基于“形態(tài)—網(wǎng)絡(luò)—功能”的城市韌性評(píng)估方法

李子豪 付磊

關(guān)鍵詞城市韌性評(píng)估；城市形態(tài)；城市網(wǎng)絡(luò)；城市功能；十堰市

0 引言

在氣候變化和快速城市化背景下，極端天氣事件、人為事故風(fēng)險(xiǎn)和系統(tǒng)日常波動(dòng)頻繁發(fā)生，嚴(yán)重影響城市居民的正常生活，甚至造成生命財(cái)產(chǎn)損失、社會(huì)秩序失衡等災(zāi)難性后果[1–3]。簡(jiǎn)單依賴工程防御措施的傳統(tǒng)防災(zāi)方式，難以應(yīng)對(duì)當(dāng)代城市正面臨的日益增長(zhǎng)、成因復(fù)雜的各類沖擊與擾動(dòng)[4]6。在此背景下，城市韌性理念逐漸引起學(xué)界與城市管理者的廣泛重視，強(qiáng)調(diào)通過(guò)城市各系統(tǒng)的合理規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理與協(xié)作，具備抵抗、吸收、轉(zhuǎn)變、適應(yīng)等能力，積極主動(dòng)地應(yīng)對(duì)擾動(dòng)，最大程度地保障城市功能的正常運(yùn)行[5]，[6]52，[7]。

國(guó)土空間是自然資源與人類活動(dòng)的基本載體，也是實(shí)現(xiàn)城市韌性目標(biāo)的物質(zhì)基石[8]。為有效應(yīng)對(duì)未來(lái)不確定性風(fēng)險(xiǎn)擾動(dòng)的威脅，韌性發(fā)展理念已成為國(guó)土空間規(guī)劃編制中的戰(zhàn)略要點(diǎn)與工作原則。2020年9月發(fā)布的《市級(jí)國(guó)土空間規(guī)劃編制指南》（試行）提出“增強(qiáng)城市韌性和可持續(xù)發(fā)展的競(jìng)爭(zhēng)力”的目標(biāo)，并以此為導(dǎo)向?qū)臻g格局、公共服務(wù)、基礎(chǔ)設(shè)施等提出明確編制要求。2021年《國(guó)土空間規(guī)劃城市體檢評(píng)估規(guī)程》中強(qiáng)調(diào)統(tǒng)籌發(fā)展與安全，將“城市安全韌性”作為重要維度提出多項(xiàng)評(píng)估指標(biāo)。

通過(guò)空間規(guī)劃的手段，優(yōu)化用地布局與空間形態(tài)，塑造具有適應(yīng)與轉(zhuǎn)變能力的空間組織模式，可以有效提升城市應(yīng)對(duì)災(zāi)害時(shí)的存續(xù)能力[9-10]?？v觀現(xiàn)有城市韌性相關(guān)研究，主要圍繞概念內(nèi)涵[6]50，[11]、理念范式[12]、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[13]、管理措施[14-15]等方面展開，為提高城市韌性水平提出相應(yīng)的策略建議。但現(xiàn)有韌性目標(biāo)下的空間規(guī)劃實(shí)踐依然面臨較多的知識(shí)缺口。研究對(duì)象上，目前聚焦國(guó)土空間功能韌性的研究甚少，空間要素分布及其相互作用關(guān)系對(duì)城市韌性的影響尚不明確；在實(shí)踐路徑中，韌性目標(biāo)大多抽象化、概念化，缺乏成熟明確的國(guó)土空間韌性評(píng)估技術(shù)路徑，難以直接形成對(duì)城市空間規(guī)劃的指導(dǎo)與約束。因此，本文借助景觀生態(tài)學(xué)理論及復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)分析工具，面向國(guó)土空間規(guī)劃，解析城市形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、功能的韌性內(nèi)涵，提出相應(yīng)定量評(píng)估城市韌性水平的方法。以湖北省十堰市為研究對(duì)象，測(cè)度其現(xiàn)狀及不同規(guī)劃方案的韌性水平，以期為韌性理念融入空間規(guī)劃實(shí)踐提供借鑒路徑與建設(shè)啟示。

1 研究思路與評(píng)估方法

1.1 總體思路

城市空間的物質(zhì)形態(tài)、功能屬性和交互聯(lián)系形成了城市復(fù)雜的運(yùn)行機(jī)制和組織模式，對(duì)城市韌性水平具有至關(guān)重要的影響。城市空間既是各類擾動(dòng)的主要承災(zāi)體，也是各項(xiàng)城市功能的地理載體。理想的城市空間組織模式可以有效吸收或適應(yīng)擾動(dòng)，通過(guò)多空間要素的協(xié)同與關(guān)聯(lián)作用有效維持城市正常運(yùn)行，以保障城市居民的日常生活。由于城市空間涵蓋多元要素間的復(fù)雜位置關(guān)系，傳統(tǒng)對(duì)空間關(guān)系及其組織模式特征的刻畫方法難以定量分析其對(duì)韌性水平的影響。

