面向價(jià)值保護(hù)的不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急路徑規(guī)劃算法模型研究

摘要：自然災(zāi)害中我國不可移動(dòng)文物面臨的安全形勢(shì)極為嚴(yán)峻。在區(qū)域突發(fā)性自然災(zāi)害到來時(shí)，合理的應(yīng)急規(guī)劃和路徑選擇，是有效減少不可移動(dòng)文物價(jià)值損失的必要手段。本文從災(zāi)害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個(gè)維度進(jìn)行研究，采用層次分析法構(gòu)建面向價(jià)值保護(hù)的不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急路徑規(guī)劃算法模型。該方法的研究是基于1976年唐山大地震、2021年河南特大暴雨等自然災(zāi)害中不可移動(dòng)文物損失情況調(diào)查和分析完成的，可通過歷史災(zāi)害數(shù)據(jù)驗(yàn)證其科學(xué)性。該方法嘗試填補(bǔ)我國不可移動(dòng)文物應(yīng)急管理工作理論研究的空白，為文物機(jī)構(gòu)開展不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急管理工作提供技術(shù)支撐。

關(guān)鍵詞：文物價(jià)值；不可移動(dòng)文物；自然災(zāi)害；應(yīng)急路徑；算法模型

自然災(zāi)害具有突發(fā)性、區(qū)域性的特點(diǎn)，所以對(duì)不可移動(dòng)文物的破壞也具有區(qū)域性。如1976年唐山里氏7.8級(jí)地震，從渤海灣到內(nèi)蒙古、寧夏， 從黑龍江以南到長江以北地區(qū)均有震感。據(jù)調(diào)查當(dāng)時(shí)京津冀地區(qū)共有75處文物保護(hù)單位受到不同程度破壞，其中包括北京市的北海白塔、妙應(yīng)寺白塔、真覺寺金剛寶座塔、天寧寺塔、北京孔廟、頤和園、鼓樓、十三陵、八達(dá)嶺長城等多處全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位[1]；2008年汶川里氏8.0級(jí)地震， 波及大半個(gè)中國以及亞洲多個(gè)國家和地區(qū)，國內(nèi)169處全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位、250處省級(jí)文物保護(hù)單位受到不同程度損害；2020年汛期，江南、華南、西南多地發(fā)生暴雨導(dǎo)致的洪澇災(zāi)害，也是2000年以來汛期文物受損最為嚴(yán)重的一年，其中江西160處、安徽144處、湖南62處、四川41處、廣西35處、湖北31處文物保護(hù)單位遭受不同程度損壞，以長江流域省份文物受損情況最為嚴(yán)重。受損文物中，古橋梁被沖毀、古城墻坍塌和文物建筑垮塌情況較為嚴(yán)重①。因此，在加強(qiáng)文物日常維護(hù)工作之外，當(dāng)區(qū)域突發(fā)性自然災(zāi)害到來時(shí)，合理的應(yīng)急規(guī)劃和路徑選擇，也是有效減少文物價(jià)值損失的必要手段。

區(qū)域突發(fā)性自然災(zāi)害到來時(shí)，由于各級(jí)文物管理部門不可能同時(shí)對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的所有文物投入同等級(jí)別的應(yīng)急力量（人員、技術(shù)、物資等），那么孰先孰后就面臨決策，需要制定應(yīng)急救援計(jì)劃， 以確定應(yīng)急救援對(duì)象的順序和應(yīng)急力量分配，這便是應(yīng)急路徑規(guī)劃的意義所在。

一、國內(nèi)應(yīng)急路徑研究現(xiàn)狀

（一）關(guān)于救援路徑的研究

程國萍等針對(duì)地震應(yīng)急救援的特點(diǎn)，引入不確定理論，在地震災(zāi)害的背景下，研究了震后動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的應(yīng)急救援路徑選擇問題[2]；段滿珍等通過定義路網(wǎng)疏散連通度和安全行駛路線，針對(duì)不

確定信息條件下救援疏散和路徑選擇問題，以及不確定通行能力的約束條件，確立了以公交疏散問題為基礎(chǔ)的應(yīng)急救援車輛路徑選擇模型[3]；慕安冬等開展了震后應(yīng)急期最優(yōu)路徑評(píng)估方法研究[4]。

