建設超大韌性城市（群）之思考

文/ 陳湘生 崔宏志 蘇棟 包小華

城市是人類文明發展的結晶。隨著工業化和城鎮化的進程加速，人口逐步向城市集聚，城市規模越來越大。中國的城市規模劃分是以城區常住人口為統計口徑，將城市劃分為五類七檔，分別為：小城市（Ⅱ型小城市、Ⅰ型小城市）、中等城市、大城市（Ⅱ型大城市、Ⅰ型大城市）、特大城市和超大城市。截至2019 年初，我國的超大城市有北京、上海、廣州、深圳、重慶、成都、武漢；特大城市有天津、南京、鄭州、杭州、沈陽等。

隨著城鎮化進程的快速推進，城市逐漸向城市群或者都市圈的模式演化。城市群是若干城市在一定空間范圍內的資源要素協同流動與優化配置的集合體系。我國著名城市規劃與城市群研究專家姚士謀在1998 年提出：城市群是指在特定區域內具有相當數量的不同性質、類型和等級規模的城市，依托一定的自然環境條件，以一個或者兩個超大城市作為地區經濟的核心，借助于現代化的交通工具和綜合運輸網絡的通達性及發達的信息網絡，發生與發展著城市個體之間的內在聯系，構成的一個相對完整的城市集合體。

城市群具有經濟貢獻占優勢，基礎設施回報率高，有利于土地高效集約利用，資源、能源利用率高等特點。我國目前有5個超大城市群，即沿著海岸線的：京津冀城市群（以首都北京為核心，包含14 個城市）、長三角城市群（以上海、南京和杭州為中心，包含26 個城市）、粵港澳大灣區城市群（包含香港、澳門2個特別行政區和廣州、深圳等9 個城市），長江沿線的長江中游城市群（以武漢、長沙、南昌為中心，包含31 個城市），以及西部的成渝城市群（以成都、重慶為中心，包含15 個城市）?？梢姡覈宕蟪鞘腥壕哂醒睾！⒀亟植继攸c。五大城市群2018 年的基本情況如表1 所示。

超大城市（群）面臨的主要風險

國內外學者研究表明，超大城市群的顯著特征是高密度性、網絡性、樞紐性和共生性。高密度性是指單位面積聚集了眾多人口且擁有優質的人力資本和物質資本，從而具有較高的經濟產出；網絡性是依托綜合交通、通信等基礎設施，加上文化、傳統等非物質網絡關系，將功能節點以及節點間人流、物流、資金流和信息流相互聯系起來；樞紐性是指參與和影響地域經濟、社會、文化、政治等各種活動的重要力量，承擔著國家或區域內外聯系的重要功能，具有較強的吸引力、輻射力和開放能力；共生性是指城市間空間結構、功能分工、產業協作、環境保護、公共服務、政府管理等一系列相互影響關系。確保這種高密度性、網絡性、樞紐性和共生性的安全可靠性，事關超大城市群所有居民和財產的安危。根據國內外城市群的經驗教訓，對超大城市群安全可靠影響最大的風險主要是地震、臺風和突發事件。

表1 2018年5個主要城市群基本情況

地震

地震具有很強的不確定性，不同地域對于地震影響的承受力不同。地震發生在經濟越發達的地區，其對經濟和人員傷亡造成的影響就越大。我國的京津冀城市群、長三角城市群以及粵港澳大灣區城市群都是每年GDP 十多萬億元人民幣的經濟發達地區，如果發生地震，其對經濟發展的影響將異常顯著。

超大城市在濱海區域比較多，和普通城市不一樣，對于超大城市來說地震災害容易引發次生災害。超大城市群的地震災害有突發性、復合性、嚴重性、擴散性、持續性等特點，容易造成經濟及人員損失巨大、重災區集中、輕災區廣泛、生命線系統薄弱等后果。

臺風

臺風災害具有破壞性強和周期性的特點。灣區城市群座落在沿海地區、通常經濟發達、人口密集，遭受臺風后的人員/經濟損失和經濟發展的程度成正比，經濟越發達、損失越大，且災害損失趨勢逐年加劇。以粵港澳大灣區的城市群為例，據《2018 年粵港澳大灣區氣候監測公報》顯示，臺風是粵港澳大灣區主要的區域性災害之一，臺風期間累計降水量大、降水強度大、持續時間久、暴雨范圍廣。大灣區城市群沿海經濟程度越高，受臺風影響、損害程度越嚴重。

世界四大灣區包括紐約灣區、舊金山灣區、東京灣區和粵港澳大灣區。自2000-2019 年近20 年間受臺風襲擊最多的灣區是東京灣區，在20 年間受到了57 次臺風侵襲。受臺風侵襲最少的是舊金山灣區和紐約灣區，也各遭受29 次侵襲。粵港澳大灣區遭受了54 次臺風侵襲。

