韌性城市視角下基礎設施建設成本分攤機制

韋瑜佳

【摘 要】 本文梳理了國內關于韌性城市的研究現狀;探討了如何全面提高基礎設施的韌性問題：韌性城市基礎設施分析;構建城市韌性測度模型;基礎設施建設投入分配機制研究。文章通過理論分析與數理模型檢驗探討了多災害下多基礎設施的韌性計算公式，并基于此研究了韌性城市建設的投入分配機制。

【關鍵詞】 城市韌性;基礎設施;復雜網絡;優化模型

一、引言

“城市”是一個由多系統聚集的復雜網絡，隨著城市化進程加快，導致突發事件帶來的危害成倍擴大。相關數據顯示，截至2016年末，我國共有297個城市突發事件，總受災人口6877.5萬人次，直接經濟損失890.4億元，可見城市面臨風險的規模和范圍隨人口增長急劇增大。如何解決城市發展的穩定性與突發事件不可預測性之間的矛盾成為當前城市建設過程中亟待解決的問題之一。傳統的城市管理體系的理論視角為“防御性”、“脆弱性”，但現代城市是一個由多要素高度聚集的復雜社會系統，面臨著越來越多的不確定性，打造安全城市時，還應考慮城市要素的結構特征，以實現城市與環境間的動態平衡。[1]韌性城市提供了一種積極，主動的理念去應對風險，將發展與重建放在了同等重要位置，恰好能夠彌補傳統視角下消極被動的缺點。韌性城市作為一種新型有效的城市治理理念，韌性城市的根本保障是基礎設施建設，韌性城市的建設需由大量基礎設施共同參與。因此要提升城市整體韌性，加強基礎設施韌性勢在必行，而基礎設施建設的基礎就是投入的合理分配。探索新型城市理念，建設韌性城市，全面提升城市基礎設施安全性，大力推動城市綜合減災和應急管理。

二、國內研究現狀

目前，國內韌性城市的相關研究的深度與國外相比仍存在顯著差距，國內的研究基本處于概念及綜述研究階段，部分涉及城市韌性評估，鮮少對多個主體參與的城市韌性進行研究。

首先對于韌性的概括性內涵，周利敏通過總結不同能力間相同的本質，強調韌性是在外界干擾后，系統吸收擾動，通過自學習再組織，降低風險快速恢復正常狀態的能力。[2]后在總結韌性概念的基礎之上，國內學者將韌性城市的內涵進行深度拆分研究，將韌性分為軟性（韌性環境）和硬性（設施建設與配置）兩個層面，具體可分為環境、制度、個體、社會四個層面。[3]基礎設施作為城市正常運轉的關鍵，提高基礎設施韌性對于完成韌性城市防災減災的最終目標起著決定性作用。邵亦文等指出基礎設施韌性是其建成結構的可靠性，同時也包含生命線工程的暢通和城市社區的應急反應能力。[4]

可見，基礎設施較大程度上直接反映了城市韌性，因此建設更安全更具韌性的基礎設施應成為建設韌性城市最為關注的問題。通過上述分析，城市作為一個復雜系統，其性能大于各獨立子系統性能的簡單線性之和，為研究各子系統間的耦合關系，實現對城市復雜系統韌性較準確的定量測度。但，現如今對災害事件間的耦合關系的研究也主要集中在對一個突發事件或一種災害鏈自身，鮮少考慮到其他事件與其之間的關聯關系，并且缺乏對多事件多因素之間的連鎖反應的研究。不考慮多事件間的鏈式反應，僅從微觀方面進行研究，門可佩重點研究了重大地震災害鏈的時空有序性、地震災害鏈網絡結構及其預測方法。[5]另外，從宏觀的角度研究適合所有的突發事件及之間的鏈式反應，王建偉等建立四類突發事件的連鎖反應網絡模型，分析其網絡拓撲特性。[6]后，學者建立更符合現實的超網絡模型研究突發事件的關聯度，但還是缺乏一定的綜合性，李鋒等通過建立環境單元、承災載體知識元子網絡與突發事件知識元子網絡構成的超網絡，定量研究突發洪水災害事件的關聯關系及其程度。[7]現有研究多為考慮多災種多主體情況下的韌性評估，與現實偏差較大。因此，本文建立多災害鏈多主體的復雜網絡，綜合定性與定量研究兩方面，完善城市韌性測度研究，理論聯系實際，考慮韌性城市的組成要素，從防災減災的源頭探索建設韌性城市的合理方式，基于一種新視角研究有限資源下提升基礎設施韌性的科學途徑，豐富了現有韌性城市建設方案，為決策者提供指導性意見。

三、提升基礎設施韌性的科學途徑

1、韌性城市基礎設施分析

城市基礎設施各主體在突發事件的應急階段、安置階段、復興階段以及重建階段發揮著不同作用，但其目的均是使城市各子系統維持正常狀態。我國城市基礎設施廣義上分為城市技術性基礎設施和社會性基礎設施兩大類。但是突發事件一般僅對技術性基礎設施造成直接經濟損失，因此本文將技術性基礎設施作為韌性城市基本構成要素。根據《城市基礎設施工程規劃手冊》以及相關實例，[8]對技術性基礎設施進行細分，將其視為本文研究主體（見表1）。

2、城市韌性測度模型

突發性災害中自然災害更具不可預測性和突發性，近年來，隨著自然災害的頻發，對基礎設施主體的要求也愈來愈高，對各主體合理的投入，更能做到有效的減災治災。故，本文主要建立自然災害下的城市韌性主體的復雜網絡。

復雜網絡構成的基本要素是節點與邊，本文將基礎設施各主體抽象為點集（V），視不同自然災害中同時出現的承災體之間存在一定的觸發關系，所有觸發關系構成邊集（E），即突發事件A導致主體a，b被損壞，則在主體a，b之間建立連邊。由點集（V）、邊集（E）組成城市韌性主體網絡。

本文選取史培軍的總結，研究4種常見的災害鏈中的災害，分為：臺風——暴雨災害鏈、寒潮災害鏈、干旱災害鏈以及地震災害鏈，將其涉及的災害總結至下表（表2）。[9]

通過總結大量自然災害，發現災害很少對污水排放直接產生影響，因此構建網絡時舍去此節點。根據相關災害實錄，臺風——暴雨災害鏈往往伴隨持續性特大暴雨，同時由于臺風中心部分氣壓低周圍風帶風速強，會影響輸電變電設施倒塌、水資源倒灌、雨水無法排放、對內對外交通癱瘓以及通信設施被毀;寒潮災害鏈通常發生在冬季，低溫會造成城市電力設施癱瘓，供暖能源緊張，還會導致運輸管道凍裂以及交通阻斷;干旱災害鏈主要影響城市水資源以及城市供水系統;地震災害鏈摧毀基礎設施范圍最大，也最為嚴重，對能源系統、給水系統、交通系統以及通信系統都會產生致命影響。本文將上述4個城市基礎設施子網絡進行可視化處理，具體如下：