城市韌性：內涵與評價體系研究*

劉嚴萍，王慧飛，錢洪偉，王 勇

(1.天津城建大學 經濟與管理學院，天津 300384；2.中國人民警察大學 滅火救援技術公安部重點實驗室，河北 廊坊 065000；3.河南理工大學 應急救援研究所，河南 焦作，454000；4.天津城建大學 地質與測繪學院，天津 300384)

隨著我國城鎮化率的提高，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，制約著城市健康發展。城市作為復雜系統，不可避免受到自然災害、公共突發事件、安全生產事故、經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年中國城市規劃年會關于韌性城市發展展開全面研討。世界上諸多國家的城市正在進行智慧韌性城市建設[1]。然而城市系統巨大復雜，城市韌性研究跨越多個學科領域，其相關技術和實際推進受到城市管理體系、經濟能力、社會發展水平、法律法規政策發育水平等多方面制約。如何將這一理念運用到實際中，目前尚無成熟的理論體系和規范的實踐經驗[2]。分析智慧城市階段，城市韌性的內涵及特點是城市韌性研究的新課題。不同城市所面臨的各種突發事件威脅的類型和程度存在差異，要根據自身風險分析結果來探索如何構建智慧韌性的城市。在綜合評價研發的基礎上制定相應的國家標準[1]。為此，探索智慧韌性的城市綜合評價指標體系，具有重要意義。

1 韌性概念的界定

韌性概念最早由霍林提出，是指系統在外部擾動時恢復穩態的能力[3]。通過系統對擾動的抵抗能力和系統恢復到平衡狀態的速度來衡量[4]。受生態系統運行規律的啟發，韌性被認為可促進使系統形成新的平衡狀態[5-6]，瞬間吸收擾動的量級[7]。社會韌性關注人類群體是如何從災害中恢復的[8]。隨著人類認知的不斷加深，基于演化的視角，韌性被認為系統為回應壓力而激發的變化、適應和改變的能力[9-10]。在從工程、生態、社會三個方面分析韌性定義后，其共性被歸納為系統適應外部環境變化的能力及其吸收、適應和快速恢復能力及學習能力，另外系統具有的多元平衡性和自組織性[11]。韌性是一個過程的體現。抵抗階段表現為吸收擾動時負面影響以保障城市核心功能不被完全破壞；恢復階段體現為擾動發生后，城市可迅速恢復其受損部分至所期望的狀態；適應階段，城市系統通過主動或被動學習來改變其結構以應對未來的不確定性[12]。綜合以上文獻，該文將韌性定義為系統對于擾動(涵蓋系統外部和內部各類擾動因子)的抵抗力，及其在抵御沖擊過程中，向新的穩態過渡期間吸納擾動的最大能量，同時通過實現新的穩態而獲取的自身抵御能力變化的軌跡。

2 城市韌性內涵的界定

最初生態及災害學領域多數文獻把resilience翻譯成恢復力。2012年以后，契合了城市規劃中的適應性規劃之意，彈性城市逐漸流行。爾后韌性的譯法在城市領域開始盛行[13]。韌性城市即城市在受到外界干擾后，保持主要特征、結構和關鍵功能[14]，當地不受到毀滅性損失、維持生產生活正常運作的能力[15]，吸收外部干擾且達到一個效率和質量不低于原狀態的動態平衡[16]，適應并更好地應對未來不確定性的能力[17]，以及城市結構重組前所能夠吸收與化解變化的程度[18]。城市韌性是由可持續的物質系統和社會群體結合而形成，并通過社會群體發揮作用[19]。城市韌性由基礎設施韌性、制度韌性、經濟韌性和社會韌性共同構成，涵蓋設施脆弱性的減輕和社區應急能力，政府和非政府組織引導能力，經濟多樣性，人口特征、組織結構方式及人力資本等要素的集成[20]。通過城市完善整體格局和功能，通過適應災害的經驗積累，增強學習，維持或迅速恢復其功能，并通過適應來更好地應對未來不確定性的能力[21-23]。演進的觀點具有更強說服力，應當成為城市韌性研究所要參照的基準[24]。智慧城市階段，城市系統以數字化平臺、物聯網及云計算為構架，由相互作用的物質系統與人類系統構成，經受突發事件時，為避免功能紊亂，在最短時間內有效恢復的能力，及其在應對過程中所表現的基于學習能力(被動學習或主動學習)的自免疫、自適應和自修復能力的動態演進過程。

3 城市韌性的特點

Wildavsky提出了韌性系統的基本特征，即動態平衡性、兼容性、高效流動性、扁平性、緩沖性、冗余性[25]。智慧城市階段的城市韌性，除以上六項基本特征以外，還應具備以下幾個特點。

