寧夏大武口區地震應急避難場所空間布局優化研究

任家琪，李 偉，王劍磊，崔和安，單帥帥

（1.寧夏回族自治區地震局，寧夏 銀川 750001；2.寧夏土木工程防震減災工程技術研究中心，寧夏 銀川 750021；3.寧夏回族自治區政務服務中心，寧夏 銀川 750001；4.寧夏回族自治區自然資源勘測調查院，寧夏 銀川 750001；5.寧夏回族自治區自然資源信息中心，寧夏 銀川 750001；6.北方信息控制研究院集團有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引言

國家“十四五”規劃積極推進城鎮化和新農村建設，在這種大背景下，我國城市集群規模以指數形式激增，與之伴隨的是城市人口的聚集和城市建筑群落的聳立。我國地處環太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受全球板塊運動

及特殊地質條件影響，我國地震災害頻發，所以，城市居民的地震應急避難顯得尤為重要，城市防災也將成為城市規劃建設中的一個重要環節。現階段全球對于城市地震應急避難的成熟做法就是設立合理且有效的地震應急避難場所，地震應急避難場所用于震后當地居民的緊急疏散、安置以及后續救援等相關工作，所以合理有效的地震應急避難場所設置，對震后的一系列地震災后應急工作都會起到決定性作用。城市的發展持續時間長、隨機變動性大、布局分布不均、道路參差錯落、人口分布零散、建筑物千差萬別，這些參考因素都會決定地震應急避難場所的設置是否合理[1]。本文就寧夏大武口區的地震應急避難場所的設置，預先進行了城市調研，排查當地人口分布、建筑分布、公共設施分布、道路分布等情況，結合當地城市整體規劃布局，基于社區區位理論、數據建模、ARCGIS空間關聯分析、社區配置模型等方法，對寧夏大武口區的地震應急避難場所服務能力進行挖掘，重點結合當地實際情況，從居民實際震后應急避難需求出發，且嚴格遵循可達性、就近性、平災結合等原則，對寧夏大武口區提出了一個合理高效且行之有效的地震應急避難場所優化布局，以供當地相關部門參考。

1 研究區域簡介及歷史地震概述

大武口區，隸屬于寧夏回族自治區石嘴山市，東經106°05′~106°30′，北緯38°17′~38°51′之間，位于寧夏回族自治區銀北地區，是石嘴山市的政治、經濟、文化、商貿和信息中心，西、北與內蒙古自治區阿拉善盟阿拉善左旗接壤、東與惠農區接壤、南與平羅縣接壤，區域面積1008平方公里，其中城市建成區面積80平方公里。截至2020年8月，下轄2個經濟開發區，10個街道，12個行政村，常駐人口30.36萬人。

寧夏大武口區地理位置如圖1所示，該區域地質災害頻發，且當地地質結構復雜，其地理位置在鄂爾多斯斷塊體的西北角與賀蘭山斷隆區交匯部位，地質構造復雜，主要以東西向和南北向的構造為主體，展布范圍寬，規模大。該區域亦受南北向構造控制。南北斷裂活動以紅果子溝洪積扇上長城斷層為代表，明長城被垂直錯斷1.56m，水平錯斷0.8m，洪積扇陡坎探槽證實是斷層活動的結果。寧夏大武口距離

圖1 寧夏回族自治區石嘴山市大武口區地理位置分布圖Fig.1 Geographical distribution map of Dawukou District，Shizuishan City，Ningxia Hui Autonomous Region

內蒙古自治區左旗較近，其兩地周邊煤礦生產單位密布，導致了兩地爆破類非天然地震時有發生，非天然地震極有可能引起其他地震類次生災害如:山體滑坡、水庫破裂、山體塌陷等，此類次生災害一定程度上會危及到當地居民的生活生產。主要包含了寧夏及鄰區中強以上地震及其余震活動，也有部分中等震群事件、影響較大的爆破事件等。

2 寧夏回族自治區大武口區現有地震應急避難場所概述

2.1 大武口區城市地震應急避難場所人口容納能力現狀

經過實地走訪調查確定，大武口區地震應急固定避難場所共2處。表1為大武口區現有地震應急避難場所基本信息表。由表1可知，大武口區地震應急避難場所為公園用地和體育用地構成的固定避難場所，2處固定避難場所的總面積為12.91萬m2，最多可容納人數為6.5萬人。與此同時，在利用公園綠地作為固定避難場所時，需要剔除水體、綠地、道路、建筑、

