王麗華，馬東輝

(1.北京工業(yè)大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)部，北京 100124;2.北京工業(yè)大學(xué) 抗震減災(zāi)研究所，北京 100124)

城市形態(tài)是城市發(fā)展與周圍環(huán)境共同作用的結(jié)果，反映了城市在政治、經(jīng)濟(jì)、社會、文化等多方面的發(fā)展歷程[1]。城市空間形態(tài)呈現(xiàn)了城市各組成部分的空間分布狀態(tài)，包括建成區(qū)輪廓、片區(qū)功能特性、交通道路布局等。城市形態(tài)涵蓋的內(nèi)容比城市空間形態(tài)多，但由于城市空間形態(tài)數(shù)據(jù)更易獲取，學(xué)者主要圍繞城市空間形態(tài)展開研究[2]，而且空間形態(tài)量化分析已成為城市規(guī)劃研究的熱點(diǎn)。

城市韌性恢復(fù)能力是指城市為應(yīng)對不確定性擾動，通過合理布置緩沖帶，從而實(shí)現(xiàn)公共安全、社會秩序和經(jīng)濟(jì)建設(shè)等快速恢復(fù)的能力[3]。非典疫情后，國內(nèi)學(xué)者意識到城市空間形態(tài)對于抵御突發(fā)災(zāi)害、保護(hù)人居安全具有重要作用[4]。魯鈺雯等[5-6]認(rèn)為韌性理念貫穿于城市空間規(guī)劃中，而且不同層級的規(guī)劃方案關(guān)注的側(cè)重點(diǎn)不同。吳非等[7-8]認(rèn)為城市人居安全與空間形態(tài)不協(xié)調(diào)有關(guān)，應(yīng)將防災(zāi)韌性理念納入城市規(guī)劃過程中，從根本上阻止自然災(zāi)害及安全事故的發(fā)生和蔓延。趙曉全等[9-10]提出了基于城市“規(guī)模-密度-形態(tài)”的韌性評估模型。但是，有關(guān)城市韌性的研究仍處于理論階段，尚未徹底厘清城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)特征之間的相互關(guān)系，難以將其應(yīng)用于城市規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中[11]。

因此，筆者選取長江中下游地區(qū)的20個城市作為研究對象，利用人口密度、經(jīng)濟(jì)能力、公共服務(wù)用地、交通網(wǎng)絡(luò)、生命線工程、避難場所6類韌性評價指標(biāo)劃分城市等級，分析不同韌性等級城市的空間形態(tài)特征，總結(jié)城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)特征之間的相互關(guān)系。

1 研究思路與方法

城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)特征相互關(guān)系的研究框架如圖1所示，研究過程包含4個階段，分別為選取研究對象和評價指標(biāo)、城市韌性恢復(fù)能力評價、城市韌性恢復(fù)能力劃分、城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)特征的相互關(guān)系分析。

圖1 研究框架

2 研究對象與評價指標(biāo)

2.1 研究對象

長江中下游地區(qū)以湖口市作為分界線，地跨湖北省、湖南省、上海市等7省市，區(qū)域內(nèi)不同城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和規(guī)劃建設(shè)存在顯著差異。按照城市與長江之間的垂直距離，選取長江中下游地區(qū)的20個城市作為研究對象，如表1所示。根據(jù)國內(nèi)著名城市研究機(jī)構(gòu)第一財(cái)經(jīng)發(fā)布的《2020城市商業(yè)魅力排行榜》[12]，將20個城市按照政治地位、經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市規(guī)模、消費(fèi)能力、區(qū)域輻射等因素劃分為6個發(fā)展等級。

表1 城市發(fā)展等級劃分

2.2 韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)

