面向价值保护的不可移动文物自然灾害应急路径规划算法模型研究

摘要：自然灾害中我国不可移动文物面临的安全形势极为严峻。在区域突发性自然灾害到来时，合理的应急规划和路径选择，是有效减少不可移动文物价值损失的必要手段。本文从灾害危害性、文物重要性和文物脆弱性三个维度进行研究，采用层次分析法构建面向价值保护的不可移动文物自然灾害应急路径规划算法模型。该方法的研究是基于1976年唐山大地震、2021年河南特大暴雨等自然灾害中不可移动文物损失情况调查和分析完成的，可通过历史灾害数据验证其科学性。该方法尝试填补我国不可移动文物应急管理工作理论研究的空白，为文物机构开展不可移动文物自然灾害应急管理工作提供技术支撑。

关键词：文物价值；不可移动文物；自然灾害；应急路径；算法模型

自然灾害具有突发性、区域性的特点，所以对不可移动文物的破坏也具有区域性。如1976年唐山里氏7.8级地震，从渤海湾到内蒙古、宁夏， 从黑龙江以南到长江以北地区均有震感。据调查当时京津冀地区共有75处文物保护单位受到不同程度破坏，其中包括北京市的北海白塔、妙应寺白塔、真觉寺金刚宝座塔、天宁寺塔、北京孔庙、颐和园、鼓楼、十三陵、八达岭长城等多处全国重点文物保护单位[1]；2008年汶川里氏8.0级地震， 波及大半个中国以及亚洲多个国家和地区，国内169处全国重点文物保护单位、250处省级文物保护单位受到不同程度损害；2020年汛期，江南、华南、西南多地发生暴雨导致的洪涝灾害，也是2000年以来汛期文物受损最为严重的一年，其中江西160处、安徽144处、湖南62处、四川41处、广西35处、湖北31处文物保护单位遭受不同程度损坏，以长江流域省份文物受损情况最为严重。受损文物中，古桥梁被冲毁、古城墙坍塌和文物建筑垮塌情况较为严重①。因此，在加强文物日常维护工作之外，当区域突发性自然灾害到来时，合理的应急规划和路径选择，也是有效减少文物价值损失的必要手段。

区域突发性自然灾害到来时，由于各级文物管理部门不可能同时对所辖区域内的所有文物投入同等级别的应急力量（人员、技术、物资等），那么孰先孰后就面临决策，需要制定应急救援计划， 以确定应急救援对象的顺序和应急力量分配，这便是应急路径规划的意义所在。

一、国内应急路径研究现状

（一）关于救援路径的研究

程国萍等针对地震应急救援的特点，引入不确定理论，在地震灾害的背景下，研究了震后动态网络环境下的应急救援路径选择问题[2]；段满珍等通过定义路网疏散连通度和安全行驶路线，针对不

确定信息条件下救援疏散和路径选择问题，以及不确定通行能力的约束条件，确立了以公交疏散问题为基础的应急救援车辆路径选择模型[3]；慕安冬等开展了震后应急期最优路径评估方法研究[4]。

（二）关于应急救援物资的配送路径研究

刘长石等从系统集成优化的角度，综合考虑救灾点所在地理位置和地形导致的应急车辆行驶时间的随机性、救灾点应急物资需求量的不确定性与应急物资配送的时间紧迫性，以应急物资总运达时间最短与总配送成本最小为目标，构建了基于机会约束规划的多目标模糊LRP优化模型[5]；蒋杰辉等针对多目标应急物资配送中车辆路径优化问题，提出了基于改进智能水滴算法的多目标应急物资路径优化方案[6]；李卓等考虑需求点和运输商的不同利益诉求，以系统满意度最大、系统配送时间和总成本最小为优化目标，建立了带软时间窗的多目标混合车辆路径优化模型[7]。

（三）关于应急疏散顺序和路径研究

董皓南等利用层次分析法和熵权法的组合赋权法建立了综合考虑人数、火灾情况和火灾隐患的赋权模型[8]。

除以上三方面，还有一些针对特定灾种应急管理路径和综合应急管理路径及策略的研究。如李红艳根据水灾发生、发展特点所开展的非政府组织参与突发水灾害事件应急管理路径分析[9]；李瑞昌的技术赋能城市综合应急管理路径研究[10]。但对于文物自然灾害应急规划路径研究目前仍是空白。

