李靈芝，陳 東，申 玲

(南京工業(yè)大學(xué) 土木工程學(xué)院，南京 211800)

近年來(lái)，我國(guó)對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施的投資不斷提升，2017年全國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施投資已超過(guò)固定資產(chǎn)投資總額的22%，已建成基礎(chǔ)設(shè)施總體體量巨大[1].作為保障社會(huì)生產(chǎn)和供給公共服務(wù)的物質(zhì)載體，我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施勢(shì)必要走向深度運(yùn)營(yíng)時(shí)代.在當(dāng)代高風(fēng)險(xiǎn)社會(huì)，運(yùn)營(yíng)期基礎(chǔ)設(shè)施處于自然災(zāi)害、恐怖襲擊、設(shè)施老化等多重?cái)_動(dòng)環(huán)境之中，極具脆弱性，常常出現(xiàn)系統(tǒng)性的管理失控問(wèn)題，如預(yù)警能力差、應(yīng)急資源不足、承災(zāi)能力差、自我修復(fù)力差等，容易導(dǎo)致設(shè)施功能失靈，造成重大的安全事故，甚至演變成公共危機(jī)，社會(huì)影響巨大[2].

在高度不確定性的多重?cái)_動(dòng)影響下，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)紊亂、生命財(cái)產(chǎn)損失等災(zāi)難性的事件頻繁發(fā)生.2008年，“5·12”汶川大地震造成了毀滅性打擊，建筑物大規(guī)模倒塌，交通市政道路中斷，造成巨大的生命和財(cái)產(chǎn)損失；2010年，“8·7”甘肅舟曲特大泥石流造成了重大損失，縣城交通、電力和通信中斷，死傷千余人；2012年，“7·21”北京特大暴雨造成了嚴(yán)重后果，全市道路、橋梁、水利工程多處受損，民房多處倒塌，近百人遇難.“基礎(chǔ)設(shè)施如何響應(yīng)擾動(dòng)事件”引發(fā)了社會(huì)廣泛關(guān)注.研究發(fā)現(xiàn)，在應(yīng)對(duì)當(dāng)代高度不確定性的高風(fēng)險(xiǎn)社會(huì)擾動(dòng)事件下，傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)式風(fēng)險(xiǎn)管理方法已無(wú)法滿足需求，只有那些具有韌性的系統(tǒng)或設(shè)施才能保持自身的良性發(fā)展[3-5].“韌性”原意為“恢復(fù)到原始狀態(tài)”，由最初的工程材料領(lǐng)域拓展應(yīng)用至心理學(xué)、生態(tài)學(xué)以及社會(huì)-經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)中[6].當(dāng)前，基礎(chǔ)設(shè)施韌性研究已成為學(xué)界的研究熱點(diǎn)，美國(guó)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施顧問(wèn)委員會(huì)(National Infrastructure Advisory Committee, NIAC)將基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的韌性定義為其預(yù)測(cè)，吸收、適應(yīng)和快速?gòu)淖匀粸?zāi)害等破壞性事件中恢復(fù)的能力[7].諸多學(xué)者對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施韌性的內(nèi)涵與評(píng)估方法展開(kāi)了系列研究，以探索提升基礎(chǔ)設(shè)施韌性的策略[8-10].對(duì)此，本文運(yùn)用科學(xué)知識(shí)圖譜分析法，客觀揭示基礎(chǔ)設(shè)施韌性研究領(lǐng)域的現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及前沿，系統(tǒng)歸納基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法，為后續(xù)理論研究和實(shí)踐探索提供重要參考.

1 研究方法及數(shù)據(jù)收集

科學(xué)知識(shí)圖譜分析是對(duì)已發(fā)表的文獻(xiàn)進(jìn)行知識(shí)圖譜可視化分析的一種定量方法[11].本文以基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估為研究對(duì)象，利用科學(xué)知識(shí)圖譜軟件CiteSpace開(kāi)展文獻(xiàn)計(jì)量分析：1)以WoS核心合集為數(shù)據(jù)來(lái)源篩選相關(guān)文獻(xiàn)；2)通過(guò)文獻(xiàn)分布、共現(xiàn)分析、共被引分析對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估相關(guān)研究進(jìn)行可視化圖譜分析，梳理研究現(xiàn)狀、熱點(diǎn)及前沿；3)系統(tǒng)歸納、分析基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法.本文的技術(shù)路線圖如圖1所示.