為此，本文將城市空間組織模式分解為形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、功能3個(gè)維度，以“形態(tài)—網(wǎng)絡(luò)—功能”三位一體的方式評(píng)估城市韌性（見(jiàn)圖1）。該框架基于以下邏輯展開：首先，城市形態(tài)關(guān)注城市建成環(huán)境與生態(tài)空間的耦合關(guān)系，若生態(tài)空間的連通性下降，則生態(tài)系統(tǒng)調(diào)節(jié)能力被削弱，致使城市面對(duì)各種擾動(dòng)時(shí)缺乏緩沖空間，難以消解災(zāi)害強(qiáng)度而造成巨大損失。其次，城市空間網(wǎng)絡(luò)是城市建成環(huán)境內(nèi)各個(gè)空間之間交互聯(lián)系的渠道，支撐城市的要素流動(dòng)與正常運(yùn)轉(zhuǎn)。韌性的空間網(wǎng)絡(luò)具有較強(qiáng)的抗毀性與轉(zhuǎn)化力，可以快速吸收擾動(dòng)并維持網(wǎng)絡(luò)性能，而不良的空間網(wǎng)絡(luò)在擾動(dòng)下可能會(huì)快速崩潰。最后，城市中的功能性場(chǎng)所是空間網(wǎng)絡(luò)中要素流動(dòng)的驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)，引導(dǎo)空間之間的交互關(guān)系。維持城市功能的安全運(yùn)行、保障居民的正常生活狀態(tài)是城市韌性的終極目標(biāo)。即使具有相同的空間形態(tài)與網(wǎng)絡(luò)組織，結(jié)合城市中不同的功能聯(lián)系和供需關(guān)系，韌性水平依然可能存在顯著差異。三者相互約束、層層遞進(jìn)，反映了自然環(huán)境、要素流動(dòng)與功能組織之間的融合性。通過(guò)對(duì)多種土地利用情景的量化解析與對(duì)比研究，能夠有效解釋城市整體空間組織對(duì)韌性水平的影響機(jī)制，為提升城市韌性水平的空間規(guī)劃提供方法支撐。

1.2 城市形態(tài)韌性評(píng)估方法

城市形態(tài)是指城市物質(zhì)空間環(huán)境及其中各類功能的布局形式與組織結(jié)構(gòu)，有廣義與狹義之分[16]。本文所探討的城市形態(tài)屬于狹義范疇，指城市建成環(huán)境中各類空間要素的分布格局與幾何特征。一方面，城市化的快速推進(jìn)導(dǎo)致城市建設(shè)用地日趨緊湊且向外蔓延，破碎的城市生態(tài)空間阻礙了景觀單元間的要素流動(dòng)與能量交換，削弱了諸如調(diào)蓄雨洪、緩解熱島、吸收污染、凈化水體等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力，大大增加了風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性[4]9，[17]；另一方面，建成環(huán)境人口規(guī)模大、建設(shè)強(qiáng)度高、要素流動(dòng)頻繁，面對(duì)各類擾動(dòng)時(shí)的脆弱性高，易造成大規(guī)模、連鎖性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)損失。因此，在高密度集中建設(shè)區(qū)內(nèi)優(yōu)化城市形態(tài)，形成均衡布局的綠地與開放空間，可保障城市具備利用自然生態(tài)系統(tǒng)減緩災(zāi)害沖擊并及時(shí)轉(zhuǎn)變適應(yīng)的能力，從而增加城市韌性。

根據(jù)景觀生態(tài)學(xué)中的“源—匯”理論，城市景觀可以分為“源”“匯”兩種基本類型[18]。其中，“源”景觀為城市建設(shè)用地，具有生態(tài)負(fù)效應(yīng)；“匯”景觀為城市綠地、林地與水域，可減緩生態(tài)負(fù)效應(yīng)的發(fā)展。在城市建成區(qū)范圍內(nèi)，計(jì)算每一個(gè)“源”柵格到最近“匯”柵格的距離的平均值，定義為平均距離指數(shù) Rd，表征城市建成區(qū)的形態(tài)韌性。平均距離指數(shù)越大，則說(shuō)明“源”與“匯”的空間耦合性越弱，生態(tài)空間與建設(shè)用地的布局形態(tài)較難形成穩(wěn)定的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)供需流動(dòng)關(guān)系，城市韌性也相應(yīng)越低。公式如下：

式中：dij為“源”柵格i到“匯”柵格j的歐式距離，m、n分別為“源”柵格和“匯”柵格的數(shù)量。

1.3 城市網(wǎng)絡(luò)韌性評(píng)估方法

依據(jù)城市系統(tǒng)基本構(gòu)成單元之間的流動(dòng)特征，可以將實(shí)體空間屬性抽象為由“節(jié)點(diǎn)”與“聯(lián)系”組成的空間網(wǎng)絡(luò)。在城市尺度中，道路交通網(wǎng)絡(luò)通常被視為城市空間的基本骨架，其形態(tài)、密度、層級(jí)關(guān)系屬性影響城市功能間的相互作用關(guān)系和潛在交互成本，也對(duì)城市韌性水平具有至關(guān)重要的影響[19]11，[20]?；谏鲜隹紤]，選用全局效率（global efficiency）反映網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中流動(dòng)要素的運(yùn)行能力和效率，高韌性水平的結(jié)構(gòu)可以在擾動(dòng)過(guò)程中最大程度地維持其運(yùn)轉(zhuǎn)效率。計(jì)算公式為：

