突發事件下城市路網脆弱性變化分析

向懷坤

摘 要：城市路網脆弱性分析是城市道路交通規劃、設計、建議、運維和評估等工作的基本內容之一。本文通過對路網脆弱性內涵進行剖析，認為路網脆弱性是城市道路交通網絡的內在屬性之一，而突發事件則是導致脆弱性顯性存在的外在要素，對路網脆弱性要從突發事件前、中、后三個階段動態地進行分析，從而制定相應的路網脆弱性改善策略。

關鍵詞：城市路網;突發事件;路網脆弱性;路網恢復力

中圖分類號：U491.2 文獻標識碼：A

城市路網脆弱性研究最早源于恐怖襲擊、大地震等突發事件對道路網絡造成的破壞和影響。學者們在研究破壞事件對交通網絡的影響，特別是導致的救援疏散等問題時，引入了路網脆弱性這一概念并試圖對道路網絡脆弱性的概念進行界定。Berdica[1]認為，道路運輸系統的脆弱性是一個易于受事件影響而導致路網的服務水平極大下降的敏感系數。Jenelius等人[2]認為路網脆弱性是風險的一部分，Taylor等人[3]將少量連接的失效（或退化）顯著的降低了節點的可達性稱為網絡節點的脆弱性。隨著對脆弱性研究的深入，脆弱性概念逐漸變成了一個概念集合，是包括暴露性、敏感性、適應性及恢復力等概念。事實上，到目前為止學術界對于城市路網脆弱性概念仍然沒有一個確定的、統一的定義。下面圍繞突發事件、突發事件影響下城市路網脆弱性的變化特征等進行分析。

1 突發事件及其特點

1.1 突發事件的概念

《中華人民共和國突發事件應對法》規定，突發事件是指：突然發生，造成或者可能造成嚴重社會危害，需要采取應急處置措施予以應對的自然災害、事故災難、公共衛生事件和社會安全事件[4]。

廣義上，突發事件可被理解為突然發生的事情，其中包括兩層含義。第一層含義是指事件發生、發展的速度很快，出乎意料;第二層含義是事件難以應對，必須采取非常規方法來處理。狹義上，突發事件就是意外地突然發生的重大或敏感事件，簡言之，就是天災人禍。前者即自然災害，后者如恐怖事件、社會沖突、丑聞包括大量謠言等等，專家也稱其為“危機”。

1.2 突發事件的特點

突發事件具有突發性、嚴重危害性、不確定性、輿論關注性及不易調和性等特點。

1.2.1 突發性是突發事件的一個最重要的特征

突發事件一般是在組織毫無準備的情況下瞬間發生的，突發事件的發生往往是出乎人的意料之外，人們往往難以預測或難以左右它的發生，如美國的“9.11”恐怖襲擊事件。

1.2.2 突發事件對社會和個人具有嚴重危害性

突發事件一旦爆發，就會造成對社會正常秩序的破壞，對公眾生命財產造成威脅，也會給社會公眾帶來巨大的恐慌，嚴重破壞政府形象和聲譽。

1.2.3 突發事件會引來廣泛的輿論關注

突發事件發生后，往往會成為社會乃至全世界輿論關注的焦點。突發事件的爆發最能刺激人們的好奇心理，通常都會造成人們的談論話題和新聞媒體的炒作內容，這既給政府處理帶來困難，也給政府帶來形象危機。

1.2.4 突發事件的不易調和性

尤其是人為突發重大事件，都是由某種工作失誤或利益沖突造成的，協調余地較小，且不易控制其事態發展。

2 城市路網脆弱性的內涵分析

突發事件下，城市路網脆弱性很容易暴露出來。盡管目前對城市路網脆弱性沒有統一的定義，但學術界對其特征已基本形成共識，那就是道路交通系統的脆弱性是指系統易受某一事件（尤其是突發事件）的影響，并且導致路網系統交通服務能力的大幅下降。城市路網的脆弱性內涵，至少可以從以下兩個方面來進行分析。

（1）脆弱性是城市路網本身固有的一種基本屬性，其大小或強弱在城市路網形成后就產生了。這些特性從根本上講是由路網結構和路網的相關屬性如道路寬度、等級等決定的，而且，這種脆弱性具有穩定的分布特點，可以把這個稱為路網結構脆弱性。研究表明，城市路網具有復雜網絡的基于特征，因此可以基于復雜網絡理論對路網的固有脆弱性進行評定[5]，主要集中在四個方面：①網絡結構與實證研究;②網絡的演化特性與機制;③網絡傳播動力學;④網絡的穩定性，網絡穩定性又可進一步分為網絡的脆弱性及魯棒性。

（2）城市路網的脆弱性受外在因素的干擾而變化。這種外在的影響因素，又可以分為兩種情況，一種是直接加載于道路上的交通流量，另一種是影響道路交通的各類突發事件，如連續下雨、路面坍塌、道路維修、交通事故、重大活動、恐怖襲擊、地震臺風等等，可以將這些稱為路網運行脆弱性。路網結構脆弱性是路網運行脆弱性的基礎，路網運行脆弱性會隨著加載于路網上的影響程度而變化。對于路網運行脆弱性，由于涉及道路交通需求的變化，以及突發事件下道路運行的各類變化，因此路網運行脆弱性的表達非常復雜，呈現出較大的不確定性和模糊性，需要結合交通需求及其對路網功能的影響來進行評估。

