城市尺度下醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估策略

郭小東 郭桂君 王志濤

引言

城市醫(yī)療系統(tǒng)是災(zāi)時(shí)醫(yī)療救援的應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)，是城市防災(zāi)韌性的重要要素。但地震等災(zāi)害也很容易對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)造成大的沖擊，使得醫(yī)療機(jī)構(gòu)不能正常發(fā)揮醫(yī)療救治功能，甚至影響整個(gè)城市的震后救援。例如1994)北嶺（Northridge）地震使得11家醫(yī)院遭到破壞；1995)阪神地震中兵庫(kù)縣4所醫(yī)院、101家診所全部損毀；2003)的伊朗巴姆（Bam）地震摧毀了幾乎所有受影響地區(qū)的醫(yī)療設(shè)施；2005)克什米爾地震導(dǎo)致受影響地區(qū)68%的醫(yī)療設(shè)施關(guān)閉；2008)汶川地震中醫(yī)院建筑大面積倒塌，在災(zāi)情最嚴(yán)重的四川、甘肅、陜西三省51個(gè)縣（市、區(qū)）中，僅損毀的醫(yī)療機(jī)構(gòu)就多達(dá)11028所；2010)海地地震摧毀或嚴(yán)重?fù)p壞了全國(guó)22%的醫(yī)院。

作為城市防災(zāi)韌性的重要要素、救援活動(dòng)主要載體的城市醫(yī)療系統(tǒng)，因其本身具有網(wǎng)絡(luò)性、復(fù)雜性、耦聯(lián)性等基本特征，傳統(tǒng)韌性評(píng)估方法難以客觀評(píng)價(jià)其抗震韌性能力，仍需要展開(kāi)大量的理論與實(shí)踐研究。準(zhǔn)確評(píng)估城市醫(yī)療系統(tǒng)的抗震韌性，保證其在遭遇地震時(shí)能有效地組織和運(yùn)行，加快震后醫(yī)療系統(tǒng)功能恢復(fù)建設(shè)，對(duì)最大限度保障人民的生命安全、保障城市安全平穩(wěn)發(fā)展具有重要意義。

評(píng)估導(dǎo)向

（一）適應(yīng)多水準(zhǔn)地震影響場(chǎng)景設(shè)定

地震具有極大的不確定性，災(zāi)害發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、頻率無(wú)法預(yù)知，對(duì)城市造成的影響也難以估計(jì)。在不同強(qiáng)度地震作用下，城市醫(yī)療系統(tǒng)往往表現(xiàn)出不同的抗震韌性。例如在遭受小震后，醫(yī)療系統(tǒng)依靠自身的結(jié)構(gòu)健壯性，就能夠保持正常運(yùn)營(yíng)；在遭受中震后，由于結(jié)構(gòu)構(gòu)件、非結(jié)構(gòu)構(gòu)件、關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施抗震性能的差異性，醫(yī)療設(shè)施可能產(chǎn)生一定程度的破壞，但整個(gè)城市醫(yī)療系統(tǒng)通過(guò)采取靈活的修復(fù)和適應(yīng)性對(duì)策，可以迅速實(shí)現(xiàn)醫(yī)療功能的恢復(fù)；在遭受大震后，大部分醫(yī)療設(shè)施可能受到破壞，通過(guò)應(yīng)急搶修、方艙醫(yī)院的設(shè)立、公共建筑的平災(zāi)轉(zhuǎn)換等多樣化的手段，也可以實(shí)現(xiàn)震后應(yīng)急醫(yī)療救護(hù)供給與需求兩端的平衡（圖1）。因此，醫(yī)療系統(tǒng)的韌性評(píng)估需要考慮不同水準(zhǔn)地震作用下的災(zāi)害影響場(chǎng)景設(shè)定，制定多準(zhǔn)則的梯度韌性目標(biāo)，采取差異化的韌性能力提升措施，以便在災(zāi)時(shí)開(kāi)展及時(shí)有效的醫(yī)療救治行動(dòng)。

