抗震韌性城市的規(guī)劃與建設策略

李利 鄒亮 羅興華

引言

我國地處環(huán)太平洋火山地震帶和地中?！柴R拉雅地震帶之間，地震災害具有強度大、震源淺、分布廣和災害重的特點。截至2020)，我國城鎮(zhèn)化率已達到63.9%，58%的國土面積、50%以上的城市、70%的百萬以上人口大中城市都位于7度或7度以上的地震高烈度區(qū)。隨著城市快速發(fā)展，人口大量集中,經(jīng)濟活動不斷集聚，在遭遇超設防標準地震時，城市往往表現(xiàn)出極大的脆弱性，比如“1976)河北唐山地震”和“2008)汶川地震”等特大地震實際烈度均超過原有設防烈度，對城市均造成嚴重破壞，因此如何應對地震的不確定風險是城市可持續(xù)發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。

近)來，韌性城市理念在我國城市規(guī)劃建設中逐漸被引入，如北京、上海等城市在最新的城市總體規(guī)劃中明確提出建設韌性城市。韌性城市總體上應該具備三個方面的能力：一是具備減輕災害或突發(fā)事件影響的能力；二是城市基本功能保持運轉的適應能力；三是從災害或突發(fā)事件中高效恢復的能力。韌性城市概念的提出為應對城市危機和不確定風險提供了新的思路和方向。

城市抗震韌性的理論機制

從抗震設計理論的發(fā)展和演化過程來看，工程結構的抗震設計是基于性態(tài)的設計，其思路是根據(jù)工程結構的用途、重要性及設防水準制定性能目標進行抗震設計，使結構在未來可能發(fā)生的地震中具有預期的性態(tài)和安全度，從而將地震災害損失控制在預期范圍內(nèi)；但傳統(tǒng)的工程結構抗震設計并不關注震后結構的修復和功能的恢復。與基于性態(tài)的工程抗震設計思想不同，城市抗震的韌性設計思想需要在滿足性態(tài)設計要求的同時，考慮到震后工程結構的修復及整個城市系統(tǒng)功能的恢復，不僅考慮地震時工程結構的性態(tài)，更需要考慮城市系統(tǒng)在震后的恢復效率。

城市抗震韌性（Earthquake Resilience）是指城市在遭受地震干擾時可有效抵御、吸收和適應災害影響，并恢復原有功能的能力。建設抗震韌性城市的目標是使城市在罕遇地震時也不會瞬時陷入混亂或受到永久性的損害。通過建立城市系統(tǒng)功能與恢復效率之間的聯(lián)系來衡量其韌性。系統(tǒng)功能是城市建筑物或基礎設施等系統(tǒng)運行滿足其預期功能程度的度量，恢復效率包括恢復時間和經(jīng)濟成本兩項指標。城市系統(tǒng)的抗震韌性與其在前期的不同準備條件有密切關系，如城市建筑和基礎設施系統(tǒng)在規(guī)劃選址、建設時采用的抗震設計標準和建成后的維護情況等。圖1和表1表達了城市系統(tǒng)分別在不同準備條件下的韌性能力。通常，城市規(guī)劃越科學合理，城市中建筑物和基礎設施的建造質量越高，應急準備越充分，城市的抗干擾能力越強，被干擾后恢復速度越快，在新的穩(wěn)定狀態(tài)下被利用的可能性越大并且恢復使用功能的造價也越低，城市的抗震韌性就越高；反之，其抗震韌性就越低。

圖1 韌性能力示意

表1 建筑和基礎設施系統(tǒng)在不同準備條件下的韌性對比

城市抗震韌性規(guī)劃建設策略

（一）總體思路

韌性理念并非單純追求工程設防標準的提高，而是強調在有限的資源條件下兼顧可靠性與經(jīng)濟性，是城市可持續(xù)發(fā)展的重要理念之一。因此，相較于以往“工程為先”的防災減災理念，韌性城市的建設理念從基于傳統(tǒng)工程思維的防御策略轉向動態(tài)風險管理的適應性對策構建；由單一設防標準的選取轉向適應多水準災害情景的構建；從單一的工程技術標準或經(jīng)驗測算轉向城市的安全風險綜合評估、預測與管控。因此，抗震韌性城市建設的思路應由針對工程抗震、救災等節(jié)點的應對轉向適用于災害全過程的系統(tǒng)應對，各個環(huán)節(jié)相互呼應，并形成動態(tài)反饋的閉環(huán)體系，實現(xiàn)城市應對災害策略的動態(tài)調整，推動城市抗震防災能力的動態(tài)提升（圖2）?？拐痦g性城市的建設應以風險和韌性評估為基礎，制定城市抗震韌性建設目標，通過空間優(yōu)化、工程建設、韌性管理和社會營造等手段實現(xiàn)建設目標，并通過構建動態(tài)反饋體系促進城市安全韌性水平不斷提升。

