韌性思維、韌性基礎設施與城市運行安全

華智亞

摘要：基礎設施是城市安全運行和可持續發展的物質基礎。隨著城市規模的擴大和風險的增加，城市基礎設施面臨更多災害威脅。傳統的防護策略強調在災害發生之前阻止其發生或規避其影響，但隨著風險的不確定性和不可預測性的增加，災害難以完全避免。源自自然生態學的韌性理論在承認災害不可避免的前提下強調對災害沖擊的吸收、適應和轉變，關注系統自身的能力建設和功能維持。韌性基礎設施是指能夠吸收災害沖擊并通過對災害的適應和轉變來維持或盡快恢復基本功能的基礎設施工程。通過把緩沖性、多功能性、多樣性、冗余性和自適應性等韌性策略應用于基礎設施工程的規劃、設計和建造實踐，可以建設韌性基礎設施、增強基礎設施工程的韌性，進而保障城市的運行安全。

關鍵詞：韌性;韌性思維;城市基礎設施;工程;城市安全

DOI：10.3969/j.issn.1674-7739.2021.01.004

一、引言

與鄉村世界不同，現代城市幾乎是完全建立在工程基礎之上的人類活動體系。現代城市人的大部分時間都是在各類工程之上或之中度過的。在種類繁多的城市工程中，基礎設施工程對于城市的安全運行和可持續發展具有重要意義，其中的供水、供電、交通、通信等工程更是被人們形象地稱為“城市生命線”。正因為如此，城市基礎設施工程的安全尤為重要，它們一旦受到威脅，不僅會帶來生命財產損失，還有可能因功能喪失和服務中斷而影響整個城市的安全運行。例如，2008年1月下旬至2月初，受持續低溫降水影響，湖南郴州供電線路被冰雪壓斷，全市供電中斷近十天，整個城市運行陷入癱瘓狀態，通訊中斷、物價飛漲，市區40余萬民眾生活困難;[1]2013年6月5日晚，因電纜問題引發變電站故障，上海市中心城區靜安、黃浦、徐匯等地發生大面積停電事故，導致部分地鐵停運，路燈、交通信號燈失靈，市區交通一片混亂;[2]2020年1月13日，西寧市一街道路面塌陷，不僅造成近10名市民死亡，還導致當地交通被阻斷數天。[3]

由于基礎設施對于城市的安全運行具有舉足輕重的意義，近年來隨著城市化進程的加速和城市規模的擴大，基礎設施安全問題日益受到管理部門和研究界的重視。在公共安全和工程安全等研究領域，傳統的“防護策略”強調“預防”和“保護”，即主張通過對風險的預測和預警以阻止災害發生或者通過設置保護裝置、部署安保力量來規避災害的影響。“防護策略”的重點在于通過“事前”的努力來防范和保護。然而，隨著風險時代的來臨，風險的不確定性和不可預測性急劇增加，災害防不勝防。首先，風險層出不窮，除了傳統的自然災害、技術故障和人為事故之外，氣候變化、恐怖襲擊以及技術發展帶來的“自反效應”都有可能威脅到城市基礎設施的安全。例如，深圳市僅在2013至2015年的三年間就發生城市道路路面塌陷事故579起，具體原因則不一而足，包括降雨、施工不當、地質沉降、熔巖、管道破裂、管道滲漏、抽取地下水等數十種。[4]其次，風險越來越難以預測，隨著城市規模的擴大，城市系統的復雜性和耦合性相應增加，任何一個小的擾動都可能因為“蝴蝶效應”和“級聯效應”而引發大的災害。2013年11月22日，因輸油管道泄漏后的不當操作，青島市一市政排水暗渠發生爆炸，不僅導致62人死亡，還引發周邊多條供水、供電、供暖、供氣管道連環受損。[5]

