城市基礎設施韌性研究綜述*

閻衛(wèi)東，丁春雷

(1.沈陽建筑大學土木工程學院，遼寧 沈陽 110168； 2.沈陽建筑大學管理學院，遼寧 沈陽 110168)

0 引言

在我國新型城鎮(zhèn)化建設不斷推進和經(jīng)濟實力穩(wěn)固提升的背景下，城市韌性問題研究范圍向經(jīng)濟韌性、社會韌性、生態(tài)韌性等方面不斷延伸拓展[1-2]。城市基礎設施作為維系城市系統(tǒng)運作的重要樞紐，其抗災韌性直接影響城市整體韌性水平。本文從防災減災視角，運用CiteSpace軟件對城市基礎設施相關文獻進行量化分析，探討城市基礎設施韌性研究演進及防災減災機制，梳理1992—2021年該領域的發(fā)展脈絡、研究熱點與前沿趨勢，以期為提高城市基礎設施防災減災能力和完善城市災害應對措施提供借鑒。

1 韌性理念

韌性的詞源為拉丁文“resilio”，是指系統(tǒng)受擾動后的恢復能力。英文用“resilience”表示韌性，解釋為事物受干擾后恢復、彈回到初始狀態(tài)的能力。由此可見，韌性兼有彈性和恢復力含義。韌性概念經(jīng)歷了漫長的演變過程，自1973年Holling[3]首次將韌性概念引入到生態(tài)學科開始，國內(nèi)外學者對韌性概念進行了探索和完善，直至20世紀90年代末，韌性正式進入規(guī)劃學科范疇，人們開始在城市規(guī)劃中通過調(diào)整社會框架、提升基礎設施能力預防未來沖擊。

從韌性思維和韌性視角出發(fā)，基礎設施韌性是指基礎設施工程在面對災害擾動時能夠吸收沖擊并通過適應、轉變從而保持或盡快恢復自身基本功能的能力[4]。具體來說，吸收能力是指基礎設施在面對災害沖擊時能夠有效承受且不偏離正常運行的能力；適應和轉變是指基礎設施在災害發(fā)生后能夠順應環(huán)境變化而繼續(xù)發(fā)揮功能的能力。總之，吸收、適應和轉變能力越強的基礎設施，其韌性越強，安全性越高。

2 檢索文獻的量化分析

本文將中國知網(wǎng)收錄的學術期刊和碩博士學位論文作為核心數(shù)據(jù)庫，以“基礎設施+韌性”“基礎設施+防災減災”“基礎設施+韌性城市”“城市基礎設施+安全”為主題詞，發(fā)文時間設置為1992—2021年，并設置中文、學術期刊等條件，將無作者文獻、會議紀要、刊首語等篩選排除，共收集有效文獻1 599篇，將有效文獻以Refworks格式導出，運用陳超美博士團隊研發(fā)的CiteSpace軟件(5.8.R3版本)進行文獻量化分析[5]。

2.1 關鍵詞突現(xiàn)分析

關鍵詞突現(xiàn)結果如表1所示，由表1可知，綜合減災、影響因素、風險管理、優(yōu)化策略等是我國基礎設施韌性建設中的研究熱點，應關注熱點問題，進行城市基礎設施精細化治理，建立更具韌性的防災減災體系。

表1 關鍵詞突現(xiàn)結果

2.2 關鍵詞聚類分析

按文獻量排序，關鍵詞聚類分析主要結果如表2所示。由表2可知，每個聚類下平均輪廓值均>0.7，表明聚類結構合理。提取每個聚類中代表性較強的關鍵詞，以定位城市基礎設施韌性建設領域核心研究圈。本文將熱點和趨勢集中于基礎設施、信息安全、公共衛(wèi)生等方向的研究定位于綜合應用層，將熱點和趨勢集中于BIM、智慧化、提升策略等方向的研究定位于產(chǎn)品功能層，將熱點和趨勢集中于評價體系、規(guī)劃策略、城市規(guī)劃等方向的研究定位于模型支撐層，將熱點和趨勢集中于物聯(lián)網(wǎng)、云計算、空間信息走廊等方向的研究定位于數(shù)據(jù)資源層。在上述4個層級研究的基礎上，探討基礎設施在防災減災領域的規(guī)劃與升級，以精確定位基礎設施韌性提升路徑，在多領域范疇對基礎設施韌性進行再解讀。