Web of Science核心合集數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋了最具聲譽(yù)和影響力的期刊[12-13]，本文以此權(quán)威數(shù)據(jù)庫(kù)作為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源.通過(guò)布爾運(yùn)算符構(gòu)建文獻(xiàn)檢索公式：TS=(resilien*)AND TS=(infrastructure or asset* or “built environment” or “building portfolio” or facility or facilities or lifeline)AND TS=(evaluat* or measur* or assess* or quantify* or “resilience index*” or “resilience indicat*”).其中，“*”表示模糊搜索，“TS”表示主題.將待搜索文章的時(shí)間跨度設(shè)定為2000—2018年，初步檢索出2050篇期刊論文，經(jīng)精讀文獻(xiàn)摘要后刪除與本主題明顯無(wú)關(guān)的文獻(xiàn)，如心理學(xué)韌性、供應(yīng)鏈韌性、社會(huì)-生態(tài)系統(tǒng)韌性等相關(guān)研究，最終篩選出符合主題研究的544篇文獻(xiàn)，時(shí)間跨度為2003—2018年.

本文選用CiteSpace(5.3.R4.8.31.2018)作為文獻(xiàn)可視化分析工具，相關(guān)參數(shù)設(shè)置包括：時(shí)間分區(qū)設(shè)置(Time Slicing)為2003—2018年,每4年為一個(gè)分區(qū)，節(jié)點(diǎn)強(qiáng)度(Strength)設(shè)置為Cosine，范圍(Scope)設(shè)置為Within Slice，閾值選擇TOP 50，網(wǎng)絡(luò)裁剪功能區(qū)參數(shù)為Pathfinder和Pruning sliced networks.

2 知識(shí)圖譜可視化分析

2.1 文獻(xiàn)分布

2.1.1 時(shí)間分布

發(fā)文數(shù)量是衡量一個(gè)研究領(lǐng)域發(fā)展態(tài)勢(shì)的重要指標(biāo)，基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估相關(guān)研究始于2003年，經(jīng)歷了起步探索階段(2003—2009年)，平穩(wěn)發(fā)展期(2010—2014年)和快速增長(zhǎng)期(2015—2018年)3個(gè)顯著階段，其研究熱度將持續(xù)攀升，研究體系正在逐步構(gòu)建.如圖2所示，藍(lán)色柱狀圖表示每年發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量，紅色曲線圖表示累計(jì)發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量.

2.1.2 空間分布

基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估研究的地區(qū)共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖3(第16頁(yè))所示，該網(wǎng)絡(luò)包含38個(gè)節(jié)點(diǎn)和52條連接.這表明有38個(gè)國(guó)家(地區(qū))在基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估領(lǐng)域發(fā)表了具有一定影響力的文獻(xiàn)(發(fā)文量1篇及以上)，節(jié)點(diǎn)越大表明該國(guó)家(地區(qū))發(fā)表的文獻(xiàn)數(shù)量越多，排在前3名的分別為美國(guó)(267篇)、英國(guó)(66篇)、中國(guó)(41篇)，可見(jiàn)美國(guó)在此領(lǐng)域的研究實(shí)力遙遙領(lǐng)先，我國(guó)的相關(guān)研究在全球產(chǎn)生了一定影響力.節(jié)點(diǎn)之間的連線表明該研究領(lǐng)域的跨國(guó)(地區(qū))合作現(xiàn)象較普遍，連接線越粗則表明合作次數(shù)越多.

圖3 國(guó)家(地區(qū))共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖

2.1.3 期刊分布

本文篩選后的554篇文獻(xiàn)共來(lái)源于202個(gè)期刊，10大TOP來(lái)源期刊的發(fā)文量?jī)H132篇，不足文獻(xiàn)總數(shù)的1/4(見(jiàn)表1)，期刊分布相對(duì)分散，其中刊載數(shù)量較多的期刊是ReliabilityEngineeringandSystemSafety(20篇)和JournalofInfrastructureSystems(19篇)，相關(guān)研究主題集中于系統(tǒng)安全可靠性與基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域.