圖1 不同水準(zhǔn)地震作用下醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性特征

（二）統(tǒng)籌工程韌性與空間韌性

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究大多集中于單體醫(yī)療建筑或單個(gè)醫(yī)院系統(tǒng)，通常將醫(yī)院按照功能劃分為多個(gè)子系統(tǒng)并考慮其災(zāi)害組合影響，或?qū)⑨t(yī)院視為一個(gè)集成系統(tǒng)，并考慮醫(yī)療系統(tǒng)與生命線系統(tǒng)的關(guān)聯(lián)性。然而，既有研究對(duì)城市尺度下醫(yī)療系統(tǒng)的韌性研究較少，基本未考慮醫(yī)療系統(tǒng)與道路交通系統(tǒng)組成空間網(wǎng)絡(luò)的耦合關(guān)聯(lián)。實(shí)際上，即使部分醫(yī)院在震后其功能延續(xù)性得到保障，受應(yīng)急醫(yī)療資源在城市空間分布的不均衡性影響，仍然存在著部分受傷人員無(wú)法得到醫(yī)療救護(hù)，或因救援時(shí)間過(guò)長(zhǎng)而錯(cuò)過(guò)了最佳救護(hù)時(shí)間等問(wèn)題。因此，需要跳出評(píng)估醫(yī)療建筑單體或單一子系統(tǒng)的桎梏，從城市空間尺度實(shí)現(xiàn)醫(yī)療系統(tǒng)的韌性評(píng)估，并引入復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，利用城市復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)模型加以描述和計(jì)算。以統(tǒng)籌工程韌性和空間韌性為導(dǎo)向，考慮醫(yī)院自身工程結(jié)構(gòu)韌性的同時(shí)，將城市醫(yī)療系統(tǒng)看作一個(gè)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)，將醫(yī)院和受災(zāi)點(diǎn)視為節(jié)點(diǎn)，通過(guò)道路網(wǎng)絡(luò)連接和要素流（傷員運(yùn)送）體現(xiàn)系統(tǒng)的自組織（圖2），在災(zāi)后應(yīng)急醫(yī)療服務(wù)運(yùn)行規(guī)律的基礎(chǔ)上進(jìn)行仿真評(píng)估，是城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估的趨勢(shì)。

圖2 城市醫(yī)療系統(tǒng)拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)示意圖

（三）以災(zāi)害全周期為視角

醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性與災(zāi)前、災(zāi)時(shí)、災(zāi)后的城市感知能力、應(yīng)對(duì)能力和組織動(dòng)員能力等密切相關(guān)?，F(xiàn)階段研究偏向單一災(zāi)害環(huán)節(jié)，多集中于災(zāi)時(shí)的地震損失評(píng)估。針對(duì)災(zāi)后功能恢復(fù)的研究則大多圍繞建筑和生命線系統(tǒng)等單一工程系統(tǒng)層面，將概率函數(shù)、易損性與韌性特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)，利用震害模擬給出恢復(fù)時(shí)間的期望值。這類(lèi)方法建立的指標(biāo)多為靜態(tài)指標(biāo)，不能反映系統(tǒng)地震破壞和恢復(fù)的動(dòng)態(tài)過(guò)程。而從時(shí)間維度考察系統(tǒng)災(zāi)后的恢復(fù)過(guò)程，是系統(tǒng)韌性的根本特征。因此，應(yīng)以關(guān)注災(zāi)害全周期為導(dǎo)向，建立能反映災(zāi)前、災(zāi)時(shí)、災(zāi)后城市醫(yī)療系統(tǒng)功能變化的模型，反映應(yīng)急救援服務(wù)功能隨時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性的動(dòng)態(tài)評(píng)估。

韌性定義與目標(biāo)