表2 關鍵詞聚類分析主要結果

3 城市基礎設施韌性的研究進展

通過文獻的量化分析可得以下結論：①城市基礎設施韌性水平作為安全韌性城市評估的重要因素，對其進行多維度研究，對韌性城市建設有指導意義；②綜合減災、影響因素、風險管理、優(yōu)化策略等是我國基礎設施韌性研究的熱點議題；③綜合應用、產(chǎn)品功能、模型支撐和數(shù)據(jù)資源4個規(guī)劃層級為城市基礎設施韌性領域研究提供了新視角。

由此，本文將城市基礎設施韌性研究歸納為兩方面，即多層級視角下的城市基礎設施韌性研究和以災前預防、災后社會救助、城市基礎設施韌性影響因素、城市基礎設施韌性評價體系等為主題的專題性研究。

3.1 多層級視角下的城市基礎設施韌性研究

3.1.1綜合應用層

對于綜合應用層，交通、能源、水利、通信、醫(yī)療等基礎設施植入韌性技術，保證災難發(fā)生時的及時處理。項英輝等[6]建立了由31個省市7項安全指標構成的城市道路交通設施安全評價指標體系，為保證我國城市道路交通設施安全提供參考。孟俊林[7]以地震災害下的城市醫(yī)療系統(tǒng)作為研究對象，構建城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性指標體系，并提出醫(yī)療系統(tǒng)抗震防災對策。

3.1.2產(chǎn)品功能層

對于產(chǎn)品功能層，建立基于城市運營數(shù)據(jù)的協(xié)同聯(lián)動及災后恢復系統(tǒng)，有利于對災難進行智能研判、建模分析并給出響應方案。鄭國棟[8]以福建省建筑設計研究院有限公司為例，運用互聯(lián)網(wǎng)+信息化、智能化、數(shù)字化和BIM技術，提高了工程勘察行業(yè)信息化應用水平。王立國等[9]研究發(fā)現(xiàn)BIM技術可實現(xiàn)抗震減災管理中的地震波檢測，可提升建筑構件剛度、承載力及抗震減災性能，實現(xiàn)鋼結構建筑抗震減災管理。顏克勝等[10]在有限災后修復資源約束下，構建了基于關鍵基礎設施網(wǎng)絡的災后修復任務選擇與調(diào)度混合整數(shù)規(guī)劃模型，為基礎設施災后恢復決策提供輔助。

3.1.3模型支撐層

對于模型支撐層，通過規(guī)劃建模及評價系統(tǒng)，模擬災難發(fā)生時的完整應對系統(tǒng)，這是預防災難的核心環(huán)節(jié)，通過對災難場景的模擬和判斷，可為應對真正災難提供充足的預防準備。姜仁貴等[11]提出防洪預演城市暴雨洪澇災害的“五預”應對機制，為城市防洪減災決策提供有效支撐。段晨玉等[12]利用GIS軟件的二次開發(fā)技術，基于風險評價的預警方法建立了地質(zhì)災害預警模型，設計了地質(zhì)災害風險預警系統(tǒng)，為防災減災工作提供依據(jù)與幫助。李若男[13]以上海黃浦區(qū)為研究對象，構建了高精度城市暴雨內(nèi)澇模型，開展了內(nèi)澇危險性模擬及內(nèi)澇風險評估，并根據(jù)模擬結果提出了黃浦區(qū)內(nèi)澇災害應對策略。

3.1.4數(shù)據(jù)資源層

對于數(shù)據(jù)資源層，通過對能源信息、建筑信息、地理地質(zhì)等數(shù)據(jù)的采集及量化分析，可構建強有力的防災實施方案。韓青等[14]集合大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等新技術，建立了基于CIM+新城建智能建造平臺，著力解決工程項目缺乏整體策劃和資源協(xié)同等問題。王瑞鋒[15]構建了基于智能檢測監(jiān)測、云計算與大數(shù)據(jù)等先進技術的智能運維系統(tǒng)，對基礎設施進行全壽命周期管理，引領城市軌道交通智能運維模式的深度變革。虢韜等[16]以貴州電網(wǎng)常見的山火、覆冰和地質(zhì)災害為研究對象，通過對氣象數(shù)據(jù)、監(jiān)測數(shù)據(jù)、運維數(shù)據(jù)等進行大數(shù)據(jù)集成分析，形成具有災前預防和提前防護功能的決策支持系統(tǒng)。