表1 十大來(lái)源期刊

2.2 共現(xiàn)分析

2.2.1 主題共現(xiàn)分析

主題類(lèi)別共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)如圖4所示，該網(wǎng)絡(luò)由55個(gè)節(jié)點(diǎn)和86個(gè)連接組成，表明基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估研究涵蓋了55個(gè)主題類(lèi)別，具有跨學(xué)科性質(zhì).節(jié)點(diǎn)大小表示每個(gè)類(lèi)別中的文章數(shù)，3大主題分別為Engineering(316篇)，Engineering,Civil(172篇)，Environmental Sciences & Ecology(96篇).節(jié)點(diǎn)連接表示2個(gè)主題在同一篇文章中同時(shí)出現(xiàn)，連接線越粗表示共現(xiàn)頻次越大，其中Environmental Sciences & Ecology與Environmental Studies這2大主題之間的共現(xiàn)頻次最大，其具體研究方向較為一致.

圖4 主題共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

2.2.2 關(guān)鍵詞共現(xiàn)分析

WoS數(shù)據(jù)庫(kù)中含有作者提供的“關(guān)鍵詞”和期刊提供的“關(guān)鍵詞”.兩組關(guān)鍵詞共同生成關(guān)鍵詞共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示.該網(wǎng)絡(luò)包含112個(gè)節(jié)點(diǎn)和231個(gè)連接，表明存在112個(gè)關(guān)鍵詞，而節(jié)點(diǎn)大小表示關(guān)鍵詞的出現(xiàn)頻率，排名前3位的高頻關(guān)鍵詞分別是“resilience”(206篇)，“system”(102篇)，“vulnerability”(91篇)，關(guān)鍵詞之間的連線錯(cuò)綜復(fù)雜，表明多個(gè)關(guān)鍵詞在同一篇文章中共現(xiàn)的頻次較高，相互之間關(guān)系較為緊密.

圖5 共現(xiàn)關(guān)鍵字網(wǎng)絡(luò)

2.3 共被引分析

2.3.1 聚類(lèi)分析

共被引文獻(xiàn)聚類(lèi)如圖6所示，該網(wǎng)絡(luò)的Modularity Q(模塊度)是0.7872，表明這一共被引聚類(lèi)可以清楚地界定基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估的各個(gè)研究領(lǐng)域.而Mean Sihouette(平均輪廓值)為0.2581，相對(duì)較低，主要是因?yàn)橛休^多小聚類(lèi)的存在[14].而大聚類(lèi)的Sihouette均超過(guò)0.7(表2，第18頁(yè))，反映出網(wǎng)絡(luò)同質(zhì)性較高，因此聚類(lèi)結(jié)果信度較高[15].

表2 10個(gè)聚類(lèi)匯總

圖6 共被引文獻(xiàn)聚類(lèi)

參考自動(dòng)生成的聚類(lèi)標(biāo)簽，查閱有代表性的被引文獻(xiàn)和活躍的施引文獻(xiàn)，本文對(duì)聚類(lèi)標(biāo)簽歸納總結(jié)，將生成的10個(gè)聚類(lèi)分為以下6大知識(shí)域.

(1)知識(shí)域“城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)”=聚類(lèi)#0“urban infrastructure system”.本知識(shí)域重點(diǎn)研究適用于城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的韌性評(píng)估框架.引用最多的文獻(xiàn)為文獻(xiàn)[16]，作者構(gòu)建了韌性評(píng)估框架，并將其應(yīng)用于地震災(zāi)害下的醫(yī)療機(jī)構(gòu)的韌性評(píng)估，對(duì)受災(zāi)損失進(jìn)行無(wú)量綱化處理.在所有施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[17]引用了聚類(lèi)#0中74%的文獻(xiàn)，文章介紹了隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性評(píng)估方法，以評(píng)估災(zāi)前韌性、災(zāi)時(shí)韌性和災(zāi)后韌性.另外，文獻(xiàn)[18]提出了城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性的3階段分析框架，以定量方式分析受災(zāi)系統(tǒng)的抵抗能力、吸收能力和恢復(fù)能力.諸多學(xué)者在對(duì)城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的評(píng)估研究中，不斷加強(qiáng)創(chuàng)新，城市基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的韌性評(píng)估框架正逐步完善[19].

