基于AHP和空間句法的避難場所防災(zāi)效能評價研究

吳金峰,王志濤,郭小東

(北京工業(yè)大學(xué) 城建學(xué)部,北京 100124)

防災(zāi)避難場所是城市防災(zāi)設(shè)施體系的重要組成部分,用于因災(zāi)害產(chǎn)生的避難人員進行災(zāi)時避難、疏散和災(zāi)后避難生活的安全場所[1],其建設(shè)成效直接影響到城市安全。我國大多數(shù)避難場所采用“平災(zāi)結(jié)合”的建設(shè)方式,在公園、廣場、學(xué)校等設(shè)施的基礎(chǔ)上改造而來,多從避難容量、避難面積等指標(biāo)進行防災(zāi)功能布局和設(shè)施布置,缺乏考慮避難者的行為習(xí)慣和避難活動需求等因素,不僅導(dǎo)致了應(yīng)急空間使用不便、利用率低的問題,還影響了避難場所災(zāi)時功能的有效發(fā)揮。研究避難場所的防災(zāi)效能,可以科學(xué)地評價其建設(shè)質(zhì)量,針對性地解決建設(shè)現(xiàn)狀存在的問題,提高居民應(yīng)急避難效率,對于完善城市防災(zāi)減災(zāi)體系、構(gòu)建韌性城市具有重要的理論價值和實踐意義。

國內(nèi)關(guān)于避難場所的研究內(nèi)容主要針對服務(wù)效率[2]、減災(zāi)能力[3]、布局優(yōu)化[4]、適宜性[5]等方面。研究方法主要分為兩類:①基于模糊評價法、層次分析法、專家打分法等方法建立評價指標(biāo)體系對場地條件、應(yīng)災(zāi)能力、內(nèi)部設(shè)施和外部環(huán)境等要素進行評價[6-7];②借助地理信息系統(tǒng)、空間句法、計算機仿真模擬等技術(shù),采用可達性、充實度等指標(biāo)從區(qū)域和單體兩個層級對避難場所的空間布局、服務(wù)能力和應(yīng)急能力等進行評價[8-9]。當(dāng)前的研究多數(shù)針對城市層面的避難場所空間布局,可為避難場所選址提供依據(jù),但對其內(nèi)部功能布局和設(shè)施布置的量化研究較少,而且在評價指標(biāo)上對避難主體的避難行為和實際需求考慮較少。

基于此,綜合考慮災(zāi)時避難行為需求和相關(guān)規(guī)范技術(shù)要點,提出以效能目標(biāo)為導(dǎo)向的避難場所防災(zāi)效能評價方法,重點關(guān)注應(yīng)災(zāi)能力和應(yīng)災(zāi)效率,從應(yīng)災(zāi)能力有效性、設(shè)施配置系統(tǒng)性、功能布局合理性、平災(zāi)轉(zhuǎn)換可行性和應(yīng)急管理完備性5個方面建立評價指標(biāo)體系,綜合運用層次分析法和空間句法相結(jié)合的方法評價避難場所的防災(zāi)效能。

1 避難場所防災(zāi)效能分析

1.1 避難場所防災(zāi)效能內(nèi)涵

“效能”原本指事物所蘊藏的有利作用,表征了在特定目標(biāo)和預(yù)期成果下,某種事物或系統(tǒng)經(jīng)過一定工作流程之后的完成程度,或基于一定的資源反映出的能力和效益[10]。效能與效率、效益等概念相比,效能更加強調(diào)能力與目標(biāo)之間的關(guān)系,是衡量目的性結(jié)果的尺度[11]。因此,效能具有兩方面的含義:①要有明確的目標(biāo);②完成目標(biāo)的效率和能力。效能評估通過指標(biāo)評估或者綜合評估的方法,能夠?qū)δ诚到y(tǒng)現(xiàn)狀的若干能力、狀態(tài)進行分析評價,找出系統(tǒng)中存在的不足與缺陷,輔助規(guī)劃決策,以提升系統(tǒng)性能。在規(guī)劃設(shè)計領(lǐng)域,最早的效能評估始于1943年《度量城市活動:針對建議的評價管理標(biāo)準(zhǔn)之調(diào)查》一文的發(fā)表,此后,效能評估開始應(yīng)用于建筑、規(guī)劃、交通和景觀等多個領(lǐng)域[12]。近年來,隨著可持續(xù)發(fā)展概念的提出,關(guān)于“消耗最少的資源為社會提供最大化的服務(wù)”的效能研究在城市規(guī)劃領(lǐng)域逐漸增多。

