趙 淼， 曹學(xué)云

(南陽理工學(xué)院張仲景國(guó)醫(yī)國(guó)藥學(xué)院 河南 南陽 473004)

0 引言

近年來，由于我國(guó)粗放快速增長(zhǎng)的城市化進(jìn)程導(dǎo)致城市功能失效、社會(huì)組織失序和巨大生命財(cái)產(chǎn)損失等災(zāi)難性后果愈發(fā)嚴(yán)重[1]。韌性城市建設(shè)是指城市在受到外部因素干擾后，保持其主要結(jié)構(gòu)、特征、元素和關(guān)鍵功能等維持正常運(yùn)作的能力。目前，作為韌性城市建設(shè)與有序發(fā)展的基本單元與有效主體，韌性社區(qū)單元防災(zāi)抗災(zāi)能力建設(shè)日益引起人們重視[2]。在當(dāng)前新型城鎮(zhèn)化與城鄉(xiāng)統(tǒng)籌一體化背景下，如何科學(xué)合理評(píng)價(jià)城市韌性社區(qū)防災(zāi)承災(zāi)能力，進(jìn)而保障人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全并維護(hù)城市韌性健康安全有序發(fā)展，具有重大戰(zhàn)略安全意義。

當(dāng)前，關(guān)于城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力綜合指標(biāo)體系構(gòu)建與相關(guān)評(píng)價(jià)研究成果相對(duì)匱乏，多數(shù)韌性防災(zāi)研究集中于城市基礎(chǔ)設(shè)施工程防災(zāi)方面，對(duì)于城市韌性的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素考慮不全[2]。如Cutter提出基于地點(diǎn)型社區(qū)的災(zāi)害韌性能力評(píng)價(jià)模型，但該系統(tǒng)模型僅在理論層面對(duì)社區(qū)韌性能力進(jìn)行探討[3]。Godschalk等提出城市韌性建設(shè)物質(zhì)系統(tǒng)規(guī)劃應(yīng)以人類居住的社區(qū)單元為基礎(chǔ)，充分考慮社區(qū)防災(zāi)的可持續(xù)性與有效[4]。Irenisaban則在城市社區(qū)單元基礎(chǔ)之上，從微觀社區(qū)視角下研究城市社區(qū)防災(zāi)抗災(zāi)韌性建設(shè)與實(shí)踐[5]。徐振強(qiáng)梳理了韌性城市指標(biāo)框架體系，該體系主要包括：韌性能力指數(shù)、全球化韌性指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)與應(yīng)對(duì)氣候變化韌性體系等[6]。韓冬松基于智慧技術(shù)對(duì)彈性社區(qū)防災(zāi)韌性建設(shè)框架進(jìn)行系統(tǒng)分析，為城市社區(qū)韌性建設(shè)提供了一種新思路與模式[7]。郭祖源基于SBM模型對(duì)2006—2015年的長(zhǎng)江城市群韌性空間布局及演化特性進(jìn)行分析與評(píng)價(jià)，并提出了相應(yīng)的韌性優(yōu)化策略與管控機(jī)制[8]。針對(duì)我國(guó)部分城市社區(qū)路網(wǎng)安全性低、人口密度高及避震疏散困難等顯著城市問題，王瀅基于韌性新視角探討了城市社區(qū)公共安全防災(zāi)空間的有效途徑與模式[9]。周霞針對(duì)雄安新區(qū)規(guī)劃運(yùn)營(yíng)過程中面臨的復(fù)雜多災(zāi)種公共安全風(fēng)險(xiǎn)，基于復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)理論，剖析了韌性社區(qū)建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)性、自適應(yīng)性與多樣性特征，整合與構(gòu)建了5類韌性資源防災(zāi)系統(tǒng)，并提出相應(yīng)的優(yōu)化手段和建設(shè)策略[10]。楊威以脆弱性理論與組織學(xué)習(xí)理論為研究基礎(chǔ)，采用專家訪談法與經(jīng)驗(yàn)分析法構(gòu)建了18項(xiàng)社區(qū)柔性評(píng)估指標(biāo)體系，利用AHP法對(duì)大連新老式社區(qū)的勝利社區(qū)和黃河社區(qū)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)[11]。孫陽基于生活生態(tài)視角，采用GIS空間疊加功能手段選取了包括生態(tài)環(huán)境、基礎(chǔ)設(shè)施等4個(gè)層次的評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)多個(gè)地級(jí)城市進(jìn)行韌性實(shí)證建模分析，為不同時(shí)空尺度的韌性城市評(píng)價(jià)提供了科學(xué)借鑒[12]。