從《中國城市建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒(2016)》收集20個城市的年度統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，并選取與韌性恢復(fù)能力相關(guān)的17個指標(biāo)組成評價體系，如表2所示。其中，經(jīng)濟(jì)能力和人口密度決定了城市用于構(gòu)建韌性恢復(fù)體系的資源投入；公共服務(wù)用地不僅包含用于存放物資的倉儲物流用地，還包含用于布置救災(zāi)設(shè)施的公共設(shè)施用地、指揮救災(zāi)的公共管理用地等；交通網(wǎng)絡(luò)是指城市交通網(wǎng)絡(luò)建設(shè)規(guī)模，代表城市交通可達(dá)性；生命線工程包含城市供水、供電、燃?xì)獾仍O(shè)施，是城市災(zāi)后恢復(fù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)鍵因素；避難場所由綠地、公園、廣場等組成，屬于安置災(zāi)民的關(guān)鍵要素。

表2 城市韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)

2.3 空間形態(tài)特征評價指標(biāo)

(1)緊湊度指標(biāo)C。緊湊度指標(biāo)用于衡量城市外圍邊界的輪廓形狀，其計(jì)算方法如式(1)所示[13]。當(dāng)緊湊度指標(biāo)等于1時，城市要素之間的緊湊程度最高，其外圍輪廓為圓形。隨著緊湊度指標(biāo)逐漸降低，城市要素之間的緊湊程度降低。當(dāng)緊湊度指標(biāo)接近0時，城市要素之間的緊湊程度最低，其外圍輪廓形狀接近正方形。

(1)

式中：A為城市空間面積；P為外圍輪廓周長。

(2)形狀分維數(shù)D。形狀分維數(shù)用于描述城市邊界的復(fù)雜程度，其計(jì)算方法如式(2)所示[14]。當(dāng)形狀分維數(shù)增大時，城市發(fā)展以向外擴(kuò)張為主；當(dāng)形狀分維數(shù)減小時，城市發(fā)展以城區(qū)邊緣填充為主。

(2)

(3)信息熵指標(biāo)H。信息熵指標(biāo)用于評價城市不同功能類型用地的均衡程度。假設(shè)城市用地總面積為S，劃分為m個功能類型，那么每一類城市用地面積為Si，任意一類城市用地面積與總面積的比例為Pi，如式(3)所示。參考Shannon-Weaner指數(shù)，計(jì)算信息熵指標(biāo)，如式(4)所示。

(3)

(4)

其中，Hi為信息熵指標(biāo)，代表第i類城市用地的比例系數(shù)。

當(dāng)城市處于尚未開發(fā)狀態(tài)時，其信息熵指數(shù)為0；隨著城市開發(fā)程度逐漸增強(qiáng)，功能用地類型逐漸增多，不同功能用地的面積差逐漸減小，則信息熵指數(shù)逐漸變大。

在消費(fèi)者需求多元化、情感化，生產(chǎn)技術(shù)精益求精的今天，我國絲綢企業(yè)應(yīng)以絲綢搭臺，承絲綢文化，借絲綢之路，為傳統(tǒng)絲綢行業(yè)注入新的動力。此外，緊跟時代潮流，在產(chǎn)品設(shè)計(jì)、營銷方式、絲綢體驗(yàn)上進(jìn)行改革創(chuàng)新，注重品牌的力量，打造品牌特色，進(jìn)行品牌營銷成為其突破重圍的必由之路。

3 城市空間形態(tài)與韌性恢復(fù)能力的關(guān)聯(lián)特征

3.1 城市韌性特征分析

由表2可知，除經(jīng)濟(jì)能力和人口密度外，公共服務(wù)用地、交通網(wǎng)絡(luò)、生命線工程、避難場所4類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)均包含了多個分項(xiàng)指標(biāo)。為了便于后續(xù)分析，利用因子分析算法對上述4類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)的分項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行降維處理，提取一個公共因子用以代表城市的該類韌性恢復(fù)能力。具體計(jì)算過程如下：①對4類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)包含的分項(xiàng)指標(biāo)矩陣進(jìn)行歸一化處理；②計(jì)算每一類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)包含的分項(xiàng)指標(biāo)矩陣的協(xié)方差；③通過旋轉(zhuǎn)加載矩陣獲得樣本矩陣的公共因子；④通過因子分析得到原始變量的公共因子會出現(xiàn)負(fù)值，因此采用最小最大規(guī)范化方法對公共因子進(jìn)行數(shù)據(jù)變換，使數(shù)據(jù)完全映射到[0,1]區(qū)間內(nèi)，如式(5)所示。