（二）關(guān)于應(yīng)急救援物資的配送路徑研究

劉長石等從系統(tǒng)集成優(yōu)化的角度，綜合考慮救災(zāi)點(diǎn)所在地理位置和地形導(dǎo)致的應(yīng)急車輛行駛時(shí)間的隨機(jī)性、救災(zāi)點(diǎn)應(yīng)急物資需求量的不確定性與應(yīng)急物資配送的時(shí)間緊迫性，以應(yīng)急物資總運(yùn)達(dá)時(shí)間最短與總配送成本最小為目標(biāo)，構(gòu)建了基于機(jī)會(huì)約束規(guī)劃的多目標(biāo)模糊LRP優(yōu)化模型[5]；蔣杰輝等針對(duì)多目標(biāo)應(yīng)急物資配送中車輛路徑優(yōu)化問題，提出了基于改進(jìn)智能水滴算法的多目標(biāo)應(yīng)急物資路徑優(yōu)化方案[6]；李卓等考慮需求點(diǎn)和運(yùn)輸商的不同利益訴求，以系統(tǒng)滿意度最大、系統(tǒng)配送時(shí)間和總成本最小為優(yōu)化目標(biāo)，建立了帶軟時(shí)間窗的多目標(biāo)混合車輛路徑優(yōu)化模型[7]。

（三）關(guān)于應(yīng)急疏散順序和路徑研究

董皓南等利用層次分析法和熵權(quán)法的組合賦權(quán)法建立了綜合考慮人數(shù)、火災(zāi)情況和火災(zāi)隱患的賦權(quán)模型[8]。

除以上三方面，還有一些針對(duì)特定災(zāi)種應(yīng)急管理路徑和綜合應(yīng)急管理路徑及策略的研究。如李紅艷根據(jù)水災(zāi)發(fā)生、發(fā)展特點(diǎn)所開展的非政府組織參與突發(fā)水災(zāi)害事件應(yīng)急管理路徑分析[9]；李瑞昌的技術(shù)賦能城市綜合應(yīng)急管理路徑研究[10]。但對(duì)于文物自然災(zāi)害應(yīng)急規(guī)劃路徑研究目前仍是空白。

二、不可移動(dòng)文物應(yīng)急路徑規(guī)劃算法模型構(gòu)建的思路

對(duì)于不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急路徑規(guī)劃模型，可從災(zāi)害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個(gè)維度進(jìn)行研究（圖1）。研究總體思路是首先考慮災(zāi)害危險(xiǎn)性指標(biāo)，該指標(biāo)可根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)，由高至低賦值以確定優(yōu)先應(yīng)急區(qū)域；其次在同等應(yīng)急區(qū)域內(nèi)首先考慮文物重要性指標(biāo)，文物重要性指標(biāo)可根據(jù)文物保護(hù)級(jí)別由高至低賦值以確定優(yōu)先應(yīng)急對(duì)象；在同等應(yīng)急級(jí)別的文物中再通過文物脆弱性指標(biāo)最終確定文物應(yīng)急路徑和順序，文物的脆弱性指標(biāo)可根據(jù)文物類型、結(jié)構(gòu)、文物本體保存情況和保存環(huán)境通過加權(quán)賦值計(jì)算獲得，該層次結(jié)構(gòu)如圖1。具體算法如下：

Iem =Ih ×Ii ×Iv

Iem 為應(yīng)急指數(shù)；Ih 為災(zāi)害危害性指標(biāo)；Ii 為文物重要性指標(biāo)；Iv 為文物脆弱性指標(biāo)。

三、災(zāi)害危害性指標(biāo)、文物重要性指標(biāo)和文物脆弱性指標(biāo)的確定

如前所述，災(zāi)害危害性指標(biāo)可根據(jù)相應(yīng)的應(yīng)急響應(yīng)級(jí)別由高至低賦值，具體賦值見表1。根據(jù)不可移動(dòng)文物特點(diǎn)和災(zāi)害類型，從災(zāi)害強(qiáng)度和文物的易損性兩個(gè)維度可確定各類災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)，水文氣象災(zāi)害、地震災(zāi)害及地質(zhì)災(zāi)害的文物應(yīng)急響應(yīng)等級(jí)，筆者在《不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理體系研究》一文中已有詳細(xì)論述[11]。文物重要性指標(biāo)可根據(jù)相應(yīng)的文物保護(hù)級(jí)別由高至低賦值，具體賦值見表2。