防災(zāi)避難場所是指配置應(yīng)急保障基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)急輔助設(shè)施、應(yīng)急保障設(shè)備和物資,災(zāi)時起到避難疏散和安置避難人員的避難場地和避難建筑[13]。因此,防災(zāi)避難場所主要是在災(zāi)時保障避難人員的基本生活需求,避難場所防災(zāi)效能主要體現(xiàn)在兩個方面:①應(yīng)災(zāi)能力,保障避難場所的應(yīng)急基礎(chǔ)設(shè)施和應(yīng)急輔助設(shè)施災(zāi)時不遭到破壞,可滿足災(zāi)時避難人員使用;②應(yīng)災(zāi)效率,避難場所內(nèi)的防災(zāi)設(shè)施災(zāi)后能夠及時啟用和轉(zhuǎn)換,保障場所正常啟用和有序運營,同時應(yīng)急功能區(qū)的空間組織、道路空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)特征也會為避難服務(wù)帶來潛在增值效應(yīng),如減少避難者獲取服務(wù)的時間和距離等,從而提升防災(zāi)效率。因此,應(yīng)災(zāi)能力是保障避難場所滿足避難者基本的生活物資條件需求,應(yīng)災(zāi)效率是在應(yīng)急能力的基礎(chǔ)上通過應(yīng)急避難功能區(qū)的組織協(xié)作為避難人員提供更好的避難服務(wù)。

1.2 避難場所防災(zāi)效能影響因子分析

防災(zāi)避難場所作為城市重要的公共設(shè)施,其效能高低與城市政府主體在災(zāi)時為城市居民提供避難需求的能力和效率息息相關(guān)。因此,探究災(zāi)時避難需求是避難場所提質(zhì)增效的關(guān)鍵切入點。災(zāi)時避難需求主要包括4個方面:①功能布局需求,避難場所各功能區(qū)的空間特征與防災(zāi)功能需求相匹配且各功能區(qū)之間應(yīng)建立協(xié)同合作的關(guān)系;②效率需求,高效便捷地為避難人員提供避難服務(wù)是避難場所追求的目標(biāo),避難場所災(zāi)時應(yīng)與應(yīng)急指揮部門、醫(yī)院等應(yīng)急救援系統(tǒng)相互合作,建立便捷的應(yīng)急通道,且場所自身所在區(qū)域內(nèi)應(yīng)保障安全、可達,并提供滿足避難者基本生活需求的避難面積;③避難生活服務(wù)需求,對于部分需要在避難場所內(nèi)長時間生活的避難人員,則需要配置相對完善且質(zhì)量完好的住宿、醫(yī)療、物資等生活配套服務(wù)設(shè)施;④應(yīng)急管理需求,避難場所除了要提供應(yīng)急管理的空間和設(shè)施外,還需考慮平時演練和災(zāi)時組織管理,保證場所有序運作。

2 避難場所防災(zāi)效能評價

2.1 評價指標(biāo)內(nèi)涵與模型構(gòu)建

在解析效能內(nèi)涵、避難需求和防災(zāi)目標(biāo)的基礎(chǔ)上,構(gòu)建避難場所防災(zāi)效能評估指標(biāo)體系。效能是在規(guī)定條件下系統(tǒng)達到使用目標(biāo)的能力,避難場所防災(zāi)效能表征了其在應(yīng)對災(zāi)害時能否發(fā)揮應(yīng)有的避難功能,其效能測度的科學(xué)性與評價指標(biāo)選取的合理性息息相關(guān)。通過對已有研究關(guān)于避難場所評價相關(guān)指標(biāo)的梳理,將評價指標(biāo)歸納為兩類:①國內(nèi)關(guān)于防災(zāi)避難場所功能評價、建設(shè)質(zhì)量評價、綜合服務(wù)能力等相關(guān)指標(biāo)[14];②借鑒《地震防災(zāi)避難場所及配套設(shè)施設(shè)計規(guī)范》(GB21734-2008)和《防災(zāi)避難場所設(shè)計規(guī)范》(GB51143-2015)等避難場所相關(guān)建設(shè)規(guī)范[15-16],參考其對建設(shè)環(huán)境等要素的規(guī)定,如各類功能區(qū)布局條件、場地選址、防災(zāi)設(shè)施設(shè)置等要求。綜上,研究從應(yīng)災(zāi)能力有效性、設(shè)施配置系統(tǒng)性、功能布局合理性、平災(zāi)轉(zhuǎn)換可行性和應(yīng)急管理完備性5個層面選取評價指標(biāo),并給出評價指標(biāo)的具體含義,如表1所示。