面對新的挑戰，源自自然生態學的韌性（Resilience）思想受到重視，國際學界倡導在“防護策略”之外還要應用“韌性策略”，即當災害無法避免的時候，通過對災害沖擊的吸收、適應和轉變來維持或盡快恢復基礎設施的功能，從而把災害的損失控制在最小。韌性策略與防護策略有著不同的思路和側重點，防護策略強調控制變化，而韌性策略強調適應變化。韌性策略提出之后，逐漸得到學界和公共政策界的認同。例如，日本在2011年大地震之后提出了“國土韌性化”政策，并于2013年通過了《國土韌性化基本法》。[6]在遭受2012年颶風“桑迪”重創之后，紐約市于2013年發布了名為《一個更強大、更有韌性的紐約》的城市建設規劃。[7]2017年發布的美國國家安全戰略則把增強韌性確立為國家安全的三大支柱之一，該戰略報告指出，盡管政府盡了最大努力，但還是不能阻止一切危險，而建設韌性的社區和基礎設施是在面臨壓力和沖擊時減少損失和破壞的最佳方法。[8]

近年來，韌性思想被引入國內，但現有研究要么關注國外政策的演變和經驗的介紹，要么側重以城市為單位進行總體分析，很少有文獻專門從韌性的視角來討論城市基礎設施問題及其與城市運行安全的關系。鑒于基礎設施是城市安全運行和可持續發展的物質基礎，本文在梳理韌性思維流變的基礎上，通過分析什么是韌性基礎設施以及如何建設韌性基礎設施，來探討把韌性思維引入城市基礎設施工程規劃、設計和建設的必要性和可能性問題。通過這一探討，一方面希望從韌性這一新的視角審視基礎設施工程安全問題，以豐富工程社會學的相關研究;另一方面，為增強基礎設施工程的韌性，提升城市綜合防災減災能力，建設安全、可持續的城市提供理論支持和政策依據。

二、韌性思維的起源與演變

“韌性”并非一個全新的概念，早期人們用它來描述彈簧之類的材料在承受外力作用后發生形態變化但又可以恢復原狀的物理屬性和能力。[9]雖然在心理學、結構工程學中也有所運用，但在社會科學領域，韌性主要是在生態學和社會學的背景下討論的。20世紀60年代，隨著系統論的興起，一些生態學家把韌性概念引入了對自然生態系統的研究，開始關注生態系統的自我修復能力。1973年，加拿大不列顛哥倫比亞大學的生態學家霍林（Crawford S. Holling）在一篇名為《生態系統的韌性和穩定性》的論文中提出，與穩定性（Stability）不同，韌性是生態系統的持久性和它們吸收變化和擾動且在種群和狀態變量之間維持相同關系的能力。同時，霍林還強調，不穩定性或者說波動性有時也可以產生韌性和持久的能力。[10]這一思想隨后得到了一些生態學家的響應和支持。

首先，從韌性視角看待基礎設施工程可以促進對基礎設施系統性和網絡連接性的重視。隨著城市規模的擴大和技術的發展，尤其是互聯網和物聯網技術的發展，基礎設施工程之間的聯系日趨緊密。一個城市的所有基礎設施工程有可能構成一個整體的系統，而不僅是一個個離散的物理實體。耦合性增加之后，“級聯效應”不可小覷。例如，2019年8月16日，美國海關和邊境保護局的網絡系統出現故障，導致紐約、華盛頓等城市的機場陷入半癱瘓狀態。[19]由此可見，城市基礎設施系統性和網絡連接性的發展對其安全提出了新的挑戰，而對基礎設施韌性的強調正好能夠回應這種挑戰。韌性思維發軔于自然生態學研究，生態學強調“系統思維”和“關系思維”，受此影響，韌性基礎設施也關注“系統”和“網絡關系”，強調通過不同基礎設施工程之間的跨尺度互動和互補來最大限度地吸收和適應災害沖擊，從而確保整體功能的發揮和整個城市的安全運行。

其次，韌性視角有利于促進基礎設施安全研究由確定性思維轉向不確定思維。韌性思維強調不確定性，“不確定性和意外是游戲的一部分，人們所能做的就是做好準備，學會接受它”。[20]沃克和庫珀（Jeremy Walker & Melinda Cooper）通過對韌性思維譜系學的研究也發現，韌性思維能夠興起并迅速滲透到社會科學的廣大領域在于其契合了當代各國政策話語對不確定性和不可預測性的強調。[21]當前，世界正進入一個全球性的風險社會，各種新風險、新挑戰層出不窮。在此背景之下，強調基礎設施的韌性有利于規劃者、設計者、建造者以及其他利益相關者放棄對確定性和可預測性的幻想，不要把全部精力都放在預防和避免災害的發生上，而應在承認災害難以完全避免的前提下，探討如何增強基礎設施工程自身的韌性，以便在災害發生時能最大限度地吸收沖擊、保持功能性并將總體損失降到最低。

