自然灾害下不可移动文物脆弱性评估方法简述

孙延忠 乔云飞

摘  要：自然灾害下不可移动文物脆弱性评估是文物保护领域研究的新方向，是灾害风险评估的基础。文章通过总结常用且经典的脆弱性评估方法及评估模型，分析探究了各个评估方法的优势和劣势；结合不可移动文物自身的特点及特殊性，分析脆弱性影响因素，选取适合不可移动文物的脆弱性评估方法，旨在为不可移动文物脆弱性的评估研究、文物防灾减灾及预防性保护提供一定的指导。

关键词： 不可移动文物；脆弱性；评估方法；自然灾害

中图分类号：G122         文献标志码：A

DOI：10.19490/j.cnki.issn2096-698X.2023.05.027-032

Abstract： Vulnerability assessment of immovable cultural heritage under natural disasters is a new research direction in the field of cultural heritage protection and the basis for disaster risk assessment. By summarizing the commonly used and classic vulnerability assessment methods and assessment models， this paper analyzes and explores the advantages and disadvantages of each assessment method. At the same time， combining the characteristics and particularity of immovable cultural heritage， the paper analyzes the influencing factors of vulnerability， select suitable vulnerability assessment methods， and provides guidance for the vulnerability assessment of immovable cultural heritage， disaster prevention and mitigation， and preventive protection of cultural heritage.

Keywords： immovable cultural heritage；vulnerability；assessment methods；natural disasters

近些年，随着全球气候的变化，自然灾害频繁发生，给不可移动文物带来了重大损失。不可移动文物承载着各个时代的人类文明，具有重大的历史、艺术、科学及社会文化价值，减轻自然灾害对其影响，保护与传承文化遗产是文物领域长久的奋斗目标。自然灾害风险是致灾因子危险性、孕灾环境敏感性与承灾体脆弱性综合作用的结果[1]，不可移动文物脆弱性作为灾害风险中的一环，成了有效降低灾害风险的手段。

脆弱性评估的研究较成熟，而不可移动文物脆弱性评估的研究相对较少。自然灾害下不可移动文物的脆弱性，是将不可移动文物作为承灾体，表示不可移动文物在自然灾害下可承受灾害破坏程度的能力[2]。不可移动文物灾害脆弱性的评估作为风险评价的一环，在文化遗产保护领域起着十分重要的作用。从预防性保护的角度分析不可移动文物脆弱性的影响因素，将脆弱性因素分为文物本体影响因素、文物赋存环境影响因素以及保护管理影响因素[3]19作为脆弱性评估的依据。傅政杰等人[4]在古建筑台风脆弱性评估中应用了PTVA模型（海啸脆弱性评估模型），该模型集合了指标加权与专家打分法。PTVA模型与海啸相关，更多适用于与水有关的气象灾害，而对于地震地质灾害无法应用。梁龙等人[5]和汪怡等人[6]在对古遗址洪涝的风险评估研究中采用综合指数法评估古遗址的脆弱性。为了实现不可移动文物脆弱性定量化评估，且能够表达不同灾害类型和不同文物间的影响，本文整理了各领域的脆弱性评估方法，围绕其评估的特点、方法和优劣势展开分析，对各个方法进行分析比较，并结合不可移动文物自身的特点选取一种适合应用于文物的脆弱性的评估体系。

1   脆弱性评估方法分析

随着脆弱性研究的不断深入，脆弱性评估在自然灾害、生态环境、地下水等领域取得丰硕成果，定量、定性及定性与定量相结合的脆弱性评估方法被建立并应用，综合各领域脆弱性评估方法，主要可分為综合指数法、图层叠置法、函数模型评价法、模糊物元评价法、历史数理统计法以及危险度分析法6类[7]。

1.1   综合指数法

综合指数法是一种可以反映系统脆弱性中多种指标因素不同权重系数的分析法。根据脆弱性的影响要素，通过分析脆弱性的发生原因、表现特征等因素，选取脆弱性指标并构建脆弱性评估指标体系，利用数学统计等方法进行脆弱性评估，将各项指标综合量化为脆弱性指数，得到评估对象相对脆弱性大小。涉及的数学方法包括加权平均法、层次分析法、主成分分析法、模糊综合评价法等[8]15。