突發事件

除地震、臺風災害之外，突發事件對超大城市（群）的影響也非常大。突發事件多數情況是人為造成的，其通常為小概率事件，具有突發性、復雜性、破壞性、持續性、緊迫性等特點。近年來，比較典型的突發事件包括美國“9·11”恐怖襲擊、東京地鐵沙林毒氣事件、日本福島核電站泄漏事件、紐約大停電、多倫多汽車連環相撞、天津港“8·12”特別重大火災爆炸事故、2002 年中國北京和香港發生的SARS 疫情，以及2019 年年底2020年年初從武漢開始蔓延的新冠肺炎疫情等。超大城市形成后，城市的脆弱性變得異常顯著。

建設韌性城市的提出與發展

針對超大城市（群）面臨的這些主要的風險、問題，科學家工程和技術人員一直致力于如何解決這些問題，因此韌性城市這個概念就逐步被提出，并且相應地研究得以持續發展。

韌性城市的提出

韌性的概念最早出現在工程領域，主要指系統恢復原狀的能力；后來出現在生態領域，是指系統恢復到原始平衡狀態或形成新平衡狀態的能力；再后來演進到經濟、社會系統、城市發展等領域，是指復雜的社會生態系統為回應壓力和限制條件而激發的一種變化、適應和改變的能力。

韌性城市的提出基于韌性的概念，韌性城市指一個城市擁有足以容納、維持現今及未來社會（社會韌性）、經濟（經濟韌性）、環境（生態韌性）以及政府管理（組織韌性）發展所帶來的壓力的能力。

要建設韌性城市，首先基礎設施要有韌性防災能力，能夠對災害進行快速反應并且快速恢復；其次，對既有基礎設施數字化和智慧運維是實現韌性的先決條件，因此韌性基礎設施還要具備智慧運維的能力。在韌性基礎設施的基礎上，可進一步建立韌性能源網絡、水務系統、交通網絡和建筑群落，最終實現社會穩定、政府管理、經濟發展和公共安全全面提升。圖1 為韌性城市內涵、組成及目標。

圖1 韌性城市內涵、組成及目標

韌性城市的發展

韌性城市的概念提出之后，隨著社會不斷向城市群發展，就有了韌性城市群的概念。在韌性城市群中，每個城市都有自己的能源、交通網絡以及建筑群落、通信網絡和水資源管理，它們既是彼此獨立同時又在一個系統中，增加系統冗余度，可以有效提升城市的韌性。

韌性城市（群）的優勢包括：在能源方面，城市群可以采用燃料電池、燃氣輪機、太陽能、水力發電等多種方式的組合發電方式；在交通網絡方面，城市群多樣化的公共交通選擇可最大程度提高運力；在建筑群落方面，可利用自動化管理系統控制供暖、制冷、照明以及應急響應；在水資源管理方面，可利用地下廢水管理系統網覆蓋所有基礎設施，并創建緩沖區，增強防洪能力。

安全韌性城市作為國際上解決城市安全問題的先進理念，在我國也得到逐步推廣和應用。2017 年《北京城市總體規劃（2016 年—2035年）》提出“加強城市防災減災能力，提高城市韌性”的明確要求；2018年1 月，《上海城市總體規劃》也明確提出“增加城市應對災害的能力和韌性”；2018 年11 月，中國災害防御協會城鄉韌性與防災減災專業委員會成立，同步推出《韌性城鄉科學計劃北京宣言（草案）》；2019年11 月，北京市地震局出臺《北京市地震安全韌性城市設計導則》《北京市建筑工程地震安全韌性設計規范》等多項標準。

北京的韌性城市規劃主要是加強城市防災減災能力，提高城市韌性。在《北京城市總體規劃(2016年—2035 年) 》中，首先把京津冀城市群進行了定位，并對整個區域都進行了規劃：西北部主要是生態區域，南部主要是功能區域，中部主要是濱海區域等。此外還重視生態方面的管控，增強城市對于氣候變化的適應力，以及提高水安全的保障能力，提高了城市韌性。

實現超大韌性城市（群）的技術路徑

基礎設施面臨的風險及對策分析

對于不同災害，增強韌性有不同的措施。對地震來說，發展地震預警系統、提高建筑結構韌性均能增強韌性。雖然地震難以預測，但地震發生以后，縮短響應時間對減少人員傷亡有巨大的幫助；另外，在建筑構造方面，增強減震和隔震的技術，將韌性材料用在結構上也可以提高建筑抗震韌性，保障人員財產安全。

對于臺風來說，根據美國和日本等發達國家的經驗，主要應對措施是在臺風過境前加強宣傳，加強溝通，讓人們進行躲災；臺風過境后對災害進行評估，然后出具后續改善方案。

對于地下空間的災害，可以建立地下施工安全管理體系、制定科學合理安全控制標準、采用信息化施工及動態控制、智能識別技術辨別人為災害等防護策略。

對于地質災害，可以采取建立地質數據庫、完善城市地質環境管理體系、一體化建設海綿城市群、建立環境友好型社會、學習先進治理經驗等防護策略。

對于化工園區災害，可以采納國外化工園區先進管理經驗，如完善法規標準與監管體系、科學合理地規劃選址、嚴格安全過程管理以及公開透明的信息披露等管理措施。

對于極強傳染性病毒等突發事件，建立高效快速的反饋和決策機制、公開透明的信息快速披露機制、從城市群動員到全民動員機制、各種亟需資源調配和快速配置網絡、相應的標準規范指南等集成的科學高效管理體系。