表1 寧夏大武口區現有地震應急避難場所基本信息表

假山等景觀設施，體育用地需要剔除娛樂設施、道路等用地，故現有地震應急避難場所的有效避難面積約為58070m2，實際可容納避難人數為1.16萬人，僅占總人數的9.58%。所以，大武口區現有固定地震應急避難場所較少，可利用空間較小，人口容納能力不足，同時部分地震應急避難場所用地被商業用地侵占。以青山公園為例，青山公園東接建設西街，西臨游藝西街，北臨青山北路，南臨賀蘭山北路，占地面積約69964m2，其中水域、綠地、建筑和道路占地面積為60173m2，青山公園地震應急避難的有效面積僅為9791m2，實際避難可容納量為1958人。由此可知，青山公園固定避難地震應急避難場所容納空間不足，無法滿足應急避難的需求[2]。

2.2 城市地震應急避難場所需具備的條件

地震應急避難場所的建設需要足夠的人口容納量、良好的人員可達性、就近性、最好具備平災結合性，結合當地自有條件，使地震應急避難場所在時間和空間上均滿足應急需求，例如避難場所的數量和面積一定要能夠容納服務區內的人口需求，周邊沒有重大危險源，可以解決避難人員最基本的生存問題等。本文就以上需求提出固定地震應急避難場所和公共用地（公共用地包括綠地公園、廣場、學校操揚等）相結合的方式，共同組成地震應急避難模式，由此構建區位配置模型，同時結合大武口區綠地和學校分布的特點，在滿足表2要求的同時，提出以下地震應急避難場所所需條件。

表2 地震應急避難場所分類及各項指標

2.2.1 平災結合

利用居民地就近的公共用地，例如公園綠地、學校操場、停車場等基礎公共設施場所作為臨時避難場所的備選，不但可以實現公共資源利用最大化，還可以有效解決避難場所容納能力不足的問題，需要注意的是，在選擇臨時避難場所時需要考慮備選地的有效使用面積和其他情況。

2.2.2 可達性

寧夏大武口區人口空間分布密度呈現非均勻化、居民聚集區域散布化，構建臨時性地震應急避難場所的可達性十分重要，居民能否在震后順利到達地震應急避難場所，是對避難場所的基本要求。

2.2.3 就近性

地震災害具有不確定性，發生過程非常突然且劇烈，事后破壞程度大，所以地震應急避難場所災難發生時，需要確保居民都可以快速到達避難地點，且要盡量避免差異過大。

2.2.4 容納性

地震應急避難場所服務能力要具有一定的容納量，能夠滿足人員對避難空間的需求，且避難場所要有一定的便利性，在震后政府相關部門可以對避難居民地安置、物資供應和救援等工作順利開展[3]。

3 寧夏回族自治區大武口區地震應急避難場所區位配置模型構建

3.1 配置模型

本文采用LA模型（Location AI-location model，公共設施區位配置模型）來構建地震應急避難場所區位配置模型，此模型運用中值問題、中心問題、集合覆蓋問題及最大覆蓋問題作為模型參數，緊密結合特定區域的實際設置情況，通過優化建模和參數調整的方法，來與特定區域相適應，從而構建符合特定區域的設施區位模型。此模型中，中值問題模型用來在一定區域范圍內為固定數量的設施點尋求最優區位，使需求點到設施點的總移動距離最小化，類似于數學概念中的兩點之間距離最小[4]。中心問題模型指在所有設定預設選址中給定數目的前提下，最小化所有需求點與其最近設施點之間的最大距離，以活動預設設施數目及所在位置，最終求得最優解。集合覆蓋問題模型指該問題模型是選取最少的設施點來完成所需求點的覆蓋，目的是使建設設施點的成本達到最小，此模型也是為了統籌考慮市政建設的高效化及居民日常生活便利化，一定程度上也是為了節約社會資源，優化資源配比。最大覆蓋模型指在一定地域范圍內對設施布局，使設施在最大服務距離內盡可能多的覆蓋絕大多數需求點，依然是資源合理利用最大化的問題導向。本文重點關注是在寧夏大武口區為固定數量的地震應急避難設施點尋求最優區位，配比最小總移動距離，且在尋求最小化需求點與地震應急避難設施點之間的最大距離的同時，合理分布設施點，從而達到以最少的設施點對寧夏大武口區進行最完整的覆蓋，節約公共建設成本。

3.2 地震應急避難場所區位配置模型的構建

此次對于寧夏回族自治區大武口區地震應急避難場所布局的優化構建中，通過LA模型進行建模的初期階段，本文做了如下假設條件:

