建设超大韧性城市（群）之思考

文/ 陈湘生 崔宏志 苏栋 包小华

城市是人类文明发展的结晶。随着工业化和城镇化的进程加速，人口逐步向城市集聚，城市规模越来越大。中国的城市规模划分是以城区常住人口为统计口径，将城市划分为五类七档，分别为：小城市（Ⅱ型小城市、Ⅰ型小城市）、中等城市、大城市（Ⅱ型大城市、Ⅰ型大城市）、特大城市和超大城市。截至2019 年初，我国的超大城市有北京、上海、广州、深圳、重庆、成都、武汉；特大城市有天津、南京、郑州、杭州、沈阳等。

随着城镇化进程的快速推进，城市逐渐向城市群或者都市圈的模式演化。城市群是若干城市在一定空间范围内的资源要素协同流动与优化配置的集合体系。我国著名城市规划与城市群研究专家姚士谋在1998 年提出：城市群是指在特定区域内具有相当数量的不同性质、类型和等级规模的城市，依托一定的自然环境条件，以一个或者两个超大城市作为地区经济的核心，借助于现代化的交通工具和综合运输网络的通达性及发达的信息网络，发生与发展着城市个体之间的内在联系，构成的一个相对完整的城市集合体。

城市群具有经济贡献占优势，基础设施回报率高，有利于土地高效集约利用，资源、能源利用率高等特点。我国目前有5个超大城市群，即沿着海岸线的：京津冀城市群（以首都北京为核心，包含14 个城市）、长三角城市群（以上海、南京和杭州为中心，包含26 个城市）、粤港澳大湾区城市群（包含香港、澳门2个特别行政区和广州、深圳等9 个城市），长江沿线的长江中游城市群（以武汉、长沙、南昌为中心，包含31 个城市），以及西部的成渝城市群（以成都、重庆为中心，包含15 个城市）。可见，我国五大城市群具有沿海、沿江分布特点。五大城市群2018 年的基本情况如表1 所示。

超大城市（群）面临的主要风险

国内外学者研究表明，超大城市群的显著特征是高密度性、网络性、枢纽性和共生性。高密度性是指单位面积聚集了众多人口且拥有优质的人力资本和物质资本，从而具有较高的经济产出；网络性是依托综合交通、通信等基础设施，加上文化、传统等非物质网络关系，将功能节点以及节点间人流、物流、资金流和信息流相互联系起来；枢纽性是指参与和影响地域经济、社会、文化、政治等各种活动的重要力量，承担着国家或区域内外联系的重要功能，具有较强的吸引力、辐射力和开放能力；共生性是指城市间空间结构、功能分工、产业协作、环境保护、公共服务、政府管理等一系列相互影响关系。确保这种高密度性、网络性、枢纽性和共生性的安全可靠性，事关超大城市群所有居民和财产的安危。根据国内外城市群的经验教训，对超大城市群安全可靠影响最大的风险主要是地震、台风和突发事件。

表1 2018年5个主要城市群基本情况

地震

地震具有很强的不确定性，不同地域对于地震影响的承受力不同。地震发生在经济越发达的地区，其对经济和人员伤亡造成的影响就越大。我国的京津冀城市群、长三角城市群以及粤港澳大湾区城市群都是每年GDP 十多万亿元人民币的经济发达地区，如果发生地震，其对经济发展的影响将异常显著。

超大城市在滨海区域比较多，和普通城市不一样，对于超大城市来说地震灾害容易引发次生灾害。超大城市群的地震灾害有突发性、复合性、严重性、扩散性、持续性等特点，容易造成经济及人员损失巨大、重灾区集中、轻灾区广泛、生命线系统薄弱等后果。

台风

台风灾害具有破坏性强和周期性的特点。湾区城市群座落在沿海地区、通常经济发达、人口密集，遭受台风后的人员/经济损失和经济发展的程度成正比，经济越发达、损失越大，且灾害损失趋势逐年加剧。以粤港澳大湾区的城市群为例，据《2018 年粤港澳大湾区气候监测公报》显示，台风是粤港澳大湾区主要的区域性灾害之一，台风期间累计降水量大、降水强度大、持续时间久、暴雨范围广。大湾区城市群沿海经济程度越高，受台风影响、损害程度越严重。

世界四大湾区包括纽约湾区、旧金山湾区、东京湾区和粤港澳大湾区。自2000-2019 年近20 年间受台风袭击最多的湾区是东京湾区，在20 年间受到了57 次台风侵袭。受台风侵袭最少的是旧金山湾区和纽约湾区，也各遭受29 次侵袭。粤港澳大湾区遭受了54 次台风侵袭。

