韌性城市理念下的鄭州城市建設問題與策略研究

董 帥

(河南應用技術職業學院,河南 鄭州 450042)

0 引言

2021年3月,“十四五”規劃中明確提出適應都市發展的新理念新形勢,積極進行都市現代化試驗示范,力爭構建成城市宜居、創新、智能、環保、人文、韌性的都市[1]。這是在全國范圍第一次明確提出“韌性城市”的理念。自此,“韌性城市”的概念,逐漸走入大眾視野。這也就意味著“韌性城市”的構建將和“智慧城市”和“宜居城市”“海綿城市”一樣,將成為中國今后城市規劃建設工作中的一項重要發展方向。市政基礎設施是為城市居民提供的日常生活服務設施,為社會生產供應物質工程基礎設施,這是一項城市生命線工程,保證著城市這一復雜生命體能夠順利運轉,因此探索在韌性城市化理念下的城市交通建設問題及對策研究,對于維護城市交通安全至關重要。

2021年7月,河南省各地相繼發生了罕見的特大暴雨天氣,并造成了巨大的洪澇災害,尤其是7月20日,河南鄭州市發生了重大災害。此輪自然災害,已導致全河南共1 478.6萬人直接受災,失蹤或死亡數百人,其中鄭州市占全國份額的95.5%,造成國家直接損失1 200.6多億元,這其中鄭州市409多億元,占全省份額的34.1%[2]。如果突然出現了重大災情,人們一方面要積極抗災救災,另一方面更應該積極反思,防災減災,增強城市行洪韌性管理能力。

鄭州市在2022年《政府工作報告》中指出:“加快韌性城市建設,持續提升防災減災救災的基層基礎和現代化水平,讓我們的人民更幸福、城市更宜居!”這更加明確了韌性城市建設的必要性。

1 韌性城市的基本概念及作用機制

韌性原是一個物理化學概念,表示了物質在塑性變形和斷裂運動過程中,接受能量的能力。后來人們將它用于解釋自然界中許多事物發生突然變化的現象以及對其發展起重要作用的原因等問題。1973年,生態家克勞福特斯坦利霍林把這種研究帶到了生態領域中,將其總結為“生態被擾亂之后再次恢復到平衡之中的力量”[3-5]。

韌性城市理論是將韌性理論引入到城鄉規劃領域后拓展而來的。隨韌性理論發展給城市管理和規劃帶來了新思維,也就越來越被人們看作一種可以促進城市規劃健康有序運行的有效方法。而現代城市,作為一座與高速對外開放的“社會-經濟-生態”多基本要素密切聯系的整體綜合體系,其健康運行深受自然環境和人力造成的眾多各種因素的負面影響,城市遭遇的自然災害和經營風險日漸展現出明顯重復的特點,從此“韌性城市”的理念便應運而生[6-8]。韌性城市不同階段表現特征如圖1所示。

所謂韌性城市,是指城市在抵御外來沖擊時,應該具備減輕災害、快速恢復,然后將其影響降至最低的能力。當發生嚴重的國家或公共經濟危機后,我們的國民經濟增長、生存素質和活力等指標,可以較快比較好地從谷底中復蘇,這正是韌性的體現。韌性城市的建設可以使城市像彈簧那樣,從容地應對外界壓力,從而迅速地恢復。

鄭州市已成為河南唯一一個發展中的特大城市、建設中的國家中心城市,有效推動了黃河流域生態環境保護和經濟高質量發展、中部區域崛起、中原更加出彩的戰略支點城市,使命光榮、責任重大、任務艱巨。近年來,由于極端天氣、自然環境災難等突發性事件頻頻,加之新冠疫情的頻發,暴露了中國城市在自身能力面前的脆弱性,推進韌性城市建設任重道遠。

2 韌性理念對鄭州傳統市政建設的影響

韌性思想和中國傳統的建筑設計思想存在一定的差異,其對我國的城市規劃建筑設計思想的沖擊明顯地表現在中國的規劃設計的各個層次上,而在中國基建城市規劃領域則主要體現在:中國傳統的城市設計觀念以講求大規模效益、方便管理與維護作為主要取向,更趨于選擇集中型、大規模、穩健性的基礎設施(見表1),而基礎設施的大型化、集中性,在便于管理的同時,增加了許多潛在的問題。1975年8月,因受3號臺風的侵襲,河南省駐馬店、南陽、平頂山和洛陽等地遭受了天下罕見的大暴雨,超強降水直接造成了石漫灘、板橋兩個大型水庫和兩個中小型水電站,以及64個中小型水庫的先后垮塌潰堤,將數多萬平方千米的農田變成了一片汪洋,共有1 000余萬人受災,數百萬人被大水圍困近半個月,造成經濟直接損失數百億元,對社會影響惡劣。

表1 傳統市政建設理念與韌性市政建設理念差異對比

由于現代技術的不斷進步,城市中小規模基礎設施能力、質量都在日益精進,但同時隨著城市建設現代化水平的提升,現代化城市遠程管理服務也將變得越來越簡單,而以前大型集中工程建設的優越性也將逐步減弱,而其對整個城市建設的正常運行影響權重過大的風險也將逐步加大,所以在新韌性城市構建的大形勢下,城市基礎設施的很多設計方法都會出現很大的改變。在國內,曾經有許多大中城市都明確提出了將以新的設計概念進行“分布式”的基礎設施建設,如采用建立多個再生水處理過程中心用來代替原先“簡單、大型”的城市污水處理廠。然而采用了分布式的城市基礎設施實際上的成本會比以前集中式工程建設要小,與此同時擁有了巨大韌性。在接下來的研究中,我們將從給水、污水等多個角度,對韌性城市建設理念及其給以往的城市設施的規劃設計方式所帶來的沖擊,進行一次簡要總結(見表2)。

