城市韧性：内涵与评价体系研究

第34卷第1期2019年1月灾害学JOURNALOFCATASTROPHOLOGYV〇l.34No.1JaZQU刘严萍，王慧飞，钱洪伟，等.城市韧性&内涵与评价体系研究[J].灾害学，2019!34(1):8-12.[LIUYanping，WANGHuifei，QIANHongwei，etal.Urbanresilience：ConnotationandevaluationsystemJ].JournalofCatastrophology，2019，34(1)：8-12.doi：10.3969/j.issn.1000-811X.2019.01.002.]城市韧性：内涵与评价体系研究！刘严萍\王慧飞2!钱洪伟3!王勇4(1.天津城建大学经济与管理学院，天津300384;2.中国人民警察大学灭火救援技术公安部重点实验室，河北廊坊065000;3.河南理工大学应急救援研究所，河南焦作，454000;4.天津城建大学地质与测绘学院，天津300384)摘要：智慧城市韧性研究为城市可持续发展提供了新动力，对提高现代城市的承载能力、抗灾能力、发展能力具有重要现实意义。在综合阐述城市韧性相关概念、研究对象、内涵界定的基础上，基于物质系统与人类系统的相互作用、互为促进和发展的角度，城市韧性的特殊特点被归纳为交互性、成长性和规律性。构建了以人、物、经济社会系统为核心的，以敏感性、应对力、交互能力、成长度为维度的智慧城市韧性评价指标体系，以期为城市可持续发展、智慧城市韧性研究提供理论支撑和实践指导。关键词：智慧城市；城市韧性；评价体系；可持续发展中图分类号！X43;TU984文献标志码：A文章编号：1000-811X(2019$01-0008-05doi：10.3969/j.issn.1000-811X.2019.01.002随着我国城镇化率的提高，城市不断扩张，人口大量聚集，城市功能日益扩展，城市系统日趋复杂，随之而来的城市安全问题凸显，制约着城市健康发展。城市作为复杂系统，不可避免受到自然灾害、公共突发事件、安全生产事故、经济金融危机等多种风险的冲击。对此，韧性城市研究具有重要现实意义。2013年纽约开展的“一个更加强大、更具韧性的纽约”计划；2015年日本推行国土韧性计划；2015年中国城市规划年会关于韧性城市发展展开全面研讨。世界上诸多国家的城市正在进行智慧韧性城市建设[1]。然而城市系统巨大复杂，城市韧性研究跨越多个学科领域，其相关技术和实际推进受到城市管理体系、经济能力、社会发展水平、法律法规政策发育水平等多方面制约。如何将这一理念运用到实际中，目前尚无成熟的理论体系和规范的实践经验[2]。分析智慧城市阶段，城市韧性的内涵及特点是城市韧性研究的新课题。不同城市所面临的各种突发事件威胁的类型和程度存在差异，要根据自身风险分析结果来探索如何构建智慧韧性的城市。在综合评价研发的基础上制定相应的国家标准[1]。为此，探索智慧韧性的城市综合评价指标体系，具有重要意义。1韧性概念的界定韧性概念最早由霍林提出，是指系统在外部扰动时恢复稳态的能力[3]。通过系统对扰动的抵抗能力和系统恢复到平衡状态的速度来衡量[4]。受生态系统运行规律的启发，韧性被认为可促进使系统形成新的平衡状态[5_6]，瞬间吸收扰动的量级[7]。社会韧性关注人类群体是如何从灾害中恢复的[8]。随着人类认知的不断加深，基于演化的视角，韧性被认为系统为回应压力而激发的变化、适应和改变的能力[9_10]。在从工程、生态、社会三个方面分析韧性定义后，其共性被归纳为系统适应外部环境变化的能力及其吸收、适应和快速恢复能力及学习能力，另外系统具有的多元平衡性和自组织性[11]。韧性是一个过程的体现。抵抗阶段表现为吸收扰动时负面影响以保障城市核心功能不被完全破坏；恢复阶段体现为扰动发生后，城市可迅速恢复其受损部分至所期望的状态；适应阶段，城市系统通过主动或被动学习来改变其结构以应对未来的不确定性[12]。