根據(jù)災(zāi)害類型首先應(yīng)考慮文物的類型指標(biāo)， 因?yàn)椴煌愋偷奈奈镌诘挚雇愋蜑?zāi)害所表現(xiàn)的能力有明顯的差異性，氣象水文災(zāi)害、地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害的文物類型指標(biāo)可參照表3、4、5。

其次同類型文物應(yīng)考慮文物的結(jié)構(gòu)類型指標(biāo)，因?yàn)橥愋臀奈锊煌慕Y(jié)構(gòu)在抵抗同類型災(zāi)害所表現(xiàn)的能力也有明顯差異性，如石結(jié)構(gòu)古建筑與木結(jié)構(gòu)古建筑相比，抵抗地震災(zāi)害的能力要差許多，而不同類型的洞窟抵抗地震災(zāi)害的能力也不盡相同。因此應(yīng)針對(duì)不同災(zāi)害的破壞機(jī)理，根據(jù)不同結(jié)構(gòu)予以賦值。

最后再根據(jù)不同結(jié)構(gòu)文物本體保存情況（結(jié)構(gòu)損傷、材料劣化）和保存環(huán)境通過加權(quán)賦值計(jì)算

獲得文物保存現(xiàn)狀指標(biāo)。該層次結(jié)構(gòu)如圖2，具體算法如下：

Iv =It ×Is ×（M.ΣWi.Di+N.ΣWj.Pj）

公式中Iv 為文物脆弱性指標(biāo)；It 為文物類型指標(biāo)（賦值設(shè)計(jì)在0～1之間）；Is 為文物結(jié)構(gòu)指標(biāo)（賦值設(shè)計(jì)在0～1之間）；Wi為文物本體保存情況及保存環(huán)境情況評(píng)估單元下各影響因子的權(quán)重值；Di為本體保存情況評(píng)估單元下各影響因子的賦值（賦值設(shè)計(jì)在0～1之間）；Pj為保存環(huán)境評(píng)估單元下各影響因子的賦值（賦值設(shè)計(jì)在0～1之間），ΣWi和ΣWj均設(shè)計(jì)為1；M為文物本體保存情況評(píng)估單元的權(quán)重值，N為文物本保存環(huán)境情況評(píng)估單元的權(quán)重值，M+N設(shè)計(jì)為1。

因此，依據(jù)以上算法，應(yīng)急指數(shù)Iem 將介于0～1之間，越接近1，則應(yīng)急需求越高，這樣我們就可以根據(jù)應(yīng)急指數(shù)高低規(guī)劃應(yīng)急路徑和順序。

四、算法模型的特點(diǎn)及討論

（一）算法模型的兩個(gè)特點(diǎn)

1.災(zāi)害危險(xiǎn)性的優(yōu)先級(jí)

以上的算法模型首先是基于災(zāi)害危險(xiǎn)性優(yōu)先考慮而構(gòu)建的。這一特點(diǎn)在應(yīng)急路徑規(guī)劃上將具體表現(xiàn)在兩個(gè)方面。

一是應(yīng)急路徑將依據(jù)災(zāi)害路徑規(guī)劃。如2021 年河南特大暴雨（7月16—20日），河南全省出現(xiàn)明顯的降水過程，強(qiáng)降水主要集中在西部、北部和中部地區(qū)，鄭州、焦作、新鄉(xiāng)、洛陽、南陽、平頂山、濟(jì)源、安陽、鶴壁、許昌地區(qū)出現(xiàn)特大暴雨， 產(chǎn)生洪澇災(zāi)害。其發(fā)展過程就總體表現(xiàn)出由北向南、由東向西的路徑態(tài)勢(shì)（見表6、圖3）。在河南省文物局7月23日上報(bào)的《關(guān)于河南省文物受災(zāi)情況的報(bào)告》中，初步統(tǒng)計(jì)有256處文博單位不同程度遭受暴雨災(zāi)害的影響。中國文化遺產(chǎn)研究院在在此基礎(chǔ)上，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查核實(shí)確認(rèn)本次受災(zāi)文物共計(jì)563處，涉及15市101縣（區(qū)），其中全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位90處，約占受災(zāi)文物16%；省級(jí)文物保護(hù)單位109處，約占19%；市縣級(jí)文物保護(hù)單位215處，約占38%；未定級(jí)不可移動(dòng)文物131 處，約占23%；博物館19座，約占4％。在所有受災(zāi)文物中，文物建筑類共計(jì)470處，古遺址古墓葬類60處，石窟寺及石刻類14處。其中包括部分考古發(fā)掘工地等。對(duì)比分析表明，災(zāi)害強(qiáng)度與文物受損程度相關(guān)性極高（圖3、4）。因此，對(duì)于具有明確路徑特點(diǎn)的災(zāi)害，可依據(jù)災(zāi)害路徑及相關(guān)預(yù)警機(jī)制進(jìn)行應(yīng)急路徑規(guī)劃，如臺(tái)風(fēng)、洪澇等氣象水文災(zāi)害。