城市醫(yī)療系統(tǒng)評(píng)估的重點(diǎn)是準(zhǔn)確定義城市醫(yī)療系統(tǒng)的應(yīng)急服務(wù)功能，并對(duì)醫(yī)療系統(tǒng)功能進(jìn)行科學(xué)、有效的量化，分析功能隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的趨勢(shì)。同時(shí)，明確所要達(dá)到的多層次抗震韌性目標(biāo)，評(píng)價(jià)城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性能力和韌性目標(biāo)之間是否存在缺口。

（一）城市醫(yī)療系統(tǒng)地震韌性參數(shù)定義

地震韌性是指系統(tǒng)在災(zāi)時(shí)減輕災(zāi)害沖擊、吸收災(zāi)害影響并在災(zāi)后迅速恢復(fù)的能力。系統(tǒng)抗震韌性可以通過(guò)提升系統(tǒng)應(yīng)對(duì)地震災(zāi)害的能力來(lái)實(shí)現(xiàn)，即醫(yī)療系統(tǒng)面對(duì)災(zāi)害時(shí)所呈現(xiàn)的狀態(tài)可以通過(guò)系統(tǒng)功能曲線的變化進(jìn)行描述，如圖3所示。

圖3 抗震韌性概念示意圖

其中，t0表示地震發(fā)生時(shí)刻，Q（t）為t時(shí)刻城市醫(yī)療系統(tǒng)功能。地震發(fā)生后對(duì)系統(tǒng)造成破壞，Q（t）減小；隨著震后快速響應(yīng)以及有效應(yīng)對(duì)措施的采取，系統(tǒng)功能逐漸恢復(fù)，Q（t）逐漸增加；t1表示系統(tǒng)100%恢復(fù)至初始狀態(tài)。城市醫(yī)療系統(tǒng)韌性R通過(guò)系統(tǒng)功能隨時(shí)間的變化函數(shù)積分來(lái)表示：

為量化城市醫(yī)療系統(tǒng)的韌性，首先需要定義圖3中縱軸所示的功能量度。城市醫(yī)療系統(tǒng)的功能在正常狀態(tài)下，主要表現(xiàn)為為居民提供便捷可達(dá)、高質(zhì)量的健康服務(wù)等社會(huì)屬性；地震發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生諸多影響醫(yī)療系統(tǒng)功能變化的不確定性因素，包括對(duì)醫(yī)療建筑單體和空間的沖擊和擾動(dòng)，其功能表現(xiàn)更強(qiáng)調(diào)自身的工程屬性，即系統(tǒng)本體的抗震能力，對(duì)外服務(wù)功能重點(diǎn)也由高質(zhì)量的醫(yī)療服務(wù)轉(zhuǎn)向及時(shí)有效的快速救援。由于城市醫(yī)療系統(tǒng)具有網(wǎng)絡(luò)性、復(fù)雜性、耦聯(lián)性等特征，能夠表征其全部功能的指標(biāo)過(guò)于復(fù)雜，更適宜采用既反映社會(huì)屬性又涵蓋工程屬性的指標(biāo)。同時(shí)，在城市尺度的拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)下，醫(yī)療服務(wù)在空間運(yùn)行方面的重要性也需要凸顯，即系統(tǒng)的功能不僅要考慮節(jié)點(diǎn)的功能，更與各節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)系方式密切相關(guān)，故選擇地震期間醫(yī)療系統(tǒng)救援傷者的能力來(lái)量化表征城市醫(yī)療系統(tǒng)功能，如下式：

式中，t為地震發(fā)生后的某一時(shí)刻；Q（t）為t時(shí)刻城市醫(yī)療系統(tǒng)功能；Ns（t）為t時(shí)刻城市醫(yī)療系統(tǒng)能夠救治的受傷人員；NP為城市震后需要被救治的所有受傷人員。

