基于改进灰色关联模型的北京市防灾基础设施承灾能力研究

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随着城市人口增长、城市规模扩张，在灾害频发的背景下，城市变得越来越脆弱，因此研究和提升防灾基础设施的承灾能力势在必行。防灾基础设施按照防御灾害类型分为抗洪、消防、抗震、人防战备、应急响应等设施子系统。防灾基础设施承灾能力是指城市防灾系统的灾前防灾能力、灾时抵御能力、灾后救灾与恢复能力在灾害条件下反映出的整体水平，以及城市防灾系统对灾害的敏感性与应急响应的综合能力。当灾害发生时，大量危害及损失都会集中到承灾能力脆弱的城市中，这将会造成重大的人员伤亡和财产损失，而这也已经引起了各级政府和社会公众的广泛重视，同时也对城市防灾基础设施的承灾能力提出了更高的要求。

近年来，发达国家理论界和实际部门对城市防灾基础设施防灾减灾方面的研究都在不断深化，尤其是欧美等发达国家更加注重该领域的研究，其在防灾基础设施规划建设、管理等方面均进行了深入探讨，如美国重视提升防灾工程的设防等级，日本则注重避难场所（如：防灾公园、避难通道等）的建设。O’Reilly（2004）建立了通信网络受灾时的仿真模型，并模拟网络性能对其他关键基础设施的受灾影响因素进行了分析评价[1]。Lambert J H, Sarda P（2014）等通过建立网络叠加模型，分析了防灾基础设施和相关社会实体灾害规划问题[2]。Luis-Felipe Melgarejo（2014）等研究公共基础设施是否适合作为防灾减灾场所，用集体中心适宜指数CCSI（Collective Centre Suitability Index）评估公共基础设施被用作防灾避难场所的适宜性[3]。

我国学者对该领域的研究深度与广度也不断扩展。张风华、谢礼立（2004）在建立城市防震减灾评价指标体系的基础上，结合综合指数评价方法进行了研究[4]；王威、田杰、王志涛（2011）等运用分形理论建立了分形评价模型，在此基础上对城市综合承灾能力进行了评价[5]。徐明君、鲍苏新（2011）以全寿命周期理论为指导，将德尔菲法和层次分析法结合，从功能安全角度建立了城市防洪基础设施的影响评价体系并进行评价研究，为接下来的研究打下了基础[6]。张明媛（2012）等从基础设施防灾、抗灾、救灾和灾后恢复能力四个方面建立评价指标体系，在此基础上使用模糊评价法评价了城市的承灾能力[7]。郭海湘（2014）通过以灾害多级联动模式构建计算城市综合承灾能力的灾害多级联动线性模型，选取北京、上海、广州、深圳4个城市为对象建立了城市综合承灾能力评价指标体系，收集4所城市2008年与2009年的数据，分别计算不同灾害联动模式下4所城市两年的综合承灾能力值[8]。吴健生（2017）构造了一种基于GIS空间直观表征的城市防灾避险功能评价方法，并对深圳市经济特区内4类基础设施的防灾避险功能进行了综合评价[9]。

国内外对城市防灾系统的研究不断深化，且多数研究都只对防灾基础设施进行整体的综合评价，得出承灾能力强、较强、中等、较差、差的结果，并没有聚焦分析各个防灾基础设施子系统，哪个子系统承灾能力相对脆弱，脆弱性表现在哪些方面，很难有针对性地提出有效的提升策略。因此，本文以公共管理的视角，选取北京市防灾基础设施为对象，聚焦研究北京市消防基础设施、防洪基础设施、防震基础设施的灾前、灾时、灾后的承灾能力，运用改进的灰色关联评价模型对其承灾能力进行有效的评估，在分析评估结果的基础上提出积极的对策建议。

一、研究区域与数据来源

（一）研究区域

北京市作为国家的首都，是政治、科技、文化和社会发展的重要基地，是人口、资源、财富的汇合地，经济易损性、灾害连发性大大高于小城市和农村地区。由于北京市人口密集，发生灾害时会影响到交通、管线、通信等公共基础设施系统，往往会使整个城市陷入瘫痪。

另外，结合北京市的区位特征和自身实际情况：北京市地处燕山地震带与华北平原中部地震带的交汇处，是个地震易发生地区；北京市又位于温带季风区，夏季多雨，地势低平不易排水，加上排水设施系统老旧、地面硬化，在近几年连续出现暴雨洪涝现象；冬天则是北京市发生火灾的高峰期，由于北京市人口建筑密集，火灾对北京市居民的生命和财产安全造成了很大的威胁。因此，本研究聚焦研究北京市的防灾基础设施的承灾能力，并只遴选地震、暴雨洪涝和火灾这三大类型进行分析。

