韌性視角下城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評估與優(yōu)化

劉 碩，王志強(qiáng)，2，王陶陶，馬婷婷

(1.青島理工大學(xué) 管理工程學(xué)院，山東 青島 266520；2.智慧城市建設(shè)管理研究中心(新型智庫)，山東 青島 266520)

0 引言

近年來，城市系統(tǒng)不斷遭受人為、自然災(zāi)害不確定性的干擾與沖擊，給經(jīng)濟(jì)與社會的發(fā)展帶來難以估量的負(fù)面影響。 而韌性城市理論強(qiáng)調(diào)城市系統(tǒng)憑借自身能力抵御災(zāi)害，并通過恰當(dāng)配置內(nèi)部資源來適應(yīng)災(zāi)害不確定性的侵?jǐn)_，儼然已成為解決城市系統(tǒng)危機(jī)的新路徑。 2016 年通過的《新城市議程》中提出，具備動態(tài)與發(fā)展特征的韌性城市理論已成為指導(dǎo)國際社會實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的基本共識[1]。 綜合應(yīng)災(zāi)能力評估作為城市災(zāi)害韌性建設(shè)和防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵一環(huán)，系統(tǒng)內(nèi)部在防災(zāi)過程中協(xié)調(diào)作用、相互促進(jìn)是衡量城市可持續(xù)發(fā)展的核心指標(biāo)。 如何提高韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力成為學(xué)者們的研究熱點(diǎn)[2]。

國內(nèi)外有關(guān)韌性城市應(yīng)災(zāi)能力評估方面已取得較豐碩的研究成果。 Bruneau 等[3]通過建立定量評估模型計算基礎(chǔ)設(shè)施韌性；Rose[4]定義與衡量了經(jīng)濟(jì)應(yīng)災(zāi)能力；Cutter 等[5]針對社區(qū)層面構(gòu)建災(zāi)害韌性評估(DROP)模型，確定社會災(zāi)害韌性評估的定量標(biāo)準(zhǔn)。 自韌性理論引入國內(nèi)，陳長坤等[6]基于韌性理論與TOPSIS 方法建模評估城市應(yīng)對雨洪災(zāi)害的能力；許兆豐等[7]選取基礎(chǔ)設(shè)施、經(jīng)濟(jì)、社會、組織韌性4 個方面，應(yīng)用云物元方法建模分析城市災(zāi)害韌性；李亞等[8]以韌性基線模型(BRIC)為主線，選取社區(qū)、環(huán)境、組織韌性等6 個方面建模評估全國288 個城市災(zāi)害韌性。

與傳統(tǒng)城市防災(zāi)獨(dú)立系統(tǒng)不同，韌性城市防災(zāi)系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)作用、互相促進(jìn)，而耦合協(xié)調(diào)理論能夠客觀反映城市系統(tǒng)內(nèi)部作用與協(xié)調(diào)程度，有效地應(yīng)對災(zāi)害、預(yù)防災(zāi)害。 截至目前，有關(guān)耦合協(xié)調(diào)理論多應(yīng)用于社會發(fā)展[9]、生態(tài)發(fā)展[10]、資源管理[11]，具有極高應(yīng)用潛力。 鑒于上述研究，本文基于系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)原理，綜合應(yīng)用耦合協(xié)調(diào)理論與熵值法，緊密結(jié)合城市災(zāi)害韌性建設(shè)特征，構(gòu)建韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力耦合協(xié)調(diào)度模型，以期定量評估城市災(zāi)害韌性綜合水平，達(dá)到防災(zāi)減災(zāi)的效果。

1 韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評估指標(biāo)體系

1.1 綜合應(yīng)災(zāi)能力評估指標(biāo)體系

綜合應(yīng)災(zāi)能力評估的主要目標(biāo)是應(yīng)用科學(xué)客觀的方法預(yù)防災(zāi)害，降低災(zāi)害帶來的損失，促進(jìn)城市災(zāi)害韌性建設(shè)。 根據(jù)這一目標(biāo)，結(jié)合對城市災(zāi)害韌性內(nèi)涵的理解以及對國內(nèi)外城市災(zāi)害韌性評價指標(biāo)的整理，借鑒Cutter[5]、劉江艷[12]以及郭小東[13]等學(xué)者的研究成果，遵循指標(biāo)體系建立的科學(xué)性、代表性、可獲得性等原則，選取基礎(chǔ)設(shè)施韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社會韌性、組織韌性、生態(tài)韌性5 個層面，15 個指標(biāo)，采用復(fù)合指標(biāo)法構(gòu)建韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評級指標(biāo)體系(表1)，具備較強(qiáng)的理論解釋力。

