基于系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系研究

劉 輝 唐彩萍 祁 兵

（吉林建筑大學(xué)應(yīng)急科學(xué)與工程學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130118）

0 引言

地震除了使大批建筑遭到破壞之外，還會(huì)造成大量的人員傷亡，如2008年我國(guó)發(fā)生的汶川地震，2011年的日本地震以及2017年四川九寨溝地震，都在不同程度上造成巨大的傷亡損失。研究城市抗震防災(zāi)評(píng)價(jià)體系是提升地震災(zāi)害管理能力的有效途徑，增強(qiáng)城市防震減災(zāi)能力，創(chuàng)造安全、美好、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)環(huán)境。本文采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法，構(gòu)建具有地震災(zāi)害特色的城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系，為提高城市抗震防災(zāi)能力提供一定的科學(xué)依據(jù)。

1 城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系研究現(xiàn)狀

要實(shí)現(xiàn)城市的健康發(fā)展，目前最重要的是建立一套科學(xué)、系統(tǒng)的抗震減災(zāi)評(píng)估體系，并定期進(jìn)行評(píng)估，以了解和判斷其是否在不斷地向預(yù)期的方向發(fā)展，這對(duì)及時(shí)規(guī)范和實(shí)現(xiàn)城市防震減災(zāi)的整體目標(biāo)具有一定的指導(dǎo)意義。20世紀(jì)90年代以來(lái)，一些發(fā)達(dá)國(guó)家就開(kāi)始圍繞城市抗震減災(zāi)能力進(jìn)行評(píng)價(jià)體系研究。美國(guó)斯坦福大學(xué)的Rachel Davidso[1]于1997年首次采用地震危險(xiǎn)性指標(biāo)EDRI評(píng)估各城市的地震危險(xiǎn)性，并對(duì)地震危險(xiǎn)性、資源、易損性、外部因素和應(yīng)急響應(yīng)與恢復(fù)力5五個(gè)因素進(jìn)行了評(píng)估研究，經(jīng)過(guò)多次考量構(gòu)建了一套比較完備的評(píng)估系統(tǒng)。Kunihiro[2]等通過(guò)對(duì)阪神地震震害分析，認(rèn)為城市抵御地震的能力取決于該城市的自然條件、空間結(jié)構(gòu)、社會(huì)特性、救災(zāi)資源和風(fēng)險(xiǎn)管理能力。總體而言國(guó)外的防災(zāi)評(píng)價(jià)體系更加側(cè)重于理論和方法的運(yùn)用，建立一套防災(zāi)評(píng)價(jià)體系，而對(duì)與地震本身所具有的特點(diǎn)，無(wú)法全面體現(xiàn)防震減災(zāi)能力的真正水平。

在國(guó)內(nèi)，張風(fēng)華等[3]首先提出了城市防震減災(zāi)能力的概念，采用人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失和震后恢復(fù)時(shí)間作為衡量城市防震減災(zāi)能力強(qiáng)弱的3個(gè)因素，構(gòu)建了城市防震減災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的框架。李波等[4]通過(guò)分析影響城市地震災(zāi)害損失的4個(gè)主要因素：危險(xiǎn)性、暴露性、脆弱性和抗震救災(zāi)能力，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)來(lái)計(jì)算地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)大小。侯林鋒等[5]從政府對(duì)突發(fā)事件應(yīng)急管理的工作流程，將防震減災(zāi)能力評(píng)價(jià)一級(jí)指標(biāo)確定為震前預(yù)防、地震應(yīng)對(duì)和震后恢復(fù)。當(dāng)前，我國(guó)對(duì)地震災(zāi)害評(píng)估系統(tǒng)的研究尚處在摸索和研究中，現(xiàn)有的地震防災(zāi)評(píng)估指標(biāo)體系盡管可以參考，但仍有不系統(tǒng)、不全面的地方，忽視了地震災(zāi)害體系整體和內(nèi)部聯(lián)系的復(fù)雜性。

2 系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)概述

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，縮稱SD）是一門(mén)分析探索如何認(rèn)識(shí)和解決系統(tǒng)問(wèn)題的綜合性學(xué)科，由美國(guó)福瑞斯特教授創(chuàng)立。初期系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用于工業(yè)企業(yè)管理中，現(xiàn)主要用于研究復(fù)雜系統(tǒng)動(dòng)態(tài)反饋的構(gòu)造及功能，以處理各種系統(tǒng)信息，適用于復(fù)雜多變系統(tǒng)的評(píng)價(jià)和探討。

