城市基础设施系统韧性提升浅探

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一、引言

城市社会的正常运转很大程度上依赖着水、电、网、气和交通等基础设施系统的有效运行，尽管这种依赖日常并不明显，但基础设施系统一旦出现故障，却可能成为城市功能部分丧失甚至全部瘫痪的催化剂。近年来，各类突发性事件频发，灾后城市基础设施系统的功能是否能保持完整，是否较快修复，直接影响灾后应急工作的运行效率。因此提升城市基础设施系统韧性、完善城市综合防灾水平，如今已成为备受学界关注的重要课题和规划建设领域专家的重要研究方向。本文在解析城市基础设施韧性内涵的基础上，分别从基础设施供给、协同管理机制和新型基础设施建设三个角度探讨提升策略。

二、韧性成为城市基础设施提升的新方向

城市基础设施是指能够向社会、单位和居民提供生产生活有关的公共设施的产业、企业和部门，是能够促进社会经济发展、保障企业物质生产、提供居民正常生活的基本物质基础，具有特定区域性、空间性和时间性特征。通常，广义的城市基础设施系统涵盖了公共服务设施和工程性基础设施，包括教育、医疗、卫生、市政生命线工程、交通工程、通信工程和能源工程等；而狭义的基础设施主要指工程性基础设施。基础设施系统的有效运转是城市赖以生存发展、居民生产生活、经济发展和社会进步的基础支撑。经过三四十年的快速城市化进程，我国城市基础设施建设领域成果斐然，框架和功能也逐步建立健全。过去的城市发展经验中，越大的城市往往被认为基础设施系统更完善、抵御扰动的能力也更强。然而，2019年年末以来，新冠肺炎疫情对城市特别是武汉、上海等大城市造成的巨大冲击将城市公共服务、社区建设等短板充分暴露，如面对高密度和高流动性的城市人口，公共医疗特别是基层医疗服务资源短缺，医疗设施规划布局不合理、社区服务人员不足等问题。2021年7月，郑州受强台风输送大量水汽的影响，发生了历史罕见的洪涝灾害，致使大量的基础设施损毁，进而对整个城市系统造成影响，包括地铁站被淹等事件导致的大量生命财产损失，这使得政府和居民开始关注和反思城市基础设施的可靠性问题。因此，综合性、系统性的城市基础设施规划、建设和运营管理十分必要。韧性（Resilience）作为可持续发展的核心概念之一，是指暴露在危险中的系统、社区或社会抵御、吸收、适应危险的能力并及时有效地从危险的影响中恢复（UNISDR，2009）。相关研究表明，韧性的系统被认为具有鲁棒性、冗余性、迅速性、资源性、稳健性、灵活性、多样性、连通性等特征。因此很多国家和地区都将建设韧性城市作为未来城市发展的重要目标。国际上韧性城市通常包含四个维度：基础设施、经济、社会和制度层面。而作为其他三方面的“骨架”，基础设施韧性建设显得尤为重要。韧性概念的引入也为城市基础设施相关的研究和规划注入了新的活力。《中共中央关于制定国民经济和社会发展第十四个五年规划和二〇三五年远景目标的建议》中首次提出建设“韧性城市”，其侧重点就是在优化基础设施方面，即提高基础设施应对地震、洪涝灾害等自然灾害的能力。可以说，韧性成为了城市基础设施提升的新方向。

三、城市基础设施韧性的内涵解析

从概念上讲，韧性包含三个相互关联的含义:较低的失败率、发生故障时不太严重的负面后果以及能够更快地从故障中恢复。因此，城市基础设施韧性是指在面对灾害冲击及外部环境变化等干扰时，系统能够预防、抵御、响应冲击并适应其影响，且能从中恢复或转换至正常运行状态的能力。韧性较强的基础设施系统在面对灾害时有着较强的防御能力和恢复能力，也能最大化地保障系统的正常运行和功能的正常实现。有学者指出基础设施系统韧性的九大特性，包括：排除安全故障的能力、良好的治理水平、信息处理能力、鲁棒性、学习更新能力、智慧性、问题响应能力、灵活性和冗余度（图1）。除了城市交通、水、能源、环境卫生、园林绿化、信息通信等生命线基础设施系统在规划建设和日常运行中提到的应急预案，我们常见到的海绵城市、应急避难场所、城市人防设施等基础设施相关的规划和建设也是提升城市基础设施系统韧性的具体工作体现。联合国可持续发展目标（Sustainable Development Goals，SDG）中对基础设施韧性设有如下目标：（1）发展高质量、可靠、可持续和有韧性的基础设施，包括区域和跨境基础设施，以支持经济发展和人类福祉，重点是让所有人都能负担得起和公平地获得服务……（2）到2030年，升级基础设施，改造工业，使其可持续发展，提高资源利用效率，更多地采用清洁和无害环境的技术和工业流程……（3）使城市和人类住区具有包容性、安全性、韧性和可持续性…… 有别于传统的基础设施系统防灾减灾和脆弱性等概念，韧性更强调完整的减灾周期，基础设施系统韧性提升也因此具有全过程意义和多要素内涵。理解城市基础设施系统韧性，可从灾害发生前的预防（保障）工程和预警措施、灾害发生时的应急救援救助和灾后长期的重建和恢复三个层次分析和评估：（1）灾前预防与工程保障水平：衡量灾前城市预防主要灾害侵袭所建设相关的基础设施工程配套建设水平与保障能力，具体可包括：当地市政基础设施的排涝能力、当地提供应急避难空间的总量和分布的均衡性、当地人防设施供应能力等。（2）灾情预警与统筹管理水平：衡量城市在灾害或事故发生前和灾害发生期间对风险的提前预警、实时监测以及灾时管理能力。具体可包括：当地人防报警服务的覆盖情况、当地灾害监测预警水平、基础设施部门对突发事件的统筹协调管理水平等。（3）灾后应急处置与救援水平：衡量城市在灾害或事故发生时快速响应并开展救援救护工作的能力。具体可包括：当地医疗系统提供应急救助服务的供应总量以及当地医疗设施服务分布的均衡性、当地社会治安响应力量的供应能力、当地应急救援力量的供应能力、当地应急疏散与救援救助的交通运输能力和应急力量的可达性等。

