、基礎設施系統(tǒng)、能源系統(tǒng)、社會—生態(tài)系統(tǒng)等方面, 綜合性評估相對較少。方法主要涉及情景規(guī)劃、閾值分析、社會網(wǎng)絡模型、模糊認知圖、蒙特卡洛模型、神經(jīng)網(wǎng)絡分析等。指標選擇最早側重于堅固性、快速性;逐步擴展到堅固性、快速性、冗余度和資源可調(diào)配度;經(jīng)濟、基礎設施、政府和非政府組織、應急服務和常住人口等方面 5.1 城市韌性評價指標選取原則5.1.1 系統(tǒng)性系統(tǒng)性是指城市韌性評估的指標選擇應涵蓋全要素、全過程、全空間三個方面。全要素是指涵蓋城市系統(tǒng)的使用者、規(guī)劃設計者、運行維護者。全過程是指涵蓋信息和物聯(lián)網(wǎng)支撐下不同層面的信息在利益相關者之間交互過程, 體現(xiàn)為人的學習促進城市在規(guī)劃設計及運行維護技術和管理方法上的提高, 同時物質(zhì)系統(tǒng)在災害中損毀過程借助于物聯(lián)網(wǎng)和云平臺得以保存和再現(xiàn), 從而揭示人的活動非理智性和管理過程的欠缺環(huán)節(jié)。全空間是指涵蓋城市空間內(nèi)所有物質(zhì)系統(tǒng)和社區(qū)群體。 5.1.2 可得性數(shù)據(jù)的完整性及獲取的便利性, 是制約城市韌性評估工作的關鍵因素。不同相關參數(shù)間的空間關系可以通過GIS、物聯(lián)網(wǎng)和云平臺得以實現(xiàn)。目前云平臺的發(fā)展尚在初期階段, 其存儲和計算能力亟待提升, 因此長時序的數(shù)據(jù)可得性還受到制約。只有極少類型的傳感器可以實現(xiàn)直接向云端輸送數(shù)據(jù), 大部分傳感器的數(shù)據(jù)還停留在向APP傳輸再進入云端。數(shù)據(jù)的可得性受到數(shù)據(jù)管理制度與規(guī)范的限制。 5.1.3 簡明科學性兼顧數(shù)據(jù)可得性且計算方法簡明易懂的原則, 各類指標應具有代表性、典型性, 能明確反映該維度的內(nèi)涵, 客觀反映城市系統(tǒng)狀況, 且體現(xiàn)韌性特征。不能過多過細, 使指標相互重疊, 指標又不能過少過簡, 避免指標信息遺漏。 5.2 城市韌性評價指標選擇從敏感性、應對力、交互度和成長度四個維度出發(fā), 構建包含物、人、社會經(jīng)濟方面指標的韌性城市評價指標體系, 在物聯(lián)網(wǎng)及云平臺支撐下完成數(shù)據(jù)收集, 歸一化形成韌性度指數(shù)量化城市的韌性水平。 5.2.1 敏感度(1) 物 從物的角度而言, 現(xiàn)有的工程防災技術已經(jīng)在建筑及設施方面形成了豐厚的理論方法和實際經(jīng)驗?，F(xiàn)行建筑和設施防災規(guī)范通常基于歷史災情統(tǒng)計而設計。敏感度主要取決于設計時的防護值和防護方案。城市物質(zhì)系統(tǒng)對城市災害沖擊的敏感性可以根據(jù)本體是否經(jīng)過抗震設計、防火性能、線路冗余度等來衡量。具體到各子系統(tǒng)考量有所差異, 例如城市通信設施而言, 敏感性主要取決于通信建筑物、通信塔架和通信設備的抗震防護、防火、防澇設計。 (2) 人 從人的角度而言, 敏感性和心理素質(zhì)及以往的受災害創(chuàng)傷的經(jīng)歷有密切關系。例如, 受不同防災技能訓練的人, 在同一個被自然災害沖擊場景下, 其敏感程度是不同的, 有的可能失去理智踩踏通往避難所, 有的則較為鎮(zhèn)靜行為安全規(guī)范性較高, 是敏感性的鮮明對比。其結論與城市的歷史災情及城市安全宣傳培訓演練等有關系, 精確的結論需要結合實際城市開展量化研究, 探索屬于這個城市的公眾敏感性的影響因素。 (3) 經(jīng)濟社會 經(jīng)濟社會的敏感度, 主要從突發(fā)災害時, 城市停工停產(chǎn)的波及程度, 以及城市對外經(jīng)濟活動的中斷程度等考察。從經(jīng)濟社會角度而言, 從定性向定量研究的轉變及對城市韌性提升的科學依據(jù), 還需要更為廣泛的文獻采集, 同時需要具體城市在社區(qū)尺度上統(tǒng)計數(shù)據(jù)的形成。我國自建國以來, 由于城市以行政區(qū)進行經(jīng)濟社會數(shù)據(jù)采集的方法, 導致不論給城市脆弱性評估還是給城市韌性評估研究都陷入了數(shù)據(jù)不可得、不完整、不全面的困境。加之多年來, 城市規(guī)劃、建設、運行管理各部門分擔, 使得城市管理工作處在碎片化狀態(tài), 數(shù)據(jù)共享困難重重。 5.2.2 應對力以往談及應對力, 更多地是以行政區(qū)為基本單元, 內(nèi)在的醫(yī)療設施數(shù)量, 人均年GDP值, 消防力量的數(shù)量等。近年來快速城市化和頻繁極端氣候使得城市建筑和設施等物質(zhì)系統(tǒng)僅僅通過工程防護設計是不夠的, 應對能力應側重向自動性、智能性方向發(fā)展。 (1) 物 關注城市物質(zhì)系統(tǒng)在城市突發(fā)災害沖擊過程中自我防護和修復能力, 或在遠程操控下的響應能力, 涵蓋響應速度和準確性。