（二）数据来源

本文在总结相关文献和频率统计法的基础上进行指标初选，通过对10位专家发放问卷进行指标二次筛选，去除关联性不大、与其他指标信息重复或数据不易收集的指标，最终确定如表1所示的指标体系。该指标体系不仅能够客观准确的反映北京市防灾基础设施承灾能力的现状，且各指标数据易于量化和收集整理，具有分析的可行性。

评价指标相关数据来自国家统计局、中国城市统计年鉴、北京市统计年鉴，各指标的原始数据如表2。

在汇总的各类指标数据中，含有部分无具体量化数据的指标，通过专家整体评分对这些指标进行赋值。具体赋值情况为：弱、较弱、中等、较强、强，依次对应1～5分；差、较差、中等、较好、好，依次对应1～5分；片面、较片面、中等、较全面、全面，依次对应1～5分。

表1 北京市防灾基础设施承灾能力评价指标体系

表2 指标原始数据及最优值

二、研究方法

由于组合评价所得出的评价结果相比单一方法更加科学合理，因此本文在总结前人研究成果的基础上，采用AHP（主观分析）与PCA（客观分析）相结合进行组合赋权，并将其带入灰色关联评价模型，即根据组合赋权Wj与灰色关联系数xij构建改进后的灰色关联模型，计算比较数列与参考数列的加权灰色关联度，公式如下：

改进后的加权灰色关联度E1表示比较数列对参考数列的影响程度，数值越大，表示比较数列对参考数列的影响越大，反之越小。将各因素的得分代入最终确定的评价函数，得到评价结果。

三、结果与分析

（一）评价结果

1.确定综合权重

首先，采用Yaaph软件建立系统的第阶层次结构图，结合前人研究成果及10位专家问卷咨询结果，构造两两比较判断矩阵，得到最大特征值为3.0092，判断矩阵一致性比例为0.0088 ，一致性检验通过，一键可得各个指标的主观权重，得到指标体系主观权重：

其次，依据主成分分析法的构权原理，利用SPSS16.0分析软件，进行主成分分析，得到总方差解释（见表3）。

从表3可知，前4个主成分基本上涵盖了数据集92.984%的信息，反映了原始变量的大部分信息，从中提取4个主成分,并得到成分矩阵中4个主成分分别对应原指标的载荷数，通过EXCEL计算，得到四个主成分线性组合及综合得分模型中的指标系数。得到的综合得分模型为：

在此基础上，得到客观指标权重：

W客观=（0.0285, 0.0791, 0.0849, 0.0060,0.0821, 0.0610, -0.0108, 0.0764, 0.0856, 0.0700,0.0622, 0.0646, 0.0818, 0.0754, -0.0719, 0.0758,-0.0660, 0.0737, 0.0080, 0.0682, 0.0654）

由线性组合赋权公式W综合=aW主观+（1-a）W客观（a=0.5）得到综合权重：

2.计算结果

通过分析原始数据得出最优值，再对数据进行无量纲处理后得到参考序列与比较序列，计算出各比较序列与最优参考序列之间的绝对差值后利用灰色关联公式得到关联系数，灾前预防、灾时抵御、灾后应急救援能力三个子系统分别的评价结果以及整体承灾能力的综合评价结果如表4至表7。

为了直观表现结果分布，相应绘制出折线图，见图1至图3。

表3 总方差解释表

首先，由图1可知，2007—2016年北京市防灾基础设施承灾能力三个方面的综合评价系数与最优值相比，依然有很大的提升空间，在这10年内，灾前预防能力及灾时抵御能力虽然没有大幅度提升，但是总体上表现为上升趋势，其中，灾前预防能力远远高于灾时抵御能力和灾后应急救援能力；灾后应急及救援能力始终在小范围上下波动，亟须重点关注和提升，且拥有很大的提升空间。

其次，北京市防灾基础设施承灾能力没有得到平衡、充分的提升。图2反映出北京市防灾基础设施承灾能力三方面的综合评价系数平均值与最优值的对比，排序顺序为：灾前预防能力＞灾时抵御能力＞灾后应急救援能力，由AHP-PCA组合赋权的最终结果可知，灾前预防能力的综合权重最大，因此三个子系统中灾前预防能力权重系数排序为：灾前预防能力＞灾时抵御能力＞灾后应急救援能力，在承灾能力提升方面应当重点提升灾前预防能力，因此，北京市这10年内重点提升灾前预防能力符合防灾基础设施承灾能力的发展规律，但是10年内北京市的灾时抵御能力及灾后应急救援能力依然没有得以提升，灾时抵御能力的综合评价系数只有0.2，灾后应急救援能力的综合评价系数始终在0.1上下浮动，与最优值1的差距过大，说明北京市在重点提升灾前预防能力的同时，也一定程度上忽略了灾时抵御能力和灾后应急救援能力，导致整体承灾能力发展不平衡。