二是應(yīng)急路徑將依據(jù)災(zāi)害破壞程度進(jìn)行規(guī)劃。以1976年唐山大地震為例，京津冀三地75處受損文物保護(hù)單位分處于Ⅵ—Ⅺ各烈度區(qū)，調(diào)查表明，烈度越高，文物破壞越嚴(yán)重，這也是地震中地面建筑破壞的基本特點(diǎn)和烈度劃分的主要依據(jù)。因此，這一規(guī)劃算法符合災(zāi)害自身規(guī)律及對(duì)文物的破壞特點(diǎn)。

2.文物價(jià)值的優(yōu)先考慮

由于區(qū)域性自然災(zāi)害到來時(shí)，省、縣文物主管部門不可能同時(shí)對(duì)所轄區(qū)域內(nèi)的所有文物投入同等級(jí)別的應(yīng)急力量，孰先孰后就必然面臨一個(gè)決策，一般在同等災(zāi)害強(qiáng)度區(qū)域內(nèi)可從兩個(gè)方面進(jìn)行比較決策：一個(gè)是文物的價(jià)值，一個(gè)是文物的保存情況。保護(hù)級(jí)別是價(jià)值的綜合體現(xiàn)，文物的脆弱性是文物保存現(xiàn)狀的體現(xiàn)。由于文物保護(hù)的目標(biāo)是價(jià)值的保護(hù)，所以以上的算法模型將文物重要性前置于文物脆弱性，是基于文物價(jià)值保護(hù)的需求和行業(yè)特點(diǎn)而構(gòu)建的。這一特點(diǎn)在應(yīng)急路徑規(guī)劃時(shí)表現(xiàn)為文物價(jià)值的優(yōu)先考慮。所以該算法模型是一個(gè)面向價(jià)值保護(hù)的應(yīng)急路徑的規(guī)劃算法模型。同時(shí)以上的算法模型通過文物本體重要性和保存情況兩方面評(píng)估和考慮，對(duì)文物脆弱性也給與了足夠考慮。

（二）討論

2021河南特大暴雨災(zāi)后文物損失調(diào)查發(fā)現(xiàn)， 災(zāi)中文物保護(hù)級(jí)別越低，破壞越嚴(yán)重。這似乎與本文提出價(jià)值優(yōu)先的應(yīng)急路徑規(guī)劃理念有所矛盾。但本次文物的具體破壞現(xiàn)象（如屋面的瓦件破壞、漏雨，院落的積水）顯示，許多問題是長期缺乏日常維護(hù)管理導(dǎo)致的，即使不發(fā)生特大災(zāi)害，這些問題也會(huì)產(chǎn)生。基于世界遺產(chǎn)自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理理念， 不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理應(yīng)包括災(zāi)前預(yù)防、災(zāi)中應(yīng)急搶險(xiǎn)、災(zāi)后修繕三項(xiàng)重要內(nèi)容。其中災(zāi)前預(yù)防是風(fēng)險(xiǎn)管理的首要任務(wù)，在風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的支撐下，具有預(yù)見性和前瞻性。所以沒有完善的預(yù)防系統(tǒng)就不可能實(shí)現(xiàn)有效的應(yīng)急處置。而應(yīng)急工作是災(zāi)害發(fā)生時(shí)啟動(dòng)的一種管理手段，它具有緊迫性和臨時(shí)性特點(diǎn)。相對(duì)而言，預(yù)防系統(tǒng)所有工作必須在災(zāi)害到來之前在足夠時(shí)間條件下完成， 具有常態(tài)和長久性的特點(diǎn)，這與應(yīng)急管理系統(tǒng)災(zāi)前的備災(zāi)工作有本質(zhì)區(qū)別。由于不可移動(dòng)文物的不可移動(dòng)性和暴露性，其日常維護(hù)等預(yù)防性保護(hù)措施在自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理中就顯得尤為重要，所以必須清楚，面向價(jià)值保護(hù)的不可移動(dòng)文物應(yīng)急路徑的規(guī)劃只是面臨自然災(zāi)害時(shí)有效減少文物價(jià)值損失而采取的一種臨時(shí)性的技術(shù)路線和技術(shù)措施。要實(shí)現(xiàn)不可移動(dòng)文物，尤其是低級(jí)別不可移動(dòng)文物的長治久安，提高其抵抗災(zāi)害的能力，必須依靠常態(tài)化的文物日常維護(hù)、定期檢修制度和科學(xué)的修繕工作，以降低不可移動(dòng)文物的脆弱性，提高其韌性。