(5)

式中：V′為規(guī)范化處理后的數(shù)據(jù)；V為原數(shù)據(jù)；maxA為原數(shù)據(jù)列的最大值；minA為原數(shù)據(jù)列的最小值。

通過因子分析降維，得到20個城市韌性恢復(fù)能力的6類評價指標(biāo)數(shù)據(jù)，如表3所示。從表3可以看出，不但任意城市的6類韌性恢復(fù)能力計(jì)算值各不相同，而且不同城市的同一類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)計(jì)算值同樣差距明顯。所選6類韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)反映了城市韌性恢復(fù)能力的6個主要方面，其綜合評價結(jié)果代表了城市整體韌性恢復(fù)能力。其中，經(jīng)濟(jì)能力代表城市能夠在韌性恢復(fù)體系建設(shè)過程中的投入成本高低；人口密度既代表了城市受災(zāi)人口數(shù)量，又反映了城市韌性恢復(fù)過程中可調(diào)動人口資源；公共服務(wù)用地代表了城市能夠用于存放防災(zāi)救援物資的建筑面積；交通網(wǎng)絡(luò)反映了城市的交通可達(dá)性，對災(zāi)后救援效率具有直接影響；生命線工程直接影響災(zāi)后救援的電力供給和災(zāi)民用水等關(guān)鍵問題；避難場所的規(guī)劃建設(shè)水平反映了城市災(zāi)后能夠容納的災(zāi)民數(shù)量。

表3 城市韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)數(shù)據(jù)

FCM聚類算法是一種不需要提前設(shè)定聚類標(biāo)簽，僅需確定聚類數(shù)目的分類方法。該方法在計(jì)算過程中引入隸屬度矩陣和模糊系數(shù)，通過迭代的方式將隸屬度最大的樣本點(diǎn)歸為一類[15]。利用FCM聚類算法[16]將長江中下游地區(qū)的20個城市按照韌性評價指標(biāo)劃分為4類，分別對應(yīng)4個韌性等級，如表4所示。

表4 城市韌性等級

結(jié)合表3和表4可知，長江中下游地區(qū)的不同韌性等級城市具有以下特征：

(1)上海、南京、武漢3個城市的韌性等級為一級。3個一級韌性城市的主要特征表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)能力處于前三位置，建成區(qū)人口密度處于前五位置，說明一級韌性城市在韌性體系建設(shè)中投入的成本資源更多，但城市建成區(qū)承災(zāi)人口更多。上海、南京、武漢3個城市作為我國超一線城市和一線城市，規(guī)劃建設(shè)水平明顯高于其他城市，但是由于建成區(qū)面積擴(kuò)張和人口密度過大等因素影響，導(dǎo)致其交通系統(tǒng)、生命線工程、避難場所等重要設(shè)施的建設(shè)密度和人均占比處于相對較低水平。

(2)無錫、南通、蘇州、泰州4個城市的韌性等級為二級。這4個二級韌性城市分別屬于我國一線、二線和三線城市，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力和規(guī)劃建設(shè)水平處于我國中上游水準(zhǔn)。其中，二級韌性城市的評價指標(biāo)數(shù)據(jù)多數(shù)屬于中等偏上水平，少數(shù)指標(biāo)處于最佳位置。例如，無錫、南通、蘇州、泰州的GDP和建成區(qū)人口密度低于一級韌性城市。二級韌性城市的交通系統(tǒng)、生命線工程、避難場所等重要設(shè)施建設(shè)水平弱于一級韌性城市，但其建成區(qū)面積和人口密度小于一級韌性城市，因此二級韌性城市在交通系統(tǒng)、生命線工程、避難場所等評價指標(biāo)整體優(yōu)于一級韌性城市。