综合指数法的优点是原理简单、便于理解和实际操作[9]16，因此应用范围十分广泛，目前国内外许多专家学者利用综合指数法进行自然灾害脆弱性评估的相关研究，其研究对象往往是以承灾体的角色被评估，包括城市地铁、城市建筑、城市天然气管道、某座城市整体等。综合指数法是半量化评估过程，适用于缺少定量数据或数据有限的情况下的脆弱性评估。其缺点也较为明显，其中最主要的问题是赋予指标权重时多采用专家打分法，理论基础不够系统和准确，主观性较强[10]45，缺乏客观科学性。

1.2   图层叠置法

图层叠置法是伴随GIS技术发展的脆弱性评估方法，利用空间差异将脆弱性要素分布图或多形式扰动的不同脆弱性图层进行叠置，并分层设色将评估结果绘制成彩图，从而形成一张复合型脆弱性的空间分布图[11]16，以此来分析某一区域的特征及脆弱性，该方法多用于灾害系统的脆弱性评估。根据评估思路可选取2种不同的图层叠置方法：一是承灾体脆弱性构成要素图层的叠置，适用于单灾种影响时的脆弱性评估；二是不同扰动的承灾体脆弱性图层间的叠置，适用于多灾种共同作用时的脆弱性评估[8]15。

图层叠置法的优势在于：可以提供较为客观的科学依据，且可同时考虑多种扰动因素进行定性和定量分析，能够直观地反映脆弱性的空间分布及差异，较适用于灾害系统下区域的脆弱性评估。在灾害时应用此方法评估脆弱性的研究中，应用于雷电灾害的研究相对较多，如张雷等人[12]利用图层叠置法对莆田市雷灾进行了脆弱性分析；孙蔡亮等人[13]基于GIS图层叠置法建立了雷灾下的区域脆弱性评价精细化模型。

图层叠置法便于做宏观分析，但其定量程度较差，尤其在针对多扰动的脆弱性图层叠置上，很难反映不同扰动的影响差异，也不能实现脆弱性的动态预测。

1.3   函数模型评价法

函数模型评价法是反映脆弱性要素之间关系的定量分析法，界定系统脆弱性的构成要素，通过分析各要素间的相互关系，运用数学手段构建函数表达式，反映指标与脆弱性之间的关系，让每一个要素通过数学手段都能对应出其脆弱度。史培军[14]院士提出脆弱性评估函数模型有如下2种。

（1）广义模型如式（1）所示。

V1=VSE∩VE∩VST=f（H，E，φ，λ，h，t）               （1）

式中：VSE为区域脆弱性；VE为孕灾环境脆弱性；VST为承灾体脆弱性；H为人类系统；E为环境系统；φ为纬度；λ为经度；h为高度；t为时间。

（2）狭义模型如式（2）所示。

V1=VE∩VSH∩VP=f（E，S，H，P，Δφ，Δλ，Δh，Δt）    （2）

式中：VE为经济脆弱性；VSH为社会与人文脆弱性；VP为政治脆弱性；E为经济因素；S为社会因素；H为人文因素；P为政治因素；Δφ为单元纬度；Δλ为单元经度；Δh为单元高度；Δt为时间段。

函数模型评价法是科学客观并能够准确反映指标与脆弱性关系的方法，其評估过程简单。缺点在于：构建函数模型需要大量的理论研究和实践检验进行修正[9]15，此过程十分专业复杂，因此该方法的通用性较差。

1.4   模糊物元评价法

模糊物元评价法是一种对比参照单元和研究单元相似度，从而确定研究单元脆弱程度的定量分析法。先选择参照单元，并确定出参照单元的脆弱性最高或最低，然后以此为参照标准，通过计算评估单元与其相似程度来判断研究单元的脆弱程度，其中相似度与模糊数学中贴近度的判断方法一致。