式中： N為初始網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)數(shù)， i、j表示網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，Vs為網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的集合， dij表示i、j之間的網(wǎng)絡(luò)最短路徑長(zhǎng)度。

設(shè)計(jì)“隨機(jī)移除”與“排序移除”兩種擾動(dòng)場(chǎng)景，分別以隨機(jī)順序或中介中心性順序，依序每次移除城市道路網(wǎng)絡(luò)中1%的“邊”，直至所有“邊”全部被移除?！半S機(jī)移除”模擬不確定擾動(dòng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)某些“邊”的無(wú)差別破壞，可仿真地震、洪水等突發(fā)自然災(zāi)害或交通擁堵等日常系統(tǒng)波動(dòng)場(chǎng)景?！芭判蛞瞥蹦M針對(duì)網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵“邊”的蓄意攻擊，引起網(wǎng)絡(luò)連通性的快速降低，可仿真恐怖襲擊、軍事戰(zhàn)爭(zhēng)等人為破壞場(chǎng)景。

在擾動(dòng)場(chǎng)景下，計(jì)算道路網(wǎng)絡(luò)平均全局效率的變化率Q（p），即移除網(wǎng)絡(luò)“邊”比例p后的網(wǎng)絡(luò)全局效率Epost與原網(wǎng)絡(luò)全局效率Epre的比值，表征受到擾動(dòng)后道路網(wǎng)絡(luò)性能的變化[19]4。繪制網(wǎng)絡(luò)平均全局效率的變化率Q（p），隨移除網(wǎng)絡(luò)“邊”比例p變化的關(guān)系曲線。借鑒復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的滲流理論，識(shí)別網(wǎng)絡(luò)第二大連通子圖規(guī)模從大變小的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，此時(shí)網(wǎng)絡(luò)的整體連接性能出現(xiàn)突變。將該轉(zhuǎn)折點(diǎn)定義為網(wǎng)絡(luò)的崩潰點(diǎn)pmax，對(duì)應(yīng)的全局效率變化率Q（pmax）定義為網(wǎng)絡(luò)可承受的性能波動(dòng)。最后通過(guò)計(jì)算崩潰點(diǎn)前，性能變化曲線與可承受性能波動(dòng)的合圍區(qū)域面積，表征城市網(wǎng)絡(luò)的韌性水平Rn。計(jì)算公式為：

1.4 城市功能韌性評(píng)估方法

從“以人為本”的視角出發(fā)，城市韌性應(yīng)關(guān)注擾動(dòng)過(guò)程中公共服務(wù)功能的高效穩(wěn)定運(yùn)行，最大程度地維持居民健康有序的生活狀態(tài)，減少擾動(dòng)對(duì)居民生活的影響[21]。在流網(wǎng)絡(luò)的視角下，城市功能供需匹配過(guò)程是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)中的“流”完成的[22-23]。居民在城市中獲取公共服務(wù)，可以理解為以流動(dòng)要素為介質(zhì)，在空間網(wǎng)絡(luò)中建立起的“居民—服務(wù)”交互過(guò)程。服務(wù)供應(yīng)量、供需路徑、居民獲取服務(wù)的成本與效率等指標(biāo)在時(shí)空上的變化，可反映擾動(dòng)對(duì)城市服務(wù)功能水平的影響程度，即反映城市的功能韌性水平。借鑒引力模型，計(jì)算空間網(wǎng)絡(luò)中任一“居住—服務(wù)”點(diǎn)對(duì)間的服務(wù)功能強(qiáng)度f(wàn)ij，加和后除以居住用地與公共服務(wù)用地的總面積之積，得到城市服務(wù)功能水平F。

式中：Si，Sj分別為居住用地i與公共服務(wù)用地j的用地面積，dij 表示i、j之間的歐式距離，dij表示i、j之間的網(wǎng)絡(luò)最短路徑長(zhǎng)度。

同樣設(shè)計(jì)“隨機(jī)移除”與“排序移除”兩種擾動(dòng)場(chǎng)景，計(jì)算城市服務(wù)功能水平的變化率S（p），即移除網(wǎng)絡(luò)“邊”比例p后的服務(wù)功能水平Fpost與原服務(wù)功能水平Fpre的比值，表征受到擾動(dòng)后城市服務(wù)性能的變化。計(jì)算服務(wù)性能變化曲線隨移除網(wǎng)絡(luò)“邊”比例p的積分，表征城市服務(wù)功能的韌性水平Rf。計(jì)算公式為：