綜上所述，這些研究成果對(duì)于城市韌性理論建設(shè)與發(fā)展起到了有效促進(jìn)和科學(xué)引導(dǎo)。鑒于此，為了進(jìn)一步豐富和拓展韌性城市評(píng)價(jià)理論與研究成果。本文構(gòu)建了綜合集成韌性社區(qū)防災(zāi)系統(tǒng)的人、物和社會(huì)經(jīng)濟(jì)多因素指標(biāo)評(píng)價(jià)體系，以“公平競(jìng)爭(zhēng)、民主評(píng)價(jià)”為基礎(chǔ)思想[13]，充分考慮各防災(zāi)社區(qū)與待評(píng)指標(biāo)的“自身意見”及其相應(yīng)的“自身優(yōu)勢(shì)”，將城市韌性社區(qū)平等對(duì)待為具有一定自主性的“多智能體”，并基于自主智能綜合評(píng)價(jià)理論和混合蛙跳算法仿真思路，提出了城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力自主智能評(píng)價(jià)方法，通過算例仿真驗(yàn)證了自主智能綜合評(píng)價(jià)方法的科學(xué)性與有效性，可為城市韌性建設(shè)與評(píng)價(jià)提供相關(guān)借鑒思路與依據(jù)。

1 韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)量化與選取

韌性社區(qū)防災(zāi)能力實(shí)踐過程，是人、物和社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)相關(guān)作用與耦合影響的過程。目前對(duì)城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力的評(píng)價(jià)研究主要是針對(duì)安全社區(qū)及綜合防災(zāi)減災(zāi)社區(qū)等方面，對(duì)于韌性社區(qū)方面的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系還不夠完善。本文針對(duì)我國(guó)安全社區(qū)與綜合防災(zāi)減災(zāi)社區(qū)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)及相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，綜合考慮韌性社區(qū)防災(zāi)空間特性、應(yīng)急保障設(shè)施特性、應(yīng)急疏散救援特性與社區(qū)防災(zāi)抗災(zāi)智能化等影響因素的量化標(biāo)準(zhǔn)與選取原則。從韌性社區(qū)的冗余度、穩(wěn)定性、適應(yīng)性與效率性等4個(gè)維度盡量涵蓋影響韌性社區(qū)防災(zāi)能力的所有因素，構(gòu)成了城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系[2](如圖1)。社區(qū)防災(zāi)空間穩(wěn)定性、社區(qū)應(yīng)急保障服務(wù)設(shè)施冗余度、社區(qū)應(yīng)急疏散效率性與社區(qū)自治組織災(zāi)害適應(yīng)能力等評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體量化解釋詳見文獻(xiàn)[2]。

2 韌性社區(qū)防災(zāi)能力自主智能評(píng)價(jià)實(shí)現(xiàn)

2.1 確定位置權(quán)重與相應(yīng)的評(píng)價(jià)值向量

令城市韌性防災(zāi)社區(qū)評(píng)價(jià)單位為Oi(i=1,2,3,…,n)，其防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)為xj(j=1,2,3,…,m)，則韌性防災(zāi)社區(qū)的評(píng)價(jià)指標(biāo)矩陣可記為X。鑒于各社區(qū)單元自身的競(jìng)爭(zhēng)視野優(yōu)化分析，針對(duì)待評(píng)指標(biāo)xj(j=1,2,3,…,m)，其所對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)主體Oi(i∈N)相對(duì)于評(píng)價(jià)單元ol的競(jìng)爭(zhēng)強(qiáng)度[13]如下