(3)常州、鎮(zhèn)江、揚(yáng)州、馬鞍山、銅陵、九江、滁州7個城市的韌性等級為三級。這7個城市分別屬于我國二線、三線和四線城市，其中銅陵、滁州的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和規(guī)劃建設(shè)處于我國四線城市的前列位置。三級韌性城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和建成區(qū)人口密度弱于一級韌性城市和二級韌性城市，其交通系統(tǒng)、生命線工程、避難場所等關(guān)鍵設(shè)施的建設(shè)水平相對較弱，因此除個別城市外，三級韌性城市的基礎(chǔ)設(shè)施評價指標(biāo)與二級韌性城市大致相同。

(4)蕪湖、池州、黃石、黃岡、安慶、鄂州6個城市的韌性等級為四級。四級韌性城市的恢復(fù)能力評價指標(biāo)中有1～2項(xiàng)屬于最差水平，其他指標(biāo)為中等偏下水平。例如，黃岡、池州、安慶、鄂州的經(jīng)濟(jì)能力指標(biāo)普遍較差；蕪湖、黃岡、黃石、安慶的生命線工程建設(shè)水平相對落后；蕪湖、黃石、鄂州的人口總量雖然不大，但其城市建成區(qū)面積同樣較小，因此上述城市的建成區(qū)人口密度與三級韌性城市大致相同。

3.2 城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)特征的相互關(guān)系

利用GIS軟件測量城市空間尺寸，通過Matlab軟件計(jì)算20個城市的緊湊度指標(biāo)、形狀分維數(shù)和信息熵指標(biāo)，并將空間形態(tài)指標(biāo)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行歸一化處理，如表5所示。針對不同韌性等級的城市，分析城市韌性恢復(fù)能力與空間形態(tài)之間的相互關(guān)系，可以得出：

表5 城市空間形態(tài)指標(biāo)

(1)一級韌性城市。上海、南京、武漢3個一級韌性城市，是20個城市中經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力最佳的城市，其規(guī)劃建設(shè)水平明顯強(qiáng)于其他城市，空間形態(tài)特征表現(xiàn)也最佳。例如，3個城市的空間緊湊度指標(biāo)均高于0.63，形狀分維數(shù)介于0.50～0.60之間，信息熵指標(biāo)大于等于0.90。由此可知，一級韌性城市的空間要素布局緊湊度適中，擴(kuò)張方式以城區(qū)邊緣填充為主，城市用地功能類型豐富且合理。同時，受城市空間形態(tài)特征的影響，其交通網(wǎng)絡(luò)及生命線工程的建設(shè)水平更先進(jìn)，倉儲用地和避難用地的規(guī)劃更合理。

(2)二級韌性城市。4個二級韌性城市的空間緊湊度指標(biāo)介于0.35～0.63之間，形狀分維數(shù)介于0.59～0.76之間，而信息熵指標(biāo)大于等于0.90。由此可知，二級韌性城市的空間要素布局緊湊度居中，城市擴(kuò)張方式以城區(qū)邊緣填充為主，僅有部分區(qū)域向外擴(kuò)張，而城市內(nèi)部不同功能用地分布相對均衡。綜合考慮城市的空間形態(tài)特征和經(jīng)濟(jì)發(fā)展趨勢，認(rèn)為二級韌性城市在市區(qū)范圍內(nèi)的物流倉儲、避難場所等功能用地規(guī)劃合理，交通可達(dá)性較強(qiáng)，生命線工程建設(shè)水平較高。但由于二級韌性城市的部分區(qū)域以向外擴(kuò)張為主，而擴(kuò)張區(qū)域的交通網(wǎng)絡(luò)、生命線工程和公共服務(wù)用地等規(guī)劃建設(shè)相對落后，導(dǎo)致二級韌性城市的韌性恢復(fù)能力落后于一級韌性城市。