五、結(jié)語

基于我國自然災(zāi)害中不可移動(dòng)文物面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)及應(yīng)急管理需求，本文從災(zāi)害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個(gè)維度進(jìn)行了研究。提出了基于熵權(quán)法的面向價(jià)值保護(hù)的不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急路徑規(guī)劃算法模型。該模型體現(xiàn)了文物價(jià)值保護(hù)的需求和行業(yè)特點(diǎn)，為不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害應(yīng)急管理工作進(jìn)行了有益的理論探索，可為省、市縣級(jí)文物管理機(jī)構(gòu)自然災(zāi)害應(yīng)急管理工作提供參考。同時(shí)，本文還闡述了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防與應(yīng)急處置的關(guān)系，指出了風(fēng)險(xiǎn)預(yù)防的重要性，為低級(jí)別不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理工作提出了建議。

[基金項(xiàng)目：國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與應(yīng)急處置研究”（2019YFC1520800）資助]

參考文獻(xiàn)：

[1] 北京市文物工作隊(duì).北京地震考古[M].北京：文物出版社，1984.

[2] 程國萍，陳德旭，關(guān)賢軍.不確定環(huán)境下的地震應(yīng)急救援路徑優(yōu)化研究[J].價(jià)值工程，2015（17）：175―178.

[3] 段滿珍，陳光，董博，等.不確定信息下應(yīng)急救援路徑選擇模型[J]. 交通運(yùn)輸系統(tǒng)工程與信息，2017（4）：173―181.

[4] 慕安冬，余世舟.震后應(yīng)急期最優(yōu)路徑評(píng)估方法[J].世界地震工程， 2018（1）：113—120.

[5] 劉長石，彭怡，寇剛.震后應(yīng)急物資配送的模糊定位—路徑問題研究[J].中國管理科學(xué)，2016（5）：112―118.

[6] 蔣杰輝，馬良.多目標(biāo)應(yīng)急物資路徑優(yōu)化及其改進(jìn)智能水滴算法[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2016（12）：602―605.

[7] 李卓，李引珍，李文霞.應(yīng)急物資運(yùn)輸路徑多目標(biāo)優(yōu)化模型及求解算法[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2019（9）：2765―2771.

[8] 董皓南，葉曉彤，郝從樸. 商用建筑室內(nèi)火災(zāi)應(yīng)急疏散路徑規(guī)劃算法[J].測(cè)繪地理信息，2021（sup1）：40―43.

[9] 李紅艷.非政府組織參與突發(fā)水災(zāi)害事件應(yīng)急管理的路徑分析[J].工業(yè)安全與環(huán)保，2017（8）：47―49.

[10] 李瑞昌.技術(shù)賦能城市綜合應(yīng)急管理的路徑[J].求索，2021（3）： 118―125.

[11] 李宏松.不可移動(dòng)文物自然災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)管理體系研究[J].自然與文化遺產(chǎn)研究，2022（2）：50―59.

[12] 中國文化遺產(chǎn)研究院.河南特大暴雨災(zāi)害不可移動(dòng)文物受災(zāi)情況調(diào)查評(píng)估報(bào)告[R].2019.

（責(zé)任編輯：孫秀麗）