韧性城市理念下的郑州城市建设问题与策略研究

董 帅

(河南应用技术职业学院,河南 郑州 450042)

0 引言

2021年3月,“十四五”规划中明确提出适应都市发展的新理念新形势,积极进行都市现代化试验示范,力争构建成城市宜居、创新、智能、环保、人文、韧性的都市[1]。这是在全国范围第一次明确提出“韧性城市”的理念。自此,“韧性城市”的概念,逐渐走入大众视野。这也就意味着“韧性城市”的构建将和“智慧城市”和“宜居城市”“海绵城市”一样,将成为中国今后城市规划建设工作中的一项重要发展方向。市政基础设施是为城市居民提供的日常生活服务设施,为社会生产供应物质工程基础设施,这是一项城市生命线工程,保证着城市这一复杂生命体能够顺利运转,因此探索在韧性城市化理念下的城市交通建设问题及对策研究,对于维护城市交通安全至关重要。

2021年7月,河南省各地相继发生了罕见的特大暴雨天气,并造成了巨大的洪涝灾害,尤其是7月20日,河南郑州市发生了重大灾害。此轮自然灾害,已导致全河南共1 478.6万人直接受灾,失踪或死亡数百人,其中郑州市占全国份额的95.5%,造成国家直接损失1 200.6多亿元,这其中郑州市409多亿元,占全省份额的34.1%[2]。如果突然出现了重大灾情,人们一方面要积极抗灾救灾,另一方面更应该积极反思,防灾减灾,增强城市行洪韧性管理能力。

郑州市在2022年《政府工作报告》中指出:“加快韧性城市建设,持续提升防灾减灾救灾的基层基础和现代化水平,让我们的人民更幸福、城市更宜居!”这更加明确了韧性城市建设的必要性。

1 韧性城市的基本概念及作用机制

韧性原是一个物理化学概念,表示了物质在塑性变形和断裂运动过程中,接受能量的能力。后来人们将它用于解释自然界中许多事物发生突然变化的现象以及对其发展起重要作用的原因等问题。1973年,生态家克劳福特斯坦利霍林把这种研究带到了生态领域中,将其总结为“生态被扰乱之后再次恢复到平衡之中的力量”[3-5]。

韧性城市理论是将韧性理论引入到城乡规划领域后拓展而来的。随韧性理论发展给城市管理和规划带来了新思维,也就越来越被人们看作一种可以促进城市规划健康有序运行的有效方法。而现代城市,作为一座与高速对外开放的“社会-经济-生态”多基本要素密切联系的整体综合体系,其健康运行深受自然环境和人力造成的众多各种因素的负面影响,城市遭遇的自然灾害和经营风险日渐展现出明显重复的特点,从此“韧性城市”的理念便应运而生[6-8]。韧性城市不同阶段表现特征如图1所示。

所谓韧性城市,是指城市在抵御外来冲击时,应该具备减轻灾害、快速恢复,然后将其影响降至最低的能力。当发生严重的国家或公共经济危机后,我们的国民经济增长、生存素质和活力等指标,可以较快比较好地从谷底中复苏,这正是韧性的体现。韧性城市的建设可以使城市像弹簧那样,从容地应对外界压力,从而迅速地恢复。

郑州市已成为河南唯一一个发展中的特大城市、建设中的国家中心城市,有效推动了黄河流域生态环境保护和经济高质量发展、中部区域崛起、中原更加出彩的战略支点城市,使命光荣、责任重大、任务艰巨。近年来,由于极端天气、自然环境灾难等突发性事件频频,加之新冠疫情的频发,暴露了中国城市在自身能力面前的脆弱性,推进韧性城市建设任重道远。

2 韧性理念对郑州传统市政建设的影响

韧性思想和中国传统的建筑设计思想存在一定的差异,其对我国的城市规划建筑设计思想的冲击明显地表现在中国的规划设计的各个层次上,而在中国基建城市规划领域则主要体现在:中国传统的城市设计观念以讲求大规模效益、方便管理与维护作为主要取向,更趋于选择集中型、大规模、稳健性的基础设施(见表1),而基础设施的大型化、集中性,在便于管理的同时,增加了许多潜在的问题。1975年8月,因受3号台风的侵袭,河南省驻马店、南阳、平顶山和洛阳等地遭受了天下罕见的大暴雨,超强降水直接造成了石漫滩、板桥两个大型水库和两个中小型水电站,以及64个中小型水库的先后垮塌溃堤,将数多万平方千米的农田变成了一片汪洋,共有1 000余万人受灾,数百万人被大水围困近半个月,造成经济直接损失数百亿元,对社会影响恶劣。

表1 传统市政建设理念与韧性市政建设理念差异对比

由于现代技术的不断进步,城市中小规模基础设施能力、质量都在日益精进,但同时随着城市建设现代化水平的提升,现代化城市远程管理服务也将变得越来越简单,而以前大型集中工程建设的优越性也将逐步减弱,而其对整个城市建设的正常运行影响权重过大的风险也将逐步加大,所以在新韧性城市构建的大形势下,城市基础设施的很多设计方法都会出现很大的改变。在国内,曾经有许多大中城市都明确提出了将以新的设计概念进行“分布式”的基础设施建设,如采用建立多个再生水处理过程中心用来代替原先“简单、大型”的城市污水处理厂。然而采用了分布式的城市基础设施实际上的成本会比以前集中式工程建设要小,与此同时拥有了巨大韧性。在接下来的研究中,我们将从给水、污水等多个角度,对韧性城市建设理念及其给以往的城市设施的规划设计方式所带来的冲击,进行一次简要总结(见表2)。