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[26]。事實上，城市在突發災害的沖擊下的表現在一定程度取決于物質系統和社會群體的交互過程。尤其是隨著信息技術和物聯網技術的不斷發展，物質系統和社會群體之間的網絡化交互增強。一是城市韌性更多地表現為基于城市智慧管理平臺，人對于城市物質系統掌控的能動作用發揮；二是以物質系統突發狀態下的自切斷、自修復和自啟動，并將該過程軌跡通過云平臺記錄，網絡傳輸給控制中心、監督中心、各類客戶端，為突發事件“恢復重建”提供實證數據，這種物與人的交互，為人類探索突發事件機理提供了可能性；為人類探析物質系統潛在問題與關鍵成因提供依據；為人類反思和總結不當應對之處，分析成因，從而提升安全意識、知識及技能，并針對智能終端傳遞的數據分析結果，針對性改進準備與演練行為，具有實際指導價值。

3.2 成長性

城市韌性，強調城市系統在外部致災因子擾動下，保持系統穩定性的能力。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、物聯網技術不斷向城市各個領域滲入，城市系統將逐步擁有“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，記錄整個過程，從而通過數據挖掘等技術，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，城市韌性呈現出物質系統和社會群體系統的成長性，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 規律性

事物的發展雖然看起來較為雜亂，然而長時序或者大量的統計數據分析后會表現出某些規律性。致災因子如此，對于城市系統同樣如此，特別是隨著智慧城市推進，大數據和云平臺及各類傳感器的不斷革新、發現、表述，甚至量化物質系統和社會群體之間的交互性和成長性，為歸納其潛在的規律性提供了可能。

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安全；維持國家及社會的重要機能；實現公共設施系統網絡功能不喪失；迅速地恢復及振興[27]。智慧城市階段，城市韌性化目標除了以上幾點以外，還應實現以下幾個目標。

4.1 智慧城市管理平臺的安全性

隨著城市參與國內國外競爭強度和廣度不斷加強和擴大，基于流空間理論，城市的網絡節點地位及節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，要從互聯互通的角度考慮，研發立足國家層面和國際化層面的平臺建設標準；研發分布式數據庫自身安全管理技術和規范；提升物聯網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災害沖擊時的安全性，直接影響城市生產生活的可持續性。因此，城市韌性化的目標之一就是實現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超出了傳統的工程結構防護技術和方案，其具備網絡運行安全性，通過網絡優化設計，提升關鍵節點的抗損毀能力，實現局部結構破壞情境下的功能正常。城市韌性化體現于智能建筑運行的安全性方面，主要側重于實現智能監測、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在以下幾個方面。首先，表現在社會群體方面，主要實現其超前的防御理念下推進城市規劃、建設的整體性，在有限資源的前提下實現城市整體層面的韌性化；其次，表現于其在突發事件時對于物質系統的準確操控能力提升，這需要全社會數據技術和信息技術的廣泛普及作為支撐；再次，體現在善后恢復階段，社會群體從突發災害應對過程中反思、學習的能力，以根據風險演化調整城市空間布局，彌補物質系統的漏洞，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節的重要方法和手段。目前城市韌性評估主要集中在技術網絡系統、經濟系統、基礎設施系統、能源系統、社會—生態系統等方面，綜合性評估相對較少。方法主要涉及情景規劃、閾值分析、社會網絡模型、模糊認知圖、蒙特卡洛模型、神經網絡分析等。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、冗余度和資源可調配度；經濟、基礎設施、政府和非政府組織、應急服務和常住人口等方面[28-33]。為了有效評價和科學量化城市韌性，不同研究機構從各自領域出發建立起韌性城市研究的框架體系[34-36]。智慧城市階段，物聯網及信息技術使得綜合信息的獲取成為可能。探索智慧城市韌性評價指標體系的概念框架，具有重要意義。

5.1 城市韌性評價指標選取原則

5.1.1 系統性

系統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的使用者、規劃設計者、運行維護者。全過程是指涵蓋信息和物聯網支撐下不同層面的信息在利益相關者之間交互過程，體現為人的學習促進城市在規劃設計及運行維護技術和管理方法上的提高，同時物質系統在災害中損毀過程借助于物聯網和云平臺得以保存和再現，從而揭示人的活動非理智性和管理過程的欠缺環節。全空間是指涵蓋城市空間內所有物質系統和社區群體。