2 十堰市中心城區(qū)多情景韌性評(píng)估

2.1 研究區(qū)域與情景設(shè)定

2.1.1 研究區(qū)域特征

十堰市地處湖北省西北部漢江中上游，北抵秦嶺，南依巴山，漢江和武當(dāng)山橫貫全境，境內(nèi)丹江口水庫(kù)是南水北調(diào)中線工程水源地。作為國(guó)家級(jí)重點(diǎn)生態(tài)功能保護(hù)區(qū)，十堰市在生物多樣性維育、水源涵養(yǎng)、水質(zhì)保持等方面承擔(dān)重要的區(qū)域生態(tài)功能。十堰市目前正處于快速城鎮(zhèn)化階段，早期為尋求城市快速發(fā)展，建設(shè)用地侵占生態(tài)空間的現(xiàn)象突出，生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)能力被顯著削弱。

本文以十堰市主城區(qū)為研究范圍，其位于市域中北部，總面積767.98 km?。其中，建設(shè)用地主要分布于南部低山淺丘地區(qū)和北部漢江沿岸。城區(qū)內(nèi)部建設(shè)用地與山體空間交融，形成獨(dú)特的山地城市形態(tài)特征。特殊的地形特征與氣象條件使得十堰市自然災(zāi)害多發(fā)頻發(fā)，韌性城市建設(shè)迫在眉睫。

2.1.2 土地利用情景設(shè)定

依據(jù)十堰市第三次全國(guó)國(guó)土調(diào)查結(jié)果、十堰市城市總體規(guī)劃（2015—2030）、十堰市國(guó)土空間總體規(guī)劃（2020—2035）過(guò)程稿，本文設(shè)定4種土地開發(fā)利用情景：（1）2020年土地利用現(xiàn)狀（S1）；（2）“2015版總規(guī)”方案（S2）；（3）國(guó)土空間規(guī)劃方案1（S3）；（4）國(guó)土空間規(guī)劃方案2（S4）。其中，S2方案的規(guī)劃期至2030年，S3、S4方案的規(guī)劃期至2035年（見(jiàn)圖2）。

在用地布局上，3種規(guī)劃情景新增建設(shè)用地的策略存在差異：S2方案在建成區(qū)外圍低山丘陵拓展若干團(tuán)塊狀城市片區(qū)，利用山體綠隔形成多組團(tuán)格局；S3方案對(duì)城市東西兩翼組團(tuán)形態(tài)進(jìn)行調(diào)整，部分新增建設(shè)用地順應(yīng)溝谷延伸；S4方案強(qiáng)化城市沿溝谷發(fā)展的樹枝狀格局，提高建成區(qū)內(nèi)的保留山地丘陵比例，建設(shè)用地形態(tài)更顯“不規(guī)則”。在路網(wǎng)形態(tài)上，S2方案采用“小街區(qū)、密路網(wǎng)”策略，在建成區(qū)內(nèi)形成高密度、均質(zhì)網(wǎng)格狀的城市支路；S3、S4方案均采取了局部加密路網(wǎng)的建設(shè)策略，但新增路網(wǎng)形式存在不同：S3方案多梳理原有的自由生長(zhǎng)道路使之連通，S4方案則多依據(jù)地塊形態(tài)新建自由格網(wǎng)狀路網(wǎng)。

2.2 多方案韌性評(píng)估結(jié)果分析

2.2.1 景觀生態(tài)系統(tǒng)的形態(tài)韌性

對(duì)比4種情景中建設(shè)用地規(guī)模與生態(tài)空間規(guī)模的變化（見(jiàn)表1），可以看出為適應(yīng)十堰市的未來(lái)發(fā)展需求，S2、S3、S4這3種規(guī)劃情景中，建設(shè)用地規(guī)模均較S1現(xiàn)狀情景有較大幅度的增加，生態(tài)空間規(guī)模則有不同程度的減少。其中，S3情景的城市建設(shè)用地規(guī)模最大，為196.92 km?，增長(zhǎng)幅度達(dá)到52.7%。

從形態(tài)韌性測(cè)度結(jié)果來(lái)看，S4情景的形態(tài)韌性水平最高，“源—匯”景觀的平均距離指數(shù)為91.34；S2情景的形態(tài)韌性水平最低，“源—匯”景觀的平均距離指數(shù)為151.11。形態(tài)韌性水平從高至低依次為S4、S1、S3、S2，與生態(tài)空間規(guī)模的排序并不相同。S4情景雖然在生態(tài)空間規(guī)模上相較于S1現(xiàn)狀情景有所減少，但是形態(tài)韌性水平卻優(yōu)于現(xiàn)狀，城市發(fā)展形態(tài)得到優(yōu)化。同樣，S2情景的建設(shè)用地規(guī)模小于S3情景，但S2情景的形態(tài)韌性仍然弱于S3。

2.2.2 道路交通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)韌性

從道路交通網(wǎng)絡(luò)基本指標(biāo)可以看出（見(jiàn)表2），S2情景中道路網(wǎng)絡(luò)密度最高，達(dá)到6.41 km/km?，平均路段長(zhǎng)度也明顯低于其他3個(gè)情景。規(guī)劃中通過(guò)縮小地塊面積、增加交叉口數(shù)目，整體呈現(xiàn)為“小街區(qū)、密路網(wǎng)”的城市道路網(wǎng)絡(luò)模式。S3、S4情景的道路網(wǎng)絡(luò)平均路段長(zhǎng)度則與S1現(xiàn)狀情景接近，路網(wǎng)密度則通過(guò)規(guī)劃得以顯著提高，整體表現(xiàn)為在現(xiàn)狀道路網(wǎng)絡(luò)格局上的局部梳理與連通。