表2 韧性城市理念对市政基础设施规划领域的影响

3 郑州市在韧性城市理念下的市政基础设施建设策略

3.1 市政基础设施的顶层设计

韧性城市的理念并不仅仅着眼于增强人类对抗单个灾害的力量,并没有提倡人们在相互竞争的社会体系里去考虑平衡和寻求均衡,而只是利用城市把人的需要和生态系统整体性地相关联以达到个人社会的平衡发展,这也和中国近几年出现的生态智慧的基本思想是一致的,生态智慧就是与自然和谐或均衡发展的根本思想,其基本目标是实现人类与自然的和谐相处,基本核心理念正是我国传统文化中所提倡的“天人合一”,其所注重的是一种社会系统的整合[9]。绿色基础设施与灰色基础设施融合方式梳理见表3。

表3 绿色基础设施与灰色基础设施融合方式梳理

3.2 通过情景分析优化空间布局

3.2.1 模拟降雨情景,优化设施布局

韧性城市规划是一个基于情景研究的城市规划模型,同样应用于《韧性城市基础设施规划》。通过对环境仿真模拟,极端自然灾害时的自然灾害程度以及城市基本功能的正常运转状态,并调整建筑布置,以保证城市基本功能与应急功能的顺利运转,从而最大程度地降低了自然灾害影响城市的直接损害。由于数学模型和GIS技术的广泛应用,情景分析在城市交通设施规划中的运用也日益普遍。

3.2.2 模拟灾害损失,优化市政布局

市政基础设施本身便是引发灾难的原因。一旦燃气、水、电力供应等网络遭到破坏,城市交通也将遭受不同程度的损害。这样,就能够通过一种全新的概率分析框架,来预测自然灾害后影响水、电等主要城市交通系统的功能效果。同时,还充分考虑到了在一致的时间范围和空间区域内存,在不同拓扑关系以及灾害反应特性的物理体系间的系统作用,并在此基础上,提供了一种基于物理体系的、覆盖了各种主要城市基础设施系统的定量功能效果评价模式。通过该模型,我们能够计算各种系统的抗灾性能、其系统响应参数的不确定性,及其它们之间的时空间关联。通过使用基于网络流理论和具有不同建模特性的与网络系统间功能依赖相关的新技术,该模式发现和衡量了城市灾害程度的空间变异性、城市建筑环境和公共设施体系中功能的固有和脆弱性、相互依赖的公共基础设施中的级联故障,此外,还测量了环境灾害后对城市建设各种能力的影响的空间分布,为现代城市基础设施建设的韧性规划和决策提供了丰富的数据支持。

3.2.3 模拟避难情景,完善防灾设施布局

运用了GIS方法,模拟了城市抗震避难、紧急救援等主要防灾系统的服务零点五径,进而优化了消防站、避难、疏散等场地的系统基础设施布置。以固定避难点的分布情况为例,我们可以根据灾后前10 min、前面30多分钟和最后1 h的疏散情况的实际状况,给出每次不同的疏散距离,并根据避难区的情况形成每次的出行范围,每个方舱的服务规模可以直观地看到。根据避难所的人数,可以通过模拟技术调整固定疏散避难所的布局,以满足城市疏散的需要。

3.3 改善市政基础设施物理韧性

随着现代城市规划建设思想的日益变革和施工方式的不断进步,越来越多先进的施工方式和技术手段都将运用到现代城市基础设施建设方面,以大大地提升现代城市设施的物理强度。常见的方法与措施还有综合管廊(如图2所示)、弹性工程等。

3.4 智慧城市建设推动运维和应急韧性

我们现在身处万物互联时代中,在人工智能、物联网等新型科学技术得到应用的大背景下,必须要将韧性城市建设与智能城市相结合,一起来推动城市交通的优化提升,共同打造一个具有智能城市大脑的韧性未来城市。

智慧城市的韧性特点是指利用信息化技术及其配套业务增强了城市基础设施系统吸纳和适应对外在影响的功能。而智慧城市在市政基础建设运维中,一般呈现出如下几个层面的韧性特点:1)通过运用智能网络,改善了基础建设的日常工作管理效率;2)运用大数据分析技术和高智慧城市规划平台,形成公开的、公共参与的环境;3)运用信息技术和大数据分析,增强新城市规划应急管理与响应的能力[10]。高智慧的新韧性城市规划建设应当推动信息资源共享,加强信息互动,在信息基础设施与结合基础建设两个层面,合理地超前保留了新基建的弹性空间(见表4)。

表4 “智慧城市”融合基础设施建设

4 结语

韧性城市理念内涵丰富,对郑州城市及未来的市政基础设施建设意义重大,在有些方面甚至对郑州以往的市政基础设施规划思想可能是一个颠覆,当然这也与郑州市特定的经济发展阶段的顶层设计思想逻辑密切相关。因此文章还将尝试从多个角度研究,在现代韧性城市规划理念下的郑州市政基础设施规划建设的具体内容,但受限于目前中国国内关于韧性城市的理论建设实践项目尚少,在很多地方也还停留于最顶层的理念建设层面上,但随着我国官方释放了关于建设“韧性城市”的重要信号,我国国家发展改革委员会又出台了《河南省郑州市等地特大暴雨洪水灾后修复再生管理工作总体规划》,鼓励郑州等有条件的城市先行先试,期待这些措施和经验能真正地把城市市政设施变成城市对抗各类危机与灾难的生命线。