模糊物元评价法无须将多指标合成一个综合指数，可充分利用原始变量的信息，因此不用考虑变量间的相关性。该方法简单易懂、应用较多。但此法存在参照单元选取困难及缺乏科学依据等特点，若参照物选取不科学，其评估结果与实际情况存在较大偏差[11]16，因此该法只用于较简单的评估。模糊物元评价法多应用于研究水资源的脆弱性，如水资源脆弱性评估、地下水脆弱性研究、河流脆弱性研究。

1.5   历史数理统计法

历史数理统计法是利用自然灾害数据库、统计年鉴等历史资料对数据分析和承灾体脆弱性评估，或者依据实地调查数据评估脆弱性的一种定性分析法。采用归纳、演绎、比较等方法，从历史演变、现实情况和未来发展等对评估对象进行定性的预测与评估[15]。以经验知识为依据，与脆弱性相关的评估指标数据进行比较分析，评价其发展规律，分析预测其发展趋势。

目前历史数理统计方法使用较少，其操作简便，大部分依靠查阅数据资料。其缺陷也较为明显，因采用历史数据，忽视当前与历史的差别，该方法不适用于大部分自然灾害的评估。

1.6   危险度分析法

危险度分析法是定量的脆弱性评估方法，采用向量算法计算评估对象现状矢量与标准矢量之间的欧式距离，以此代表评估对象的脆弱性程度，通常认为欧式距离越大，则评估对象越脆弱[9]18。因此是一个相对的且为假设的理想状态，可能存在一定的误差。

2   不可移动文物自然灾害脆弱性评估方法选择

2.1   不可移动文物特点

不可移动文物是先民在历史、文化、艺术上的具体遗产或遗址，主要包括古建筑、石窟寺及石刻、古遗址、古墓葬、近现代重要史迹及代表性建筑5类。不可移动文物从管理视角或层级，可分为世界文化遗产、国家级、省市县级以及未定级的文物保护单位等类型[16]。古建筑以木结构和砖石结构为主，包含居住房屋、宫殿、寺庙、桥梁、塔等，单体造型居多，建造规模一般为1～2层。古遗址是古代人类活动留下的遗迹，包括为不同用途所建造的建筑群体，或范围更大的村寨、城池等的残迹，以夯土结构为主。石窟寺及石刻是古人依山势从崖壁面开凿的庙宇或题刻。近现代重要史迹及代表性建筑是近现代的学校、旧址、建筑群等优秀文化遗产。

不可移动文物具有种类繁多、结构不一、价值难以评定等特点，其露天建构，现世于千百年，历经风雨侵袭，且大多都受到过自然灾害的破坏。对于古建筑和近现代代表性建筑而言，地震灾害、暴雨洪涝灾害和大风灾害是对其有主要影响的灾害；古遗址和古墓葬多埋于地下，由此暴雨洪涝灾害对其的危害最大；石窟寺及石刻多建于崖壁，故受地震、滑坡的灾害影响比较大。

2.2   不可移动文物脆弱性影响因素

不可移动文物的脆弱性影响因素众多，主要可分为自身属性和保护状态2类[3]19。文物本体属性包含面积、高度、年代、类型、结构、价值等；保护状态指的是保护设施、监测系统、保护工程和日常的养护情况。面积是影响文物脆弱性的重要因素，不同的文物之间面积差异较大，大至一座城池，小至一间房屋。不可移动文物的面积越大，在自然灾害发生时的受灾面积便越大，脆弱性也越高。文物單体的高度也是影响脆弱性大小的因素，有些较高的文物，如塔或较高的房屋，在受到大风灾害或在暴雨洪涝的冲击下，损毁的可能性就会更大一些，在地震灾害中也更易倒塌。文物的建造年代是衡量文物脆弱性大小的一个十分重要的因素，不可移动文物建筑的年代不同，其受到环境和灾害影响的时间就不同，自石器时代至元、明、清，距今越久的文物越饱受风霜，其脆弱性也越高。不可移动文物的类型众多，各类型又可以进行细分，根据古建筑的类型可以分为砌体古建筑、构架古建筑、厅堂古建筑、殿堂古建筑、楼阁；古遗址可以分为洞穴遗址、陶瓷遗址、建筑遗址、城址、聚落遗址；而石窟寺及石刻可以分为摩崖造像与题刻、洞窟与摩崖共存、洞窟造像或壁画泥塑类洞窟。每种类型之间均存在差异，对脆弱性的影响也不同。文物结构亦是影响文物脆弱性的重要因素之一。文物的材质结构不同在面对不同类型灾害时的抗灾能力也存在差异，如：砖石结构较土结构而言，在面对暴雨洪涝灾害时更不易被损毁。文物的保护状态对脆弱性的影响很大，建设过保护设施、拥有保护工程和监测预警系统的文物，抗灾能力相对更强，且防灾减灾措施越多、越好，文物的脆弱性就会越低。