综合以上文献，该文将韧性定义为系统对于扰动（涵盖系统外部和内部各类扰动因子）的抵抗力，及其在抵御冲击过程中，向新的稳态过渡期间吸纳扰动的最大能量，同时通过实现新的稳态而获取的自身抵御能力变化的轨迹。2城市韧性内涵的界定最初生态及灾害学领域多数文献把resilience翻译成恢复力。2012年以后，契合了城市规划中!收稿日期&2018-07-15修回日期&2018-09-24基金项目：天津市高等学校基本科研业务费资助项目（2016CJ23)第一作者简介&刘严萍（1979-),女，河南汝南人，博士，讲师，主要从事城市安全与应急管理研究.E-mail:liu'[e-mail]1期刘严萍，等：城市韧性：内涵与评价体系研究9的适应性规划之意，弹性城市逐渐流行。尔后韧性的译法在城市领域开始盛行[13]。韧性城市即城市在受到外界干扰后，保持主要特征、结构和关键功能[1#]，当地不受到毁灭性损失、维持生产生活正常运作的能力[15]，吸收外部干扰且达到一个效率和质量不低于原状态的动态平衡[16]，适应并更好地应对未来不确定性的能力[1?]，以及城市结构重组前所能够吸收与化解变化的程度[18]。城市韧性是由可持续的物质系统和社会群体结合而形成，并通过社会群体发挥作用[19]。城市韧性由基础设施韧性、制度韧性、经济韧性和社会韧性共同构成，涵盖设施脆弱性的减轻和社区应急能力，政府和非政府组织引导能力，经济多样性，人口特征、组织结构方式及人力资本等要素的集成[%&]。通过城市完善整体格局和功能，通过适应灾害的经验积累，增强学习，维持或迅速恢复其功能，并通过适应来更好地应对未来不确定性的能力[2^23]。演进的观点具有更强说服力，应当成为城市韧性研究所要参照的基准[%#]。智慧城市阶段，城市系统以数字化平台、物联网及云计算为构架，由相互作用的物质系统与人类系统构成，经受突发事件时，为避免功能紊乱，在最短时间内有效恢复的能力，及其在应对过程中所表现的基于学习能力（被动学习或主动学习）的自免疫、自适应和自修复能力的动态演进过程。3城市韧性的特点Wildajky提出了韧性系统的基本特征，即动态平衡性、兼容性、高效流动性、扁平性、缓冲性、冗余性[25]。智慧城市阶段的城市韧性，除以上六项基本特征以外，还应具备以下几个特点。3.1交互性以往城市韧性理论与实践研究的重心在于城市基础设施和建筑的结构防护设计，或者是城市空间防灾设计上，而忽视社会群体在城市灾害中的表现[26]。事实上，城市在突发灾害的冲击下的表现在一定程度取决于物质系统和社会群体的交互过程。尤其是随着信息技术和物联网技术的不断发展，物质系统和社会群体之间的网络化交互增强。一是城市韧性更多地表现为基于城市智慧管理平台，人对于城市物质系统掌控的能动作用发挥；二是以物质系统突发状态下的自切断、自修复和自启动，并将该过程轨迹通过云平台记录，网络传输给控制中心、监督中心、各类客户端，为突发事件“恢复重建”提供实证数据，这种物与人的交互，为人类探索突发事件机理提供了可能性；为人类探析物质系统潜在问题与关键成因提供依据'为人类反思和总结不当应对之处，分析成因，从而提升安全意识、知识及技能，并针对智能终端传递的数据分析结果，针对性改进准备与演练行为，具有实际指导价值。3.2成长性城市韧性，强调城市系统在外部致灾因子扰动下，保持系统稳定性的能力。而致灾因子总是在不断演化中，从仿生学的角度而言，城市系统可被视为是一个生物、建筑和文化混合体。随着技术不断革新，城市日趋智能化，随着BIM技术、传感器技术、物联网技术不断向城市各个领域渗入，城市系统将逐步拥有“生命智能特性”，在不同灾情冲击后，会通过智慧平台和自身的传感系统，记录整个过程，从而通过数据挖掘等技术，快速诊断和预测自身的损伤程度，快速链接备用能源或备件或线路系统，城市韧性呈现出物质系统和社会群体系统的成长性，且因为两者之间的交互，这种成长性是同步的，任何一方的滞后，都会制约对方的韧性提升。