采用震后醫(yī)院能夠救治的傷員人數(shù)來(lái)量化城市醫(yī)療系統(tǒng)功能，優(yōu)勢(shì)在于最大限度地排除與城市資源流動(dòng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展相掛鉤且無(wú)法量化的干擾因素，將研究集中于致災(zāi)因子與承災(zāi)體本身，以便于評(píng)估策略實(shí)施后地震韌性的變化情況，即特定干預(yù)是否有效且顯著地降低了醫(yī)療系統(tǒng)的功能損失并提升其恢復(fù)能力。

（二）設(shè)定城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性目標(biāo)

韌性評(píng)估前，要確定評(píng)估對(duì)象在震后應(yīng)該達(dá)到何種狀態(tài)，也就是確定韌性目標(biāo)。美國(guó)《社區(qū)建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施韌性規(guī)劃指南》中認(rèn)為韌性目標(biāo)應(yīng)該包括兩個(gè)方面：一是系統(tǒng)在某個(gè)特定災(zāi)害下的風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)；二是系統(tǒng)在災(zāi)后功能恢復(fù)的比例和時(shí)間。因此將城市醫(yī)療系統(tǒng)的抗震韌性目標(biāo)定義為：在不同的地震作用下，城市醫(yī)療系統(tǒng)的功能受損期望程度及恢復(fù)到期望水平的時(shí)間。該目標(biāo)有兩層含義：一是系統(tǒng)在震后功能可用并且保證一定的救援能力；二是系統(tǒng)在震后給定恢復(fù)期內(nèi)能夠達(dá)到的期望水平。表1給出了國(guó)內(nèi)外韌性城市評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中醫(yī)療系統(tǒng)的抗震韌性目標(biāo)。

表1 醫(yī)療系統(tǒng)相關(guān)韌性目標(biāo)

評(píng)估方法

城市醫(yī)療系統(tǒng)功能量化表現(xiàn)為具備應(yīng)急救援能力的醫(yī)療機(jī)構(gòu)在震后給定時(shí)間內(nèi)的醫(yī)療資源供給能力和通過(guò)道路網(wǎng)絡(luò)能夠覆蓋救治的傷員數(shù)量，主要由震后醫(yī)療資源需求量、醫(yī)院的醫(yī)療資源供給能力以及城市道路網(wǎng)絡(luò)的通行能力決定。地震發(fā)生后，醫(yī)院工程結(jié)構(gòu)損壞導(dǎo)致的救護(hù)資源不足和道路損毀、阻塞導(dǎo)致的通行能力下降，都會(huì)影響城市醫(yī)療系統(tǒng)功能。鑒于此，應(yīng)從城市尺度將震后醫(yī)療資源供給能力與道路通行能力相結(jié)合，綜合分析以估算城市醫(yī)療系統(tǒng)的功能變化，評(píng)估流程如圖4所示。

（一）基于震后醫(yī)療資源供需分析的功能評(píng)估重點(diǎn)

1.震后醫(yī)療資源需求分析

震后受災(zāi)地區(qū)人員傷亡程度決定醫(yī)療資源的需求，通過(guò)將受傷人數(shù)轉(zhuǎn)化為醫(yī)療資源的需求量，精準(zhǔn)評(píng)估醫(yī)療系統(tǒng)受到地震擾動(dòng)后是否滿足救護(hù)能力。除地震動(dòng)強(qiáng)度外，結(jié)構(gòu)抗震性能和地震發(fā)生的時(shí)間也是影響人員傷亡的重要因素。通常，可依據(jù)建成)代、層數(shù)和結(jié)構(gòu)類(lèi)型等將建筑物劃分為不同的易損性類(lèi)型，通過(guò)建立標(biāo)準(zhǔn)震害矩陣評(píng)估其損壞程度。然后，根據(jù)不同功能建筑的人員密度，考慮不同時(shí)間段室內(nèi)外人數(shù)的周期性變化，結(jié)合不同破壞狀態(tài)的傷亡比例來(lái)估算人員傷亡程度。最后，通過(guò)人員傷亡數(shù)量和重傷、輕傷者的床位周轉(zhuǎn)率（床位在一定時(shí)間內(nèi)周轉(zhuǎn)的次數(shù)）估算醫(yī)療資源需求。