圖2 抗震韌性城市建設總體思路

（二）風險與韌性評估

風險源于城市外部沖擊的多樣性和其內(nèi)部自身的脆弱性。正確認識城市所面臨的風險水平和城市承災體在遭受災害沖擊時的應對能力有利于制定科學的風險管理對策，因此風險和韌性評估是韌性城市建設的基礎。

就地震災害來說，首先應根據(jù)城市所處的孕災環(huán)境和城市發(fā)展特點，判別城市可能面臨的災害危險性，并基于災害危險性設定多水準災害情景，評估城市各系統(tǒng)的功能狀態(tài)。例如?？谑芯硟?nèi)歷史上曾于1605)發(fā)生瓊山大地震，震中烈度達到10度；而根據(jù)現(xiàn)行的《中國地震動參數(shù)區(qū)劃圖》（GB18306—2015），?？诘卣饎臃逯导铀俣葹?.20g～0.30g即8度，工程抗震設防烈度也以此為依據(jù)。參考歷史地震情況，該地區(qū)在制訂抗震韌性規(guī)劃時，除考慮設防地震情景下的災害風險，還應考慮超設防情景下的災害風險。

在開展城市抗震韌性評價時，應科學地確定評價的指標，建立合理的評價方法和評估模型。在單體建筑工程的抗震韌性評價方面，奧雅納工程顧問公司（ARUP）聯(lián)合有關部門在2013)共同開發(fā)了建筑抗震韌性評級框架體系（Resilience-based Earthquake Design Initiative for the Next Generation of Building），考慮地震后建筑物的修復時間、直接經(jīng)濟損失和人員安全性三項指標將建筑的抗震韌性劃分為三個等級；國家標準《建筑抗震韌性評價標準》（GB/T 38591-2020）考慮不同地震水準下的建筑震后修復費用、修復時間和人員傷亡三項指標將建筑抗震韌性等級劃分為三個級別。在建立面向城市的抗震韌性評價指標體系時，要充分考慮影響城市抗震韌性的各種因素，除了城市的規(guī)劃布局、結構強度、場地條件和地震動強度等工程因素，還要考慮城市的地震預測預報和預警能力、城市地震應急能力、城市的社會經(jīng)濟發(fā)展水平以及公眾的地震科普知識水平等非工程因素，同時還應考慮各因素之間的耦合關系。

在風險與韌性評估的基礎上，城市應結合自身的發(fā)展特點確立抗震韌性建設目標以及相應的抗災設防標準。制定目標時既要考慮安全性，又要考慮經(jīng)濟性，而不是一味地提高抗災設防標準。我國北方某新區(qū)提出了“建設國際地震安全韌性城市典范”的目標，在規(guī)劃中，技術團隊根據(jù)場地情況、規(guī)劃建筑情況等基底條件分析不同設防標準下工程抗震的成本投入與災后恢復效率，通過經(jīng)濟技術比較確定了適于新區(qū)可持續(xù)發(fā)展要求的韌性建設目標和設防標準。

（三）規(guī)劃與建設路徑

1.空間優(yōu)化

城市抗震安全空間優(yōu)化包括用地安全布局、防災分區(qū)管控與空間復合利用三方面。禁止或限制災害較高風險區(qū)內(nèi)的開發(fā)建設行為，降低城市的本底風險，是實現(xiàn)韌性的前提。城市用地安全布局是通過對城市用地開展抗震適宜性評估查明地震時可能出現(xiàn)地表破裂、砂土液化、軟土震陷等不利地震影響效應的場地以及可能因地震引發(fā)滑坡、崩塌、水災等次生災害的場地。在此基礎上，提出城市功能布局優(yōu)化、調整建設強度、搬遷避讓或加強工程措施等用地安全布局要求，從源頭減輕城市地震災害影響，降低脆弱性。