監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異常時, 超過設置的安全設計值將觸發(fā)調(diào)用監(jiān)測數(shù)據(jù)進行智能診斷、安全評估與應急決策, 啟動聯(lián)動防災應急預案。預警研判所用的時間, 維護方案的有效性, 啟動應急聯(lián)動所用時間, 提供應急指揮數(shù)據(jù)所需的時間和準確性可用以衡量應對力現(xiàn)狀。例如通過電力系統(tǒng)故障錄波器, 分析繼電保護及安全自動裝置、綜合自動化裝置、遠程終端單元等損壞情況, 恢復清除率、故障恢復時間。 (2) 人 人是城市的主體, 也是災害的承受體, 面對城市災害人的行為具有多面性, 在構建城市智慧過程中體現(xiàn)了人的主觀能動力, 在加強城市的承災能力的情況下, 提高自身的生存能力。在城市突發(fā)災害下人的應急能力, 主要表現(xiàn)在其面對突發(fā)災害時的心理狀況、接受并理解預警信息的程度、具備的操控所在環(huán)境中智能防護系統(tǒng)的技能熟練程度、參與他救的意識、對災害信息傳播渠道與機制的掌控程度、在災害情境下協(xié)助政府救援力量的能力、日常參與志愿救援組織的演練情況等。 (3) 經(jīng)濟社會系統(tǒng) 城市經(jīng)濟社會系統(tǒng)面對突發(fā)災害的應急能力, 在不同階段表現(xiàn)有所差異。一是應急準備階段側重考量城市智慧應急平臺中規(guī)劃、建設、生命線設施運維部門、公安、消防、國土、氣象、醫(yī)療等部門數(shù)據(jù)共享質(zhì)量, 防災減災資金數(shù)量、安全素質(zhì)教育和培訓資金、時間、成效等, 災害保險的承保量、社會組織的應急物質(zhì)及人員配備狀況等, 危險源排查情況及整改情況。二是應急響應階段側重考量應急物質(zhì)到位所需時間、救援力量到位時間、緊急疏散所需時間、水電氣及通訊系統(tǒng)進入預警及響應狀態(tài)所需時間等。三是應急處置階段監(jiān)測應急方案有效性 (涵蓋應急方案的調(diào)整次數(shù), 每次調(diào)整所需時間、從初始方案到有效控制災情所經(jīng)歷的時間、控制災情蔓延的面積比例等, 儲備物質(zhì)啟用及發(fā)放速度, 有效接收無污染破損食物的人口比例, 傷員轉移所需時間, 傷員獲得治理的藥品器械完善程度, 以社區(qū)為單位引導災民疏散至避難場所所需時間, 得以疏散的人口占受災人口比例) 等。四是善后恢復階段側重考察救助資金的到位速度、按新一輪風險評估所完成的規(guī)劃設計在實際重建時的執(zhí)行度、社會力量投入 (資金、數(shù)量及工作時間) , 接受國外援助情況等。 5.2.3 交互度交互度主要衡量在城市突發(fā)災害情境下, 城市物質(zhì)系統(tǒng)與社會群體之間的應急行為的交互過程。整個過程在智慧城市發(fā)展處于初期階段的限制, 其機理尚不能量化表述。結合城市物質(zhì)系統(tǒng)主要的構成是智能建筑和實現(xiàn)了智能運維的生命線設施, 可以簡化推斷, 城市物質(zhì)系統(tǒng)和社會群體的交互, 可以簡化表述為:突發(fā)災害時, 城市物質(zhì)系統(tǒng)自感知和防控的比率、人為輔助控制的比率 (例如突發(fā)地震時燃氣管道自感知和自切斷的比率) ;城市物質(zhì)系統(tǒng)自感知和防控的正確率 (例如突發(fā)地震時燃氣管道自切斷的正確率) 、人為輔助控制下的反應正確率。 5.2.4 成長度 從時間軸而言, 不論城市物質(zhì)系統(tǒng)還是社會群體, 在經(jīng)歷突發(fā)災害滯后, 各自的敏感度和應對力都會出現(xiàn)不同程度調(diào)整, 彼此間交互度應該出現(xiàn)一定程度的優(yōu)化和提升, 如根據(jù)應對失敗的經(jīng)驗教訓, 從空間的合理組織與使用提高城市對自然和人為災害等諸多城市災害和風險的應對水平 6 結論韌性的概念為我們提升城市在災害時反應水平提供了一種新的視角, 而韌性提升則是基于科學的評價。隨著更多城市進入智慧城市階段, 城市韌性的研究將會引起學界、政府和社會更多關注, 城市韌性的內(nèi)涵和特點也將隨之拓展?；趪鴥?nèi)外智慧城市建設現(xiàn)狀, 該文對于城市韌性在智慧城市背景下的內(nèi)涵進行了分析和界定, 并在借鑒系統(tǒng)韌性基本特點的基礎上, 從物質(zhì)系統(tǒng)與人類系統(tǒng)的相互作用和互為促進和發(fā)展的角度, 將城市韌性的特殊特點歸納為交互性、成長性和規(guī)律性。探索并構建了城市韌性評價指標體系。隨著智慧城市發(fā)展不斷完善和成熟, 城市韌性評價研究所需的物質(zhì)系統(tǒng)和社會群體領域的數(shù)據(jù)全面、精準、實時將會有望實現(xiàn), 城市韌性評價研究將會從量化的角度取得進一步發(fā)展。 參考文獻[1]范維澄.構建智慧韌性城市的思考與建議[J].中國建設信息化, 2015 (21) :20-21. 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