二、不可移动文物应急路径规划算法模型构建的思路

对于不可移动文物自然灾害应急路径规划模型，可从灾害危害性、文物重要性和文物脆弱性三个维度进行研究（图1）。研究总体思路是首先考虑灾害危险性指标，该指标可根据相应的应急响应等级，由高至低赋值以确定优先应急区域；其次在同等应急区域内首先考虑文物重要性指标，文物重要性指标可根据文物保护级别由高至低赋值以确定优先应急对象；在同等应急级别的文物中再通过文物脆弱性指标最终确定文物应急路径和顺序，文物的脆弱性指标可根据文物类型、结构、文物本体保存情况和保存环境通过加权赋值计算获得，该层次结构如图1。具体算法如下：

Iem =Ih ×Ii ×Iv

Iem 为应急指数；Ih 为灾害危害性指标；Ii 为文物重要性指标；Iv 为文物脆弱性指标。

三、灾害危害性指标、文物重要性指标和文物脆弱性指标的确定

如前所述，灾害危害性指标可根据相应的应急响应级别由高至低赋值，具体赋值见表1。根据不可移动文物特点和灾害类型，从灾害强度和文物的易損性两个维度可确定各类灾害的应急响应等级，水文气象灾害、地震灾害及地质灾害的文物应急响应等级，笔者在《不可移动文物自然灾害风险管理体系研究》一文中已有详细论述[11]。文物重要性指标可根据相应的文物保护级别由高至低赋值，具体赋值见表2。

根据灾害类型首先应考虑文物的类型指标， 因为不同类型的文物在抵抗同类型灾害所表现的能力有明显的差异性，气象水文灾害、地震灾害、地质灾害的文物类型指标可参照表3、4、5。

其次同类型文物应考虑文物的结构类型指标，因为同类型文物不同的结构在抵抗同类型灾害所表现的能力也有明显差异性，如石结构古建筑与木结构古建筑相比，抵抗地震灾害的能力要差许多，而不同类型的洞窟抵抗地震灾害的能力也不尽相同。因此应针对不同灾害的破坏机理，根据不同结构予以赋值。

最后再根据不同结构文物本体保存情况（结构损伤、材料劣化）和保存环境通过加权赋值计算

获得文物保存现状指标。该层次结构如图2，具体算法如下：

Iv =It ×Is ×（M.ΣWi.Di+N.ΣWj.Pj）

公式中Iv 为文物脆弱性指标；It 为文物类型指标（赋值设计在0～1之间）；Is 为文物结构指标（赋值设计在0～1之间）；Wi为文物本体保存情况及保存环境情况评估单元下各影响因子的权重值；Di为本体保存情况评估单元下各影响因子的赋值（赋值设计在0～1之间）；Pj为保存环境评估单元下各影响因子的赋值（赋值设计在0～1之间），ΣWi和ΣWj均设计为1；M为文物本体保存情况评估单元的权重值，N为文物本保存环境情况评估单元的权重值，M+N设计为1。

因此，依据以上算法，应急指数Iem 将介于0～1之间，越接近1，则应急需求越高，这样我们就可以根据应急指数高低规划应急路径和顺序。

四、算法模型的特点及讨论

（一）算法模型的两个特点

1.灾害危险性的优先级

以上的算法模型首先是基于灾害危险性优先考虑而构建的。这一特点在应急路径规划上将具体表现在两个方面。

一是应急路径将依据灾害路径规划。如2021 年河南特大暴雨（7月16—20日），河南全省出现明显的降水过程，强降水主要集中在西部、北部和中部地区，郑州、焦作、新乡、洛阳、南阳、平顶山、济源、安阳、鹤壁、许昌地区出现特大暴雨， 产生洪涝灾害。其发展过程就总体表现出由北向南、由东向西的路径态势（见表6、图3）。在河南省文物局7月23日上报的《关于河南省文物受灾情况的报告》中，初步统计有256处文博单位不同程度遭受暴雨灾害的影响。中国文化遗产研究院在在此基础上，经现场调查核实确认本次受灾文物共计563处，涉及15市101县（区），其中全国重点文物保护单位90处，约占受灾文物16%；省级文物保护单位109处，约占19%；市县级文物保护单位215处，约占38%；未定级不可移动文物131 处，约占23%；博物馆19座，约占4％。在所有受灾文物中，文物建筑类共计470处，古遗址古墓葬类60处，石窟寺及石刻类14处。其中包括部分考古发掘工地等。对比分析表明，灾害强度与文物受损程度相关性极高（图3、4）。因此，对于具有明确路径特点的灾害，可依据灾害路径及相关预警机制进行应急路径规划，如台风、洪涝等气象水文灾害。