表1 防災(zāi)避難場所評價指標(biāo)體系

根據(jù)層次分析法(analytic hierarchy process,AHP)解決問題的思路和具體步驟,首先將避難場所的防災(zāi)效能目標(biāo)分為應(yīng)災(zāi)能力和應(yīng)災(zāi)效率兩大基準(zhǔn)層,其次分別構(gòu)建準(zhǔn)則層、指標(biāo)層的評價因子集,最后構(gòu)建避難場所防災(zāi)效能評價的遞階層次結(jié)構(gòu)模型。

2.2 確定評價因子的評定標(biāo)準(zhǔn)

空間句法理論認(rèn)為空間組織結(jié)構(gòu)使空間具有不同的特征,空間的功能關(guān)系可以通過指數(shù)量化。因此,研究采用空間句法的相關(guān)參數(shù)評價功能布局合理性,并將評價結(jié)果結(jié)合準(zhǔn)則層的其他指標(biāo)運用層次分析法開展防災(zāi)效能評估工作。

2.2.1 基于空間句法的功能布局合理性評價

空間句法是通過拓?fù)鋽?shù)學(xué)模型對空間結(jié)構(gòu)進行量化研究,揭示空間局部或整體的通達度[17],來研究空間組織與人類社會之間關(guān)系的理論和方法。研究表明,災(zāi)時避難人員的避災(zāi)效率受到平時空間組織模式的影響,場所內(nèi)外道路的空間結(jié)構(gòu)會對避難行為產(chǎn)生影響。選用整合度、連接度和協(xié)同度等相關(guān)參數(shù)作為功能布局合理性的量化評價因子,如表2所示。在空間句法中,將參數(shù)數(shù)值按照顏色的冷暖進行可視化處理,顏色越暖,數(shù)值越高;反之,越低。研究將參數(shù)值分為較高、高、中等、低4種等級,參與效能指標(biāo)評分賦值。

表2 功能布局合理性評價指標(biāo)和內(nèi)涵[18]

2.2.2 評價指標(biāo)權(quán)重確定

層次分析法是一種對多個方案、多個指標(biāo)系統(tǒng)進行分析的層次化、結(jié)構(gòu)化決策方法,具有適用性、簡潔性、有效性和系統(tǒng)性的優(yōu)點。筆者邀請25位防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域的專家,在互不知情的情況下對各評價指標(biāo)進行打分,并將問卷調(diào)查結(jié)果導(dǎo)入yaahp軟件,構(gòu)建各準(zhǔn)則層、指標(biāo)層等層次的判斷矩陣,計算各指標(biāo)相對權(quán)重。引入1～9標(biāo)度表對評價體系中各因子之間相互重要性進行判斷,輸入yaahp軟件平臺建立判斷矩陣模型,并進行一致性檢驗,發(fā)現(xiàn)CR小于0.1,表示判斷矩陣模型符合要求且具有較高的一致性,通過歸一化處理后,得到避難場所防災(zāi)效能評價體系中各指標(biāo)權(quán)重,見表1。

2.3 效能評價指標(biāo)評分賦值

基于避難需求和效能評價內(nèi)涵,并結(jié)合國家和地方的防災(zāi)避難場所評價標(biāo)準(zhǔn),建立了效能評估體系,為體現(xiàn)防災(zāi)避難場所效能評估結(jié)果,采用表4所示指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)形成評估等級,對評價指標(biāo)進行打分。

表4 避難場所防災(zāi)效能評價指標(biāo)賦值標(biāo)準(zhǔn)

2.4 防災(zāi)避難場所效能評價結(jié)果

通過梳理相關(guān)文獻中評價等級的選取規(guī)律,結(jié)合相關(guān)專家的意見,將避難場所防災(zāi)效能評價結(jié)果分為“優(yōu)秀”“良好”“合格”“不合格”和“極差”5個等級,分別對應(yīng)[9,10]、[7,9)、[5,7)、[3,5)和[0,3)的數(shù)值區(qū)間,并將防災(zāi)避難場所效能得分與數(shù)值區(qū)間相對應(yīng),針對性地提出具體的優(yōu)化措施和改進意見,如表5所示。