突发事件

除地震、台风灾害之外，突发事件对超大城市（群）的影响也非常大。突发事件多数情况是人为造成的，其通常为小概率事件，具有突发性、复杂性、破坏性、持续性、紧迫性等特点。近年来，比较典型的突发事件包括美国“9·11”恐怖袭击、东京地铁沙林毒气事件、日本福岛核电站泄漏事件、纽约大停电、多伦多汽车连环相撞、天津港“8·12”特别重大火灾爆炸事故、2002 年中国北京和香港发生的SARS 疫情，以及2019 年年底2020年年初从武汉开始蔓延的新冠肺炎疫情等。超大城市形成后，城市的脆弱性变得异常显著。

建设韧性城市的提出与发展

针对超大城市（群）面临的这些主要的风险、问题，科学家工程和技术人员一直致力于如何解决这些问题，因此韧性城市这个概念就逐步被提出，并且相应地研究得以持续发展。

韧性城市的提出

韧性的概念最早出现在工程领域，主要指系统恢复原状的能力；后来出现在生态领域，是指系统恢复到原始平衡状态或形成新平衡状态的能力；再后来演进到经济、社会系统、城市发展等领域，是指复杂的社会生态系统为回应压力和限制条件而激发的一种变化、适应和改变的能力。

韧性城市的提出基于韧性的概念，韧性城市指一个城市拥有足以容纳、维持现今及未来社会（社会韧性）、经济（经济韧性）、环境（生态韧性）以及政府管理（组织韧性）发展所带来的压力的能力。

要建设韧性城市，首先基础设施要有韧性防灾能力，能够对灾害进行快速反应并且快速恢复；其次，对既有基础设施数字化和智慧运维是实现韧性的先决条件，因此韧性基础设施还要具备智慧运维的能力。在韧性基础设施的基础上，可进一步建立韧性能源网络、水务系统、交通网络和建筑群落，最终实现社会稳定、政府管理、经济发展和公共安全全面提升。图1 为韧性城市内涵、组成及目标。

图1 韧性城市内涵、组成及目标

韧性城市的发展

韧性城市的概念提出之后，随着社会不断向城市群发展，就有了韧性城市群的概念。在韧性城市群中，每个城市都有自己的能源、交通网络以及建筑群落、通信网络和水资源管理，它们既是彼此独立同时又在一个系统中，增加系统冗余度，可以有效提升城市的韧性。

韧性城市（群）的优势包括：在能源方面，城市群可以采用燃料电池、燃气轮机、太阳能、水力发电等多种方式的组合发电方式；在交通网络方面，城市群多样化的公共交通选择可最大程度提高运力；在建筑群落方面，可利用自动化管理系统控制供暖、制冷、照明以及应急响应；在水资源管理方面，可利用地下废水管理系统网覆盖所有基础设施，并创建缓冲区，增强防洪能力。

安全韧性城市作为国际上解决城市安全问题的先进理念，在我国也得到逐步推广和应用。2017 年《北京城市总体规划（2016 年—2035年）》提出“加强城市防灾减灾能力，提高城市韧性”的明确要求；2018年1 月，《上海城市总体规划》也明确提出“增加城市应对灾害的能力和韧性”；2018 年11 月，中国灾害防御协会城乡韧性与防灾减灾专业委员会成立，同步推出《韧性城乡科学计划北京宣言（草案）》；2019年11 月，北京市地震局出台《北京市地震安全韧性城市设计导则》《北京市建筑工程地震安全韧性设计规范》等多项标准。

北京的韧性城市规划主要是加强城市防灾减灾能力，提高城市韧性。在《北京城市总体规划(2016年—2035 年) 》中，首先把京津冀城市群进行了定位，并对整个区域都进行了规划：西北部主要是生态区域，南部主要是功能区域，中部主要是滨海区域等。此外还重视生态方面的管控，增强城市对于气候变化的适应力，以及提高水安全的保障能力，提高了城市韧性。

实现超大韧性城市（群）的技术路径

基础设施面临的风险及对策分析

对于不同灾害，增强韧性有不同的措施。对地震来说，发展地震预警系统、提高建筑结构韧性均能增强韧性。虽然地震难以预测，但地震发生以后，缩短响应时间对减少人员伤亡有巨大的帮助；另外，在建筑构造方面，增强减震和隔震的技术，将韧性材料用在结构上也可以提高建筑抗震韧性，保障人员财产安全。

对于台风来说，根据美国和日本等发达国家的经验，主要应对措施是在台风过境前加强宣传，加强沟通，让人们进行躲灾；台风过境后对灾害进行评估，然后出具后续改善方案。

对于地下空间的灾害，可以建立地下施工安全管理体系、制定科学合理安全控制标准、采用信息化施工及动态控制、智能识别技术辨别人为灾害等防护策略。

对于地质灾害，可以采取建立地质数据库、完善城市地质环境管理体系、一体化建设海绵城市群、建立环境友好型社会、学习先进治理经验等防护策略。

对于化工园区灾害，可以采纳国外化工园区先进管理经验，如完善法规标准与监管体系、科学合理地规划选址、严格安全过程管理以及公开透明的信息披露等管理措施。

对于极强传染性病毒等突发事件，建立高效快速的反馈和决策机制、公开透明的信息快速披露机制、从城市群动员到全民动员机制、各种亟需资源调配和快速配置网络、相应的标准规范指南等集成的科学高效管理体系。

