賀靜 黃獻(xiàn)明 陳安 宋婕 魏素巍 夏偉 葉凌 / HE Jing, HUANG Xianming, CHEN An, SONG Jie, WEI Suwei, XIA Wei, YE Ling

《建筑和土木工程的彈性》（TR22845，Resilience of Buildings and Civil Engineering Works）技術(shù)報(bào)告（Technical Report，簡稱TR）是國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，簡稱ISO）“建筑和土木工程的彈性”工作組（TC59/WG4）的首個工作項(xiàng)目，自2017年7月起由中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院為工作組召集成員以及技術(shù)報(bào)告項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，聯(lián)合工作組內(nèi)清華大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院、中國科學(xué)院科技戰(zhàn)略咨詢研究院、中國建筑科學(xué)研究院3個機(jī)構(gòu)中6位中國專家組成核心編制團(tuán)隊(duì)。技術(shù)報(bào)告通過收集、整理全球相關(guān)領(lǐng)域發(fā)展?fàn)顩r、研究資料，梳理出與“建筑和土木工程的彈性”相關(guān)的已有研究信息及其理論框架，作為日后編制“彈性”系列國際標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)依據(jù)。此項(xiàng)工作可視為我國建筑領(lǐng)域國際標(biāo)準(zhǔn)編制工作的前沿探索，是相關(guān)基礎(chǔ)理論研究成果向國際標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化的積極嘗試。

1 編制目的和工作思路

1.1 ISO國際標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)報(bào)告

《建筑與土木工程的彈性》技術(shù)報(bào)告是ISO國際標(biāo)準(zhǔn)化組織六類可交付成果出版物中的一種，是國際標(biāo)準(zhǔn)編制過程中的基礎(chǔ)性工作，通過對相關(guān)領(lǐng)域已有成果、論文等資料的全面系統(tǒng)收集和梳理提煉，為該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展和標(biāo)準(zhǔn)編制工作提供更為便捷的參考資料索引?！禝SO/IEC導(dǎo)則第1部分——ISO補(bǔ)充部分合訂本》（ISO/IEC Directives, Part 1，Consolidated ISO Supplement—Procedures specific to ISO）對技術(shù)報(bào)告編寫內(nèi)容有明確的規(guī)定，即“可能包括對國家機(jī)構(gòu)進(jìn)行調(diào)查所獲得的數(shù)據(jù)、有關(guān)其他國際組織工作的數(shù)據(jù)、與國家機(jī)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)涉及特定主題最新情況的數(shù)據(jù)等”。有些技術(shù)報(bào)告成果日后轉(zhuǎn)化為相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如ISO標(biāo)準(zhǔn)6707-3《建筑與土木工程——詞匯第3部分：可持續(xù)發(fā)展》（Buildings and civil engineering works-Vocabulary-Part3: Sustainability terms），即在2013年出版的ISO技術(shù)報(bào)告21932《建筑與土木工程的可持續(xù)性：術(shù)語回顧》（Sustainability in buildings and civil engineering works: A review of terminology）基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)化而來。

1.2 “建筑和土木工程的彈性”與國際標(biāo)準(zhǔn)化

“建筑和土木工程的彈性”是指建筑和土木工程面對重大災(zāi)害影響時的抵御、恢復(fù)、適應(yīng)等反應(yīng)能力，是近年來國際社會十分關(guān)注的政治理念和社會熱點(diǎn)問題，是繼“可持續(xù)發(fā)展”后又一得到世界性關(guān)注的共識問題。2015年，ISO/TC59在向技術(shù)管理委員會（Technical Management Board，簡稱TMB）提交的《“彈性”和國際標(biāo)準(zhǔn)化》提案中指出，“‘彈性’已作為專用術(shù)語被納入政治議程，在全球人道主義問題上正在替代 ‘可持續(xù)發(fā)展’一詞，在災(zāi)害風(fēng)險管理方面正在取代‘減災(zāi)’一詞”①?！皬椥浴崩砟铋L期以來被作為一種政治議程，而將其落實(shí)到技術(shù)層面，則需要建立二者之間的“媒介”。ISO作為統(tǒng)一協(xié)調(diào)全球不同部門的國際標(biāo)準(zhǔn)化組織，將有可能統(tǒng)一解釋“建筑和土木工程的彈性”這一術(shù)語，建立框架并逐步制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，以國際標(biāo)準(zhǔn)為媒介積極促進(jìn)“彈性”理念落實(shí)到技術(shù)范疇。