二是应急路径将依据灾害破坏程度进行规划。以1976年唐山大地震为例，京津冀三地75处受损文物保护单位分处于Ⅵ—Ⅺ各烈度区，调查表明，烈度越高，文物破坏越严重，这也是地震中地面建筑破坏的基本特点和烈度划分的主要依据。因此，这一规划算法符合灾害自身规律及对文物的破坏特点。

2.文物价值的优先考虑

由于区域性自然灾害到来时，省、县文物主管部门不可能同时对所辖区域内的所有文物投入同等级别的应急力量，孰先孰后就必然面临一个决策，一般在同等灾害强度区域内可从两个方面进行比较决策：一个是文物的价值，一个是文物的保存情况。保护级别是价值的综合体现，文物的脆弱性是文物保存现状的体现。由于文物保护的目标是价值的保护，所以以上的算法模型将文物重要性前置于文物脆弱性，是基于文物价值保护的需求和行业特点而构建的。这一特点在应急路径规划时表现为文物价值的优先考虑。所以该算法模型是一个面向价值保护的应急路径的规划算法模型。同时以上的算法模型通过文物本体重要性和保存情况两方面评估和考虑，对文物脆弱性也给与了足够考虑。

（二）讨论

2021河南特大暴雨灾后文物损失调查发现， 灾中文物保护级别越低，破坏越严重。这似乎与本文提出价值优先的应急路径规划理念有所矛盾。但本次文物的具体破坏现象（如屋面的瓦件破坏、漏雨，院落的积水）显示，许多问题是长期缺乏日常维护管理导致的，即使不发生特大灾害，这些问题也会产生。基于世界遗产自然灾害风险管理理念， 不可移动文物自然灾害风险管理应包括灾前预防、灾中应急抢险、灾后修缮三项重要内容。其中灾前预防是风险管理的首要任务，在风险评估和风险监测系统的支撑下，具有预见性和前瞻性。所以没有完善的预防系统就不可能实现有效的应急处置。而应急工作是灾害发生时启动的一种管理手段，它具有紧迫性和临时性特点。相对而言，预防系统所有工作必须在灾害到来之前在足够时间条件下完成， 具有常态和长久性的特点，这与应急管理系统灾前的备灾工作有本质区别。由于不可移动文物的不可移动性和暴露性，其日常维护等预防性保护措施在自然灾害风险管理中就显得尤为重要，所以必须清楚，面向价值保护的不可移动文物应急路径的规划只是面临自然灾害时有效减少文物价值损失而采取的一种临时性的技术路线和技术措施。要实现不可移动文物，尤其是低级别不可移动文物的长治久安，提高其抵抗灾害的能力，必须依靠常态化的文物日常维护、定期检修制度和科学的修缮工作，以降低不可移动文物的脆弱性，提高其韧性。

五、结语

基于我国自然灾害中不可移动文物面临的严峻形势及应急管理需求，本文从灾害危害性、文物重要性和文物脆弱性三个维度进行了研究。提出了基于熵权法的面向价值保护的不可移动文物自然灾害应急路径规划算法模型。该模型体现了文物价值保护的需求和行业特点，为不可移动文物自然灾害应急管理工作进行了有益的理论探索，可为省、市县级文物管理机构自然灾害应急管理工作提供参考。同时，本文还阐述了风险预防与应急处置的关系，指出了风险预防的重要性，为低级别不可移动文物自然灾害风险管理工作提出了建议。

[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”（2019YFC1520800）资助]

参考文献：

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[2] 程国萍，陈德旭，关贤军.不确定环境下的地震应急救援路径优化研究[J].价值工程，2015（17）：175―178.

[3] 段满珍，陈光，董博，等.不确定信息下应急救援路径选择模型[J]. 交通运输系统工程与信息，2017（4）：173―181.

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[5] 刘长石，彭怡，寇刚.震后应急物资配送的模糊定位—路径问题研究[J].中国管理科学，2016（5）：112―118.

[6] 蒋杰辉，马良.多目標应急物资路径优化及其改进智能水滴算法[J]. 计算机应用研究，2016（12）：602―605.

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[9] 李红艳.非政府组织参与突发水灾害事件应急管理的路径分析[J].工业安全与环保，2017（8）：47―49.

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[11] 李宏松.不可移动文物自然灾害风险管理体系研究[J].自然与文化遗产研究，2022（2）：50―59.

[12] 中国文化遗产研究院.河南特大暴雨灾害不可移动文物受灾情况调查评估报告[R].2019.

（责任编辑：孙秀丽）