(2)知識(shí)域“相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性”=聚類(lèi)#1“waterway network resilience”+聚類(lèi)#3“network resilience”+聚類(lèi)#8“interdependence”.本知識(shí)域重點(diǎn)研究相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施間復(fù)雜關(guān)系的韌性，其中包括水路運(yùn)輸網(wǎng)、貨物運(yùn)輸網(wǎng)等.基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)往往是由多個(gè)組件構(gòu)成且相互依賴的，組件之間存在諸多聯(lián)系，對(duì)單一基礎(chǔ)設(shè)施韌性的研究已不能滿足現(xiàn)實(shí)需求，研究關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施的韌性勢(shì)在必行.引用最多的文獻(xiàn)為聚類(lèi)#3中的文獻(xiàn)[20]，作者強(qiáng)調(diào)復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由于同時(shí)受到外部和內(nèi)部的襲擊，處于永久動(dòng)態(tài)狀態(tài)，并以此探討提高復(fù)雜系統(tǒng)韌性的重要性.此外，文獻(xiàn)[21]構(gòu)建了網(wǎng)絡(luò)韌性指標(biāo)體系，以量化多式聯(lián)運(yùn)貨物運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)的恢復(fù)能力.文獻(xiàn)[22]提出了一個(gè)評(píng)估相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)韌性的框架，并以美國(guó)德克薩斯州休斯頓市颶風(fēng)災(zāi)害下相互依賴的電力和天然氣系統(tǒng)為例，尋找最優(yōu)的聯(lián)合修復(fù)策略.在高施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[23]等諸多學(xué)者開(kāi)發(fā)了不同基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的韌性優(yōu)化方法，并應(yīng)用于復(fù)雜運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的韌性定量評(píng)估中.

(3)知識(shí)域“多重事件攻擊下的韌性”=聚類(lèi)#2“multi-event attack”+聚類(lèi)#7“multi-event resilience”.突發(fā)事件往往具有多重性，在一個(gè)擾動(dòng)的產(chǎn)生、傳播、消散過(guò)程中，又可能觸發(fā)新的擾動(dòng)，因此，多重突發(fā)事件下的基礎(chǔ)設(shè)施韌性研究引起了學(xué)界廣泛關(guān)注.引用最多的文獻(xiàn)為聚類(lèi)#2中的文獻(xiàn)[18],也是所有被引文獻(xiàn)中引用次數(shù)最多的文獻(xiàn)，作者提出的3階段韌性框架適用于單一攻擊和并發(fā)多事件攻擊下的基礎(chǔ)設(shè)施韌性分析，以美國(guó)德克薩斯州哈里斯縣的輸電網(wǎng)為例，量化原始電網(wǎng)模型在隨機(jī)災(zāi)害和颶風(fēng)災(zāi)害下不同階段的韌性.在高施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[24]介紹了多事件攻擊下，基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)韌性的通用評(píng)估方法，在量化系統(tǒng)所受損失的同時(shí)，捕獲攻擊事件的強(qiáng)度和系統(tǒng)恢復(fù)時(shí)間.

(4)知識(shí)域“電力系統(tǒng)韌性”=聚類(lèi)#4“electric power system”.本知識(shí)域重點(diǎn)研究電力系統(tǒng)的韌性.電力系統(tǒng)作為基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分，對(duì)經(jīng)濟(jì)繁榮、國(guó)家安全、公共衛(wèi)生安全至關(guān)重要，提升其韌性意義重大.引用最多的文獻(xiàn)[25]，作者綜述了相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)建模與仿真的6大類(lèi)方法，并將其應(yīng)用于電力系統(tǒng)研究中.在高施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[18]提出的3階段方法應(yīng)用于電力系統(tǒng)，該框架可以為電力基礎(chǔ)設(shè)施的韌性設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ).而后文獻(xiàn)[26]又介紹了一種量化電力系統(tǒng)抗颶風(fēng)能力的概率建模方法，包括颶風(fēng)危害模型、系統(tǒng)脆弱性模型、電力系統(tǒng)性能模型和系統(tǒng)恢復(fù)模型，這些耦合的4個(gè)模型能夠量化颶風(fēng)恢復(fù)能力并估計(jì)其經(jīng)濟(jì)損失.

(5)知識(shí)域“韌性提升措施”=聚類(lèi)#5為“functionality”+聚類(lèi)#9“resiliency”.基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估的最終目的是探究強(qiáng)化韌性的路徑與措施.在所有被引文獻(xiàn)中較為經(jīng)典的文獻(xiàn)為聚類(lèi)#5的文獻(xiàn)[27]，文章提出定義社區(qū)地震韌性的概念框架以及韌性提升措施，從受災(zāi)社區(qū)呈現(xiàn)的“魯棒性、冗余性、快速性、智慧性”等韌性要素視角提煉韌性提升措施，并將措施分為技術(shù)、組織、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)等4個(gè)方面.在高施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[28]提出的韌性框架可用作決策支持工具，以增強(qiáng)醫(yī)療保健設(shè)施系統(tǒng)的韌性，減少災(zāi)害下的脆弱性和損失.此外，文獻(xiàn)[29]提出了基于風(fēng)險(xiǎn)防御孤島算法的韌性提升措施，旨在減輕惡劣氣候?yàn)?zāi)害下電力系統(tǒng)可能發(fā)生的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，超越了傳統(tǒng)上的惡劣天氣防御措施.