1.3 技術(shù)報(bào)告的工作路線

《建筑和土木工程的彈性》技術(shù)報(bào)告采用“海綿式”工作路線，在對全球相關(guān)領(lǐng)域“已有觀點(diǎn)和進(jìn)展”等信息的吸收、整理基礎(chǔ)上，對“彈性”概念進(jìn)行框架性提煉（圖1）。首先對已有“彈性”概念和描述進(jìn)行匯總，包括基本概念、不同學(xué)術(shù)領(lǐng)域曾出現(xiàn)的“彈性”概念、ISO標(biāo)準(zhǔn)中已有的相關(guān)“彈性”定義、建筑和土木工程領(lǐng)域提及的“彈性”定義等；進(jìn)而建立“建筑和土木工程的彈性”框架，包括明確“彈性”對象分類，梳理“彈性”所應(yīng)對的不同災(zāi)害影響類型，并針對不同影響類型整理其“彈性”的原則、度量和策略。

2 建筑的“彈性”

2.1 背景

建筑“彈性”要應(yīng)對的災(zāi)害影響與人類生活方式的改變高度相關(guān)。全球城市化發(fā)展引發(fā)了人類定居點(diǎn)的不斷擴(kuò)張，對建設(shè)的無限欲望和面對自然威脅的脆弱性，共同加劇了遭受自然災(zāi)害的頻度。人類定居點(diǎn)越來越接近甚至置身于災(zāi)害威脅之中，僅靠“選址”已不能滿足降低災(zāi)害影響的需求，災(zāi)害管理需要從“躲避”轉(zhuǎn)向“適應(yīng)”。

2.1.1 全球氣候變化加劇自然災(zāi)害的威脅

社會生活方式的改變引發(fā)了全球氣候變化，而氣候變化又導(dǎo)致了自然災(zāi)害的不斷加劇，并且直接作用于人類社會。聯(lián)合國（2015）《2015～2030年仙臺減少災(zāi)害風(fēng)險框架》指出，2005～2015年，全球?yàn)?zāi)害不斷發(fā)生并造成嚴(yán)重?fù)p失，使得70多萬人喪生、140多萬人受傷和大約2300萬人無家可歸。災(zāi)害嚴(yán)重阻礙了實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程，其中許多災(zāi)害因氣候變化而變得更為嚴(yán)重，其頻率和強(qiáng)度也越來越高②。政府間氣候變化專門委員會（Intergovernmental Panel on Climate Change，簡稱IPCC）2012年特別報(bào)告《管理極端事件和災(zāi)害風(fēng)險以推進(jìn)氣候變化適應(yīng)》（Special Report on Managing the Risks of Extreme Events and Disasters to Advance Climate Change Adaptation，簡稱SREX）研究顯示，21世紀(jì)全球極端高溫天氣的頻率和幅度將增加，20世紀(jì)大部分地區(qū)20年一遇的極端高溫事件，到21世紀(jì)末可能變成5年或2年一遇；大部分地區(qū)強(qiáng)降雨的發(fā)生頻率或占總降水量的比例可能增加，到21世紀(jì)末許多地區(qū)20世紀(jì)20年一遇的最大降水日，可能變成15年一遇或5年一遇。