2.震后醫(yī)療資源供給能力分析

醫(yī)療資源的供給能力由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)支撐，并借助各類(lèi)非結(jié)構(gòu)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。研究表明，醫(yī)院救災(zāi)服務(wù)中斷的主要原因是建筑結(jié)構(gòu)破壞和電力、供水、供氣等基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)受損。由于醫(yī)院內(nèi)部系統(tǒng)構(gòu)成復(fù)雜，地震發(fā)生后，各子系統(tǒng)耦聯(lián)作用更加強(qiáng)烈，故需要同時(shí)考慮結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和非結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的損傷程度，根據(jù)其重要性賦予權(quán)重，以判斷多個(gè)子系統(tǒng)的耦合情景。通過(guò)震后各子系統(tǒng)的損傷指數(shù)以及恢復(fù)期內(nèi)各子系統(tǒng)的恢復(fù)指數(shù)，構(gòu)建醫(yī)療資源供給模型，以此動(dòng)態(tài)評(píng)估震后醫(yī)療資源的供給能力。

3.城市尺度下道路系統(tǒng)破壞的功能影響

城市醫(yī)療系統(tǒng)的救災(zāi)功能一部分依托于道路交通系統(tǒng)的通行能力。歷史震害經(jīng)驗(yàn)表明，影響道路通行能力的因素主要包括道路本體震害、橋梁毀壞和沿街建筑破壞產(chǎn)生的瓦礫堆積。分析不同強(qiáng)度地震作用下橋梁和道路本體震害情況，并結(jié)合道路兩側(cè)建筑物倒塌的影響，綜合評(píng)估震后道路通行能力（圖5）。

圖5 震后道路阻塞示意圖

道路交通網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)是開(kāi)展災(zāi)后醫(yī)療救援和提升醫(yī)療系統(tǒng)整體恢復(fù)能力的重要因素。道路破壞程度較輕時(shí)，道路網(wǎng)絡(luò)無(wú)大面積癱瘓，在搶修資源允許時(shí)可同時(shí)進(jìn)行修復(fù)；道路破壞程度較高時(shí)，應(yīng)考慮在搶修設(shè)備、人員有限情況下的最佳修復(fù)次序，最大化提升受災(zāi)點(diǎn)的可達(dá)性。此外，醫(yī)療救護(hù)車(chē)輛最佳行車(chē)路徑的不斷變化，也同樣影響著醫(yī)療系統(tǒng)的功能變化。

（二）系統(tǒng)功能曲線構(gòu)建

基于上述方法，構(gòu)建城市各應(yīng)急醫(yī)療機(jī)構(gòu)震后結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及供水、電力和供氣等設(shè)施系統(tǒng)的功能曲線，并按其重要程度加權(quán)擬合，得到城市醫(yī)療系統(tǒng)震后醫(yī)療資源供給變化曲線。震后醫(yī)療系統(tǒng)的功能恢復(fù)曲線可以歸納為直線型、三角函數(shù)型、指數(shù)型三種模型，分別適用于不同場(chǎng)景（圖6）?？紤]到我國(guó)震后恢復(fù)過(guò)程以政府參與為主，災(zāi)后應(yīng)急搶險(xiǎn)救援力量突出，同時(shí)外部資源大量流入，醫(yī)療救援功能在震后初期恢復(fù)迅速，因此以指數(shù)函數(shù)為基礎(chǔ)擬合結(jié)構(gòu)和關(guān)聯(lián)設(shè)施系統(tǒng)的恢復(fù)曲線更符合我國(guó)實(shí)際國(guó)情。

圖6 簡(jiǎn)化恢復(fù)函數(shù)