全面实现上述措施，必须建立全域智能感知、基于大数据的深度学习与智能管理体系。

实现超大韧性城市（群）的技术路径

建设超大韧性城市的技术路径主要是从基础设施新材料、新结构、新体系着手，它的具体要求是实现基础设施智能化、耦联化、社会化。智能化是指灾害中新基础设施智能反馈与快速恢复的能力；耦联化是指各种灾害作用下多种新基础设施的耦联机制；社会化是指各种人类活动对新基础设施结构的影响程度。目前，在智能化的发展中，可以利用现在的大数据、物联网以及5G 技术、AI 技术等进行快速反馈。

2018 年度国家最高科学技术奖获奖者——钱七虎院士提出，提高城市韧性最有效的技术途径是向地下发展。这是由于地震时虽然地面建筑晃动严重，但地质体整体运动中，地下的基础设施并没有显著被破坏。如果把生命线工程放在地下，比如变电站、通讯、电力、供水的管线放到地下管廊里，建设地下轨道交通系统，平时可以减缓地面的负荷，有灾难发生的时候还可以作为避难场所。如地下水库可以减少地面上水库对城市面积的占用，发生灾害后，地下水库可以保证淡水资源。我国北京、上海、成都、深圳和雄安新区等城市在其最新版的城市规划方案中都强调了促进地下空间资源综合开发利用，提高城市韧性。

分层规划与开发是城市地下空间发展的原则和趋势之一。图2 为城市地下空间的分层开发示意图。将轨道交通设施、城市生命线工程和避难场所放置在地下可以有效提高超大城市的韧性。

如图2 所示，可对地下空间进行以下分层规划与开发：

浅层：

1 层为变电站：将变电站安装在地下，不仅可以节约地上空间，通过占地面积较小的接入点进行维修，在城市遭遇地震或台风等灾害时，还可保护变电站不受到损坏。

2 层为地下行人通道：平时，地下人行通道可以帮助行人穿梭在建筑物之间或繁忙的街道中。在城市遭受灾害时，行人也可在地下通道间进行通勤或避难。

图2 地下空间的分层开发示意图

3 层为综合管廊：城市地下管廊可节省空间，且不容易受到外部环境的影响。建立地下综合管廊可以释放土地，减少维护对道路交通的中断影响。地下综合管廊里包含供水、电力、通讯等管线。在城市遭受灾害时，地下综合管廊内的管线等可以受到地下空间岩层等的天然保护。

4 层为废物处理：在住宅区，可以使用气动废物输送系统通过地下管道的吸力将垃圾带到集中式垃圾箱中心。通过地下垃圾集运，垃圾工人无需手动收集每个街区的废物。提升城市运输废物的能力。

中层：

5 层为公路和轨道交通网：将公路和轨道交通网（尤其是穿越建成区的公路和轨道交通）建于地下，可以减少噪音和灰尘对房屋的影响，在城市遭遇灾害时，还可保证交通不受影响。

深层：

6 层为深层隧道排污系统：将深层隧道排污系统建在地下，在重力作用下运行的隧道网络可将污水和废水及时迅速运输到集中式水回收厂。

7 层为地下岩洞：地下岩洞可用于石化产品的存储。不仅可以节约土地，而且当城市遭受灾害时，不会因危险品泄漏而对人们造成大范围伤害。

8 层为地下仓储：地下空间具有恒温、恒湿、密闭、绝热等特性，是很好的储存空间。利用这一特点，可用来建设救灾物资储备库，便于灾时物资的运输和使用。

9 层为地下水库：将水资源储存在地下水库中。这样不仅可以释放地面水库所占的城市面积，当城市遭受到灾害时，还可以保证居民的淡水资源不受影响。

此外，建立超大城市内部全域感知、大数据深度学习与高效快捷的智能管理体系，以及对应的各级政府应急处置和指挥系统，是超大城市群全域安全管理的重要手段。

总结与建议

目前，韧性城市群已经逐步上升到国家战略，建设韧性超大城市势在必行。超大城市群基础设施的韧性规划设计（包括地下空间的开发利用，特别是生命线等重要基础设施转向地下）是支撑超大城市群的根基。此外，打造超大城市群空、海、地全覆盖一体化的安全智能平台，融合多部门的数据，充分利用全域感知、物联网、云计算、人工智能、机器学习等技术手段进行分析，对风险做到事前预控决策，事中精准应对，事后高效救援，是建设超大韧性城市群的重要内涵。保障人民生命财产安全、提高人民幸福获得感是建设超大韧性城市群的重要目标。