防災分區(qū)管控是從城市的自然條件特點和防災管理需求出發(fā)，通過構建具有多中心防災救災機能的獨立空間結構單元，實現(xiàn)防災資源的合理布局，便于防災準備、應急響應與災后恢復等工作的開展。防災分區(qū)組團式布局可為阻隔火災蔓延、實施疫病隔離、組織疏散救援和安全管理等防災救災行動創(chuàng)造良好的條件。防災分區(qū)的劃分主要基于致災因素預防管控和人口、產(chǎn)業(yè)、經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境等承災體的安全防護以及災后疏散救援需求，同時考慮防災設施空間配置條件，按照分區(qū)分策的規(guī)劃思路，制定各分區(qū)的防災減災措施和分區(qū)間的協(xié)同策略（圖3）。

圖3 我國某新區(qū)防災空間結構布局圖

由于部分應急服務設施如地震應急避難場所實際的使用概率較低，若單獨占地建設并維護會占用大量人力物力與空間資源。因此，結合城市其他功能用地統(tǒng)籌建設管理可提高城市空間利用效率，同時降低運營維護成本。我國南方某沿海城市新區(qū)在規(guī)劃中采取“固定+臨時”方式組織避難、醫(yī)療急救、物資儲配等應急服務設施，對大型體育場館、展覽館等公共設施通過加強平災兩用快速轉換設計，預留轉換條件，提高城市公共設施空間通用性，可在災時迅速轉換為應急避難場所，為災后的應急工作提供所需的空間。

2.工程抗震韌性提升

城市中的建設工程主要分為建筑工程和基礎設施兩大類。工程結構的倒塌、損壞和主要功能中斷是造成人員傷亡、財產(chǎn)損失和城市功能失效的最直接原因。因此，通過對建筑物和基礎設施開展抗震性能評價，找出其抗震薄弱環(huán)節(jié)，提出合理的工程應對措施，是提升城市抗震韌性的重要對策之一。城市建筑和基礎設施工程量大面廣，可根據(jù)結構類型、使用功能、重要性等分類施策?？紤]到經(jīng)濟可承受性，工程設防的標準不可能無限高，因此應根據(jù)城市風險和韌性評估的情況，平衡抗災成本投入和實現(xiàn)的減災效益，適度優(yōu)化應對災害的設防標準；同時加強減隔震、柔性連接等工程措施的推廣應用，提高工程結構本身的韌性；加強重要設備和能源、水源及生產(chǎn)生活物資來源的分散設置與備份，避免集中設置導致功能喪失和供應中斷；對市政交通基礎設施網(wǎng)絡根據(jù)不同等級的災害情景分級設防，增強網(wǎng)絡服務可靠性，適應災時應急保障需求。以城市市政給水系統(tǒng)為例，我國南方某城市新區(qū)，由于其境內(nèi)曾發(fā)生高烈度地震，在進行給水系統(tǒng)抗震防災規(guī)劃時，針對不同地震災害情景開展模擬（圖4），評估系統(tǒng)的服務能力，根據(jù)城市給水系統(tǒng)設防目標和功能，構建不同層級的給水系統(tǒng)防災骨架和管網(wǎng)分區(qū)服務保障策略，并針對各層次的供水保障需求，提出相關的基礎設施保障要求，從而應對不同地震水準下的不確定風險影響，提升系統(tǒng)的災害適應和快速恢復能力（圖5）。

圖4 某城市給水管網(wǎng)在不同地震水準下的節(jié)點連通可靠性分析

圖5 某城市給水系統(tǒng)防災規(guī)劃

3.韌性管理與社會營造

災害的不確定性決定了我們不能完全依靠工程措施去解決災害應對的問題，而必須有完善的管理體系和充分的社會參與機制與工程體系相結合形成完善的防災減災體系。城市災害問題的特征決定了城市防災管理的框架模式：致災要素的多樣性決定了管理主體涉及眾多政府職能部門，且需要在它們之間建立有效的聯(lián)動機制；災害發(fā)生的不確定性決定了管理工作應作為一種日常工作，而且管理工作的內(nèi)容不應局限于災害發(fā)生之后的應對，還應包括風險監(jiān)測、應對準備等全過程各環(huán)節(jié)。