四、城市基础设施韧性的提升策略

（一）摸清底数，提升既有城市基础设施供给能力

韧性的特征之一——系统冗余度的提升具有应急、储备和库存的特点。对于城市基础设施系统来说，无论是交通、通信、电力系统、液体燃料、天然气和给排水，都需要通过预先储备和设置各基础设施系统备用仪器设备、备用生产物资、维护应急增调人员方案和紧急调配资源供应商等途径提高基础设施系统冗余性、资源充足性和恢复性，在面对人为事件或自然灾害等突发扰动时可以被及时启用和调用。市政建设中，应充分利用地下空间来构建和提升城市基础设施资源。我国城市可以借助地铁规划建设、雨水管网升级工作的开展，全面摸清全市地下空间资源，将轨道交通、综合管廊、市政场站、商业与公共服务设施、雨洪调蓄设施、数据灾备、地下仓储、地下人防等系统为地下物流配送、地热能利用等基础设施系统所用，开展统一规划和整体提升（图2）。有序推进城市基础设施和地下空间综合开发，全面提升城市综合防灾能力、应急疏散救援能力与生命线工程恢复能力，以效率、品质和韧性为导向，提升城市安全韧性水平。此外，城市避难场所作为极端灾害或特殊时期保护人民群众生命安全的重要保障场所，其建设和优化也是城市基础设施韧性提升必不可少的一环。首先需要梳理和整合城市中公园绿地、广场、交通设施等潜在避难场所资源以及现有的自然灾害避灾点资源，并结合城市当前的灾害风险水平和灾害风险应对能力评价结果，进一步明确各级避难场所的等级与规模，优化避难场所抵御和应对多种常见灾害风险的综合服务能力，从而在市域范围内构建“紧急—固定—长期”三级避难场所体系以及市、县、乡三级应急救灾响应管理和物资储备体系，并对避难场所进行网格化、常态化管理维护。在此基础上，还需充分调研该类场所及周边潜在风险，适当提高水、电、路、网等基础设施建设标准，并做好标示服务和宣传工作（图3），保证风险发生时该类设施点提供应急救援及相关服务的综合能力，提升相关设施的使用效率和灾害响应水平。

（二）协同合作，提高城市基础设施资源管理水平

随着城市基础设施建设的有序推进，城市中的交通、通信、电力系统、液体燃料、天然气和给排水等不同类基础设施系统之间存在或紧或密的地理关联、物理关联、网络关联和逻辑关联，形成关联性极强的复杂网络系统。基础设施系统的完善加速了城市经济发展，也提高了人民群众的生活质量，但面对日益频发的突发事件，其网络特性也使得因一个点的破坏造成更广泛区域的服务中断,进而影响到整个系统的稳定运行。随着基础设施开发建设规模的提速和投资力度的加大，国家也不断推出政策强化管理。但传统基础设施建设和管理往往各自为政，由于城市基础设施规划、开发、建设、运行和维护涉及国土、城建、规划、供水、燃气、电力、电信等多个部门，面对自然和人为灾害时，往往存在系统性不足、管理体制不完善、缺乏统一规划等问题，各部门之间缺乏沟通，数据共享不足，统计口径和标准也不统一，导致权责不明、底数不清，提升难度较大。因此，在实际城市基础设施规划建设推进中，须由政府牵头，科学制订城市基础设施近期开发计划，并在项目实施中依法履行城乡规划建设相关程序，做好环境影响评价，合理有序安排各类城市基础设施建设项目，落实责任主体和资金安排。例如上海市牵头提出的大都市圈市政基础设施一体化发展目标是形成功能互补、要素流动、资源整合的跨域融合的市政基础设施协同整体，即打造一个“更安全、更绿色、更高效”的命运共同体，构建高效、绿色、智能、安全的基础设施网络（图4）。推进城市基础设施协同建设需要：一是以“全生命周期管理”理念，构建城市基础设施规划、建设、运行维护、更新等各环节的统筹建设发展机制，促进提升城市基础设施体系的整体性、系统性、生长性，保障其韧性的提升；二是通过跨学科、跨部门、跨行政地域边界的合作，建立统一高效的协调机制，建立需求和数据共享平台和安全应急保障调配平台，并进行环境、经济、社会、管理多维统筹的政策机制探索，提升城市基础设施建设的协同性，实现城市基础设施资源的统一规划管理。