綜合來看，多位學者在不同領域為我國基礎設施韌性建設提供了不同見解和可實施的方法。根據(jù)文獻梳理，從綜合應用層、產(chǎn)品功能層、模型支撐層、數(shù)據(jù)資源層研究城市基礎設施韌性提升角度及防災減災模式，將可能發(fā)生的問題分解為不同層面的分支，從而尋找解決問題的最優(yōu)解。

3.2 專題性研究

3.2.1災前預防

災前預防是防災減災的工作重心，在防災減災工作中要堅持以防為主，提前做好工作部署。災前預防重點工作主要包括以下方面。

1)健全災害預警技術應對機制

需加強對各種災害應對技術的研究，完善災害監(jiān)測預警系統(tǒng)，提高重大基礎設施設防水平。熊幫彬[17]構建了基于嵌入式平臺的地質(zhì)滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)軟硬件模型，設計了地質(zhì)滑坡監(jiān)測預警系統(tǒng)軟件平臺，實現(xiàn)了地質(zhì)滑坡智能實時監(jiān)測與風險評價功能。呂銀華等[18]提出了基于WebGL技術和HTML5框架的前后端分離架構電氣火災預警系統(tǒng)，有效預防了電氣火災事故的發(fā)生。

2)加強災害預警決策機制建設

災害預警決策機制是由與預警決策相關的組織程序根據(jù)所屬的相互關系建立的工作制度。災害預警決策預案需在以往災害應對經(jīng)驗總結的基礎上，遵循決斷性、高效性、科學性、針對性原則，由個別地方政府和部門出臺實施。在決策預案指導下，明確部門監(jiān)管職責，加強對各部門的安全管理，健全責任鏈條，形成監(jiān)管合力，保證暢通的防控應急協(xié)同體系。保證在實踐中落實災害預警決策和預案演練評估，積極引導崗位工作人員防控部署，同時開展災害防控指導和宣傳工作，加強安全文化建設，提高基層群眾防災減災意識。

3)加強災害預警外在保障建設

災害預警外在保障是指應對災害的法律法規(guī)、應急物資、救援力量等外在支撐，保證災害到來時可快速應對。加強災害預警外在保障建設需做到以下方面：①夯實應急法治基礎，推進精細化立法和法律法規(guī)修訂，定期開展專項審查工作，完善公眾參與機制，開展普法宣傳活動。②保證應急物資準備，優(yōu)化應急物資管理和政府緊急物資采集流程，加強應急物資信息化管理；確保應急物資儲備充足，擴大人口密集區(qū)、災害高風險區(qū)和交通不便區(qū)的應急物資儲備規(guī)模。③加強救援力量建設，提升行業(yè)救援力量的專業(yè)能力，引領社會應急力量有序發(fā)展。

3.2.2災后社會救助

災后社會救助是指政府和社會依照道德和法律要求對遭受災害破壞導致生活困難的災民提供衣食住房等物質(zhì)補貼及精神上的幫助，以保證災民維持最低生活水平，幫助其恢復正常生產(chǎn)生活的社會保障制度[19]。災后社會救助工作需做好以下方面。

2017年第13號臺風“天鴿”引起的潮位高達約8.13m，創(chuàng)南沙潮位歷史新高，已建成的靈山島尖生態(tài)景觀超級堤經(jīng)受考驗，在此次臺風中發(fā)揮了重要的防洪效益，為“以寬度換高度、景觀沁堤圍”的超級堤建設理念提供了很好的工程驗證及應用實例支撐。