近幾十年來,隨著“抗震”措施被列入世界多個國家的建筑法規(guī)，地震導(dǎo)致的生命喪失和經(jīng)濟(jì)損失數(shù)量已有明顯下降，但其他多數(shù)災(zāi)害類型仍缺乏有效的“彈性”策略和技術(shù)。面對不斷加劇的災(zāi)害影響，一些建筑師開始從災(zāi)害中不斷總結(jié)教訓(xùn)，嘗試針對洪水、颶風(fēng)等災(zāi)害進(jìn)行“彈性”設(shè)計(jì)。例如，美國建筑師在設(shè)計(jì)波士頓斯普魯?shù)驴祻?fù)醫(yī)院時，將重要的設(shè)備系統(tǒng)設(shè)置于建筑頂層而不是地下室，以確保其在洪水或風(fēng)暴潮來臨時仍能保持正常運(yùn)行③。美國密歇根大學(xué)和美國綠色建筑委員會（the U.S. Green Building Council，簡稱USGBC）的研究報(bào)告《綠色建筑與氣候彈性：理解影響和準(zhǔn)備變化的條件》提出了一整套應(yīng)對美國不同地區(qū)氣候變化的“彈性”策略，并量化評估各策略應(yīng)對氣候變化的能力，幫助引導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)方、建造方和使用方將“彈性”原則納入項(xiàng)目建設(shè)全過程④。

2.1.2 生活方式復(fù)雜性加大系統(tǒng)的脆弱性

社會生活方式的改變越發(fā)依賴于更長的水、能源、網(wǎng)絡(luò)等供應(yīng)鏈，全球定居點(diǎn)間的互相關(guān)聯(lián)也引發(fā)了更多連帶的災(zāi)難影響。復(fù)雜性的變化加大了系統(tǒng)生存的脆弱性，促使了從“復(fù)雜”到“彈性”的思維轉(zhuǎn)變。例如，現(xiàn)代建筑室內(nèi)環(huán)境營造過度依賴電力支撐的人工照明和空調(diào)系統(tǒng)，當(dāng)洪水或地震造成電力中斷時，抑或一次普通的“停電”，一座全玻璃幕墻的辦公樓可能很快變成一個烤箱⑤；“非典”等流行病發(fā)生時，封閉式集中空調(diào)系統(tǒng)則嚴(yán)重加速了疾病的傳播。人們逐漸意識到，依賴復(fù)雜人工設(shè)備的現(xiàn)代建筑往往比老房子更容易受到過度傷害。因此，需要溫故知新，從“對抗”自然轉(zhuǎn)向“親近”自然，如設(shè)計(jì)在災(zāi)害發(fā)生時可以不依靠用能設(shè)備而實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、采光、降溫的“彈性”建筑空間等。

另外，由于近年來恐怖襲擊不斷發(fā)生，一些國家已開始設(shè)置相應(yīng)的建筑“彈性”策略和法規(guī)。英國曼徹斯特在經(jīng)歷愛爾蘭共和軍1996年炸彈襲擊后，將“安全”要素納入重建規(guī)劃中，包括設(shè)置可伸縮鋼護(hù)柱、防轟炸垃圾箱和監(jiān)控系統(tǒng)等⑥。美國商務(wù)部國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所（National Institute of Standard and Technology，簡稱NIST）制定了“阻止和降低潛在恐怖分子襲擊影響”的強(qiáng)制性建筑設(shè)計(jì)規(guī)范，包括限制建筑入口數(shù)量、拆除一層窗戶、禁設(shè)地下停車場等。