表1 韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評估指標(biāo)體系與權(quán)重Tab.1 Evaluation index system and weight of comprehensive disaster response capacity of resilient city

1.2 評估指標(biāo)分析

韌性城市理論中基礎(chǔ)設(shè)施韌性確保城市應(yīng)災(zāi)系統(tǒng)穩(wěn)定性；經(jīng)濟(jì)韌性強(qiáng)調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)多元化，降低災(zāi)害對經(jīng)濟(jì)的沖擊；社會韌性強(qiáng)調(diào)人員防災(zāi)應(yīng)災(zāi)過程中的互助與自救能力；組織韌性強(qiáng)調(diào)人員在防災(zāi)應(yīng)災(zāi)過程中的自主能動性；生態(tài)韌性則強(qiáng)調(diào)防災(zāi)應(yīng)災(zāi)時生態(tài)環(huán)境的適應(yīng)能力。

2 韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力耦合協(xié)調(diào)度評估模型

2.1 耦合協(xié)調(diào)度模型

2 個(或2 個以上)體系或運(yùn)動形式在相互作用下彼此影響、彼此約束的現(xiàn)象叫做耦合；2 個(或2 個以上)體系或運(yùn)動形式朝著實現(xiàn)系統(tǒng)目標(biāo)良性作用的過程叫做協(xié)調(diào)[14-15]。 在韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)系統(tǒng)中，基礎(chǔ)設(shè)施韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社會韌性、組織韌性、生態(tài)韌性5 個元素不再作為獨(dú)立系統(tǒng)發(fā)揮功能，它們之間存在著不同程度的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系。 耦合協(xié)調(diào)度模型能夠恰當(dāng)?shù)亩攘扛髯酉到y(tǒng)間耦合程度的強(qiáng)弱以及協(xié)調(diào)狀態(tài)的變化。

(1)綜合評價指數(shù)能夠客觀地反映出5 個子系統(tǒng)之間的差異，該系統(tǒng)中綜合評價指數(shù)T 的表達(dá)式如下:式中， f(x)、f(y)、f(z)、f(h)、f(r) 分別表示基礎(chǔ)設(shè)施韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社會韌性、組織韌性、生態(tài)韌性評價函數(shù)；α、β、γ、δ、θ 表示各子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)良性發(fā)展的貢獻(xiàn)值，在本文中設(shè)置為各子系統(tǒng)熵值。

5 個子系統(tǒng)的評價函數(shù)公式分別如下:

式中， wi、wj、wk、wl、wo分別表示各子系統(tǒng)中評價指標(biāo)的權(quán)重；xi、yj、zk、hl、ro分別表示各子系統(tǒng)中評價指標(biāo)經(jīng)Decimal scaling 標(biāo)準(zhǔn)化后的值。

(2)本文應(yīng)用耦合度模型來度量韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)的協(xié)調(diào)性，5 者間的耦合度C 表達(dá)式如下:

式中，C 表示韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)5 個系統(tǒng)間耦合度，取值范圍為[0，1]。 其值越大，表明系統(tǒng)內(nèi)部相互作用程度越高，當(dāng)C ＝1 時，系統(tǒng)內(nèi)部達(dá)到高度耦合狀態(tài)；反之，當(dāng)C ＝0 時，系統(tǒng)內(nèi)部之間無相互作用、無關(guān)聯(lián)。

(3)由于耦合度函數(shù)無法描述系統(tǒng)整體發(fā)展水平，常出現(xiàn)高耦合度但低發(fā)展水平現(xiàn)象。特此引入耦合協(xié)調(diào)度模型，精準(zhǔn)地描述韌性城市應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)性與發(fā)展水平，其表達(dá)式如下:

式中:D 表示韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度，其值越大，表明系統(tǒng)內(nèi)部協(xié)調(diào)作用、相互促進(jìn)，城市災(zāi)害韌性建設(shè)高水平發(fā)展。 為了進(jìn)一步對韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力作出客觀評判，參考華堅等[16]研究成果，本文對耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展等級進(jìn)行劃分(表2)。

表2 耦合協(xié)調(diào)度發(fā)展等級劃分Tab.2 Development level division of coupling coordination degree

2.2 熵值法

韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)中各評價指標(biāo)權(quán)重的確定關(guān)乎評價結(jié)果的準(zhǔn)確性、客觀性。 確定評價指標(biāo)權(quán)重的方法主要分為主觀賦權(quán)法與客觀賦權(quán)法，考慮到主觀賦權(quán)法難免摻雜個人風(fēng)險偏好，導(dǎo)致評價結(jié)果產(chǎn)生偏差，本文應(yīng)用熵值法對災(zāi)害韌性指標(biāo)進(jìn)行客觀評價。 源于熱力學(xué)的熵值法被普遍應(yīng)用到系統(tǒng)理論中，根據(jù)熵的大小判斷綜合指標(biāo)離散程度[17]。 本文應(yīng)用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重的具體步驟如下:

(1)構(gòu)建指標(biāo)值原始矩陣:有m 個年份，n 個評價指標(biāo)，則指標(biāo)原始矩陣U ＝ uij{ }m×n(0 ≤i ≤m，0 ≤j ≤n)，其中uij表示第i 個年份第j 個評價指標(biāo)的指標(biāo)值。

(2)對韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)各子系統(tǒng)中評價指標(biāo)進(jìn)行Min-Max 標(biāo)準(zhǔn)化處理得到Vij，使得指標(biāo)值處于0～1。

(3)評價指標(biāo)歸一化處理:

(4)計算評價指標(biāo)熵值:

(5)計算評價指標(biāo)權(quán)重:

3 實例應(yīng)用與優(yōu)化策略

3.1 數(shù)據(jù)來源

以某城市為研究對象，該城市常年受到自然災(zāi)害的侵襲，并且在2020 年初爆發(fā)的新型肺炎中遭受嚴(yán)重?fù)p失，所以該城市異常重視城市災(zāi)害韌性的建設(shè)。 該城市經(jīng)濟(jì)規(guī)模、人口密度等指標(biāo)均處于我國平均水平，對其進(jìn)行綜合應(yīng)災(zāi)能力耦合協(xié)調(diào)度研究具有一定的代表意義。 數(shù)據(jù)主要來源于2008—2019 年的梯度范圍內(nèi)《某城市統(tǒng)計年鑒》以及中國政府網(wǎng)、某城市人力資源網(wǎng)等，對于無法直接獲取的部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于指數(shù)平滑法計算或通過中國宏觀數(shù)據(jù)挖掘分析系統(tǒng)查詢分析得到，數(shù)據(jù)均已經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化處理(表3)。

表3 評價指標(biāo)指標(biāo)值Tab.3 Evaluation index value

3.2 評價結(jié)果與分析

3.2.1 指標(biāo)權(quán)重值分析

按照熵值法確定評價指標(biāo)權(quán)重步驟公式(9)～(11)求取該城市綜合應(yīng)災(zāi)各子系統(tǒng)中指標(biāo)權(quán)重值(表1)。 從表1 中可知，權(quán)重排序前3 的準(zhǔn)則層依次為基礎(chǔ)設(shè)施韌性、生態(tài)韌性與組織韌性；權(quán)重排序前5 的指標(biāo)中醫(yī)療救助能力A12、應(yīng)災(zāi)交通能力A13屬于基礎(chǔ)設(shè)施韌性，應(yīng)災(zāi)人員投入A43屬于組織韌性，人均綠地面積A52、工業(yè)廢氣處理率A53屬于生態(tài)韌性。 通過分析發(fā)現(xiàn)，在該城市災(zāi)害韌性建設(shè)過程中，應(yīng)繼續(xù)完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、組織與制度保障，并應(yīng)在提高經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與社會保障水平上繼續(xù)探索，尋求進(jìn)一步的突破。