1)加強災后救助技術支撐

在當今大數(shù)據(jù)智能時代，整合優(yōu)化應急領域相關共性技術平臺，推動科技創(chuàng)新資源開放共享，從而為更好地開展災后救助工作提供技術支撐。嚴瀅偉等[20]提出了基于自然地理信息大數(shù)據(jù)的災后恢復監(jiān)測應用研究框架，有利于災后恢復監(jiān)測各類具體恢復目標(如旅游業(yè)恢復、工商業(yè)恢復、生活常態(tài)恢復)的實現(xiàn)。李楊[21]以Ecognition，ArcGIS，ENVI等軟件為影像處理平臺，將MATLAB，Excel等軟件作為數(shù)據(jù)分析平臺，得到了高分辨率遙感影像，實現(xiàn)了對災后房屋損毀信息的有效提取及對房屋損毀程度的定量分級。王文波等[22]利用ASP.NET技術，基于Web巨災指數(shù)，開發(fā)了集保險賠付計算、展示、歸檔、查詢、下載等多項功能于一體的保險計算平臺，提升了政府災后救助效率和整體抗風險能力。

2)健全災后社會救助機制

健全災后社會救助機制，推進政府災后救助與其他專項救助的協(xié)同機制，推廣政府與社會組織、企業(yè)合作模式，支持紅十字會、慈善組織等依法參與災害救援救助工作；保證受災人群的過渡安置與救助工作，加大應急避難場所、水、電、交通、通信等基礎設施建設，保證受災群眾的基本生活需求，妥善處理受災重點人群(包括老人、孕婦、兒童等)，加強人文關懷、心理援助及救濟保護工作。

3)規(guī)范災后恢復重建

規(guī)范災后恢復重建，對災害隱患點進行風險評估與區(qū)劃，進行衍生災害隱患排查和環(huán)境承載能力評價，分類推進災害綜合整治和災后恢復重建規(guī)劃；加強災后恢復重建資金管理，積極引導國內(nèi)外貸款、對外援助資金、社會捐贈資金參與災后恢復重建；結合保障性安居工程和老舊小區(qū)改造工程等出臺居民住房恢復重建和修復方案，采用租建結合、發(fā)放住房補貼等方式對居民進行妥善安置。

3.2.3影響因素

韌性理念的突出特點是綜合性，強調(diào)各種因素的相互配合、彌補和支撐。唐元杰[23]采用主成分分析法、回歸分析法進行研究，發(fā)現(xiàn)災區(qū)經(jīng)濟發(fā)展總體水平、人口密度、基礎設施條件、教育條件、社會援助能力、基層政府行政能力與災害恢復力具有顯著正相關關系，第二產(chǎn)業(yè)比重、人均收入與災害恢復力存在負相關關系，災區(qū)醫(yī)療條件、城鎮(zhèn)化率對災害恢復力的影響并不顯著。楊畢紅[24]采用TOPSIS法構建了城市社區(qū)韌性測度模型，借助多元線性回歸模型探討了社區(qū)韌性的綜合影響因素，從政府、居民及社區(qū)鄰里物質(zhì)環(huán)境層面提出了社區(qū)韌性優(yōu)化策略和適應性對策。

總的來說，影響基礎設施韌性的因素具有動態(tài)性、多元性、連續(xù)性，其中主要包括人、物、過程維度。基礎設施韌性的演進應從人、物、過程維度出發(fā)，維持系統(tǒng)的適應和發(fā)展，最終達到理想的生命周期。

3.2.4評價體系

城市基礎設施韌性評價體系研究也是目前的熱點之一。穆松林[27]通過文獻分析和實際訪談調(diào)研，選取了人口狀況、經(jīng)濟狀況、特殊人群、醫(yī)療保障等8類指標對北京市防災減災能力進行評價。鄧玲等[28]采用層次分析法和Delphi法，建立了由決策服務效益、公眾服務效益、社會服務效益一級指標和決策材料及時性、政府響應及反饋率、預報準確性、預警信息覆蓋率等8個二級指標組成的暴雨災害防災減災服務效益評估指標體系。石媛[29]采用層次分析法和Delphi法，建立了城市社區(qū)減災能力評價體系，為社區(qū)減災治理提供了新的研究視角。