（三）开放思路，以“新基建”促进城市韧性提升

近期，住建部、国家发改委印发《“十四五”全国城市基础设施建设规划》重点发展新基建。新型基础设施建设包含智慧电网（特高压）、轨道交通、5G基站、大数据中心、人工智能、工业互联网、新能源充电桩七大建设领域（图5）。新基建的发展有助于提升城市基础设施体系的整体灾害应对能力，例如建设城市韧性电网和智慧电网，加强城市配电网扩容和升级改造，不仅是满足当下新能源产业的发展需要，也有助于实现设备状态环境全面监控、故障主动研判自愈，保证持续增长的电力需求供给和调配综合能力，提高电网韧性；建设信息通信网络基础设施系统和天地一体、集成互联、安全高效的信息基础设施作为智慧城市建设的重要一环，可以增强数据感知、传输、存储和运算能力；利用互联网思维与技术，以智慧电力网体系为基础，构建以能源网架体系实现物理支撑、以信息支撑体系实现数据交互、以价值创造体系实现价值应用的能源互联网系统；基于基础信息网建设城市轨道交通智能化系统，深度应用互联网、人工智能等新技术，促进不同制式轨道交通网的智能融合运行，实现对轨道交通各子系统进行统一监控、管理、调度、维修和服务。通信基础设施是互联网时代下生活中必不可少的基础设施，也是系统性提升基础设施系统韧性的必要纽带。数字技术在近几年疫情防控和复工复产方面发挥了重要作用，包括通信大数据对于流动人员的疫情监测、疫情态势研判和疫情防控政策的制定和部署，以及电商网购、在线服务等新业态对居民生产生活的保障等。未来需要进一步通过科学合理布局各类通信基础设施，促进其他类型基础设施与信息通信基础设施融合部署，结合新的物联网（IOT）技术，推进城市交通、水、能源、环卫、园林绿化等传统基础设施系统数字化、网络化、智能化建设与改造，对整体城市基础设施系统进行智能化管理：监测感知网络化、运营管理智能化，从而更早地发现基础设施体系中的问题，进行精准化维护管理，避免发生系统性问题，提升系统整体韧性。以新发展理念为引领，以技术创新为驱动，以信息网络为基础的新型基础设施建设可以通过其智慧化、精准化、合作化、一体化的治理手段，有效降低城市突发性事件的风险，增强灾中、灾后的应对措施、应急预案和适应能力。通过大数据平台和相关新技术的支持，城市基础设施资源在网络系统中得以纳入动态管理和全面统筹。城市基础信息建模将城市规划情景推演、灾情模拟和应急预案模拟整合在一个时空信息平台上，借助先进的人工智能技术协助开展灾前风险监测和预警、灾中及时响应和应急救援，以及灾后多资源协同应对与恢复重建工作。技术升级和“城市大脑”的构建也将为城市发展、治理和公共设施服务领域的协同联动提供平台，通过基础设施和公共服务一体化管理促进城市韧性的提升。

五、结语

韧性作为城市基础设施提升的新方向，一方面，我们要善于抓住新一代通信基础设施建设、城市智慧电网等新基建的契机，通过数字转型、智能升级、融合创新有效提升城市基础设施系统功能上的冗余性、风险响应上的迅速性、服务输出的稳健性、管理运行的灵活性，以点及面，赋能韧性城市的建设。另一方面，在管理制度上要强化基础资源的协同规划和统筹管理，完善各级应急管理机制，落实责任主体和资金安排，充分做好突发事件处置的应对准备。尽管以韧性提升为导向的基础设施建设完善成本大、耗时长，但从长远效益来看，城市基础设施系统韧性的提升是有效规避灾害风险等外部扰动造成生命财产损失的重要举措，对保障城市安全、促进城市高质量发展、实现经济社会可持续发展意义非凡，可谓功在当代利在千秋之工程。

作者:周姝天 单位:南通大学艺术学院