(6)知識(shí)域“DIIM方法”=聚類(lèi)#6為“input-output”.本知識(shí)域重點(diǎn)研究利用動(dòng)態(tài)不可操作性輸入輸出模型(Dynamic Inoperability Input-output Model，DIIM)分析突發(fā)事件對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施所造成的影響.DIIM是分析復(fù)雜動(dòng)態(tài)突發(fā)事件下風(fēng)險(xiǎn)的有效工具，將自然或人為造成的故障輸入DIIM，可量化突發(fā)事件造成的后果或損失[30].其中，引用最多的文獻(xiàn)為文獻(xiàn)[31]，作者模擬了庫(kù)存DIIM政策在基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對(duì)突發(fā)事件的應(yīng)對(duì)效果.在高施引文獻(xiàn)中，文獻(xiàn)[32]和[33]分別利用DIIM量化電力中斷、颶風(fēng)突發(fā)事件對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)影響與后果.

2.3.2 時(shí)間線視圖分析

如圖7(第20頁(yè))中所示Timeline(時(shí)間線可視化圖).在Timeline中可以清晰地得到各個(gè)聚類(lèi)中文獻(xiàn)的數(shù)量情況，聚類(lèi)中文獻(xiàn)越多代表該聚類(lèi)領(lǐng)域越重要，其所含文獻(xiàn)的時(shí)間跨度進(jìn)一步反映各個(gè)聚類(lèi)的時(shí)間演化特征.可以看出，知識(shí)域“韌性提升措施”出現(xiàn)時(shí)間最早(2003年)，而后其余5大知識(shí)域相繼于2007年左右出現(xiàn)，其中，知識(shí)域“多重事件攻擊下的韌性”、“相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性[31]”及“韌性提升措施”在2016年左右依然處于熱點(diǎn)狀態(tài).根據(jù)Timeline中被引文獻(xiàn)數(shù)量、被引頻次、被引時(shí)間等可判斷，“多重事件攻擊下的韌性”及“相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性”既為熱點(diǎn)研究又為前沿研究，而“韌性提升措施”為前沿研究.

盡管圖7能夠一定程度地反映演進(jìn)過(guò)程，但受到被引頻次的影響，一些被引頻次不高但中介中心性很高的熱點(diǎn)被引文獻(xiàn)難以體現(xiàn)出來(lái)，中介中心性作為研究前沿轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵點(diǎn)，需要進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行分析，表3中列出具有高中介中心性的10篇文獻(xiàn).其中，最早的文獻(xiàn)為聚類(lèi)#7的文獻(xiàn)[61]，最高中介中心性的文獻(xiàn)為聚類(lèi)#2的文獻(xiàn)[18]，表明2007年基礎(chǔ)設(shè)施韌性大量研究轉(zhuǎn)向?yàn)椤岸嘀厥录粝碌捻g性”.具有高中介中心性的近期文獻(xiàn)為聚類(lèi)#2的文獻(xiàn)[32]和聚類(lèi)#3的文獻(xiàn)[20]，表明2013年側(cè)重于“多重事件攻擊下的韌性”和“相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性”等研究.

表3 高中介中心性文獻(xiàn)

圖7 時(shí)間線視圖

2.3.3 突發(fā)性檢測(cè)分析

利用突發(fā)性檢測(cè)算法發(fā)現(xiàn)在短時(shí)間內(nèi)引用頻率顯著增加的文獻(xiàn)，以探究該領(lǐng)域的學(xué)術(shù)前沿[22].如表4所示，被引文獻(xiàn)持續(xù)增加大致分為2個(gè)階段.第1階段為2007—2011年，文獻(xiàn)[27]被大量引用，表明知識(shí)域“韌性提升措施”是當(dāng)時(shí)的熱點(diǎn)研究.第2階段為2012—2016年，文獻(xiàn)[49]和[62]被大量引用，表明知識(shí)域“多重事件攻擊下的韌性”是當(dāng)時(shí)的研究前沿.該結(jié)論與時(shí)間線視圖綜合分析結(jié)論基本一致，具有一定的合理性與可信性.