2.2 基本定義

“彈性”一詞由拉丁語“resilio”轉(zhuǎn)變而來，意為“彈回”，被廣泛應(yīng)用于心理學(xué)、環(huán)境學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、減災(zāi)、城市規(guī)劃等眾多領(lǐng)域。2014版《牛津詞典》中將“彈性”描述為兩層含義，分別為“物質(zhì)或物體彈回原形的一種能力”和“從困境中快速恢復(fù)的一種能力”。第一層含義是指物理對象的“機(jī)械屬性”，即機(jī)械回彈性；第二層含義則針對個體或系統(tǒng)的“系統(tǒng)屬性”，描述其受到損害和影響后及時恢復(fù)功能的能力。喬治 ·R.沃克（George R. Walker）認(rèn)為，這兩種含義針對不同物體，其“彈性”描述方法有所不同（表1）：對“機(jī)械屬性”而言，“彈性”定義包括對象的物理性質(zhì)和影響的力學(xué)強(qiáng)度，以“回彈性”來衡量其水平；對于“系統(tǒng)屬性”，“彈性”定義則包括對象的功能特性和影響的類型與強(qiáng)度，以“恢復(fù)時間”來衡量其水平⑦。

圖1 《建筑和土木工程的彈性》技術(shù)報(bào)告工作路線

建筑“彈性”通常指“系統(tǒng)屬性”。聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略署（the United Nations Office for Disaster Risk Reduction，簡稱UNISDR）將“彈性”定義為“系統(tǒng)、社區(qū)或社會面對危險時，能夠及時有效地抵御、吸收、適應(yīng)危險影響并從中恢復(fù)的能力，包括對其基本結(jié)構(gòu)和功能的保護(hù)與恢復(fù)”。建筑的“彈性”對象不僅局限于單體，更多考慮單體對所在社區(qū)、區(qū)域等系統(tǒng)的“彈性”貢獻(xiàn)。例如，建筑“彈性”要求結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有足夠冗余，以支撐災(zāi)后社區(qū)功能的延續(xù)，而不僅僅滿足于單體建筑震后“不倒”。2011年新西蘭基督城災(zāi)后重建即說明了這個問題：地震發(fā)生后，雖然大量建筑沒有坍塌，卻因沒有足夠的結(jié)構(gòu)冗余，無法繼續(xù)使用而幾乎全部被拆除⑧。

2.3 概念辨析

2.3.1 “彈性”與“應(yīng)急”

“彈性”概念不同于災(zāi)害風(fēng)險管理中的“應(yīng)急”?！皯?yīng)急”指從風(fēng)險識別到災(zāi)害完全恢復(fù)的全過程，其中“應(yīng)急響應(yīng)”是最核心的部分，而“彈性”則是在災(zāi)害發(fā)生前的建設(shè)階段做出增強(qiáng)潛在不利影響應(yīng)變能力的“準(zhǔn)備”（圖2）。例如，地震發(fā)生后的處置救援、恢復(fù)重建等，是“應(yīng)急”，而建筑物建造時的抗震、減震等措施，即為“彈性”。近年來全球?yàn)?zāi)難性事件發(fā)生的頻率顯著增加，巨大的社會經(jīng)濟(jì)損失促使了災(zāi)害管理理念的轉(zhuǎn)變，即從災(zāi)后“應(yīng)急”反應(yīng)，擴(kuò)展到災(zāi)前“彈性”準(zhǔn)備。2004年聯(lián)合國國際減災(zāi)戰(zhàn)略提出的“災(zāi)害風(fēng)險管理行動”4個階段中，將“預(yù)防和減輕行動”列為第一階段。國際建筑與建設(shè)研究與創(chuàng)新理事會（International Council for Research and Innovation in Building and Construction，簡稱CIB）在《災(zāi)害和建筑環(huán)境研究路線圖》中也明確指出，“應(yīng)在建筑環(huán)境的設(shè)計(jì)、建造和維護(hù)過程中納入災(zāi)害風(fēng)險減低策略和措施，使其更加適應(yīng)自然災(zāi)害和人為威脅的影響”。

表1 “彈性”的兩種含義（George R. Walker，2016）

圖2 “彈性”與“應(yīng)急”