3.2.2 綜合評價分析

利用綜合評價指數(shù)模型公式(1)～(6)求取基礎(chǔ)設(shè)施韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社會韌性、組織韌性、生態(tài)韌性子系統(tǒng)評價指數(shù)及綜合評價指數(shù)(見表4與圖1)。

圖1 2008—2019 年某城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)評價指數(shù)與綜合評價指數(shù)變化曲線Fig.1 Change curve of evaluation index and comprehensive evaluation index of a city's comprehensive disaster response subsystem from 2008 to 2019

表4 2008—2019 年某城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)評價指數(shù)與綜合評價指數(shù)Tab.4 Evaluation index and comprehensive evaluation index of comprehensive disaster response subsystem of a city from 2008 to 2019

由表4 與圖1 可見，基礎(chǔ)設(shè)施韌性評價指數(shù)水平相對較高，整體態(tài)勢呈現(xiàn)上升趨勢，2008—2010 年份上升態(tài)勢顯著，2011—2019 年份呈現(xiàn)出波動態(tài)勢；社會韌性評價指數(shù)水平相對較低，趨勢變化緩慢，但整體態(tài)勢仍然呈現(xiàn)出上升趨勢；經(jīng)濟(jì)韌性、組織韌性、生態(tài)韌性評價指數(shù)水平都呈現(xiàn)出良好的上升趨勢。 得益于5 個子系統(tǒng)呈現(xiàn)出的上升趨勢，該城市綜合應(yīng)災(zāi)系統(tǒng)綜合評價指數(shù)同樣呈現(xiàn)出良好的整體上升態(tài)勢，無明顯波動，從研究初期2008 年的0.054 增加到2019 年的0.107。

3.2.3 耦合協(xié)調(diào)度分析

利用耦合度模型與耦合協(xié)調(diào)度模型公式(7)～(8)對該城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度進(jìn)行測算，并按照耦合協(xié)調(diào)類型與發(fā)展等級進(jìn)行劃分(表5 與圖2)。

由表5 及圖2 可見，該城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)間耦合度處于較高水平，且一直穩(wěn)定在0.95 以上，表明該城市綜合應(yīng)災(zāi)各子系統(tǒng)間相互作用程度強(qiáng)烈，交互顯著。 然而，該城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)間耦合協(xié)調(diào)度雖一直在緩慢提高，由2008 年的0.231 增長到2019 年的0.319，但整體趨勢仍較低，勉強(qiáng)達(dá)到輕度失調(diào)水平，發(fā)展等級僅為失調(diào)發(fā)展等級。 由此可見，該城市綜合應(yīng)災(zāi)能力于2008—2019 年間雖有提高，但發(fā)展相對緩慢，仍存在一定的進(jìn)步空間。

圖2 2008—2019 年某城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)耦合度與耦合協(xié)調(diào)度變化曲線Fig.2 Coupling degree and coupling scheduling change curve of comprehensive disaster response subsystem of a city in 2008—2019

3.3 災(zāi)害韌性建設(shè)重心與優(yōu)化策略

富有災(zāi)害韌性的城市在應(yīng)對災(zāi)害不確定性侵?jǐn)_時要具備動態(tài)適應(yīng)能力，即要在基礎(chǔ)設(shè)施層面具備冗余性，在經(jīng)濟(jì)層面具備可恢復(fù)性，在社會層面具備協(xié)同性，在組織層面具備智慧性，在生態(tài)層面具備適應(yīng)性。 災(zāi)害韌性被看作為城市的一種綜合應(yīng)災(zāi)能力，韌性城市被看作為一種系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部元素應(yīng)相互作用，協(xié)調(diào)促進(jìn)。 對于如何提高韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力、促進(jìn)災(zāi)害韌性建設(shè)，仍是該領(lǐng)域研究熱點(diǎn)。

表5 2008—2019 年某城市綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)耦合協(xié)調(diào)度及發(fā)展等級劃分Tab.5 Coupling coordination degree and development level division of comprehensive disaster response subsystem of a city from 2008 to 2019