表2 韌性城市理念對市政基礎設施規劃領域的影響

3 鄭州市在韌性城市理念下的市政基礎設施建設策略

3.1 市政基礎設施的頂層設計

韌性城市的理念并不僅僅著眼于增強人類對抗單個災害的力量,并沒有提倡人們在相互競爭的社會體系里去考慮平衡和尋求均衡,而只是利用城市把人的需要和生態系統整體性地相關聯以達到個人社會的平衡發展,這也和中國近幾年出現的生態智慧的基本思想是一致的,生態智慧就是與自然和諧或均衡發展的根本思想,其基本目標是實現人類與自然的和諧相處,基本核心理念正是我國傳統文化中所提倡的“天人合一”,其所注重的是一種社會系統的整合[9]。綠色基礎設施與灰色基礎設施融合方式梳理見表3。

表3 綠色基礎設施與灰色基礎設施融合方式梳理

3.2 通過情景分析優化空間布局

3.2.1 模擬降雨情景,優化設施布局

韌性城市規劃是一個基于情景研究的城市規劃模型,同樣應用于《韌性城市基礎設施規劃》。通過對環境仿真模擬,極端自然災害時的自然災害程度以及城市基本功能的正常運轉狀態,并調整建筑布置,以保證城市基本功能與應急功能的順利運轉,從而最大程度地降低了自然災害影響城市的直接損害。由于數學模型和GIS技術的廣泛應用,情景分析在城市交通設施規劃中的運用也日益普遍。

3.2.2 模擬災害損失,優化市政布局

市政基礎設施本身便是引發災難的原因。一旦燃氣、水、電力供應等網絡遭到破壞,城市交通也將遭受不同程度的損害。這樣,就能夠通過一種全新的概率分析框架,來預測自然災害后影響水、電等主要城市交通系統的功能效果。同時,還充分考慮到了在一致的時間范圍和空間區域內存,在不同拓撲關系以及災害反應特性的物理體系間的系統作用,并在此基礎上,提供了一種基于物理體系的、覆蓋了各種主要城市基礎設施系統的定量功能效果評價模式。通過該模型,我們能夠計算各種系統的抗災性能、其系統響應參數的不確定性,及其它們之間的時空間關聯。通過使用基于網絡流理論和具有不同建模特性的與網絡系統間功能依賴相關的新技術,該模式發現和衡量了城市災害程度的空間變異性、城市建筑環境和公共設施體系中功能的固有和脆弱性、相互依賴的公共基礎設施中的級聯故障,此外,還測量了環境災害后對城市建設各種能力的影響的空間分布,為現代城市基礎設施建設的韌性規劃和決策提供了豐富的數據支持。

3.2.3 模擬避難情景,完善防災設施布局

運用了GIS方法,模擬了城市抗震避難、緊急救援等主要防災系統的服務零點五徑,進而優化了消防站、避難、疏散等場地的系統基礎設施布置。以固定避難點的分布情況為例,我們可以根據災后前10 min、前面30多分鐘和最后1 h的疏散情況的實際狀況,給出每次不同的疏散距離,并根據避難區的情況形成每次的出行范圍,每個方艙的服務規模可以直觀地看到。根據避難所的人數,可以通過模擬技術調整固定疏散避難所的布局,以滿足城市疏散的需要。

3.3 改善市政基礎設施物理韌性

隨著現代城市規劃建設思想的日益變革和施工方式的不斷進步,越來越多先進的施工方式和技術手段都將運用到現代城市基礎設施建設方面,以大大地提升現代城市設施的物理強度。常見的方法與措施還有綜合管廊(如圖2所示)、彈性工程等。

3.4 智慧城市建設推動運維和應急韌性

我們現在身處萬物互聯時代中,在人工智能、物聯網等新型科學技術得到應用的大背景下,必須要將韌性城市建設與智能城市相結合,一起來推動城市交通的優化提升,共同打造一個具有智能城市大腦的韌性未來城市。

智慧城市的韌性特點是指利用信息化技術及其配套業務增強了城市基礎設施系統吸納和適應對外在影響的功能。而智慧城市在市政基礎建設運維中,一般呈現出如下幾個層面的韌性特點:1)通過運用智能網絡,改善了基礎建設的日常工作管理效率;2)運用大數據分析技術和高智慧城市規劃平臺,形成公開的、公共參與的環境;3)運用信息技術和大數據分析,增強新城市規劃應急管理與響應的能力[10]。高智慧的新韌性城市規劃建設應當推動信息資源共享,加強信息互動,在信息基礎設施與結合基礎建設兩個層面,合理地超前保留了新基建的彈性空間(見表4)。

表4 “智慧城市”融合基礎設施建設

4 結語

韌性城市理念內涵豐富,對鄭州城市及未來的市政基礎設施建設意義重大,在有些方面甚至對鄭州以往的市政基礎設施規劃思想可能是一個顛覆,當然這也與鄭州市特定的經濟發展階段的頂層設計思想邏輯密切相關。因此文章還將嘗試從多個角度研究,在現代韌性城市規劃理念下的鄭州市政基礎設施規劃建設的具體內容,但受限于目前中國國內關于韌性城市的理論建設實踐項目尚少,在很多地方也還停留于最頂層的理念建設層面上,但隨著我國官方釋放了關于建設“韌性城市”的重要信號,我國國家發展改革委員會又出臺了《河南省鄭州市等地特大暴雨洪水災后修復再生管理工作總體規劃》,鼓勵鄭州等有條件的城市先行先試,期待這些措施和經驗能真正地把城市市政設施變成城市對抗各類危機與災難的生命線。