全面實現上述措施，必須建立全域智能感知、基于大數據的深度學習與智能管理體系。

實現超大韌性城市（群）的技術路徑

建設超大韌性城市的技術路徑主要是從基礎設施新材料、新結構、新體系著手，它的具體要求是實現基礎設施智能化、耦聯化、社會化。智能化是指災害中新基礎設施智能反饋與快速恢復的能力；耦聯化是指各種災害作用下多種新基礎設施的耦聯機制；社會化是指各種人類活動對新基礎設施結構的影響程度。目前，在智能化的發展中，可以利用現在的大數據、物聯網以及5G 技術、AI 技術等進行快速反饋。

2018 年度國家最高科學技術獎獲獎者——錢七虎院士提出，提高城市韌性最有效的技術途徑是向地下發展。這是由于地震時雖然地面建筑晃動嚴重，但地質體整體運動中，地下的基礎設施并沒有顯著被破壞。如果把生命線工程放在地下，比如變電站、通訊、電力、供水的管線放到地下管廊里，建設地下軌道交通系統，平時可以減緩地面的負荷，有災難發生的時候還可以作為避難場所。如地下水庫可以減少地面上水庫對城市面積的占用，發生災害后，地下水庫可以保證淡水資源。我國北京、上海、成都、深圳和雄安新區等城市在其最新版的城市規劃方案中都強調了促進地下空間資源綜合開發利用，提高城市韌性。

分層規劃與開發是城市地下空間發展的原則和趨勢之一。圖2 為城市地下空間的分層開發示意圖。將軌道交通設施、城市生命線工程和避難場所放置在地下可以有效提高超大城市的韌性。

如圖2 所示，可對地下空間進行以下分層規劃與開發：

淺層：

1 層為變電站：將變電站安裝在地下，不僅可以節約地上空間，通過占地面積較小的接入點進行維修，在城市遭遇地震或臺風等災害時，還可保護變電站不受到損壞。

2 層為地下行人通道：平時，地下人行通道可以幫助行人穿梭在建筑物之間或繁忙的街道中。在城市遭受災害時，行人也可在地下通道間進行通勤或避難。

圖2 地下空間的分層開發示意圖

3 層為綜合管廊：城市地下管廊可節省空間，且不容易受到外部環境的影響。建立地下綜合管廊可以釋放土地，減少維護對道路交通的中斷影響。地下綜合管廊里包含供水、電力、通訊等管線。在城市遭受災害時，地下綜合管廊內的管線等可以受到地下空間巖層等的天然保護。

4 層為廢物處理：在住宅區，可以使用氣動廢物輸送系統通過地下管道的吸力將垃圾帶到集中式垃圾箱中心。通過地下垃圾集運，垃圾工人無需手動收集每個街區的廢物。提升城市運輸廢物的能力。

中層：

5 層為公路和軌道交通網：將公路和軌道交通網（尤其是穿越建成區的公路和軌道交通）建于地下，可以減少噪音和灰塵對房屋的影響，在城市遭遇災害時，還可保證交通不受影響。

深層：

6 層為深層隧道排污系統：將深層隧道排污系統建在地下，在重力作用下運行的隧道網絡可將污水和廢水及時迅速運輸到集中式水回收廠。

7 層為地下巖洞：地下巖洞可用于石化產品的存儲。不僅可以節約土地，而且當城市遭受災害時，不會因危險品泄漏而對人們造成大范圍傷害。

8 層為地下倉儲：地下空間具有恒溫、恒濕、密閉、絕熱等特性，是很好的儲存空間。利用這一特點，可用來建設救災物資儲備庫，便于災時物資的運輸和使用。

9 層為地下水庫：將水資源儲存在地下水庫中。這樣不僅可以釋放地面水庫所占的城市面積，當城市遭受到災害時，還可以保證居民的淡水資源不受影響。

此外，建立超大城市內部全域感知、大數據深度學習與高效快捷的智能管理體系，以及對應的各級政府應急處置和指揮系統，是超大城市群全域安全管理的重要手段。

總結與建議

目前，韌性城市群已經逐步上升到國家戰略，建設韌性超大城市勢在必行。超大城市群基礎設施的韌性規劃設計（包括地下空間的開發利用，特別是生命線等重要基礎設施轉向地下）是支撐超大城市群的根基。此外，打造超大城市群空、海、地全覆蓋一體化的安全智能平臺，融合多部門的數據，充分利用全域感知、物聯網、云計算、人工智能、機器學習等技術手段進行分析，對風險做到事前預控決策，事中精準應對，事后高效救援，是建設超大韌性城市群的重要內涵。保障人民生命財產安全、提高人民幸福獲得感是建設超大韌性城市群的重要目標。