(1)

(2)

(3)

圖1 城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

(4)

(5)

(6)

根據(jù)二維等比IOWA算子思想[13]，可由下列規(guī)劃模型計(jì)算求解評(píng)價(jià)指標(biāo)的位置加權(quán)向量

(7)

2.2 利用SFLA求解最優(yōu)評(píng)價(jià)值

針對(duì)上述規(guī)劃模型求解問題，利用SFLA對(duì)其優(yōu)化計(jì)算，SFLA優(yōu)化流程步驟如下[14]。

步驟1：初始化種群及參數(shù)化賦值，隨機(jī)選取蛙體F=200、子群數(shù)目K=20、子群蛙體數(shù)N=10、族內(nèi)更新T1=20，混合迭代T2=1000；

步驟2：計(jì)算青蛙的適應(yīng)度函數(shù)值及降序分組；

步驟3：求解最優(yōu)個(gè)體Xg與最差個(gè)體Xb，尋找群體最優(yōu)個(gè)體Xall；

步驟4：對(duì)更新后的子群進(jìn)行混合，并取代原來群體；

步驟5：判斷T2數(shù)值是否為1000。若滿足，結(jié)束迭代，輸出各社區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)的位置加權(quán)向量與評(píng)價(jià)值向量；否則轉(zhuǎn)向步驟2重新計(jì)算。

(8)

3 算例仿真

城市韌性社區(qū)防災(zāi)評(píng)價(jià)過程是集成多因素耦合影響的復(fù)雜過程。為了驗(yàn)證本文所提評(píng)價(jià)方法的有效性及可行性，結(jié)合南陽市2014年統(tǒng)計(jì)年鑒、南陽市抗震防災(zāi)規(guī)劃《2015—2020》以及規(guī)劃基礎(chǔ)資料匯編，以南陽市三級(jí)防災(zāi)分區(qū)的LHS社區(qū)、XMQ社區(qū)、CFCA社區(qū)、FSU社區(qū)與FNYA社區(qū)為研究目標(biāo)與評(píng)價(jià)對(duì)象，結(jié)合選取圖1指標(biāo)體系中社區(qū)防災(zāi)空間穩(wěn)定性x1、工程設(shè)施穩(wěn)定性x2、次生災(zāi)害穩(wěn)定性x3、應(yīng)急保障設(shè)施冗余度x4、應(yīng)急服務(wù)設(shè)施冗余度x5、應(yīng)急疏散效率性x6、應(yīng)急救援效率性x7、自治組織災(zāi)害適應(yīng)能力x8、居民災(zāi)害適應(yīng)能力x9、防災(zāi)抗災(zāi)資金投入x10與防災(zāi)抗災(zāi)智能化程度x11作為評(píng)價(jià)指標(biāo)量化實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)值(見表1)，并按照本文評(píng)價(jià)方法的仿真步驟進(jìn)行求解，據(jù)此對(duì)待評(píng)社區(qū)的防災(zāi)能力進(jìn)行有效評(píng)估。

表1 韌性社區(qū)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化數(shù)據(jù)

基于上述仿真分析和SFLA優(yōu)化算法流程，首先基于表1中的量化數(shù)據(jù)和公式(2)至(4)來求解5個(gè)韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先順序及相應(yīng)的絕對(duì)優(yōu)勢(shì)度與相對(duì)優(yōu)勢(shì)度(如表2)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的優(yōu)先順序及其優(yōu)勢(shì)度