(1)城市精準(zhǔn)規(guī)劃，融入城市更新理念

城市規(guī)模的擴(kuò)張為經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了契機(jī)，同時導(dǎo)致了本就不富足的資源更加匱乏。 在大數(shù)據(jù)分析的基礎(chǔ)上，對城市區(qū)域內(nèi)的功能區(qū)、產(chǎn)業(yè)布局、基礎(chǔ)設(shè)施等進(jìn)行科學(xué)精準(zhǔn)規(guī)劃，確保災(zāi)害發(fā)生時資源的合理利用。 此外，應(yīng)當(dāng)在城市發(fā)展過程中融入城市更新理念，針對各區(qū)域的功能與特點(diǎn)制定對應(yīng)的更新規(guī)劃，確保城市基礎(chǔ)設(shè)施冗余性。

(2)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)多元化發(fā)展

目前，我國大多數(shù)城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式大有雷同，多為單一經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，未能充分顯現(xiàn)城市的特點(diǎn)。 城市經(jīng)濟(jì)應(yīng)依據(jù)城市發(fā)展規(guī)劃與實際情況，一改往日粗放型發(fā)展模式，轉(zhuǎn)向內(nèi)涵式、集約式發(fā)展，因地制宜，充分發(fā)揮地域優(yōu)勢，推動產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，從而促進(jìn)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的多元化發(fā)展，提升城市經(jīng)濟(jì)可恢復(fù)性。

(3)建構(gòu)共意，強(qiáng)化應(yīng)急處突能力

目前，尚未具備完善的應(yīng)災(zāi)法規(guī)文件，應(yīng)災(zāi)過程中，社會與組織共意驅(qū)使人們成為城市救災(zāi)的主要力量，具備高度協(xié)同性。 對城市居民進(jìn)行防災(zāi)減災(zāi)安全教育，演練教學(xué)應(yīng)災(zāi)自救互救能力，強(qiáng)化居民在面臨災(zāi)害時應(yīng)急處突能力。 此外，在災(zāi)害來臨時，建立高效、透明的城市綜合應(yīng)災(zāi)聯(lián)控數(shù)據(jù)平臺，允許居民實時掌握應(yīng)災(zāi)、受災(zāi)實情，增強(qiáng)信息溝通，避免居民產(chǎn)生恐慌。

(4)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，提升修復(fù)速率

城市管理者應(yīng)積極借鑒他國成功應(yīng)災(zāi)的案例，汲取災(zāi)害韌性建設(shè)經(jīng)驗，統(tǒng)籌生態(tài)環(huán)境與城市區(qū)域的交互、融合。 通過將河流、道路、公園、城市綠化帶有機(jī)結(jié)合，提高建成區(qū)的綠地覆蓋率；嚴(yán)格控制工業(yè)廢氣、廢料、生活污水等污染物的排放，針對區(qū)域制定對應(yīng)的環(huán)保政策，促進(jìn)生態(tài)環(huán)境建設(shè)，提升城市災(zāi)后修復(fù)速率。

4 結(jié)論

(1)為提高城市災(zāi)害韌性建設(shè)，評估城市綜合應(yīng)災(zāi)能力，構(gòu)建韌性城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評估指標(biāo)體系，選取基礎(chǔ)設(shè)施韌性、經(jīng)濟(jì)韌性、社會韌性、組織韌性、生態(tài)韌性5 個層面，15 個指標(biāo)。

(2)借助耦合協(xié)調(diào)理論與熵值法，構(gòu)建城市綜合應(yīng)災(zāi)能力耦合協(xié)調(diào)度模型，并利用構(gòu)建的模型對某城市綜合應(yīng)災(zāi)能力進(jìn)行定量評估，為城市災(zāi)害韌性建設(shè)評估提供了新思路。

(3)某城市于2008—2019 年間綜合應(yīng)災(zāi)子系統(tǒng)間的耦合度一直處于極高的穩(wěn)定水平，而耦合協(xié)調(diào)程度較低，僅為失調(diào)發(fā)展等級，針對某城市災(zāi)害韌性建設(shè)的薄弱環(huán)節(jié)，給出對應(yīng)的優(yōu)化策略。

(4)城市綜合應(yīng)災(zāi)能力評估作為災(zāi)害韌性建設(shè)的關(guān)鍵一環(huán)，涉及到多個領(lǐng)域指標(biāo)的選取，文中僅選取部分代表性指標(biāo)進(jìn)行探討，指標(biāo)的選取仍需進(jìn)一步完善。