3.3规律性事物的发展虽然看起来较为杂乱，然而长时序或者大量的统计数据分析后会表现出某些规律性。致灾因子如此，对于城市系统同样如此，特别是随着智慧城市推进，大数据和云平台及各类传感器的不断革新、发现、表述，甚至量化物质系统和社会群体之间的交互性和成长性，为归纳其潜在的规律性提供了可能。4城市韧性化的目标城市韧性化的目标涵盖最大限度保障人民生命财产安全；维持国家及社会的重要机能'实现公共设施系统网络功能不丧失；迅速地恢复及振兴[27]。智慧城市阶段，城市韧性化目标除了以上几点以外，还应实现以下几个目标。4:智慧城市管理平台的安全性随着城市参与国内国外竞争强度和广度不断加强和扩大，基于流空间理论，城市的网络节点地位及节点之间的势能决定了要素在通道中的流向和流速。对于保障城市在突发事件中抗冲击能力和反应能力，城市智慧平台的安全性起到了重要支撑作用。提升该平台的安全性，要从互联互通的角度考虑，研发立足国家层面和国际化层面的平台建设标准;研发分布式数据库自身安全管理技术和规范；提升物联网和传感器设备的自防护能力。4.2基础设施和智能建筑运行管控的安全性基础设施在受到突发灾害冲击时的安全性，直接影响城市生产生活的可持续性。因此，城市韧性化的目标之一就是实现基础设施设防程度的提升。智慧城市阶段基础设施安全性已经超出了传统的工程结构防护技术和方案，其具备网络运行安全性，通过网络优化设计，提升关键节点的抗损毁能力，实现局部结构破坏情境下的功能正常。城市韧性化体现于智能建筑运行的安全性方面，主要侧重于实现智能监测、研判、预警、响应及恢复的无人化运行精准度和有效性。4.3社会群体的安全性智慧城市阶段的城市韧性化表现在以下几个方面。首先，表现在社会群体方面，主要实现其超前的防御理念下推进城市规划、建设的整体性，在有限资源的前提下实现城市整体层面的韧性化;其次，表现于其在突发事件时对于物质系统的准10灾害学34卷确操控能力提升，这需要全社会数据技术和信息技术的广泛普及作为支撑；再次，体现在善后恢复阶段，社会群体从突发灾害应对过程中反思、学习的能力，以根据风险演化调整城市空间布局，弥补物质系统的漏洞，以强大的适应力更好地应对未来的不确定性。5城市韧性评价指标体系概念框架构建城市韧性评价是识别城市韧性潜在薄弱环节的重要方法和手段。目前城市韧性评估主要集中在技术网络系统、经济系统、基础设施系统、能源系统、社会一生态系统等方面，综合性评估相对较少。方法主要涉及情景规划、阈值分析、社会网络模型、模糊认知图、蒙特卡洛模型、神经网络分析等。指标选择最早侧重于坚固性、快速性；逐步扩展到坚固性、快速性、冗余度和资源可调配度；经济、基础设施、政府和非政府组织、应急服务和常住人口等方面[2833]。为了有效评价和科学量化城市韧性，不同研究机构从各自领域出发建立起韧性城市研究的框架体系[3436]。智慧城市阶段，物联网及信息技术使得综合信息的获取成为可能。探索智慧城市韧性评价指标体系的概念框架，具有重要意义。5.1城市韧性评价指标选取原则5.1.1系统性系统性是指城市韧性评估的指标选择应涵盖全要素、全过程、全空间三个方面。全要素是指涵盖城市系统的使用者、规划设计者、运行维护者。全过程是指涵盖信息和物联网支撑下不同层面的信息在利益相关者之间交互过程，体现为人的学习促进城市在规划设计及运行维护技术和管理方法上的提高，同时物质系统在灾害中损毁过程借助于物联网和云平台得以保存和再现，从而揭示人的活动非理智性和管理过程的欠缺环节。全空间是指涵盖城市空间内所有物质系统和社区群体。5.1.2可得性数据的完整性及获取的便利性，是制约城市韧性评估工作的关键因素。不同相关参数间的空间关系可以通过GIS、物联网和云平台得以实现。目前云平台的发展尚在初期阶段，其存储和计算能力亟待提升，因此长时序的数据可得性还受到制约。只有极少类型的传感器可以实现直接向云端输送数据，大部分传感器的数据还停留在向APP传输再进入云端。数据的可得性受到数据管理制度与规范的限制。5.1.3简明科学性兼顾数据可得性且计算方法