（1）已知候選避難場所設施點和應急避難場所需求點的位置分布，并且點與點之間都有一定的距離。

（2）已知候選避難場所設施到應急避難場所需求點的距離，設施點和需求點之間的距離是以實際道路的路徑距離。

（3）應急避難場所的需求點不能被兩個及以上應急避難場所設施點覆蓋，在覆蓋范圍內的需求點只有一個設施點服務[5]。

根據以上假設數學模型表示為:

i為第i個需求點；

j為第j個設施點；

r為規定的設施點與需求點之間的最大范圍的實際距離，固定應急避難場所最大服務范圍為3000m；

Dij為從需求點Di到候選避難場所設施點Fj的實際距離（道路通行距離）；

Vi=｛j|Dij< ｝

r為需求點i的候選服務設施集。

如果候選服務設施Fj被確定為服務設施，則xj=1；否則xj=0。

寧夏大武口區初期的城市規劃建設相對擁擠和小型化，后期新區的城市規劃建設相對趨于合理，老城區居民點相對密集，建筑物零散分布且公共設施配套一般，雖然醫院、消防站、城市公園、學校、空曠場地錯落分布，但是與

LA模型的需求相差略大，故而此次寧夏大武口區的地震應急避難場所的優化以及新建選址問題，是我們亟需解決的一個問題，通過參考其他省市地區的合理地震應急避難場所優化布局，本文采用GIS對寧夏大武口區的社區地震應急避難場所進行模型構建和計算優化，為寧夏大武口區提供最優結果辦法，以供今后地震應急避難場所建設所參考[6]。

4 寧夏大武口區優化構建方案

通過為期一月的實地勘察、現場測量與科學評估，結合寧夏大武口區當地人口、建筑物分布選取了如下地震應急避難場所，如表3所示，依據場所位置、有效避難面積等條件劃分中心避難場所和緊急避難場所。在大武口區原有的2處固定避難場所基礎上，增設了多處地震應急避難場所，其類型包含有公共公園用地、學校操場用地等。依據寧夏大武口區城市分布特性，其選用的地震應急避難場所都呈合理的線性分布，基本可以滿足周邊居民地震后的緊急應急避難，且選取的此類地震應急避難場所周邊交通便利，公共設施完善，利于地震后的進一步救援安置。經過區位配置模型優化后，相較于之前，彌補了客觀上避難空間的缺失和避難場所布局的失衡[7]。圖2中相應綠色點位為優化構建后的地震應急避難場所，由圖2可知，其地震應急避難場所已經良好的覆蓋了寧夏大武口區主要居民聚集區域。且由圖3可知，居民區到地震應急避難場所的平均距離僅為500m，最長路程為2.0km，大部分路程不超過1km，大大緩解了居民到地震應急避難場所的路程壓力，基本滿足應急避難的需求。

圖2 寧夏大武口區通過優化構建之后的地震應急避難場所分布圖Fig.2 Distribution of earthquake emergency shelters after optimized construction in Dawukou District，Ningxia

圖3 寧夏大武口區避難場所服務范圍分布圖Fig.3 Distribution of shelter service scope in Dawukou District，Ningxia

表3 寧夏大武口區地震應急避難場所信息統計表

5 結論

本文對寧夏回族自治區石嘴山市大武口區進行實地勘測，收集地震應急避難場所相關數據，以ARCGIS為數據分析工具，結合LA理論模型及GIS空間分析理論，對寧夏大武口區的地震應急避難場所進行布局優化，經過優化，寧夏大武口區當地的地震應急避難場所布局滿足就近性、可達性、容納性和平災結合等基本原則，也滿足震后寧夏當地居民的緊急避難需求。

對寧夏大武口區進行地震應急避難場所進行布局優化后，當地地震應急避難場所數量從此前僅有的2個擴展為21個，且依照當地城市建設走向和居民分布特點，優化后的地震應急避難場所均勻分布于寧夏大武口區。區位配置模型優化后的地震應急避難場所可滿足89%以上的當地居民進行有效避難。經過數據比對分析，相較于之前，寧夏大武口區避難最遠路徑從5km縮短至2km，避難平均距離從之前的2km縮短至0.58km。就避難人口而言，此前寧夏大武口區的地震應急避難場所僅夠1.16萬當地居民使用，經過優化后，其地震應急避難場所可以容納12萬人，且優化后的地震應急避難場所布局合理，周邊公共設施如:醫院、公共廁所、道路、生存應急物資等都相對充裕，既可以滿足避難居民的短暫安置，也可以滿足震后相關部門的緊急救援，完全滿足就近性、可達性和容納性原則的要求[8]。

寧夏大武口區當地的城市規劃布局及居民分布在寧夏當地具有很強的代表性，此次對于寧夏大武口區進行地震應急避難場所布局的優化，不僅可以為寧夏大武口區當地的地震防震減災工作提供震后緊急避難幫助，也可以對寧夏其他城鎮的地震應急避難場所設立工作提供一定的理論依據和參考價值。