基于系統動力學的城市抗震減災評價體系研究

劉 輝 唐彩萍 祁 兵

（吉林建筑大學應急科學與工程學院，吉林 長春 130118）

0 引言

地震除了使大批建筑遭到破壞之外，還會造成大量的人員傷亡，如2008年我國發生的汶川地震，2011年的日本地震以及2017年四川九寨溝地震，都在不同程度上造成巨大的傷亡損失。研究城市抗震防災評價體系是提升地震災害管理能力的有效途徑，增強城市防震減災能力，創造安全、美好、可持續發展的社會環境。本文采用系統動力學方法，構建具有地震災害特色的城市抗震減災評價體系，為提高城市抗震防災能力提供一定的科學依據。

1 城市抗震減災評價體系研究現狀

要實現城市的健康發展，目前最重要的是建立一套科學、系統的抗震減災評估體系，并定期進行評估，以了解和判斷其是否在不斷地向預期的方向發展，這對及時規范和實現城市防震減災的整體目標具有一定的指導意義。20世紀90年代以來，一些發達國家就開始圍繞城市抗震減災能力進行評價體系研究。美國斯坦福大學的Rachel Davidso[1]于1997年首次采用地震危險性指標EDRI評估各城市的地震危險性，并對地震危險性、資源、易損性、外部因素和應急響應與恢復力5五個因素進行了評估研究，經過多次考量構建了一套比較完備的評估系統。Kunihiro[2]等通過對阪神地震震害分析，認為城市抵御地震的能力取決于該城市的自然條件、空間結構、社會特性、救災資源和風險管理能力。總體而言國外的防災評價體系更加側重于理論和方法的運用，建立一套防災評價體系，而對與地震本身所具有的特點，無法全面體現防震減災能力的真正水平。

在國內，張風華等[3]首先提出了城市防震減災能力的概念，采用人員傷亡、經濟損失和震后恢復時間作為衡量城市防震減災能力強弱的3個因素，構建了城市防震減災能力評價指標體系的框架。李波等[4]通過分析影響城市地震災害損失的4個主要因素：危險性、暴露性、脆弱性和抗震救災能力，構建風險指數來計算地震災害風險大小。侯林鋒等[5]從政府對突發事件應急管理的工作流程，將防震減災能力評價一級指標確定為震前預防、地震應對和震后恢復。當前，我國對地震災害評估系統的研究尚處在摸索和研究中，現有的地震防災評估指標體系盡管可以參考，但仍有不系統、不全面的地方，忽視了地震災害體系整體和內部聯系的復雜性。

2 系統動力學概述

系統動力學（System Dynamics，縮稱SD）是一門分析探索如何認識和解決系統問題的綜合性學科，由美國福瑞斯特教授創立。初期系統動力學應用于工業企業管理中，現主要用于研究復雜系統動態反饋的構造及功能，以處理各種系統信息，適用于復雜多變系統的評價和探討。

在自然界社會里，一切事物都可以看成是一個系統，由一個相互聯系的多個部分聯結在一起的。在一個特定的系統中，它既可以是其它系統的一個子系統，也可以根據某種準則將其劃分成許多層級的子系統。從系統論的觀點來看，由于各種影響因子的交互作用，導致了城市抗震減災能力的復雜性，難以用常規的數學手段來進行分析。而系統動力學則可以對研究體系進行定性和定量分析，從多個方面對復雜的問題進行綜合研究。

3 城市抗震減災評價體系的構建

3.1 城市抗震減災評價體系的構建

城市抗震減災能力是衡量國家抵御地震災害的重要指標。地震在災害領域具有特殊性，所以需要根據地震災害特點歸納出僅適用于地震災害的指標體系，才能體現出對地震災害防災減災能力評價的針對性。以災害領域提取的防災減災的關鍵指標因子為基礎，綜合參考多位學者對地震災害的研究成果，從防災、抗災、避災、救援與恢復四個方面建立城市抗震減災評價體系。城市的防震能力主要體現在監測預警能力、地震危險性評價能力、非工程防御能力，主要包含11方面內容，如表1所示。

表1 城市防震能力評價指標

提高城市的抗震能力，必須依賴巨額的投資，不是短期能夠完成的，它要求各部門協同配合，所以相對于其它災難來說，地震的抗震性要比其它災害更加難以承受，故該指標的構建側重于其特異性，城市抗震能力評價指標如表2所示。

表2 城市抗震能力評價指標

時間緊迫、事關重大是發生地震時采取應急措施的突出特點，需要在地震后短時間內進行避難疏散，完成指揮決策，并在災前采取多種宣傳措施，使群眾對災害的識別能力不斷提高，避難疏散技能不斷增強。城市避震疏散能力評價指標如表3所示。

表3 城市避震疏散能力評價指標

應急救援能力主要反映公共部門的應急能力以及城市基礎設施在災中的抵抗及應對災害沖擊的能力；災后恢復能力是城市各系統受創后，政府、社會與個人的資金、物力與人力等對城市經濟社會生活的支持，以保證其恢復正常運轉狀態的能力。城市救援與恢復能力評價指標如表4所示。

表4 城市救援與恢復能力評價指標

3.2 因果關系圖

因果關系圖是系統動力學常用的圖形化表達法之一，是對系統內部結構關系的定性描述。根據城市抗震減災能力評價指標體系，從防震、抗震、避震、救援與恢復建立一級指標因果關系，如圖1所示。

圖1 一級指標因果關系圖

3.3 系統流圖

利用Vensim軟件將城市抗震減災系統各個內部變量的相互關系繪制出了城市抗震減災評價體系的系統流圖，如圖2所示。

圖2 城市抗震減災評價體系的系統流圖

4 結束語

城市抗震減災工作已經成為“十四五”國家應急體系規劃的定位和發展方向，建立一套科學合理的城市抗震減災評價指標體系尤其迫切。國內城市抗震減災評價體系總體處于研究階段，從單個方面研究忽略了城市抗震防災系統的整體性、動態性，不利于深入挖掘城市抗震防災系統的復雜性問題。采用系統動力學的方法，建立一套城市抗震減災評價體系，有助于了解不同階段影響地震災害防災減災能力的因素，對地震災害進行評價，可以了解到城市抗震減災系統發展的過程，對國家政府部門的決策具有一定的參考價值，同時對降低群眾生命財產損失和推動社會和諧發展都具有一定的現實意義。