表5 避難場所防災(zāi)效能評級表

3 實證分析

3.1 研究區(qū)狀況與數(shù)據(jù)來源

G區(qū)位于城市繁華地帶,人口密度大,若有災(zāi)害發(fā)生將會產(chǎn)生大量的無家可歸的避難人員,選取G區(qū)內(nèi)的WF、TY、HD、HL、HX 5處避難場所作為研究對象。5處避難場所基于“平災(zāi)結(jié)合”的理念在原有設(shè)施的基礎(chǔ)上增設(shè)防災(zāi)減災(zāi)設(shè)施而使其

形成避難空間,且均作為居民日常主要休閑、娛樂的活動場地,其建設(shè)現(xiàn)狀在指標(biāo)量化上具有一定的可比性。在選取G區(qū)內(nèi)的避難場所時,考慮相關(guān)專家的建議,避難場所選取具有一定可行性與典型性,可支撐筆者的實證研究。

空間句法的軸線模型被廣泛應(yīng)用于偏小尺度的城市設(shè)計研究中,但其缺乏對實際距離的考慮,線段模型在其基礎(chǔ)上加入了米制距離和角度模型,彌補了軸線模型空間尺度的缺陷,適用于偏大尺度的城市設(shè)計研究[19]。遵循“軸線數(shù)量最少”的原則[20],在CAD軟件平臺上將城市道路和場所內(nèi)部的道路數(shù)據(jù)進行矢量化處理,導(dǎo)入空間句法軟件Depthmap中分別生成線段模型和軸線模型進行運算,研究以WF避難場所為例,列舉避難場所功能區(qū)布局合理性評價過程,如圖1所示。選用線段模型從區(qū)域尺度量化避難場所的區(qū)域可達性,選用軸線模型分析單體避難場所的功能區(qū)布局合理性。此外,通過Bigemap地圖和實地調(diào)研獲取研究所需的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、POI興趣點等數(shù)據(jù)。

圖1 空間句法評價分析

3.2 效能評價過程

3.2.1 評價指標(biāo)的賦值計算與分析

根據(jù)專家打分和效能指標(biāo)權(quán)重計算結(jié)果,并實地考察5所避難場所進行打分,得到各避難場所評價指標(biāo)得分結(jié)果,如表6所示。

表6 避難場所效能評價打分匯總表

(1)在場所有效性評價方面,G區(qū)位于風(fēng)景保護區(qū)內(nèi),四周多為綠地和水體,且周邊建筑多為低層建筑,建筑倒塌范圍小于現(xiàn)狀道路紅線寬度與兩側(cè)建筑后退紅線距離,即使建筑發(fā)生倒塌,對場所安全性影響較低;HD和HL因遠離災(zāi)害危險源、臨近城市主干道且相鄰道路區(qū)域整合度較高、人均有效避難面積大于2 m2/人,而獲得較高分值;WF、TY和HX在1 000 m緩沖區(qū)范圍內(nèi)分布有加油站,具有潛在危險性,場所臨近的道路平均寬度介于15～20 m之間且整合度處于中等水平,人均避難面積不足2 m2/人,得分較低。

(2)在設(shè)施配置系統(tǒng)性方面,HD、TY配備了50%以上的防災(zāi)設(shè)施,設(shè)施質(zhì)量較好,并具有清晰的應(yīng)急標(biāo)識,得分較高;HX和WF設(shè)施配置低于30%,但質(zhì)量良好且有清晰的應(yīng)急標(biāo)識,得分中等;HL自身配置的設(shè)施低于30%,設(shè)施陳舊且應(yīng)急標(biāo)識不明顯而扣除部分分值,得分較低。

(3)在功能布局合理性方面,WF和HX的應(yīng)急宿住區(qū)位于場所中可達性較高的區(qū)域,具有滲透要求的應(yīng)急物資儲備區(qū)和應(yīng)急管理區(qū)位于空間連接度較高的區(qū)域,道路呈環(huán)狀且協(xié)同度值大于0.5,得分較高;HD、TY和HL的具有滲透和集聚作用的功能區(qū)位于場所整合度和連接度中等的區(qū)域,且協(xié)同度較低,得分較低。

(4)在平災(zāi)轉(zhuǎn)換可行性方面,TY避難場所在500 m可達性范圍內(nèi)分布有3處醫(yī)院和1處派出所,場所內(nèi)分布有大型體育館和體育用房且大部分空間為草坪或硬質(zhì)鋪裝,災(zāi)時易于完成平災(zāi)轉(zhuǎn)換,得分較高;WF、HD和HL避難場所在公園的基礎(chǔ)上改造而來,場所內(nèi)部分布有配套用房且場地平整、可利用面積均大于5 hm2,在500 m范圍內(nèi)均分布有醫(yī)院和消防站等設(shè)施,得分中等;HX是以廣場為基礎(chǔ)建造的防災(zāi)避難場所,在500～1 000 m范圍內(nèi)僅有1處可利用救災(zāi)資源,得分較低。