再次，對韌性的強調為評價基礎設施工程提供了一個新的價值標準。工程活動是具有價值導向性的活動，工程有好壞之分，工程的設計和建造也存在多種方案。[22]如何從多種方案中選擇，就涉及價值標準的運用。一般認為，工程應該滿足“安全”和“可持續”這兩個最基本的價值標準。[23]無論是安全還是可持續都具有內外兩個維度。內在的維度是就工程自身而言的，外在的維度是就工程對環境、社會、他人的影響而言的。其中，內在的安全是指工程自身具有安全性，不會因災害擾動和沖擊而喪失功能乃至損毀。[24]顯而易見，內在的安全和可持續性是工程先決性的基礎，而“韌性”不僅為評判工程的好壞提供一個新的價值標準，而且也為實現工程自身的安全和可持續提供了一條路徑。簡而言之，一個基礎設施工程，其韌性越強，就越能經受災害的沖擊而保證自身的安全和可持續性。

最后，對韌性的強調有利于推動城市基礎設施安全實踐由被動的防護轉向主動的作為。如前所述，對于如何保障城市基礎設施安全的問題，傳統策略強調“預防”和“保護”。防護策略是一種被動的策略，因為只有清楚地了解災害是什么以及災害如何發生等問題后，才有可能采取針對性的措施在災害發生之前發現并制止它。與此不同，韌性策略強調基礎設施工程自身的能力建設，關注在災害發生時和發生后，工程如何能夠吸收災害的沖擊并適應環境和條件的變化從而保持或盡快恢復基本的功能。因此，“韌性基礎設施”是以自身為導向的，以能力建設為著力點，體現了一種主動作為的精神。“韌性基礎設施”概念的提出有利于把韌性思維引入基礎設施工程建設，通過規劃、設計和建造各環節的努力來增強韌性。

四、韌性策略與韌性基礎設施的建設

在韌性研究領域，一些研究者探討了增強韌性的一般規律。[25]但如何建設韌性基礎設施、增強基礎設施工程的韌性并無現成答案。在把握韌性基礎設施本質要求的基礎上，根據增強韌性的一般性規律，并借鑒國內外相關基礎設施工程規劃、設計和建造的經驗教訓，本文對如何建設韌性基礎設施進行了初步思考，提出了幾條具體的策略。

第一，緩沖性策略。緩沖性策略通過特定的設計讓工程加大對災害沖擊的吸收來降低災害的后果，從而盡可能保持功能性。從理論上看，研究者常把災害風險表述為威脅（t）、脆弱性（v）和后果（c）的一個函數，即Risk= f （t，v，c）。[26]緩沖性策略認為在災害無法避免的情況下，雖然不能改變威脅（t）的大小，但卻可以通過降低工程自身的脆弱性（v）和災害沖擊的后果（c）從而從總體上降低災害風險。例如，以往的災害事件表明，工程建筑的連續性倒塌（Progressive Collapse）不僅會造成大量人員傷亡和財產損失，甚至會導致整個工程被摧毀。所謂“連續性倒塌”是指工程建筑的局部破壞引發其他部分的連鎖反應，最終“導致整體結構或大范圍區域的倒塌”，[27]1995年美國俄克拉荷馬聯邦大樓爆炸事件和2001年紐約世界貿易中心撞擊事件中發生的連續性倒塌都加劇了事件的后果。為了避免連續性倒塌的發生，工程界出現了各種抗連續性倒塌設計方法，其中大多數方法本質上都是利用緩沖策略來降低災害對工程建筑的影響。此外，在一些基礎設施工程外立面鋪設防火泡沫的做法也體現了緩沖性策略。防火泡沫的主要目的不是避免火災的發生，而是在火災發生后能夠吸收火災的沖擊，從而降低火災的影響。因此，在基礎設施建設過程中有意識地運用這些緩沖性策略可以增強相關工程的韌性。