“隨機(jī)移除”模擬下（見(jiàn)圖3），4種情景道路網(wǎng)絡(luò)崩潰閾值點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)韌性水平的結(jié)果均表現(xiàn)為S4情景最高，S1情景最低，由高至低排序依次為S4、S2、S3、S1。3種規(guī)劃情景S2、S3、S4的韌性水平均遠(yuǎn)高于現(xiàn)狀情景S1。其中，S2情景與S4情景的道路網(wǎng)絡(luò)韌性水平接近，S3情景則相對(duì)較低。S3、S4兩種情景的街道網(wǎng)絡(luò)密度、原始網(wǎng)絡(luò)全局效率均接近，網(wǎng)絡(luò)性能的下降速度也趨同，但S3情景在受到隨機(jī)擾動(dòng)后，網(wǎng)絡(luò)的破碎化趨勢(shì)明顯快于S4情景，即網(wǎng)絡(luò)崩潰閾值點(diǎn)低，使得S3的韌性水平相對(duì)較低。與S4情景相比，S2情景中雖然道路網(wǎng)絡(luò)密度更高，但韌性水平卻仍稍遜于S4情景。

“排序移除”模擬下（見(jiàn)圖4），網(wǎng)絡(luò)崩潰閾值與韌性水平均顯著低于“隨機(jī)移除”的模擬結(jié)果。4種情景中，除現(xiàn)狀S1情景網(wǎng)絡(luò)崩潰閾值為5%外，3種規(guī)劃情景S2、S3、S4的網(wǎng)絡(luò)崩潰閾值均為8%，說(shuō)明在各規(guī)劃場(chǎng)景中，中介中心性居前8%的主干結(jié)構(gòu)為維系城市道路網(wǎng)絡(luò)效率發(fā)揮著極為關(guān)鍵的作用。對(duì)比4種情景的韌性水平，與“隨機(jī)移除”模擬結(jié)果排序相同，由高至低依次為S4、S2、S3、S1。分析各情景街道網(wǎng)絡(luò)性能變化曲線，可以看出S4情景中較為明確的多個(gè)下降折點(diǎn)，S2、S3情景存在下降折點(diǎn)但并不顯著，而S1情景完全不存在這一特征。說(shuō)明S4情景相較于其他各情景，道路網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的層次結(jié)構(gòu)更加清晰，應(yīng)對(duì)“排序移除”時(shí)的韌性水平也相應(yīng)更高。

2.2.3 公共服務(wù)系統(tǒng)的功能韌性

“隨機(jī)移除”模擬下（見(jiàn)表3），4種情景的城市服務(wù)功能韌性水平由高至低排序結(jié)果為S2、S4、S3、S1，其中3種規(guī)劃情景S2、S3、S4的韌性水平接近?，F(xiàn)狀S1情景在移除“邊”比例達(dá)到12%后，服務(wù)性能出現(xiàn)斷崖式下降，早于道路網(wǎng)絡(luò)的崩潰閾值（16%）。說(shuō)明目前十堰市的城市公共服務(wù)功能韌性較差，在街道網(wǎng)絡(luò)受到擾動(dòng)后，城市公共服務(wù)功能難以維持。主要原因是現(xiàn)有服務(wù)設(shè)施集中分布于中心城區(qū)南部的老城片區(qū)，而其他片區(qū)的服務(wù)設(shè)施建設(shè)相對(duì)滯后。對(duì)比不同規(guī)劃情景的評(píng)估結(jié)果，S2情景的服務(wù)功能韌性水平最高，移除“邊”比例在20%—30%之間時(shí)，其性能下降速度明顯慢于S3、S4。

“排序移除”模擬下（見(jiàn)表3），4種情景城市服務(wù)功能韌性水平由高至低排序結(jié)果為S4、S2、S3、S1，其中S2、S4情景的韌性水平接近，S3情景的韌性水平略次，現(xiàn)狀S1情景的韌性水平仍為最低。但相較于“隨機(jī)移除”模擬結(jié)果，現(xiàn)狀S1情景與3種規(guī)劃情景的差距減小，表現(xiàn)為各規(guī)劃方案并未顯著提高“排序移除”模擬下的城市功能韌性。主要原因是重要的公共服務(wù)設(shè)施選址依賴于交通可達(dá)性，在道路網(wǎng)絡(luò)中具有高中心性的路段往往意味著更高的可達(dá)性，從而使服務(wù)功能中心與高中心性道路網(wǎng)絡(luò)的空間重疊，導(dǎo)致其應(yīng)對(duì)排序移除時(shí)的高脆弱性。