(3)三級韌性城市。7個三級韌性城市的空間形態(tài)特征計(jì)算值低于前兩級韌性城市，加之三級韌性城市包含了二線、三線、四線3類城市，因此其空間形態(tài)特征結(jié)果差異明顯。例如，7個三級韌性城市的空間緊湊度指標(biāo)介于0.17～0.83之間，九江和滁州的緊湊度指標(biāo)分別為0.17和0.18，說明這兩個城市處于待開發(fā)階段，空間要素緊湊度不高，用地規(guī)劃合理性較差；形狀分維數(shù)介于0.64～0.87之間，普遍高于一級和二級韌性城市，說明三級韌性城市的發(fā)展以向外擴(kuò)張為主，邊界區(qū)域多為新開發(fā)區(qū)域；信息熵指標(biāo)介于0.87～0.93之間，僅馬鞍山、銅陵、滁州略低于0.9，說明三級韌性城市的不同功能用地類型相對豐富，但規(guī)劃合理性略低。由此可知，三級韌性城市的發(fā)展以向外擴(kuò)張為主，新開發(fā)區(qū)域的交通網(wǎng)絡(luò)與生命線工程建設(shè)水平相對落后，倉儲用地與避難用地的建設(shè)數(shù)量明顯不足。

(4)四級韌性城市。與三級韌性城市類似，四級韌性城市包含了三線、四線和五線3種類型城市，因此其空間形態(tài)特征同樣存在較大差異。6個四級韌性城市的空間緊湊度指標(biāo)介于0.14～0.64之間，僅安慶和鄂州的緊湊度指標(biāo)超過0.60，其余4個城市的緊湊度指標(biāo)相對較低，說明這4個城市處于待開發(fā)階段，空間要素緊湊度不高，用地規(guī)劃合理性較差；形狀分維數(shù)介于0.72～1.00之間，普遍高于三級韌性城市，說明四級韌性城市向外擴(kuò)張程度最高，新開發(fā)區(qū)域的覆蓋面積最大；信息熵指標(biāo)介于0.86～0.94之間，僅黃石的信息熵指標(biāo)低于0.9，說明四級韌性城市的建設(shè)發(fā)展進(jìn)入成熟階段，不同功能用地的類型相對豐富，規(guī)劃合理性與三級韌性城市相近。由此可知，四級韌性城市的發(fā)展以向外擴(kuò)張為主，新開發(fā)區(qū)域內(nèi)的交通網(wǎng)絡(luò)與生命線工程建設(shè)水平較低，倉儲用地與避難用地的建設(shè)數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

4 城市空間規(guī)劃策略

由于自然災(zāi)害和事故災(zāi)難的發(fā)生概率較低，利用城市有限的空間資源為此類突發(fā)性事件單獨(dú)規(guī)劃空間與設(shè)施，一定程度上會造成城市資源的浪費(fèi)。加強(qiáng)城市空間規(guī)劃與防災(zāi)減災(zāi)策略的協(xié)調(diào)融合，使得城市空間規(guī)劃中具備應(yīng)對自然災(zāi)害和事故災(zāi)難的能力才是可取之道。故根據(jù)上述研究成果提出加強(qiáng)城市韌性恢復(fù)能力的合理化建議：

(1)加強(qiáng)對城市規(guī)模、密度等空間特征的控制。從科學(xué)的角度規(guī)劃城市發(fā)展規(guī)模，控制城市環(huán)境容量。發(fā)展組團(tuán)式城市結(jié)構(gòu)，在保持城市空間用地密度相對較高的同時，在各組團(tuán)城市之間保留森林、綠化等生態(tài)綠地空間。合理確定城市密度，控制城市人口密度、容積率和建筑密度，不能片面追求經(jīng)濟(jì)效益而肆意開發(fā)建設(shè)。