第二，多功能性策略。多功能性策略強調把多重功能集于一個基礎設施工程之上，意在通過功能的交織、結合和疊加來提升整體基礎設施系統對災害沖擊的適應能力。多功能性不僅可以提升工程的經濟和空間效益，也可以提升基礎設施的整體韌性。例如，瑞典的一些高速公路除了具有行車的功能之外，還可以起降飛機，這樣可以保障機場在遭受打擊之后飛機依然能夠正常升空。[28]同樣，我國的沈大高速、鄭民高速部分路段也兼具跑道功能，可以在需要時為客貨飛機及軍用飛機提供應急起降服務。[29]這種集多功能于一體的設計有助于提升城市基礎設施系統對環境的適應和轉變能力，在災害發生后維持或盡快恢復功能。當前，針對災害風險的不確定性和不可預測性，人們在設計和建造工程時更加有意識地應用多功能性策略。在丹麥的拉斯巴市，針對氣候變化帶來的洪水風險，設計師與當地市民合作設計建造了一座洪水公園，該公園不僅建有一般的鍛煉和游樂設施，而且建造了三座蓄水池，因而具有觀賞、鍛煉、游樂和蓄洪等多重功能，能夠幫助其吸收和適應降雨、洪水等災害的沖擊，增強其韌性。[30]

第三，冗余性策略。冗余性策略通過增加備用系統來提升韌性，當基礎設施工程受到災害沖擊而出現問題時，可以啟用備用系統，從而確保功能正常發揮或盡快恢復功能。2012年“桑迪”颶風襲擊中，紐約市加油站系統因停電而無法提供服務，颶風之后，紐約市吸取了這一教訓，為大多數加油站配備了備用發電機，以免重蹈覆轍。[7]冗余性策略要求基礎設施必須擁有備用組件或替代品。備用系統可以是完全相同的，例如為一個城市建立兩個或多個自來水廠，這樣即便一個水廠受到災害沖擊，可以啟用其他水廠從而確保城市的供水。此外，備用系統也可以是發揮同樣功能的不同選擇。當前一些城市在主干電網之外還積極利用可再生能源進行分布式發電并建設小規模、分散性的微型電網工程。[31]這種微型電網既能與外部聯網運行，也能獨立運行，因而在主網出現擾動或故障的情況下，能夠維持正常供電，從而提升整體供電設施的韌性。與多功能性不同，冗余性從短期來看似乎是增加了成本，因而是“不經濟”的。然而，如果轉換視角，從長時段來看，它可以提升城市基礎設施工程的韌性，不僅有助于應對風險和不確定性擾動，而且有利于長期成本的節約。

第四，多樣性策略。韌性建設中的多樣性策略受到生物系統反應多樣性的啟發。生態學家早已發現，當面臨氣候變化、環境污染和疾病等外界壓力和擾動時，由不同物種組成的功能性群組會出現不同的反應，這種情況下，功能性群組從擾動中恢復的能力更強，其整體得以持續的條件也會更為廣泛。[32]類似的，就城市基礎設施系統的安全而言，如果每一項基本功能都由多樣性的工程來承擔，則會增強整體系統的反應多樣性，從而增強城市基礎設施的整體韌性。多樣性策略要求規劃者和設計者具有系統思維，通過設計不同工程以滿足同一功能，形成具有多樣性的工程體系。2005年11月23日23時至27日18時，受松花江水體污染影響，哈爾濱市自來水廠被迫停止供水91小時。危機雖然引發了一些恐慌和搶購行為，但300多萬市區人口的用水需求基本得到了保障，原因在于除了自來水廠外，全市還有918眼地下水井可以提供應急供水。[33]這一案例說明由于多樣性供水工程的存在，整個城市的供水系統具有較強的韌性，在受到災害沖擊的時候，供水的核心功能得以維持。反之，多樣性不足會導致基礎設施韌性下降。二戰之后，歐洲國家大力發展航空運輸，然而，2010年冰島火山爆發這一新的風險因素出現導致西歐多國航空運輸業癱瘓，使得過度依賴航空的西歐國家措手不及，交通運輸體系大受影響，[34]暴露了其韌性不足的短板。