5.1.2 可得性

數據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。不同相關參數間的空間關系可以通過GIS、物聯網和云平臺得以實現。目前云平臺的發展尚在初期階段，其存儲和計算能力亟待提升，因此長時序的數據可得性還受到制約。只有極少類型的傳感器可以實現直接向云端輸送數據，大部分傳感器的數據還停留在向APP傳輸再進入云端。數據的可得性受到數據管理制度與規范的限制。

5.1.3 簡明科學性

兼顧數據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涵，客觀反映城市系統狀況，且體現韌性特征。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，構建包含物、人、社會經濟方面指標的韌性城市評價指標體系，在物聯網及云平臺支撐下完成數據收集，歸一化形成韌性度指數量化城市的韌性水平。

5.2.1 敏感度

(1)物

從物的角度而言，現有的工程防災技術已經在建筑及設施方面形成了豐厚的理論方法和實際經驗。現行建筑和設施防災規范通常基于歷史災情統計而設計。敏感度主要取決于設計時的防護值和防護方案。城市物質系統對城市災害沖擊的敏感性可以根據本體是否經過抗震設計、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，敏感性和心理素質及以往的受災害創傷的經歷有密切關系。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，有的則較為鎮靜行為安全規范性較高，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)經濟社會

經濟社會的敏感度，主要從突發災害時，城市停工停產的波及程度，以及城市對外經濟活動的中斷程度等考察。從經濟社會角度而言，從定性向定量研究的轉變及對城市韌性提升的科學依據，還需要更為廣泛的文獻采集，同時需要具體城市在社區尺度上統計數據的形成。我國自建國以來，由于城市以行政區進行經濟社會數據采集的方法，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據不可得、不完整、不全面的困境。加之多年來，城市規劃、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，數據共享困難重重。

5.2.2 應對力

以往談及應對力，更多地是以行政區為基本單元，內在的醫療設施數量，人均年GDP值，消防力量的數量等。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系統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、智能性方向發展。

(1)物

關注城市物質系統在城市突發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。監控系統發現監測數據異常時，超過設置的安全設計值將觸發調用監測數據進行智能診斷、安全評估與應急決策，啟動聯動防災應急預案。預警研判所用的時間，維護方案的有效性，啟動應急聯動所用時間，提供應急指揮數據所需的時間和準確性可用以衡量應對力現狀。例如通過電力系統故障錄波器，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。在城市突發災害下人的應急能力，主要表現在其面對突發災害時的心理狀況、接受并理解預警信息的程度、具備的操控所在環境中智能防護系統的技能熟練程度、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)經濟社會系統

城市經濟社會系統面對突發災害的應急能力，在不同階段表現有所差異。一是應急準備階段側重考量城市智慧應急平臺中規劃、建設、生命線設施運維部門、公安、消防、國土、氣象、醫療等部門數據共享質量，防災減災資金數量、安全素質教育和培訓資金、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、水電氣及通訊系統進入預警及響應狀態所需時間等。三是應急處置階段監測應急方案有效性(涵蓋應急方案的調整次數，每次調整所需時間、從初始方案到有效控制災情所經歷的時間、控制災情蔓延的面積比例等，儲備物質啟用及發放速度，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劃設計在實際重建時的執行度、社會力量投入(資金、數量及工作時間)，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災害情境下，城市物質系統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。結合城市物質系統主要的構成是智能建筑和實現了智能運維的生命線設施，可以簡化推斷，城市物質系統和社會群體的交互，可以簡化表述為：突發災害時，城市物質系統自感知和防控的比率、人為輔助控制的比率(例如突發地震時燃氣管道自感知和自切斷的比率)；城市物質系統自感知和防控的正確率(例如突發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，不論城市物質系統還是社會群體，在經歷突發災害滯后，各自的敏感度和應對力都會出現不同程度調整，彼此間交互度應該出現一定程度的優化和提升，如根據應對失敗的經驗教訓，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[27]。這些現象，本文統稱為城市韌性的成長度。如何量化城市韌性的成長度，這需要時間推移，智慧平臺長期監測數據的挖掘和分析，簡化表述如下：災害發生后，城市物質系統設防的標準提升程度，社會群體的敏感度變化、關注程度、參與應急演練的積極性提升度、實際應急技能的提升度、參與應急救援組織的意愿提升度等(需采用社會調查方法統計)。

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，城市韌性的內涵和特點也將隨之拓展。基于國內外智慧城市建設現狀，該文對于城市韌性在智慧城市背景下的內涵進行了分析和界定，并在借鑒系統韌性基本特點的基礎上，從物質系統與人類系統的相互作用和互為促進和發展的角度，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。隨著智慧城市發展不斷完善和成熟，城市韌性評價研究所需的物質系統和社會群體領域的數據全面、精準、實時將會有望實現，城市韌性評價研究將會從量化的角度取得進一步發展。