比較分析功能韌性與網(wǎng)絡(luò)韌性的評(píng)估結(jié)果，城市公共服務(wù)功能韌性特征具有兩個(gè)特點(diǎn)。第一，城市服務(wù)功能韌性水平與道路網(wǎng)絡(luò)的韌性水平具有一致性。整體來(lái)看，在兩種擾動(dòng)模擬中，功能韌性水平排序與道路網(wǎng)絡(luò)韌性排序大致相同，表現(xiàn)為S2、S4情景的韌性水平均優(yōu)于S3、S1情景的韌性水平。唯一例外的是，在“隨機(jī)移除”模擬中， S2情景的道路網(wǎng)絡(luò)韌性水平雖低于S4情景，但服務(wù)功能韌性水平卻相對(duì)更高。說(shuō)明“小街區(qū)、密路網(wǎng)”的城市道路網(wǎng)絡(luò)可以通過(guò)提供更多冗余路徑以保障公共服務(wù)供需空間的連通，從而更好地維持“隨機(jī)擾動(dòng)”情境下的城市服務(wù)功能。第二，同一情景中城市服務(wù)性能的變化趨勢(shì)快于網(wǎng)絡(luò)效率變化趨勢(shì)。當(dāng)移除相同的道路網(wǎng)絡(luò)“邊”比例時(shí)，城市服務(wù)性能的維持能力始終低于網(wǎng)絡(luò)效率的維持能力，在“排序移除”模擬中這一特征更加顯著。主要原因是城市公共服務(wù)功能的空間分布存在不均衡與單中心特征，一旦部分連通重要公共服務(wù)設(shè)施的路段失效，往往會(huì)對(duì)城市的整體功能運(yùn)行產(chǎn)生巨大影響。

2.2.4 “形態(tài)—網(wǎng)絡(luò)—功能”韌性的綜合評(píng)估

通過(guò)形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)與功能韌性的組合，可評(píng)估不同土地利用情景的綜合韌性水平。整體上看，在網(wǎng)絡(luò)韌性與功能韌性層面，規(guī)劃情景S2、S3、S4均通過(guò)路網(wǎng)結(jié)構(gòu)優(yōu)化、設(shè)施布局調(diào)整等措施，顯著提高了十堰市現(xiàn)狀的韌性水平。但在形態(tài)韌性層面，規(guī)劃情景S2、S3的建設(shè)用地布局與城市形態(tài)可能會(huì)導(dǎo)致城市韌性水平的進(jìn)一步降低。

對(duì)比不同情景的各項(xiàng)韌性水平排序結(jié)果發(fā)現(xiàn)，S4情景除“隨機(jī)移除”模擬下的公共服務(wù)功能韌性水平外，其各項(xiàng)韌性水平的排序均位列第一，綜合韌性水平最高；現(xiàn)狀S1情景除形態(tài)韌性外，其余各項(xiàng)韌性水平的排序均位列最末，綜合韌性水平最低；S2、S3兩種情景的綜合韌性水平居中。S2情景團(tuán)塊狀擴(kuò)張的城市用地布局導(dǎo)致其形態(tài)韌性遠(yuǎn)差于其他情景，但“小街區(qū)、密路網(wǎng)”的道路網(wǎng)絡(luò)特征使其在面對(duì)“隨機(jī)移除”情景時(shí)，網(wǎng)絡(luò)韌性與功能韌性水平較優(yōu)，表現(xiàn)出較強(qiáng)的適應(yīng)能力。S3情景雖然用地規(guī)模、道路網(wǎng)絡(luò)密度與S4情景均較為接近，但各項(xiàng)韌性水平均低于S4情景。

3 提升城市韌性水平的規(guī)劃對(duì)策

3.1 重塑高生態(tài)連通性的城市空間形態(tài)

傳統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)中往往認(rèn)為，隨著城市規(guī)模的擴(kuò)大，生態(tài)空間被建設(shè)行為蠶食，自然環(huán)境過(guò)程被破壞，進(jìn)而造成城市韌性水平的下滑。然而，本研究發(fā)現(xiàn)，在城市建設(shè)用地規(guī)模合理增長(zhǎng)的前提下，城市建設(shè)用地規(guī)模增加與城市形態(tài)韌性之間并不是線性的負(fù)相關(guān)關(guān)系，并不必然導(dǎo)致城市脆弱性加強(qiáng)。例如，相較于現(xiàn)狀S1情景，S4情景不僅建設(shè)用地規(guī)模有所擴(kuò)大，而且城市形態(tài)韌性水平也得到提高。對(duì)中小型城市而言，在一定規(guī)模閾值下，良好的城市布局可減少城市規(guī)模擴(kuò)大的“負(fù)效應(yīng)”，仍可有效保障城市的安全韌性。而根據(jù)S3、S4情景的形態(tài)韌性評(píng)估結(jié)果，可見(jiàn)在相近的城市用地規(guī)模下，不同的城市空間形態(tài)結(jié)構(gòu)也具有不同的韌性水平。

