韧性城市视角下基础设施建设成本分摊机制

韦瑜佳

【摘 要】 本文梳理了国内关于韧性城市的研究现状;探讨了如何全面提高基础设施的韧性问题：韧性城市基础设施分析;构建城市韧性测度模型;基础设施建设投入分配机制研究。文章通过理论分析与数理模型检验探讨了多灾害下多基础设施的韧性计算公式，并基于此研究了韧性城市建设的投入分配机制。

【关键词】 城市韧性;基础设施;复杂网络;优化模型

一、引言

“城市”是一个由多系统聚集的复杂网络，随着城市化进程加快，导致突发事件带来的危害成倍扩大。相关数据显示，截至2016年末，我国共有297个城市突发事件，总受灾人口6877.5万人次，直接经济损失890.4亿元，可见城市面临风险的规模和范围随人口增长急剧增大。如何解决城市发展的稳定性与突发事件不可预测性之间的矛盾成为当前城市建设过程中亟待解决的问题之一。传统的城市管理体系的理论视角为“防御性”、“脆弱性”，但现代城市是一个由多要素高度聚集的复杂社会系统，面临着越来越多的不确定性，打造安全城市时，还应考虑城市要素的结构特征，以实现城市与环境间的动态平衡。[1]韧性城市提供了一种积极，主动的理念去应对风险，将发展与重建放在了同等重要位置，恰好能够弥补传统视角下消极被动的缺点。韧性城市作为一种新型有效的城市治理理念，韧性城市的根本保障是基础设施建设，韧性城市的建设需由大量基础设施共同参与。因此要提升城市整体韧性，加强基础设施韧性势在必行，而基础设施建设的基础就是投入的合理分配。探索新型城市理念，建设韧性城市，全面提升城市基础设施安全性，大力推动城市综合减灾和应急管理。

二、国内研究现状

目前，国内韧性城市的相关研究的深度与国外相比仍存在显著差距，国内的研究基本处于概念及综述研究阶段，部分涉及城市韧性评估，鲜少对多个主体参与的城市韧性进行研究。

首先对于韧性的概括性内涵，周利敏通过总结不同能力间相同的本质，强调韧性是在外界干扰后，系统吸收扰动，通过自学习再组织，降低风险快速恢复正常状态的能力。[2]后在总结韧性概念的基础之上，国内学者将韧性城市的内涵进行深度拆分研究，将韧性分为软性（韧性环境）和硬性（设施建设与配置）两个层面，具体可分为环境、制度、个体、社会四个层面。[3]基础设施作为城市正常运转的关键，提高基础设施韧性对于完成韧性城市防灾减灾的最终目标起着决定性作用。邵亦文等指出基础设施韧性是其建成结构的可靠性，同时也包含生命线工程的畅通和城市社区的应急反应能力。[4]

可见，基础设施较大程度上直接反映了城市韧性，因此建设更安全更具韧性的基础设施应成为建设韧性城市最为关注的问题。通过上述分析，城市作为一个复杂系统，其性能大于各独立子系统性能的简单线性之和，为研究各子系统间的耦合关系，實现对城市复杂系统韧性较准确的定量测度。但，现如今对灾害事件间的耦合关系的研究也主要集中在对一个突发事件或一种灾害链自身，鲜少考虑到其他事件与其之间的关联关系，并且缺乏对多事件多因素之间的连锁反应的研究。不考虑多事件间的链式反应，仅从微观方面进行研究，门可佩重点研究了重大地震灾害链的时空有序性、地震灾害链网络结构及其预测方法。[5]另外，从宏观的角度研究适合所有的突发事件及之间的链式反应，王建伟等建立四类突发事件的连锁反应网络模型，分析其网络拓扑特性。[6]后，学者建立更符合现实的超网络模型研究突发事件的关联度，但还是缺乏一定的综合性，李锋等通过建立环境单元、承灾载体知识元子网络与突发事件知识元子网络构成的超网络，定量研究突发洪水灾害事件的关联关系及其程度。[7]现有研究多为考虑多灾种多主体情况下的韧性评估，与现实偏差较大。因此，本文建立多灾害链多主体的复杂网络，综合定性与定量研究两方面，完善城市韧性测度研究，理论联系实际，考虑韧性城市的组成要素，从防灾减灾的源头探索建设韧性城市的合理方式，基于一种新视角研究有限资源下提升基础设施韧性的科学途径，丰富了现有韧性城市建设方案，为决策者提供指导性意见。

三、提升基础设施韧性的科学途径

1、韧性城市基础设施分析

城市基础设施各主体在突发事件的应急阶段、安置阶段、复兴阶段以及重建阶段发挥着不同作用，但其目的均是使城市各子系统维持正常状态。我国城市基础设施广义上分为城市技术性基础设施和社会性基础设施两大类。但是突发事件一般仅对技术性基础设施造成直接经济损失，因此本文将技术性基础设施作为韧性城市基本构成要素。根据《城市基础设施工程规划手册》以及相关实例，[8]对技术性基础设施进行细分，将其视为本文研究主体（见表1）。

2、城市韧性测度模型

突发性灾害中自然灾害更具不可预测性和突发性，近年来，随着自然灾害的频发，对基础设施主体的要求也愈来愈高，对各主体合理的投入，更能做到有效的减灾治灾。故，本文主要建立自然灾害下的城市韧性主体的复杂网络。

复杂网络构成的基本要素是节点与边，本文将基础设施各主体抽象为点集（V），视不同自然灾害中同时出现的承灾体之间存在一定的触发关系，所有触发关系构成边集（E），即突发事件A导致主体a，b被损坏，则在主体a，b之间建立连边。由点集（V）、边集（E）组成城市韧性主体网络。

本文选取史培军的总结，研究4种常见的灾害链中的灾害，分为：台风——暴雨灾害链、寒潮灾害链、干旱灾害链以及地震灾害链，将其涉及的灾害总结至下表（表2）。[9]

通过总结大量自然灾害，发现灾害很少对污水排放直接产生影响，因此构建网络时舍去此节点。根据相关灾害实录，台风——暴雨灾害链往往伴随持续性特大暴雨，同时由于台风中心部分气压低周围风带风速强，会影响输电变电设施倒塌、水资源倒灌、雨水无法排放、对内对外交通瘫痪以及通信设施被毁;寒潮灾害链通常发生在冬季，低温会造成城市电力设施瘫痪，供暖能源紧张，还会导致运输管道冻裂以及交通阻断;干旱灾害链主要影响城市水资源以及城市供水系统;地震灾害链摧毁基础设施范围最大，也最为严重，对能源系统、给水系统、交通系统以及通信系统都会产生致命影响。本文将上述4个城市基础设施子网络进行可视化处理，具体如下：