表4 灾前预防能力关联度及排序

表5 灾时抵御能力关联度及排序

表6 灾后应急救援能力关联度及排序

表7 北京市防灾基础设施承灾能力关联度及排序

综合来看，由图3可知，北京市防灾基础设施的承灾能力虽然整体上表现为上升的趋势，但依旧处于中等偏上水平，仍然存在上升空间。

（二）原因分析

首先，管理部门早期对防灾基础设施的重视不够。近10年来北京市防灾基础设施的承灾能力不断提升，得益于政府的重视以及广大市民的防灾意识逐渐提升，但设施规划及建设初期，政府更注重能源、交通等基础设施的建设与发展，对防灾基础设施在资金、人力、物力方面的投入比重较小，加上防灾基础设施的构建和管理模式完善需要很长的时间及巨额投资，历史欠债虽然在近10年不断得以弥补，但与其他公共基础设施的投资占比相较仍有很大差距。近几年，国际上出现了防灾基础设施规划、投资建设、管理的各阶段通过明确政府、商业机构和风险主体之间分工实现防灾减灾的投资主体多元化现象。虽然在我国部分城市防灾减灾活动中已经出现多元化主体的参与，但政府、商业机构及风险主体间的合理分工体系尚未形成且我国防灾减灾过程更大程度上依赖于行政指令，导致防灾基础设施的投资资金基本上来源于财政的公共支出，资金的使用和流向缺乏审慎监管。

图1 2007-2016年北京市防灾基础设施承灾能力三个方面的综合评价系数与最优值对比图

图2 北京市防灾基础设施承灾能力三方面的综合评价系数平均值与最优值对比图

图3 北京市防灾基础设施承灾能力综合评价系数与最优值对比图

其次，缺乏科学完善的综合协调机制与管理模式。尽管我国目前已经设立了国家层面的防灾减灾委员会，但由于缺乏行政职能，协调机制依旧比较松散。与防灾减灾相关的法律条例欠缺综合性与可操作性，没有建立完善的减灾协调机制和科学、合理的管理模式。北京市防灾基础设施在减灾协调机制的建立上，对信息管理与辅助决策支持系统应用于灾害问题的研究尚处于初期阶段；重救轻防观念依旧，还未形成灾前安全性—灾时可靠性—灾后应急救援三方面统一的指挥管理机制，各个管理部门分散、各自为政，在灾害发生时，领导应急决策主要取决于初期掌握的信息量及个人经验，人为因素比重过高极易导致错误决策，不仅不能及时防止灾情继续扩大，还会贻误组织群众自救和应急疏散的时机，最终造成重大的人员伤亡和经济损失。在管理模式方面，仍旧为早期的“应急管理”模式，由于在防、救、建三阶段没有统一的管理部门，导致规划、建设、管理过程中依旧存在问题，表现为：部分设施在地理位置、建设规模、设施布局密度等方面存在规划不合理的现象，由于规划管理不善，防灾基础设施并没有得到高标准规划建设，在自然灾害与人为灾害日益严峻的情形下，灾前预防能力依旧脆弱，这一现象在北京市城中村、部分老旧城区以及城乡结合部尤为明显。设施构建过程中，部分设施由于工程质量问题，导致设施设防等级不足，为灾时埋下隐患，且北京市大部分防灾基础设施都是早期建成，很难大规模拆除重建，灾时抵御能力脆弱；设施建成后管理方面，缺乏统一有效的科学管理，部分预测预警设施由于位置偏远、管理人手不足，没有得到适时更新与维护管理，不但无法防御灾害，其自身也存在安全隐患，加剧灾害造成的损失，部分临时避难场所和应急救援疏散通道平时被用于停车、存货，无形中为抵御灾害埋下隐患。

再次，北京市转变重救轻防观念，却没有保证承灾能力三方面得以合理、充分地提升。灾后应急救援能力与灾前预防能力及灾时抵御能力相比，近十年都处在同一水平上下浮动，原因在于虽然北京市转变重救轻防观念，对灾前预防能力和灾时抵御能力更加重视，但没有兼顾好灾后应急救援能力的提升。近年来，北京市防灾基础设施措施重于防灾，对应急救援设施投入力量小，导致应急避难设施相对缺乏，且许多已经建成的用于避难的设施如避难场所、防救灾通道都被占为他用，没有机构进行专门管理，当灾害发生时，人群无法进行集中避灾；此外，应急部门针对市民的应急教育及演练覆盖不完全，许多应急隔离系统和避难场所的指示标识由于宣传力度不够，未能让居民关注和熟知，群众在灾时缺乏利用防灾基础设施进行避灾、自救、协助救援的意识和能力，与发达国家差距很大。以上几方面都是导致北京市防灾基础设施灾后应急救援能力脆弱的原因。