郭羽羽等[30]從經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境和基礎設施維度建立了城市安全韌性評估指標體系，利用熵權法劃分了韌性評估等級。謝曉君等[31]從經(jīng)濟水平、領導力、基礎設施、生態(tài)環(huán)境維度出發(fā)，運用層次分析法計算了各指標權重，得到了各指標相對韌性度，并運用模糊綜合決策法分析了德陽市城市韌性度。姜宇逍[32]運用層次分析法、綜合模糊分析法構建了社區(qū)韌性評價體系，對社區(qū)韌性評價體系進行實踐應用，進而提出了提升社區(qū)韌性的優(yōu)化改造策略。

城市基礎設施防災減災和韌性評價體系構建方式多樣，目前主要集中于指標評估上，然而這種評估方法具有一定局限性：①統(tǒng)計指標和數(shù)據(jù)對應的統(tǒng)計范圍具有局限性；②指標數(shù)據(jù)具有時效性，主要側重于對歷史數(shù)據(jù)的靜態(tài)分析；③統(tǒng)計指標具有相對性，缺乏對區(qū)域差異的比較。

3.2.5實際應用

曹惠民等[33]從IRGC風險分析框架的基本內(nèi)容出發(fā)，通過解讀雄安新區(qū)規(guī)劃過程及思考雄安新區(qū)后續(xù)韌性構建的關鍵環(huán)節(jié)，發(fā)現(xiàn)做好城市頂層設計、創(chuàng)新城市規(guī)劃思維、加強主體協(xié)同、集成先進智能技術是構建城市韌性的重要因素。湯鐘等[34]以深圳福田區(qū)福田河流域為例，對區(qū)域雨洪安全問題進行了梳理，從生態(tài)、工程、社會維度分別提出了生態(tài)節(jié)點功能優(yōu)化、生態(tài)空間結構規(guī)劃、生態(tài)岸線提升的韌性優(yōu)化策略。馮矛等[35]以銅梁主城區(qū)作為案例，探索了雨洪韌性理念下的城市綠色基礎設施多尺度規(guī)劃路徑，在區(qū)域尺度，基于生態(tài)敏感評價構筑銅梁主城山水安全格局；在城市內(nèi)部尺度，基于水文循環(huán)構建綠色空間網(wǎng)絡；在社區(qū)及場地尺度，落實綠色雨水設施建設導則及坡岸處理措施。陳銘等[36]以湖北省武漢市都府堤社區(qū)為例，通過分析整理社區(qū)韌性指標影響因子架構社區(qū)韌性指標框架，并在防疫視角下以時間維度為脈絡，構建了社區(qū)韌性“W2R”模型，并闡述其運行模式，有針對性地提出了韌性提升策略。

總體來看，多位學者通過案例分析，將基礎設施韌性理論與實踐相結合，分析了問題產(chǎn)生的根本原因，得到了解決問題的可行性方法，節(jié)約了時間成本。但學者們提出的學習方法和模式多未得到實際應用，因此需通過積極引導，培養(yǎng)基礎設施韌性自組織、自適應和自學習能力。

4 結語

本文基于城市基礎設施韌性等相關文獻梳理分析、量化分析及重點文獻剖析，得出以下結論。

1)城市基礎設施韌性研究熱點主要集中在綜合減災、影響因素、風險管理、優(yōu)化策略等方面。應更好地發(fā)揮理論研究對實踐的指導意義，加強減災能力建設的綜合性和系統(tǒng)性，改善韌性基礎設施的建設環(huán)境，科學開展風險評估和韌性評價。

2)通過對關鍵詞進行分析，可從綜合應用層、產(chǎn)品功能層、模型支撐層、數(shù)據(jù)資源層探討基礎設施韌性提升角度及防災減災模式，應圍繞4個層級開展深入研究。

3)災前預防和災后社會救助是城市防災減災的重點，需圍繞城市防災減災任務目標，開展城市基礎設施災害應急體系建設。

4)當前關于城市韌性的研究成果較多，但關于城市基礎設施韌性的研究較少，且評價體系以主觀判斷和概念模型為主，定性分析較多，定量分析較少，有必要基于基礎設施特點和規(guī)律對城市基礎設施韌性開展研究。