順應(yīng)生態(tài)空間格局，保護(hù)自然生態(tài)過(guò)程，形成山水城林交融的城市形態(tài)，可有效提高城市的形態(tài)韌性水平。對(duì)比4種情景的建設(shè)用地布局形態(tài)，可以看出：目前十堰市適宜城鎮(zhèn)建設(shè)的土地資源緊張，生態(tài)空間與城市綠地逐漸破碎化與孤島化。S4情景延續(xù)十堰市樹枝狀的發(fā)展格局，利用自然山體在城市組團(tuán)間形成綠楔與綠隔，主動(dòng)營(yíng)造建設(shè)用地與生態(tài)空間的高耦合關(guān)系，基于自然解決途徑提升風(fēng)險(xiǎn)調(diào)節(jié)能力，從而增強(qiáng)城市形態(tài)的韌性水平。反觀S2、S3情景，雖然同樣保護(hù)了重要的生態(tài)空間，但建設(shè)用地的填充式擴(kuò)張趨勢(shì)明顯，即使看似是“多中心、組團(tuán)式”的緊湊發(fā)展，也可能導(dǎo)致城市形態(tài)韌性下滑。

3.2 完善具有層級(jí)結(jié)構(gòu)體系的城市道路網(wǎng)絡(luò)

通常認(rèn)為高密度路網(wǎng)意味著更高的冗余度與靈活性，可以更好地適應(yīng)擾動(dòng)影響以提高城市韌性水平[24]。因此，規(guī)劃中常將提高道路網(wǎng)絡(luò)密度作為提升城市韌性的重要策略。本文中S2、S3、S4這3種規(guī)劃情景提高道路網(wǎng)絡(luò)密度的同時(shí)，其韌性水平確實(shí)也同樣得到提升。然而，與傳統(tǒng)認(rèn)知不完全一致的是，S2情景的道路網(wǎng)絡(luò)密度最高，但面對(duì)兩類擾動(dòng)模擬時(shí)，其道路網(wǎng)絡(luò)韌性水平卻遜于S4情景。S3、S4情景的道路網(wǎng)絡(luò)密度接近，但S4情景的道路網(wǎng)絡(luò)韌性水平卻遠(yuǎn)高于S3情景，在“隨機(jī)移除”模擬下兩者的差距尤為突出。

以上結(jié)果表明，提高道路網(wǎng)絡(luò)密度并非提升城市網(wǎng)絡(luò)韌性的充分條件，街道網(wǎng)絡(luò)的形態(tài)與層級(jí)同樣影響城市網(wǎng)絡(luò)韌性水平。對(duì)比3種規(guī)劃情景的新增道路網(wǎng)絡(luò)形態(tài)，其規(guī)劃策略存在差異（見(jiàn)圖5）。S2情景均質(zhì)加密路網(wǎng)，S3情景強(qiáng)化原有自由生長(zhǎng)道路的連通性，S4情景新增自由格網(wǎng)以形成若干主干路網(wǎng)。依據(jù)道路網(wǎng)絡(luò)韌性的測(cè)度結(jié)果，層級(jí)結(jié)構(gòu)有序、網(wǎng)絡(luò)密度適中的格網(wǎng)型城市街道網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)兩類擾動(dòng)時(shí)，具有較高的韌性水平。另外，依據(jù)城市公共服務(wù)功能韌性的測(cè)度結(jié)果，高密度的城市街道網(wǎng)絡(luò)在面對(duì)隨機(jī)擾動(dòng)時(shí)，更容易提供連通公共服務(wù)供需空間的冗余路線。

總體來(lái)看，由于城市道路網(wǎng)絡(luò)具有尺度多維、要素疊加的特點(diǎn)，城市道路網(wǎng)絡(luò)的韌性特征具有尺度效應(yīng)。在宏觀尺度中，建設(shè)具有格網(wǎng)特征的主干道路體系形成多級(jí)層次結(jié)構(gòu)，有利于提升城市整體交通網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)抗毀性；而在中微觀尺度中，城市中心區(qū)局部適當(dāng)提高路網(wǎng)密度，強(qiáng)化其與主干路網(wǎng)之間的跨層級(jí)銜接，可以有效保障公共服務(wù)流動(dòng)的功能適應(yīng)能力。

3.3 搭建多模塊協(xié)同的公共服務(wù)功能體系

在空間網(wǎng)絡(luò)視角下，城市公共服務(wù)功能向高中心性空間聚集，是居民流動(dòng)與資源要素配置的必然結(jié)果。高等級(jí)公共服務(wù)設(shè)施布局于高交通可達(dá)性的地區(qū)，可以在城市受擾動(dòng)時(shí)提供及時(shí)、高效的服務(wù)[25]。但從S2、S3、S4這3種規(guī)劃情景功能韌性的分析結(jié)果來(lái)看，同一空間上網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)與服務(wù)功能的高度中心化同樣具有顯著的負(fù)邊際效應(yīng)。如果城市服務(wù)供需流動(dòng)高度依賴于強(qiáng)中心性路段，一旦這些路段在擾動(dòng)情景下失效（接近于“排序移除”），網(wǎng)絡(luò)中其他道路無(wú)法有效重新分配交通量，將導(dǎo)致居民的可獲取服務(wù)大幅減少，嚴(yán)重影響城市韌性水平。