四、结论与建议

（一）结论

本文以公共管理的视角对北京市防灾基础设施承灾能力的现状进行了客观分析，结合北京市的实际情况，从其现存的问题入手，找出导致北京市防灾基础设施承灾能力脆弱的问题所在，挖掘其进一步提升的空间，并提出北京市防灾基础设施承灾能力提升需要采取的策略，尝试摸索一套适合北京市防灾基础设施运营管理的理论框架和方法，使北京市防灾基础设施承灾系统更系统化、规范化、科学化、实用化，使之充分发挥提高城市治理水平、服务市民生产生活的作用，为北京市的长远发展奠定基础，也为其他城市进一步提升防灾基础设施承灾能力提供借鉴参考。

（二）建议

首先，持续加大投入力度完善防灾基础设施。一是持续加大对北京市防灾基础设施规划建设的投资力度。北京市对新规划及建设的防灾基础设施，要在科学发展观的指导下完善北京市防灾基础设施的总体规划，加大资金的投入力度，引入先进科学技术提高防灾减灾的设防标准；同时，将地下空间的建设整合到防灾体系中，推进地上—地下的防灾基础设施与其他公共基础设施的高度整合，将防灾基础设施与给排水、电、热、通信等公共基础设施进行统筹管理，进一步提升北京市防灾基础设施的承灾能力。对已建成的防灾基础设施，要定期进行承灾能力普查工作，对设施的承灾能力进行鉴定和评价，逐一排查出承灾能力脆弱的防灾基础设施，进行加固改造或拆除重建，对于部分设施存在空间布局不平衡、凌乱且分散的现象，管理部门需要在科学研究的基础上，重新合理规划调整，逐步提升北京市防灾基础设施的承灾能力。二是从物力和人力方面不断提升防灾基础设施的承灾能力。在当前已经建立的防灾减灾科技研究体系基础上，除了基础和综合性的防灾减灾研究，应当投入更大的人力、物力，识别和衡量自然灾害风险，加强灾害预测预警技术基础研究、加强救灾减灾支援设备的配备和管理人员的专业培训。三是逐渐实现投资主体多元化。防灾基础设施作为公共基础设施，其规划、建设、管理的各个阶段基本都由政府投资，需要建立以经济、社会手段为主的激励机制，更多地吸引个体和商业机构，实现投资主体多元化和防灾减灾体系的整体性推进。

其次，制定健全的综合协调机制和科学的管理模式。一是制定健全、完善的综合协调机制。建立健全防灾减灾机构，理顺防灾减灾协调机制，北京市应明确参与统一协调防灾减灾的部门，建立专家数据库，实现防灾减灾相关各部门间信息共享、灾情会商、信息发布、灾情评估、救灾应急响应、灾后重建和受灾群众生活保障等机制。二是强化信息发布能力。北京市灾害应急的相关部门间应当充分利用公共媒体发布预警信息来建立北京市防灾基础设施灾害预警信息快速发布的“绿色通道”，保证预警信息的覆盖率和准确性。三是建立科学、合理的防灾基础设施管理模式。北京市可以借鉴发达国家“业务持续管理”理论，将北京市防灾基础设施目前的应急管理模式向全过程管理模式进行转变，从防灾基础设施的规划、建设、运营管理、更新等各个环节都有专门的部门进行管理，建立“防”—“救”—“建”的科学管理模式，使北京市防灾基础设施承灾能力得以全面均衡地提升。

最后，要提高全社会的应急避灾救援意识。一是北京市应当建立覆盖全市的防灾减灾宣传、演练机制。北京市应通过媒体进行突发灾害及事件的预防与应急、自救与互救知识的宣传，并定期组织避灾演练，让企业和居民熟知工作、生活周边的防灾基础设施的位置、功能等信息，在灾害来临时可以井然有序地疏散避难。同时，要重点关注针对学生的灾后应急知识教育，针对北京市最易出现的几种灾害编制出教材，将灾后应急知识教育纳入幼儿园、中小学、大学的教学内容，教育主管部门加强对学校进行灾后应急知识教育和定期组织学生进行避灾演练的指导和监督，培养学生的安全意识和自救与互救能力。二是要形成以北京市政府为主导、全民参与的灾后抢险救灾的联合机制。充分发挥民间组织力量参与灾后应急救援，鼓励居民、企业和其他社会组织为应对突发事件提供资金、物资捐赠和技术支持，充分带动市民参与灾后抢险救灾，形成全社会共同参与防灾减灾的合力，推动防灾基础设施的灾后应急救援能力也能得到全面有效地提升。