在我國，防災減災工作大多由政府主導，作為行政管控手段，以自上而下的單向傳導方式為主。政府作為防災減災規(guī)劃制訂和公共服務的提供者，相對集權便于決策；然而，這也導致公眾參與不足，主觀能動性較低，風險意識薄弱，在發(fā)生災害性事件沖擊時遭受本可避免的損失。日本結合城市更新建立災時多元主體參與體制，并通過簽訂聯(lián)合協(xié)議將制度落實。日本對規(guī)劃中確定的安全設施設定管理協(xié)議制度，并且該制度具有繼承性，即所有權人變更后仍有法律效力。例如，避難路線協(xié)議制度中明確責任人和責任區(qū)域、避難路線、避難路線中的設計要求等，便于避難路線的建設與管理。

信息平臺是韌性城市管理的技術依托。城市應構建精細化的管理平臺，將防災資源和應急需求數(shù)據(jù)整合進管理系統(tǒng)中，實現(xiàn)動態(tài)的災害監(jiān)測預警、救災調度和應急規(guī)劃，根據(jù)災情的進展實施智能管理與決策。數(shù)據(jù)是智能管理的基礎，城市應逐步建立并完善信息數(shù)據(jù)庫，基于高效的數(shù)據(jù)分析和傳輸能力，讓信息技術在應急管理體系中發(fā)揮平臺作用，提高應急管理的效率。

建設韌性城市的目的是為了人，實現(xiàn)城市韌性目標的關鍵在于人。發(fā)展韌性文化，培育公眾韌性素養(yǎng)，營造韌性的社會氛圍，也是韌性城市建設的重要工作。日本是地震嚴重的國家之一，但由于平時的宣傳教育到位，人們知道應對災害的一些基本常識，因此當?shù)卣鸢l(fā)生時，大多可以抱以平靜的心態(tài)，較少出現(xiàn)慌亂的情緒，這利于維護災后較為穩(wěn)定的社會秩序；而我國在這方面的工作還有待加強，以筆者在國內(nèi)多個城市開展防災規(guī)劃調研的情況來看，公眾對日常活動范圍周邊的應急避難場所認知度并不高，防災避險技能的教育培訓與演練也較為欠缺。整個社會韌性素養(yǎng)的培育應在城市中逐步形成人人主動提升個體韌性、自覺踐行韌性理念、積極參與韌性城市建設的良好氛圍，具體的手段包括以公眾喜聞樂見的方式和載體開展韌性宣傳教育和應急基礎素養(yǎng)培訓；把韌性城市理念、應急常識和能力教育納入學校課程體系；采取鼓勵社會投資、政府購買服務等方式加強服務韌性城市建設的社會組織培育和宣教場所建設等。

圖6 北京南中軸地區(qū)韌性社區(qū)建設示意

社區(qū)是城市運轉的基本單元，社區(qū)韌性提升是整個城市韌性提升的基礎。北京南中軸大紅門地區(qū)結合城市更新和完整居住社區(qū)建設推進韌性社區(qū)建設，依托社區(qū)公共空間優(yōu)化，完善社區(qū)應急避難、醫(yī)療、消防等應急服務功能；依托社區(qū)商業(yè)開發(fā)完善應急物資保障方案；針對不同災害情景制訂全過程系統(tǒng)完整的社區(qū)防災工作組織方案，涵蓋日常管理、應急響應預案和災后恢復各階段；依托社區(qū)活動開展防災宣傳教育，提升居民危機意識和應急能力。

結語

城市內(nèi)人員和社會財富高度密集，基礎設施錯綜復雜，城市地震安全問題嚴重威脅著我國“新型城鎮(zhèn)化”戰(zhàn)略的實施，城市承災體的災害脆弱性已經(jīng)成為城鎮(zhèn)化進程中制約城市可持續(xù)發(fā)展的核心問題。韌性的概念為我們理解城市在災害和突發(fā)事件中的反應提供了一種新的視角，而城市韌性體系的構建則是提高城市治理水平、滿足城市集聚發(fā)展需要和實現(xiàn)全體城市居民在新時代日益增長的美好生活愿望的有力保障。本文在分析“韌性”概念內(nèi)涵的基礎上，探討了城市抗震韌性提升的策略，以風險和韌性評估為基礎，風險的控制與減輕為目標，從城市用地的空間優(yōu)化、工程抗震韌性提升、韌性管理與社會營造等方面探討了如何將韌性理念貫穿于城市規(guī)劃建設與治理的全過程。在城市從量的擴張轉向質的提升的過程中，城市韌性作為提升城市居民安全感的新興理念，必將發(fā)揮越來越重要的作用。