圖3 建筑與自然的“慎重利用”和“彈性適應(yīng)”關(guān)系

“彈性”與“應(yīng)急”的不同表現(xiàn)在以下3個方面：（1）從時間上看，“應(yīng)急”偏重于“災(zāi)害發(fā)生后”進(jìn)行的救援、恢復(fù)、重建等活動，“彈性”則要求在“災(zāi)害發(fā)生前”的建設(shè)階段即做好準(zhǔn)備；（2）從對象上看，“應(yīng)急”以具有高度不確定性的突發(fā)事件為對象，在信息不完全的情況下對其產(chǎn)生作用，“彈性”則以特定的建筑物或組織、環(huán)境為對象，如針對可能發(fā)生的自然和人為災(zāi)害影響做出應(yīng)對建設(shè)措施；（3）從內(nèi)容上看，“應(yīng)急”更偏重于體制構(gòu)建、資源管理、信息搜集處理等突發(fā)事件應(yīng)對過程中“人”的行為，“彈性”則更加注重提高災(zāi)害抵御和適應(yīng)能力的建筑設(shè)計(jì)、建造等“物”的狀態(tài)。

隨著“彈性”概念在災(zāi)害領(lǐng)域的不斷擴(kuò)展，“應(yīng)急”與“彈性”的聯(lián)系日益緊密。現(xiàn)代“應(yīng)急”的全生命周期管理是從事件的孕育到發(fā)生發(fā)展過程中通過采取一系列策略，以便對風(fēng)險和損失進(jìn)行減緩。而“彈性”同樣是對可能造成的擾動提出減緩策略。雖然作用對象和內(nèi)容不盡相同，但兩者的最終目的都是為了降低災(zāi)害潛在的或已造成的損失，盡快恢復(fù)平穩(wěn)狀態(tài)。從某種程度上講，“彈性”是“應(yīng)急”的基礎(chǔ)，建筑的“彈性”支撐災(zāi)害發(fā)生后建筑系統(tǒng)的“應(yīng)急”表現(xiàn)能力，兩者之間存在相關(guān)性。

2.3.2 “彈性”與“綠色”

目前“彈性”在越來越多的國際組織、政府間、學(xué)科研究領(lǐng)域中引起共鳴，但在建筑業(yè)的重視程度還有待提高，尚未形成成熟的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)體系，僅有少量“彈性”原則和策略出現(xiàn)在綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)中。如果“綠色”被定義為“人與自然和諧共生”的一種關(guān)系（圖3），那么，目前的“綠色建筑”仍偏重于降低建筑活動對自然環(huán)境的影響，即重視“利用”自然的“慎重態(tài)度”，而對如何以“彈性方式”去“適應(yīng)”災(zāi)害風(fēng)險則關(guān)注較少。

對比現(xiàn)有的美國LEED（Leadership in Energy and Environmental Design，能源與環(huán)境設(shè)計(jì)先鋒）認(rèn)證體系、日本CASBEE（Comprehensive Assessment System for Built Environment Efficiency，建筑物綜合環(huán)境性能評價體系）、德國DGNB（可持續(xù)建筑評估體系，德語Deutsche Gesellschaft für Nachhaltiges Bauen）、中國綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)中，以及已收集到的“彈性”策略（表2），可以看出目前“綠色”和“彈性”存在一些“視角”上的差異。例如，（1）對于“以人為本”，現(xiàn)有“綠色”更多注重建筑室內(nèi)外環(huán)境的健康舒適度，較少關(guān)注提高災(zāi)害威脅時的生存能力問題；（2）對于主體結(jié)構(gòu)，“彈性”更重視其耐久性和可靠性，目前的“綠色”標(biāo)準(zhǔn)中提及不多，即使是日本標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)了耐久性和抗震要求，但尚無洪水、風(fēng)暴、極端氣候等其他災(zāi)害的應(yīng)對策略；（3）對于能源和建材，現(xiàn)有“綠色”標(biāo)準(zhǔn)非常關(guān)注如何“節(jié)約”，即“節(jié)能”和“節(jié)材”，而“彈性”則強(qiáng)調(diào)“冗余”，即考慮必要的結(jié)構(gòu)儲備和電力系統(tǒng)冗余；（4）對于建筑用能方式，現(xiàn)有“綠色”非常重視用能設(shè)備的“能效”提升，對“自然設(shè)計(jì)”關(guān)注較少，而“彈性”策略則非常重視以“自然設(shè)計(jì)”滿足“被動生存”需要，即在災(zāi)后建筑能夠很好地實(shí)現(xiàn)自然通風(fēng)、采光，避免因設(shè)備系統(tǒng)中斷而影響基本生存需要。