2.3   不可移动文物脆弱性方法分析

由于本文研究的是自然灾害下文物的脆弱性评估方法，因此从前人的脆弱性评估方法中总结出了3类适合灾害领域的脆弱性评估方法。自然灾害领域常用脆弱性评估方法大致分为基于历史灾情数理统计、基于指标体系、基于灾损曲线3类评估方法。

2.3.1   基于历史灾情数理统计的脆弱性评估方法

基于历史灾情数理统计的脆弱性评估方法采用历史数据统计法，其针对存在历史灾情记录区域，明确该区域主要自然灾害及不可移动文物承灾体，根据相关指标的历史数据来评估承灾体的脆弱性，利用数理统计方法，对区域脆弱性进行分析和比较[10]54。此种方法能够实现区域间直接进行比较的目的，常用于地震、洪涝等能够涉及大区域的灾害评估中；但同时对研究区的历史灾情数据要求较高，需要基于大量的数据来完成，如果数据欠缺或数据采集方式的严谨度和科学性较差，会造成结果有较大的偏差。另外，该方法选取的历史数据为承灾体面对扰动时的结果数据，只能通过结果来进行区域间的比较分析，难以对脆弱性的影响因素和形成机制进行研究。

2.3.2   基于指标体系的脆弱性评估方法

基于指标体系的自然灾害脆弱性评估方法属于脆弱性评估方法中的综合指数法，该方法是将脆弱性作为一种可以被度量的概念，包括多个维度，如敏感性、暴露性、应对能力和恢复力等，通过分析承灾体特点，选择适当的维度对其进行进一步分析，将这些维度的指标综合评估后进行合成，以综合反映承灾体的脆弱性。

指标体系操作方法简单，且其作为半量化脆弱性评估方法，适用于缺少定量数据或者数据有限情况下的评估[17]。基于指标体系的评估方法能够全面且具体地考虑影响承灾体脆弱性的因素，对承灾体的类别和形式没有特殊要求，应用广泛。但指标体系法也存在不足：一是该方法的主观性强，会影响评估结果的准确性；二是数据的可得性和代表性之间存在矛盾，有的脆弱性维度指标单一，不具有代表性，导致最终的脆弱性结果准确度不够；三是当评估对象的空间尺度较大时，所得结果较为宏观，在实际操作时可能存在结果的偏差。

2.3.3   基于灾损曲线的脆弱性评估方法

灾损曲线即脆弱性曲线，基于灾损曲线的脆弱性评估是灾害领域特有的脆弱性评估方法，在历史灾情数据不充足或指标方法不够规范化的情况下，脆弱性曲线能够提供新思路。灾损曲线主要评估灾害强度与各种承灾体受损程度的关系，用表格或者曲线表示。此方法通过个体的损伤程度推断评估整个区域、承灾体的脆弱性结果，更为精细，并且适用于灾情模拟的情景当中。