3 城市路網脆弱性變化分析

3.1 宏觀層面的特征變化

如果在城市道路交通網絡中出現了突發事件，而且導致道路交通中斷，無論是城市道路平面交叉口，還是在城市道路路段上面，都容易引發與該處相關的路段出現車輛排隊，從而造成大面積道路交通擁堵。這不僅阻礙了受困人群的疏散，而且會延誤救援人員的到達和應急物資的輸送。

城市路網脆弱性在宏觀層面的特征變化至少可以從以下幾個方面來考察：①任何一個道路交通網絡在沒有遭遇突發事件時，其內在的脆弱性會一直隱性地存在;②當遭遇突發事件時，道路交通網絡固有的脆弱性會顯現出來，如果道路交通網絡越容易被突發事件影響，則表明其固有的脆弱性越大，反之表明脆弱性越小;③在突發事件產生影響的過程中，道路交通網絡如果產生的損失程度越嚴重，表明其固定的脆弱性越大，反之表明脆弱性越小;④在突發事件影響并產生損失以后，道路交通網絡在外力修復下如果其服務水平越容易被恢復，表明其固定的脆弱性越小，反之表明脆弱性越大。城市路網脆弱性的這種動態變化特征也可用圖1所示的三維形式表達。在圖1中，表示事件發生的起始時刻，為突發事故處理完畢時間點，為道路完全恢復原通行能力時刻，表示最大損失，為事件發生的最大概率，為路網脆弱性度量值。

3.2 微觀層面的特征變化

從微觀層面來看，事故發生后，道路交通流的流入、流出均發生變化，一般情況下會產生突發性交通聚集引發交通擁堵排隊。經過一段時間，當事故處置完畢后，道路交通擁堵狀態將逐步消散，直至交通運輸恢復常態[6-7]。這一過程的道路交通流分布，可以用如圖2所示的示意圖來表達。

在圖2中，為突發事件初始時刻時道路上原有的車輛數。事故發生后，道路中斷，但由于信息不能及時發布到道路上的每一臺車輛，并且由于進入該路段的車輛別無選擇，導致事故路段的車輛流入率超過流出率，直到事故處理完畢時間點，此時道路上的車輛數為。從開始由于突發事件處置及道路通行能力逐步恢復，道路上的車輛流出率將略高于流入率，直到道路完全恢復原通行能力為止，此時為時刻，此時道路上的車輛數為，理想狀態下，近似等于。

為此，可以將大致將整個過程劃分為兩個階段，分別為：①事件發生時段;②事件恢復時段。根據事件發生的地點，可能位于城市道路交叉口，也可能位于城市道路路段。無論突發事件發生在哪個位置，都將對道路交通流的運行產生影響，最直接的影響是交通擁堵，然后隨著事件的處置，交通擁堵又會逐步緩解，直到恢復到正常狀態。所謂城市道路交通網絡的脆弱性，就是指突發事件發生后，道路能夠保持原有的服務水平的能力，或者說能夠保持原有服務水平的韌性，如果道路某地點或某路段對突發事件特別敏感，即一旦突發事件發生后，該處的服務水平快速下降并導致了城市路網交通的損失，則表明路網中該地點或路段具有較高的脆弱性。

4 結語

在城市路網脆弱性分析中，需要認識導致脆弱性變化的內因和外因兩大要素。其中，網絡本身的拓撲結構、分布形態等內在因素是導致路網服務能力下降的內因，而突發事件的發生則是導致網絡服務能力下降的外因。從微觀層面分析可知，在突發事件發生前、發生中和發生后的各個階段，路網脆弱性的表現形態、表現程度和評判指標等均會有所不同，因此需要動態地開展城市路網脆弱性分析，并且根據不同的變化研究制定相應的改善策略。從實際情況來看，對路網脆弱性的改善應該盡量將時間窗口前移，通過減輕固有的脆弱性成分，增強其應對突發事件的韌性（或恢復力），從而較大幅度地降低路網的脆弱性。

參考文獻：

[1]BERDICA K.An introduction to road vulnerability： what has been done，is done and should be done[J].Transport Policy，2002，9（02）：117-127.

[2]Jenelius E，Petersen T，Mattsson，L G.Road network vulnerability：Identifying important links and exposed regions[J].Transportation Research A，2006（40）：537-560.

[3]Taylor M.A.P.Network vulnerability in large-scale transport networks.Transportatoin Research Part A，2012（46）：743-745.

[4]何瀏.《中華人民共和國突發事件應對法》的制定和完善——基于多源流理論的政策分析[J].法制與社會，2014，23（22）：270-272.

[5]黃大榮，沈利兵，趙玲.基于復雜網絡理論的城市路網脆弱性研究[J].重慶交通大學學報（自然科學版），2015，34（01）：110-115.

[6]張璽.基于網絡效率的日變路網脆弱性識別方法[J].交通運輸系統工程與信息，2017，17（02）：176-182.

[7]李彥瑾，羅霞.基于Logistic曲線的路網脆弱性動態識別[J].中國安全科學學報，2018，28（02）：28-33.