表2 現(xiàn)有建筑“綠色”“彈性”典型策略比對

3 總結(jié)與建議

綜上，建筑業(yè)作為目前全球經(jīng)濟(jì)活動中對氣候變化負(fù)面“貢獻(xiàn)”最大的行業(yè)，既要反思“工業(yè)文明”過度消耗資源的慣性方式，盡量降低其對氣候變化的影響，還要以更加“彈性”的思維，創(chuàng)造性地解決、適應(yīng)“發(fā)展與災(zāi)害”之間的矛盾，學(xué)會和已經(jīng)變化了的環(huán)境“相處”。

鑒于自然和人為災(zāi)害的殘酷性，突破、提高建筑的“彈性”能力，比改進(jìn)“建造和使用方式”將更加困難、更具挑戰(zhàn)。因此，提出如下建議：

（1）在現(xiàn)有“綠色”理念基礎(chǔ)上，將其外延和內(nèi)涵進(jìn)一步擴(kuò)展，遵循“尊重自然、順應(yīng)自然”的“生態(tài)文明”思維方式，將“彈性”理念納入“綠色”范疇，從“利用”和“適應(yīng)”兩個角度，支撐“人、建筑、自然”之間的友好關(guān)系。

（2）積極促進(jìn)學(xué)科交叉融合，建筑學(xué)應(yīng)與地理信息、大數(shù)據(jù)、災(zāi)害應(yīng)急等學(xué)科領(lǐng)域進(jìn)行廣泛合作，在更大范圍建立建筑“災(zāi)害大數(shù)據(jù)平臺”，并逐步探索、梳理針對災(zāi)害影響、彈性度量等的量化評價方法，構(gòu)建與之相對應(yīng)的建筑“彈性”建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)體系。

（3）積極研究并構(gòu)建應(yīng)對各類型災(zāi)害影響的建筑“彈性”關(guān)鍵技術(shù)體系，發(fā)揮人工智能、機(jī)器人等前沿“新科技”的支點(diǎn)作用，推動“彈性”從“理念”落地到技術(shù)層面，有效發(fā)揮其在“建設(shè)包容、安全、有風(fēng)險抵御能力和可持續(xù)的城市及人類住區(qū)”可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals，SDGs）中的重要支撐作用。

注釋

① ISO/TC59. Proposal on resilience from TC59 to TMB (N1175) [R].2015.

② 聯(lián)合國減災(zāi)戰(zhàn)略署. 2015-2030年仙臺減少災(zāi)害風(fēng)險框架[R]. 2015.

③Jill Fehrenbacher. Resilient Design: Is Resilience the New Sustainability? [R]. 2013.

④University of Michigan, U.S. Green Building Council. Green Building and Climate Resilience: Understanding Impacts and Preparing for Changing Conditions[R]. 2011.

⑤Jill Fehrenbacher. Resilient Design: Is Resilience the New Sustainability? [R]. 2013.

⑥J. Coaffee, L. Bosher. Integrating Counter-terrorist Resilience into Sustainability[J]. Urban Design and Planning, 2008,161(02).

⑦George R. Walker. Resilience and the Built Environment[R].2016.

⑧ 同⑦