其次，依據(jù)表2中各韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)指標(biāo)優(yōu)勢(shì)度大小與公式(5)至公式(7)，利用SFLA對(duì)其優(yōu)化求解，進(jìn)而得到5個(gè)韌性社區(qū)位置加權(quán)向量、評(píng)價(jià)向量值與由評(píng)價(jià)值構(gòu)成的評(píng)價(jià)矩陣Y(如表3)。

然后，依據(jù)公式(8)求解得到實(shí)對(duì)稱矩陣YYT的最大特征根λmax=4.6411，進(jìn)而可確定各評(píng)價(jià)對(duì)象最優(yōu)綜合評(píng)價(jià)值向量y*

y*=(0.3172,0.5768,0.3588,0.4686,0.4674)T

由表4可知，當(dāng)各待評(píng)對(duì)象的自身為評(píng)價(jià)主體時(shí)，其給出相應(yīng)的自身評(píng)價(jià)值最大，這也進(jìn)一步體現(xiàn)了自主智能綜合評(píng)價(jià)過程中，各待評(píng)主體會(huì)盡量提高自身競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)進(jìn)而弱化對(duì)手的特征。

表3 各評(píng)價(jià)對(duì)象的位置加權(quán)向量

表4 各評(píng)價(jià)對(duì)象的評(píng)價(jià)值向量和最優(yōu)綜合評(píng)價(jià)值

表5 3種評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證

由此，通過表4中最優(yōu)綜合評(píng)價(jià)值大小，可知5個(gè)韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)排序?yàn)椋簅2?o4?o5?o3?o1。為了驗(yàn)證本文評(píng)價(jià)方法的有效性與科學(xué)性，將本文評(píng)價(jià)結(jié)果與文獻(xiàn)[15]和文獻(xiàn)[16]的評(píng)價(jià)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比驗(yàn)證，見表5。

通過上述評(píng)價(jià)結(jié)果對(duì)比驗(yàn)證表明：3種評(píng)價(jià)方法關(guān)于韌性社區(qū)防災(zāi)能力排序基本一致。其中，文獻(xiàn)[16]與本文評(píng)價(jià)值排序略有不同，主要體現(xiàn)在XMQ社區(qū)和FSU社區(qū)防災(zāi)能力排序互換，但兩者評(píng)價(jià)值比較接近，防災(zāi)抗災(zāi)能力基本相同，其余3個(gè)韌性社區(qū)LHS社區(qū)、CFCA社區(qū)與FNYA社區(qū)排序結(jié)果完全一致，也進(jìn)一步說明了本文所提的城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力自主智能綜合評(píng)價(jià)方法是合理的。

4 結(jié)語

(1)以社區(qū)防災(zāi)空間穩(wěn)定性、社區(qū)工程設(shè)施穩(wěn)定性、社區(qū)次生災(zāi)害穩(wěn)定性、社區(qū)應(yīng)急保障設(shè)施冗余度、社區(qū)應(yīng)急服務(wù)設(shè)施冗余度與社區(qū)應(yīng)急疏散效率性等11項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)成了城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)體系，基于城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力自主智能綜合評(píng)價(jià)方法，并利用混合蛙跳算法來優(yōu)化求解個(gè)評(píng)價(jià)單元的位置加權(quán)向量及最優(yōu)評(píng)價(jià)向量，豐富完善了城市韌性社區(qū)防災(zāi)能力評(píng)價(jià)方法與理論。

(2)自主智能綜合評(píng)價(jià)方法能夠?qū)⒏黜g性社區(qū)待評(píng)對(duì)象視為“多智能體”，全面系統(tǒng)考慮各評(píng)價(jià)指標(biāo)的信息屬性，確定評(píng)價(jià)單元的評(píng)價(jià)值差異較為明顯，而混合蛙跳算法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、參數(shù)較少，易于實(shí)現(xiàn)，穩(wěn)定性好，實(shí)用性較強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果可為城市綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃實(shí)踐及建設(shè)韌性安全城市提供相關(guān)借鑒。