第五，自適應策略。自適應策略強調在無法對將來的變化、沖擊和擾動進行準確認知的前提下，系統應具有靈活性，要通過“以變應變”和“從實踐中學習”來提升自身的生存和適應能力。就基礎設施而言，適應性強調基礎設施工程能夠自動適應環境的變化，尤其是消極的變化。英國諾丁漢特倫特大學的研究者和一家商業公司合作設計的小型防洪工程體現了“自適應策略”，這種用于保護低洼地區的小型防洪工程的核心裝置是SELOC（Self-Erecting Low-Cost Barrier）系統，它可以隨著水位的上升而上升，無須人為改變，因而具有更強的韌性來應對擾動和外在條件的變化。[35]除了自適應之外，一些設計者還試圖研究開發基礎設施工程在受到沖擊情況下的自我修復技術，如果能夠成功應用于實踐，這顯然也有助于提升基礎設施的韌性。

五、結語

中國城市化進程還在加速，預計到2030年，整體城市化水平將達到75%。[36]這意味著需要建設更多的基礎設施工程，以滿足更多人口在城市生活的需要。基礎設施是城市安全運行和可持續發展的物質基礎，但隨著城市規模的擴大和風險的增加，城市基礎設施面臨更多的威脅。因此，如何應對各種災害的威脅以確保基礎設施的安全成為一個重要的問題。

傳統的防護策略關注如何在災害發生之前阻止災害的發生或規避災害的影響，不可否認這是確保基礎設施安全的重要途徑。但隨著風險不確定性和不可預測性的增加，災害難以完全避免，在此情況下，思考在災害發生之后如何維持或盡快恢復基礎設施的功能也很重要。

源自自然生態學的韌性思想在承認災害發生的前提下，關注系統對災害沖擊的吸收、適應和轉變從而維持或盡快恢復自身功能的能力。這一思想為探討基礎設施的安全問題開辟了新的視角。從韌性的視角來看，建設韌性基礎設施、增強基礎設施工程對災害沖擊的吸收、適應和轉變能力，有利于在災害發生后維持或盡快恢復功能，進而有利于保障城市系統的安全運行。因此，建設韌性基礎設施是提升城市綜合防災減災能力、保障城市安全運行的一條創新路徑。實踐當中，建設韌性基礎設施需要把緩沖性、多功能性、冗余性、多樣性以及自適應性等策略應用于基礎設施工程的規劃、設計和建造過程當中。

總之，韌性基礎設施概念的提出以及對如何建設韌性基礎設施工程的探討有利于從韌性的視角重新審視城市基礎設施的規劃、設計與建造過程，也有利于相關決策者、規劃者、設計者和建設者參與到韌性基礎設施工程建設中來，為城市的安全運行做出貢獻。

說明：本文系上海政法學院2019年度校級科研項目“‘韌性視野下的城市安全建設機制研究”（2019XJ07）的階段性研究成果。

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Resilience Thinking， Resilient Infrastructure and Cities Operation Safety

Hua Zhiya

（Shanghai University of Political Science and Law，Shanghai201701，China）

Abstract：Infrastructure is the material basis for the safe operation and sustainable development of cities. With the expansion of urban area and the increase of risk， urban infrastructure is facing more disaster threats. The traditional protection strategy emphasizes on preventing the occurrence or preempt the impact of disasters， but with the increase of uncertainty and unpredictability of risks， it is difficult to completely preempt disasters. Taking into account the above-mentioned fact， the resilience theory originated from natural ecology emphasizes the absorption， adaptation and transformation of disaster impact， and pays attention to the capacity-building and function maintenance of the system. Resilient infrastructure refers to infrastructure projects that can absorb the impact of disasters and maintain or restore basic functions as soon as possible through adaptation and transformation of disasters. By applying resilience strategies such as buffering， multi-function， diversity， redundancy and adaptability to the planning， design and construction of infrastructure projects， we can build resilient infrastructure， enhance the resilience of infrastructure projects， and ensure urban security.

Key words：resilience; resilience thinking; urban infrastructure; projects; urban security

責任編輯：王明洲