2.4   脆弱性评估方法对比分析及选择

自然灾害领域的3种主要脆弱性评估方法具有不同的目的、适用尺度和时间，其评估对象也不完全相同。3种方法的对比分析如表1所示。

目前来讲，将不可移动文物作为承灾体进行脆弱性评估的研究比较少。与其他评估对象不同的是，不可移动文物具有类型多样、结构复杂、价值难以评估等特点，对其进行脆弱性评估需要考虑的因素非常多。基于历史灾情数理统计的方法适用于尺度较大的评估对象，通常用于区域的脆弱性评估，而区域的脆弱性高低并不能精确代表不可移动文物单体的脆弱性大小。灾损曲线适用于微观尺度的评估，所研究的是灾害强度与承灾体受灾程度的关系。但若应用于不可移动文物，需要逐一对其进行评估，需要耗费大量的时间去获取和计算每个文物受损与灾害强度的关系。不仅如此，由于文物作为个体，每个文物个体之间又都存在差异，仅用曲线的方法评估文物的脆弱性并不准确。

目前，相较于其他脆弱性评估方法，综合指数法应用的领域最为广泛，也最为成熟。不可移动文物的脆弱性评估，需要考虑文物本体属性、社会属性、自然属性，根据不可移动文物的不同类型，按照文物价值的高低，将庞杂的系统不断细化后再对脆弱性因素（如暴露度、敏感性、结构脆弱性等）进行分析。除此之外，不可移动文物脆弱性评价体系的构建，最终目的是指导实践，因此，在指标选取时应当充分考虑实际情况，因地制宜，经过认真分析遗址区的实际情况，在实地调研的基础上，选择可获取性较强的数据。综合考虑这些因素，综合指数法是最适合用于不可移动文物脆弱性评估的方法，具有易理解和操作的特点，不仅有利于全面综合考虑文物、社会、自然各系统以及各要素相互之间的关系[9]15，还能兼容不同的尺度研究，可操作性强，因此在本研究中选择综合指数法评估不可移动文物的脆弱性。

3   不可移动文物脆弱性评估方法应用前景

不可移动文物脆弱性的评估在当前并没有完整通用的方法体系，本文通过分析比较提出适用于不可移动文物的灾害脆弱性评估方法，弥补了前人对这部分研究的缺失。按照本文提出的不可移动文物脆弱性评估方法，构建古遗址—洪涝省域、县域—文物保护单位3个尺度的脆弱性评指标体系，并对蒲州故城洪涝灾害脆弱性进行评估示范应用，基于蒲州故城遗址特征，结合洪涝灾害的危害特征，从文物属性、文物价值、文物类型、文物结构材料及保护管理进行脆弱性影响因素分析，构建了遗址脆弱性评估指标体系。运用层次分析法和德尔菲法相结合的方法确定评估指标权重，采用等间隔划分脆弱性等级，将遗址脆弱性指数在0～1范围内划分为5个等级，得到遗址脆弱性分级标准，最后根据遗址脆弱性评估指标体系的指标内容、指标赋值和指标权重，运用数理统计的方法进行脆弱值计算。经验证，评估结果合理可行。面向不可移动文物的脆弱性评估方法，给文物保护领域提供了新思路，应用综合指数法能够对不同的文物类型和不同的灾害类型分别处理，同时可以考虑更为全面的影响因素；获取的文物脆弱性的定量结果，无论是在文物防灾减灾方面还是文物风险管理方面都能提供数据指导，从而使文物保护工作更加具备针对性，同时可减少人员和资源的浪费。

4   结束语

不可移动文物的脆弱性评估主要应用在文物的风险管理和评估领域，在文物的風险管理中，通过脆弱性评估了解文物本体受灾害的影响大小，脆弱性高的文物在风险管理中需要加强监测和保护。在风险评估中，脆弱性为重要的一环，将文物作为承灾体进行风险评估，能够获取文物较为精确的风险大小，并对高风险文物进行预防性保护。另外，脆弱性评估在文物灾害应急处置中也十分重要，灾害来临之时，能够通过此前的脆弱性评估，精确找到并优先处理高脆弱性文物，对其进行应急保护。

作者简介：孙延忠（1977—），男，研究员，硕士，主要研究方向为岩土类文物保护。E-mail：yanzhongsun@sohu.com.

基金项目：国家重点研发计划项目“不可移动文物自然灾害风险评估与应急处置研究”（SQ2019YFC150042）

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