(2)加強(qiáng)城市應(yīng)對自然災(zāi)害的空間規(guī)劃手段。通過規(guī)劃手段提高防災(zāi)減災(zāi)空間和設(shè)施的綜合利用水平，建立相關(guān)部門協(xié)調(diào)聯(lián)動機(jī)制，確保突發(fā)事件發(fā)生時能夠及時提供必要的避難空間和應(yīng)急設(shè)施。例如，8·12天津?yàn)I海新區(qū)爆炸事故發(fā)生后，當(dāng)?shù)卣谝粫r間做出響應(yīng)，將爆炸區(qū)影響范圍以外的學(xué)校、體育館等建筑設(shè)施設(shè)為應(yīng)急避難場所，為當(dāng)?shù)貫?zāi)民提供臨時安置帳篷、應(yīng)急醫(yī)療服務(wù)，保障災(zāi)民盡快恢復(fù)正常生活。

(3)全面提升城市生命線工程的可靠性。立足城市韌性規(guī)劃理念，打造全面覆蓋的交通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，加強(qiáng)供電、供水、供氣等生命線工程的冗余儲備，確保城市隨時隨地?fù)碛袧M足人們需求的生命線工程。同時，強(qiáng)化城市生命線工程的實(shí)時監(jiān)測，及時規(guī)避意外情況，有效發(fā)揮生命線工程對于城市韌性恢復(fù)體系的保障作用。

(4)建立健全防災(zāi)減災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃。在防災(zāi)專項(xiàng)規(guī)劃中增加應(yīng)急物資儲備、應(yīng)急指揮權(quán)責(zé)等相關(guān)內(nèi)容，制定應(yīng)急預(yù)案。同時，為應(yīng)急避難場所制定相應(yīng)的規(guī)劃和預(yù)案，做到平災(zāi)結(jié)合、綜合利用。定期開展應(yīng)急演練工作，加強(qiáng)社區(qū)工作人員在服務(wù)與防控管理職能之間的角色轉(zhuǎn)換，通過“開放式”管理銜接物資保障系統(tǒng)與應(yīng)急救助系統(tǒng)，充分發(fā)揮社區(qū)協(xié)作功能。

5 結(jié)論

筆者選取長江中下游20個城市作為研究對象，利用17個韌性恢復(fù)能力評價指標(biāo)將20個城市劃分為4個韌性等級，探究城市空間形態(tài)特征與韌性恢復(fù)能力之間的相互關(guān)系，得到以下結(jié)論：

(1)城市韌性恢復(fù)能力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平和規(guī)劃建設(shè)程度有關(guān)，城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，規(guī)劃建設(shè)越合理，城市韌性恢復(fù)能力越強(qiáng)。

(2)城市的空間形態(tài)特征除了受自然環(huán)境的影響之外，還受城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與規(guī)劃建設(shè)程度的影響。城市的經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)、規(guī)劃建設(shè)越合理，則城市空間要素的緊湊度越高，邊界形狀越規(guī)則，用地功能類型越豐富。

(3)城市的空間形態(tài)特征會對韌性恢復(fù)能力產(chǎn)生影響。城市的空間形態(tài)特征越合理，組成要素的分布緊湊度越高，城市發(fā)展會以內(nèi)部填充為主，致力于改善交通網(wǎng)絡(luò)、倉儲用地、公共設(shè)施、避難場所等關(guān)鍵要素，從而有助于提高城市的韌性恢復(fù)能力。

(4)城市韌性恢復(fù)能力會對空間形態(tài)特征產(chǎn)生影響。城市若在開發(fā)過程中融入防災(zāi)減災(zāi)意識，并重點(diǎn)關(guān)注城市韌性恢復(fù)體系的規(guī)劃與建設(shè)，則城市的韌性恢復(fù)能力就較強(qiáng)，那么倉儲用地、避難用地、交通用地、生命線工程等關(guān)鍵要素的建設(shè)規(guī)劃也越合理，從而改善了城市的空間形態(tài)特征。