(5)在應(yīng)急管理完備性方面,通過與場所應(yīng)急管理人員溝通發(fā)現(xiàn),5處防災(zāi)避難場所均有一定的應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急演練,在指標(biāo)上差異不大,其中HF結(jié)合自身現(xiàn)狀更新應(yīng)急預(yù)案,進而提升了應(yīng)急演練的頻率,得分較高。

3.2.2 評價指標(biāo)綜合得分

將避難場所評價指標(biāo)得分乘以各自的權(quán)重,得到避難場所準(zhǔn)則層各指標(biāo)得分和綜合效能得分結(jié)果,如表7所示。5所避難場所綜合效能得分處于合格的數(shù)值區(qū)間范圍內(nèi),基本滿足災(zāi)時的避難需求。

表7 避難場所效能綜合得分

3.3 結(jié)果與分析

G區(qū)內(nèi)5所避難場所的綜合效能得分分別為6.037 9、6.346 7、6.679 0、5.776 4和5.000 4,按表5防災(zāi)避難場所效能評價表分級,都處于合格級別,能滿足基本的避難需求,但在應(yīng)對突發(fā)災(zāi)害的能力方面稍有欠缺,應(yīng)視具體情況對防災(zāi)避難場所的綜合效能進行加強。從綜合得分來看,TY和HD防災(zāi)避難場所得分比較高,其所處的空間位置在區(qū)域內(nèi)具有較高的可達性,自身設(shè)施類型相對完整且質(zhì)量較好,應(yīng)急避難功能區(qū)協(xié)作能力強,并為避難人員提供充足的避難面積滿足其基本的生活需求,在日后建設(shè)中應(yīng)協(xié)調(diào)防災(zāi)功能與空間特性的適配度,增設(shè)防災(zāi)功能標(biāo)識牌,做好防災(zāi)應(yīng)急預(yù)案和應(yīng)急演練組織工作;WF、HL和HX防災(zāi)避難場所綜合效能得分較低,其所處的空間位置區(qū)域整合度偏低且自身面積較小,在服務(wù)區(qū)范圍內(nèi)可利用的資源種類和數(shù)量較少,附屬設(shè)施質(zhì)量較差,不滿足平災(zāi)快速轉(zhuǎn)換的要求,內(nèi)部道路規(guī)劃復(fù)雜,導(dǎo)致避難人員流動相對不自由,不便于使用各項防災(zāi)設(shè)施,在今后的防災(zāi)建設(shè)工作中,應(yīng)增加相應(yīng)的應(yīng)急基礎(chǔ)設(shè)施和救災(zāi)物資儲備,疏通主要交通要道,促進各功能區(qū)之間協(xié)同合作。

4 結(jié)論

(1)系統(tǒng)地解析避難場所防災(zāi)效能內(nèi)涵、分析避難需求和歸納避難場所建設(shè)要點,構(gòu)建了避難場所防災(zāi)效能評價指標(biāo)體系,并采用層次分析法建立避難場所防災(zāi)效能評價層級模型,得到評價指標(biāo)權(quán)重,構(gòu)建完善的避難場所防災(zāi)效能評價理論體系。

(2)基于ArcGIS和空間句法等技術(shù)對研究區(qū)內(nèi)的防災(zāi)避難場所建設(shè)現(xiàn)狀進行量化分析,發(fā)現(xiàn)位于場所有效性較高的區(qū)域、設(shè)施配置完善、功能協(xié)同性強、資源利用便利的避難場所,綜合服務(wù)效能得分較高。在今后的避難場所建設(shè)實踐中,應(yīng)采用差異化原則針對性地提高場所防災(zāi)效能,重點關(guān)注權(quán)重值較大和評價得分較低的指標(biāo)。

(3)研究僅從防災(zāi)效能角度探討避難場所物質(zhì)空間建設(shè)的問題,而對避難場所的建設(shè)管理、周邊環(huán)境等其他非物質(zhì)空間影響因素的研究不夠深入,在日后研究中應(yīng)充分考慮空間因素與非物資空間因素之間的相互作用,提高避難場所建設(shè)的科學(xué)性。