提升城市服務(wù)設(shè)施的冗余性與均好性，部分疏解中心城區(qū)的公共服務(wù)設(shè)施，形成模塊化的公共服務(wù)設(shè)施布局體系，已經(jīng)成為規(guī)劃實(shí)踐中的共識(shí)。但是，規(guī)劃中靜態(tài)的設(shè)施模塊化布局，也可能難以避免現(xiàn)實(shí)中動(dòng)態(tài)的服務(wù)供需流動(dòng)極化。加密城市道路以提高交通可達(dá)性，會(huì)進(jìn)一步加強(qiáng)公共服務(wù)設(shè)施密集的傳統(tǒng)中心城區(qū)的服務(wù)吸引力，在客觀上引導(dǎo)居民長(zhǎng)距離獲取服務(wù)。上述研究表明，若外圍地區(qū)公共服務(wù)設(shè)施規(guī)模不足、居住用地分散，則難以通過(guò)規(guī)劃顯著提高城市服務(wù)功能韌性。尤其當(dāng)服務(wù)設(shè)施或主干路網(wǎng)恰好布局于災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，城市公共服務(wù)體系將會(huì)迅速崩潰瓦解。

理想的公共服務(wù)設(shè)施布局應(yīng)形成高效可達(dá)、分層交互、便捷轉(zhuǎn)化的多模塊協(xié)同模式。常態(tài)下在組團(tuán)單元內(nèi)部提供與居住人口相匹配的公共服務(wù)，通過(guò)適當(dāng)加密路網(wǎng)，可以滿足居民在日常功能半徑內(nèi)的服務(wù)需求。與此同時(shí)，依托高中心性的主干路網(wǎng)，保障城市居民便捷前往中心城區(qū)的高等級(jí)公共服務(wù)設(shè)施連通性。采用引力模型可以得出，上述布局結(jié)構(gòu)可使公共服務(wù)的供需匹配呈現(xiàn)冪律特征，即短途出行滿足大多數(shù)公共服務(wù)的需求，輔以少量長(zhǎng)途出行的補(bǔ)充，不同層級(jí)的城市公共服務(wù)之間可以有序轉(zhuǎn)化。城市在面對(duì)排序移除時(shí)，不會(huì)因少量設(shè)施失效而出現(xiàn)大規(guī)模崩潰；在面對(duì)隨機(jī)移除時(shí)，又可以通過(guò)主干網(wǎng)絡(luò)迅速轉(zhuǎn)化供需流動(dòng)方向，形成適災(zāi)結(jié)構(gòu)，從而具有更強(qiáng)的功能存續(xù)能力。

4 結(jié)論

形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)與功能是城市空間組織的基本特征，提出城市形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)和功能的韌性評(píng)估方法，可為國(guó)土空間規(guī)劃中合理安排各類用地布局提供指導(dǎo)。本文基于景觀生態(tài)學(xué)與復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論，提出“形態(tài)—網(wǎng)絡(luò)—功能”的多維度城市韌性評(píng)估框架和定量計(jì)算方法，在國(guó)土空間規(guī)劃中融入安全韌性目標(biāo)，提供多方案量化比選的技術(shù)途徑。

以十堰市中心城區(qū)的現(xiàn)狀和3種規(guī)劃方案為實(shí)證對(duì)象，分別計(jì)算其形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、功能的韌性水平，進(jìn)而通過(guò)對(duì)比分析，識(shí)別影響城市韌性水平的關(guān)鍵空間特征。主要結(jié)論如下：（1）城市建設(shè)用地規(guī)模增加與城市形態(tài)韌性之間為非線性負(fù)相關(guān)關(guān)系，提高建成環(huán)境與生態(tài)空間的連通性可減少城市規(guī)模擴(kuò)大的“負(fù)效應(yīng)”；（2）城市宏觀尺度上層級(jí)結(jié)構(gòu)有序、中微觀尺度上網(wǎng)絡(luò)密度適中的格網(wǎng)型城市街道網(wǎng)絡(luò)，應(yīng)對(duì)擾動(dòng)時(shí)具有更強(qiáng)的適應(yīng)與轉(zhuǎn)化能力；（3）高韌性的公共服務(wù)設(shè)施布局，可以在保持高效可達(dá)的基礎(chǔ)上具有層級(jí)交互、多模塊化特征，促使公共服務(wù)供需路徑呈現(xiàn)冪律特征。

本文所討論的形態(tài)、網(wǎng)絡(luò)、功能屬于城市物質(zhì)空間范疇，是城市韌性的重要基礎(chǔ)。未來(lái)可以從以下幾個(gè)方面進(jìn)行拓展：將評(píng)估框架推廣到不同規(guī)模、不同地理特征的城市，進(jìn)一步解析城市空間組織特征與韌性的影響機(jī)制；針對(duì)城市面臨的典型擾動(dòng)，設(shè)置具體災(zāi)害影響場(chǎng)景并分析其韌性的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程；與經(jīng)濟(jì)流動(dòng)、人口分布、社會(huì)組織等因素結(jié)合，幫助規(guī)劃合理安排空間與社會(huì)資源，提高城市應(yīng)對(duì)各類災(zāi)害的適應(yīng)能力。