表4 突發(fā)性檢測(cè)

3 基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法

基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估對(duì)提高基礎(chǔ)設(shè)施韌性起著至關(guān)重要作用，本文通過(guò)系統(tǒng)文獻(xiàn)綜述，歸納了基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法(圖8)，包括定性評(píng)估和定量評(píng)估兩大類(lèi).

圖8 基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法

3.1 定性評(píng)估方法

3.1.1 概念框架式分析

概念框架式分析是最主要的定性評(píng)估方法，多以概念框架作指導(dǎo)，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系.Cimellaro等[28]提出了一個(gè)綜合的韌性概念模型，包括損失估計(jì)模型和恢復(fù)模型，可應(yīng)用于復(fù)雜的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)和基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò).Kahan等[63]提出了一個(gè)廣泛的韌性概念框架，采用8個(gè)指導(dǎo)原則：1)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估；2)魯棒性；3)后果緩解；4)適應(yīng)性；5)風(fēng)險(xiǎn)告知規(guī)劃；6)風(fēng)險(xiǎn)告知投資；7)目的協(xié)調(diào)；8)綜合審視.Labaka等[64]提出了一個(gè)與管理層密切合作的整體韌性框架，他們提出的框架包括內(nèi)部韌性和外部韌性，兩種韌性類(lèi)型及相關(guān)的韌性政策和子政策.

3.1.2 半定量式評(píng)估方法

半定量式評(píng)估是在定性評(píng)估的基礎(chǔ)之上，考慮經(jīng)濟(jì)層面的投入.Vugrin等[34]提出了一個(gè)評(píng)估基礎(chǔ)設(shè)施和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)韌性的一般框架.該框架由3個(gè)主要組成部分組成：1)針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的韌性定義；2)通過(guò)評(píng)估對(duì)系統(tǒng)性能和恢復(fù)成本的影響來(lái)定量系統(tǒng)的韌性；3)評(píng)估基礎(chǔ)設(shè)施吸收能力、適應(yīng)能力和恢復(fù)能力的定性方法.Vugrin等[65]進(jìn)一步提出降低韌性提升所投入的成本，其中，系統(tǒng)的損失(SI)代表在突發(fā)事件下系統(tǒng)機(jī)能的降低，總的恢復(fù)策略(TRE)代表恢復(fù)策略所利用的資源支出，并探討不同TRE對(duì)SI有不同的影響.

3.2 定量評(píng)估方法

3.2.1 系統(tǒng)效能指標(biāo)法

系統(tǒng)效能指標(biāo)法即選取可量化的系統(tǒng)效能指標(biāo)來(lái)表征基礎(chǔ)設(shè)施的韌性，應(yīng)用較為廣泛的為以下4個(gè)指標(biāo).

(a)曲線下面積

曲線下面積指標(biāo)的量化起源于地震韌性測(cè)算，需要大量數(shù)據(jù)的支撐.Bruneau等[66]通過(guò)系統(tǒng)機(jī)能曲線描述了當(dāng)基礎(chǔ)設(shè)施面對(duì)突發(fā)事件時(shí)的狀態(tài).而后，Cimellaro等[16]提出韌性可以通過(guò)圖9表示為系統(tǒng)機(jī)能曲線與橫縱坐標(biāo)軸所圍成的面積.

圖9 災(zāi)害韌性示意圖

Q(t)表示系統(tǒng)機(jī)能水平，是一個(gè)關(guān)于時(shí)間t的連續(xù)分段函數(shù)，具有隨機(jī)性.對(duì)單一的災(zāi)害事件，韌性R可以表示為[16]：

(1)

Q(t)=[1-L(I,TRE)][H(t-tOE)-H(t-(tOE+TRE))]×fRec(t,tOE,TRE)，

(2)

其中，式(1)、式(2)中：L(I,TRE)表示系統(tǒng)所失去的機(jī)能；fRec(t,tOE,TRE)表示恢復(fù)的機(jī)能；H表示函數(shù)；TLC表示系統(tǒng)控制時(shí)間；TRE表示系統(tǒng)從災(zāi)害E中恢復(fù)的時(shí)間；tOE表示災(zāi)害E發(fā)生的時(shí)間.