上述模型僅考慮醫(yī)療系統(tǒng)的工程韌性，代表醫(yī)療系統(tǒng)能夠提供的全部醫(yī)療資源存有量，受路網(wǎng)和道路兩側(cè)建筑物破壞的影響，震后醫(yī)院的救援覆蓋范圍會(huì)大大降低，一些受災(zāi)點(diǎn)無(wú)法得到救助，因此實(shí)際能夠救治的傷員人數(shù)也會(huì)下降。為精準(zhǔn)獲取震后資源分配情況，需要結(jié)合城市醫(yī)療系統(tǒng)的空間韌性，即分析地震前后應(yīng)急醫(yī)療機(jī)構(gòu)的空間覆蓋能力。按照不同醫(yī)院節(jié)點(diǎn)的地理位置和醫(yī)療容量進(jìn)行合理分配，結(jié)合GIS平臺(tái)，計(jì)算在震后網(wǎng)絡(luò)拓?fù)潢P(guān)系變化影響下，不同時(shí)間段醫(yī)療系統(tǒng)實(shí)際能夠提供的應(yīng)急救援服務(wù)能力，結(jié)合震后需求數(shù)據(jù)構(gòu)建城市醫(yī)療系統(tǒng)功能變化曲線，并與城市相應(yīng)水準(zhǔn)地震下的韌性目標(biāo)曲線相疊加，韌性差值部分即為城市醫(yī)療系統(tǒng)韌性能力與韌性目標(biāo)的建設(shè)缺口（圖7）。

圖7 城市醫(yī)療系統(tǒng)功能曲線

結(jié)論

“韌性城鄉(xiāng)”作為國(guó)家地震科技創(chuàng)新工程“四大計(jì)劃”之一，是落實(shí)國(guó)家“十四五”規(guī)劃提出的建設(shè)“韌性城市”目標(biāo)的重要舉措。城市醫(yī)療系統(tǒng)作為城市公共系統(tǒng)中最為關(guān)鍵的系統(tǒng)之一，其韌性能力的高低直接影響整個(gè)城市的震后救援工作。為此，本文結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究，提出城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估的思維導(dǎo)向和評(píng)估重點(diǎn)，建立了城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估的流程與方法，主要結(jié)論包括：

（1）城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性的評(píng)估要以適應(yīng)多水準(zhǔn)地震災(zāi)害場(chǎng)景、工程韌性和空間韌性的融合、災(zāi)害全周期的分析為導(dǎo)向。

（2）城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估不僅要注重系統(tǒng)災(zāi)前的預(yù)防，還要注重系統(tǒng)災(zāi)后的恢復(fù)；不僅要注重系統(tǒng)的物理破壞，也要注重系統(tǒng)的功能損失，還要考慮空間的救援效率?？茖W(xué)、合理、可量化地定義醫(yī)療系統(tǒng)救災(zāi)服務(wù)功能是抗震韌性評(píng)估的前提。

（3）城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性評(píng)估的重點(diǎn)是合理設(shè)定醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性目標(biāo)，準(zhǔn)確評(píng)估醫(yī)療系統(tǒng)的抗震韌性能力，基于“目標(biāo)—能力”之間的差距，提出適應(yīng)性、多樣性的抗震韌性提升策略。

（4）統(tǒng)籌考慮城市醫(yī)療系統(tǒng)的工程和空間特性，評(píng)價(jià)受災(zāi)區(qū)域的醫(yī)療系統(tǒng)服務(wù)需求和受損后的醫(yī)療服務(wù)供給能力，構(gòu)建醫(yī)院各子系統(tǒng)隨時(shí)間變化的功能損失和恢復(fù)動(dòng)態(tài)評(píng)估曲線，能夠更準(zhǔn)確地分析地震災(zāi)害全周期中城市醫(yī)療系統(tǒng)抗震韌性能力的變化情況。

我國(guó)韌性城市的建設(shè)方興未艾，推動(dòng)包括醫(yī)療設(shè)施在內(nèi)的生命線系統(tǒng)的抗震韌性研究，必將有力地推動(dòng)我國(guó)防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)的發(fā)展，切實(shí)保障人民的生命安全！