在自然界社會(huì)里，一切事物都可以看成是一個(gè)系統(tǒng)，由一個(gè)相互聯(lián)系的多個(gè)部分聯(lián)結(jié)在一起的。在一個(gè)特定的系統(tǒng)中，它既可以是其它系統(tǒng)的一個(gè)子系統(tǒng)，也可以根據(jù)某種準(zhǔn)則將其劃分成許多層級(jí)的子系統(tǒng)。從系統(tǒng)論的觀點(diǎn)來(lái)看，由于各種影響因子的交互作用，導(dǎo)致了城市抗震減災(zāi)能力的復(fù)雜性，難以用常規(guī)的數(shù)學(xué)手段來(lái)進(jìn)行分析。而系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)則可以對(duì)研究體系進(jìn)行定性和定量分析，從多個(gè)方面對(duì)復(fù)雜的問(wèn)題進(jìn)行綜合研究。

3 城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

3.1 城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系的構(gòu)建

城市抗震減災(zāi)能力是衡量國(guó)家抵御地震災(zāi)害的重要指標(biāo)。地震在災(zāi)害領(lǐng)域具有特殊性，所以需要根據(jù)地震災(zāi)害特點(diǎn)歸納出僅適用于地震災(zāi)害的指標(biāo)體系，才能體現(xiàn)出對(duì)地震災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力評(píng)價(jià)的針對(duì)性。以災(zāi)害領(lǐng)域提取的防災(zāi)減災(zāi)的關(guān)鍵指標(biāo)因子為基礎(chǔ)，綜合參考多位學(xué)者對(duì)地震災(zāi)害的研究成果，從防災(zāi)、抗災(zāi)、避災(zāi)、救援與恢復(fù)四個(gè)方面建立城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系。城市的防震能力主要體現(xiàn)在監(jiān)測(cè)預(yù)警能力、地震危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)能力、非工程防御能力，主要包含11方面內(nèi)容，如表1所示。

表1 城市防震能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

提高城市的抗震能力，必須依賴巨額的投資，不是短期能夠完成的，它要求各部門(mén)協(xié)同配合，所以相對(duì)于其它災(zāi)難來(lái)說(shuō)，地震的抗震性要比其它災(zāi)害更加難以承受，故該指標(biāo)的構(gòu)建側(cè)重于其特異性，城市抗震能力評(píng)價(jià)指標(biāo)如表2所示。

表2 城市抗震能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

時(shí)間緊迫、事關(guān)重大是發(fā)生地震時(shí)采取應(yīng)急措施的突出特點(diǎn)，需要在地震后短時(shí)間內(nèi)進(jìn)行避難疏散，完成指揮決策，并在災(zāi)前采取多種宣傳措施，使群眾對(duì)災(zāi)害的識(shí)別能力不斷提高，避難疏散技能不斷增強(qiáng)。城市避震疏散能力評(píng)價(jià)指標(biāo)如表3所示。

表3 城市避震疏散能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

應(yīng)急救援能力主要反映公共部門(mén)的應(yīng)急能力以及城市基礎(chǔ)設(shè)施在災(zāi)中的抵抗及應(yīng)對(duì)災(zāi)害沖擊的能力；災(zāi)后恢復(fù)能力是城市各系統(tǒng)受創(chuàng)后，政府、社會(huì)與個(gè)人的資金、物力與人力等對(duì)城市經(jīng)濟(jì)社會(huì)生活的支持，以保證其恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的能力。城市救援與恢復(fù)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)如表4所示。

表4 城市救援與恢復(fù)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)

3.2 因果關(guān)系圖

因果關(guān)系圖是系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)常用的圖形化表達(dá)法之一，是對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系的定性描述。根據(jù)城市抗震減災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，從防震、抗震、避震、救援與恢復(fù)建立一級(jí)指標(biāo)因果關(guān)系，如圖1所示。

圖1 一級(jí)指標(biāo)因果關(guān)系圖

3.3 系統(tǒng)流圖

利用Vensim軟件將城市抗震減災(zāi)系統(tǒng)各個(gè)內(nèi)部變量的相互關(guān)系繪制出了城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)流圖，如圖2所示。

圖2 城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系的系統(tǒng)流圖

4 結(jié)束語(yǔ)

城市抗震減災(zāi)工作已經(jīng)成為“十四五”國(guó)家應(yīng)急體系規(guī)劃的定位和發(fā)展方向，建立一套科學(xué)合理的城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系尤其迫切。國(guó)內(nèi)城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系總體處于研究階段，從單個(gè)方面研究忽略了城市抗震防災(zāi)系統(tǒng)的整體性、動(dòng)態(tài)性，不利于深入挖掘城市抗震防災(zāi)系統(tǒng)的復(fù)雜性問(wèn)題。采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的方法，建立一套城市抗震減災(zāi)評(píng)價(jià)體系，有助于了解不同階段影響地震災(zāi)害防災(zāi)減災(zāi)能力的因素，對(duì)地震災(zāi)害進(jìn)行評(píng)價(jià)，可以了解到城市抗震減災(zāi)系統(tǒng)發(fā)展的過(guò)程，對(duì)國(guó)家政府部門(mén)的決策具有一定的參考價(jià)值，同時(shí)對(duì)降低群眾生命財(cái)產(chǎn)損失和推動(dòng)社會(huì)和諧發(fā)展都具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。