(b)擾動(dòng)前后系統(tǒng)性能比值

工程韌性通常與系統(tǒng)的性能損失有關(guān)，量化韌性的方法之一是衡量韌性在中斷前后系統(tǒng)性能的比值，該系統(tǒng)效能指標(biāo)可在宏觀上直觀地反映系統(tǒng)性能損失程度，但同樣需要大量數(shù)據(jù)支撐.在性能損失期間，從td到tn，韌性φ可通過(guò)采用破壞性事件后組織或技術(shù)層面發(fā)生變化曲線AP(t)以下面積與正常機(jī)能水平曲線BP(t)以下面積之比來(lái)量化[8,18]：

(3)

(c)可靠性與恢復(fù)性

對(duì)于不確定性擾動(dòng)事件，引入條件概率，韌性φ可根據(jù)系統(tǒng)的可靠性和恢復(fù)性之和來(lái)量化韌性[67]：

φ?Reliability(R)+Recovery(ρ),

(4)

其中，Reliability表示系統(tǒng)的可靠性，Recovery表示系統(tǒng)的恢復(fù)性，R表示系統(tǒng)可靠性的概率，ρ表示系統(tǒng)恢復(fù)性的概率.

(d)韌性量值

除了計(jì)算值之外，韌性經(jīng)常用來(lái)判斷基礎(chǔ)設(shè)施中有多少韌性已經(jīng)獲得或失去.設(shè)定韌性量值介于0和1之間，或者以百分比(0～100%)表示.韌性量值取值范圍設(shè)定的原因有兩個(gè)：1)由于韌性可以被視為系統(tǒng)性能標(biāo)準(zhǔn)之一，因此韌性被量化為干擾前和干擾后的系統(tǒng)性能水平比率；2)當(dāng)韌性量化中包含不確定性時(shí)，韌性是一個(gè)概率值，例如，韌性等級(jí)為0.9的基礎(chǔ)設(shè)施可解釋為對(duì)特定干擾有90%的韌性[68-70].

3.2.2 結(jié)構(gòu)模型式評(píng)估

結(jié)構(gòu)模型式評(píng)估是通過(guò)模擬基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)特性，研究系統(tǒng)結(jié)構(gòu)對(duì)韌性的影響.結(jié)構(gòu)模型式評(píng)估主要分為以下3種方法.

(a)目標(biāo)優(yōu)化模型：建立目標(biāo)優(yōu)化模型，旨在提高系統(tǒng)韌性.Faturechi等[71]提出了評(píng)估和優(yōu)化機(jī)場(chǎng)韌性的數(shù)學(xué)模型，旨在最大限度地提高機(jī)場(chǎng)跑道和滑行道網(wǎng)絡(luò)的韌性.Faturechi等[72]引入了一個(gè)多目標(biāo)、3階段隨機(jī)數(shù)學(xué)模型來(lái)量化和優(yōu)化道路網(wǎng)絡(luò)中的行駛時(shí)間韌性，其模型的目標(biāo)函數(shù)旨在對(duì)所有可能中斷情況下道路網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)能力的期望實(shí)現(xiàn)最大化，并同時(shí)使得總行程時(shí)間最小化.Khaled等[73]提出了評(píng)估關(guān)鍵鐵路基礎(chǔ)設(shè)施的數(shù)學(xué)模型和解決方法，以最大限度地提高鐵路網(wǎng)絡(luò)的韌性.

(b)仿真模型：建立仿真模型，旨在動(dòng)態(tài)模擬、預(yù)測(cè)基礎(chǔ)設(shè)施在擾動(dòng)事件下的性能響應(yīng)，可利用多種指標(biāo)來(lái)衡量韌性，如故障組件數(shù)量、組件修復(fù)時(shí)長(zhǎng)等[74].Winkler等[75]以水、電、天然氣系統(tǒng)為例，以基于網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)淠Ｐ湍M颶風(fēng)危害及隨機(jī)事件下不同策略的有效性.Adjeteybahun等[76]使用一個(gè)時(shí)間相關(guān)的模型來(lái)評(píng)估鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)的韌性.

(c)模糊邏輯模型：建立模糊邏輯模型，旨在研究系統(tǒng)韌性影響因素.Muller等[77]提出了一種用于評(píng)估關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施韌性的模糊體系結(jié)構(gòu).Azadeh等[78]通過(guò)模糊認(rèn)知圖(Fuzzy Cognitive Map, FCM)評(píng)估石油化工廠韌性的影響因素.

3.3 評(píng)估方法對(duì)比分析

基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估有多種方法，由于評(píng)估對(duì)象、評(píng)估角度等各方法存在一定的差異，每種方法都有特定的適用場(chǎng)景，具體方法的選擇與數(shù)據(jù)可獲得性、基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)型、突發(fā)事件類(lèi)型等緊密相關(guān).其中，定性評(píng)估多以概念框架為指導(dǎo)，構(gòu)建評(píng)估指標(biāo)體系，結(jié)合知識(shí)經(jīng)驗(yàn)量化韌性，在此基礎(chǔ)上可考慮經(jīng)濟(jì)方面的投入，屬于靜態(tài)半定量化方法.定量評(píng)估主要分為“系統(tǒng)效能指標(biāo)”與“結(jié)構(gòu)模型式評(píng)估”兩種，均可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)評(píng)估.前者較少考慮基礎(chǔ)設(shè)施的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以宏觀顯現(xiàn)的系統(tǒng)效能變化來(lái)表征韌性，較為直觀，但需要大量數(shù)據(jù)作為支撐；后者以構(gòu)建結(jié)構(gòu)模型的方式，解析基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，探究韌性發(fā)揮機(jī)理，以微觀層面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)屬性值變化來(lái)間接表征韌性，其優(yōu)勢(shì)為可直接應(yīng)用于韌性提升研究.

從現(xiàn)有評(píng)估方法中看，未來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法仍需從以下4大方面加以完善：① 多種評(píng)估方法需大量數(shù)據(jù)支撐，應(yīng)強(qiáng)化實(shí)證數(shù)據(jù)收集與應(yīng)用，提高評(píng)估準(zhǔn)確性；② 韌性評(píng)估方法的選擇需考慮基礎(chǔ)設(shè)施內(nèi)部結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)效能與運(yùn)營(yíng)組織的適宜性；③ 對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施韌性的評(píng)估還應(yīng)綜合考慮社會(huì)、經(jīng)濟(jì)等外部影響因素，以全面探究基礎(chǔ)設(shè)施韌性提升策略；④ 對(duì)單一擾動(dòng)下單一基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估應(yīng)轉(zhuǎn)向多重?cái)_動(dòng)下相互關(guān)聯(lián)的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性評(píng)估.

4 結(jié) 論

作為保障社會(huì)生產(chǎn)和供給公共服務(wù)的物質(zhì)載體，基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)對(duì)擾動(dòng)事件時(shí)呈現(xiàn)的韌性能力已成為學(xué)界的研究熱點(diǎn).基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估研究經(jīng)歷了初步探索、平穩(wěn)發(fā)展、快速增長(zhǎng)3個(gè)顯著階段，從其演進(jìn)規(guī)律來(lái)看，這3個(gè)階段與聚類(lèi)得出的6大知識(shí)域形成呼應(yīng).

① 初步探索階段.隨著韌性理論不斷演進(jìn)，社會(huì)生態(tài)系統(tǒng)韌性理論與演進(jìn)韌性觀點(diǎn)逐步被應(yīng)用于基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域，如何提升基礎(chǔ)設(shè)施韌性以應(yīng)對(duì)變幻莫測(cè)的擾動(dòng)環(huán)境開(kāi)始成為學(xué)界的新興議題.

② 平穩(wěn)發(fā)展階段.基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估研究已初步形成6大知識(shí)域，即從擾動(dòng)分析、對(duì)象解析、評(píng)估方法等角度逐步全面探究.

③ 快速增長(zhǎng)階段.世界各國(guó)相繼將“構(gòu)筑韌性”上升為國(guó)家戰(zhàn)略，基礎(chǔ)設(shè)施韌性作為關(guān)鍵要素已快速成為研究熱點(diǎn)，特別是對(duì)“相互依賴的基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性”、“多重事件攻擊下的基礎(chǔ)設(shè)施韌性”、“韌性提升措施”等熱點(diǎn)問(wèn)題開(kāi)展了大量研究.

此外，基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估方法可劃分為概念框架式分析與半定量式評(píng)估等定性評(píng)估方法，以及系統(tǒng)效能指標(biāo)法與結(jié)構(gòu)模型式評(píng)估等定量評(píng)估方法.未來(lái)基礎(chǔ)設(shè)施韌性評(píng)估研究應(yīng)著重從實(shí)證數(shù)據(jù)可獲得性、評(píng)估方法適宜性、外部影響因素、多重?cái)_動(dòng)下關(guān)聯(lián)基礎(chǔ)設(shè)施網(wǎng)絡(luò)韌性等方面加以完善.