【摘要】韌性城市理念是近年來(lái)國(guó)內(nèi)外興起的一種全新的城市防災(zāi)減災(zāi)理念，為建立系統(tǒng)化、數(shù)字化、智能化的城市防災(zāi)減災(zāi)體系提供了重要的理論依據(jù)。當(dāng)前，韌性城市建設(shè)在政策、數(shù)據(jù)、模型和計(jì)算等方面的條件已經(jīng)基本具備。準(zhǔn)確的自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)報(bào)能力，是韌性城市建設(shè)的核心內(nèi)容和重要基礎(chǔ)。它不僅需要科學(xué)理論的支撐，還依賴(lài)于實(shí)戰(zhàn)積累的各類(lèi)災(zāi)害防治數(shù)據(jù)和豐富的一線應(yīng)用場(chǎng)景。智慧城市和韌性城市在理念和建設(shè)條件上存在諸多相通之處，將韌性城市與智慧城市建設(shè)相結(jié)合，并推動(dòng)城市治理的優(yōu)化升級(jí)，提升城市安全水平，預(yù)計(jì)會(huì)成為未來(lái)城市治理的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】 韌性城市? 防災(zāi)減災(zāi)? 城市治理? 人工智能? 數(shù)字化

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU992? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【DOI】0.16619/j.cnki.rmltxsqy.2022.1112.006

近年來(lái)，世界各地發(fā)生多起極端自然災(zāi)害事件，如2005年卡特里娜颶風(fēng)、2008年汶川地震、2019年利奇馬臺(tái)風(fēng)、2021年鄭州720暴雨等，對(duì)城市面貌和經(jīng)濟(jì)造成嚴(yán)重破壞和損失。隨著現(xiàn)代城市的發(fā)展，其系統(tǒng)內(nèi)部和系統(tǒng)之間的時(shí)空關(guān)聯(lián)也日益復(fù)雜，各類(lèi)自然災(zāi)害不僅造成了基礎(chǔ)設(shè)施不同程度的破壞，還引發(fā)了次生災(zāi)害（如停水停電、通訊中斷等），造成城市功能癱瘓，導(dǎo)致了巨大的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)損失，并嚴(yán)重威脅社會(huì)秩序和政治安定。韌性城市的理念就在這樣的大環(huán)境下應(yīng)運(yùn)而生。

“韌性”和“韌性城市”是目前國(guó)內(nèi)和國(guó)際社會(huì)在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域使用頻率很高的兩個(gè)概念。“城市韌性”是指城市能夠化解或抵御外界的災(zāi)害或沖擊，保持其主要特征和功能不受顯著影響，并能夠在災(zāi)后快速恢復(fù)的能力[1]。也就是說(shuō)，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生的時(shí)候，一個(gè)韌性城市不但能夠承受沖擊，組織高效的災(zāi)中應(yīng)對(duì)，還能夠在災(zāi)后快速恢復(fù)城市各項(xiàng)功能的正常運(yùn)行，并進(jìn)一步通過(guò)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)為更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)的災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)作準(zhǔn)備。在“韌性”視角下，城市這一客觀的物質(zhì)實(shí)體，逐漸成為具備防災(zāi)能力和防災(zāi)智慧的“有機(jī)生命體”。

當(dāng)前，我國(guó)城市正處于數(shù)字化的時(shí)代浪潮中，各類(lèi)感知、觀測(cè)、影像、傳感、支付、出行等數(shù)據(jù)的廣泛收集，人工智能、大數(shù)據(jù)、機(jī)器學(xué)習(xí)、AR、VR、云計(jì)算等技術(shù)的快速迭代，以及各地?cái)?shù)字化平臺(tái)的建設(shè)為城市治理方式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，也為以韌性城市理念為基礎(chǔ)的韌性城市建設(shè)供了必要的前提。

本文將從什么是城市韌性、韌性城市建設(shè)的實(shí)施路徑、現(xiàn)有條件、應(yīng)用實(shí)例、亟待解決的問(wèn)題以及未來(lái)發(fā)展方向等幾個(gè)方面，探討韌性城市理念如何賦能城市數(shù)智防災(zāi)。

韌性理念

發(fā)展簡(jiǎn)史。自20世紀(jì)90年代以來(lái)，韌性思想逐漸從自然生態(tài)學(xué)延展到城市防災(zāi)相關(guān)學(xué)科，韌性城市逐漸成為國(guó)際前沿的防災(zāi)減災(zāi)理念。2002年，地方可持續(xù)發(fā)展協(xié)會(huì)（ICLEI）在聯(lián)合國(guó)可持續(xù)發(fā)展全球峰會(huì)上提出了“韌性”的概念;2015年世界減災(zāi)大會(huì)將“提高韌性”作為未來(lái)15年聯(lián)合國(guó)開(kāi)發(fā)計(jì)劃署的四個(gè)優(yōu)先領(lǐng)域之一;2016年第三屆聯(lián)合國(guó)住房與可持續(xù)城市發(fā)展大會(huì)將“城市的生態(tài)與韌性”作為新城市議程的核心內(nèi)容之一。國(guó)內(nèi)方面，2014年起國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)城市和小城鎮(zhèn)改革發(fā)展中心與美國(guó)洛克菲勒基金會(huì)合作，為中國(guó)海鹽、黃石、德陽(yáng)、義烏四個(gè)縣市制定了韌性發(fā)展規(guī)劃;從2017年起北京、上海、成都等地相繼提出了建設(shè)韌性城市的計(jì)劃或要求;2020年11月，在習(xí)近平總書(shū)記發(fā)表的《國(guó)家中長(zhǎng)期經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展戰(zhàn)略若干重大問(wèn)題》和《中共中央關(guān)于制定國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和二〇三五年遠(yuǎn)景目標(biāo)的建議》中，作出了建設(shè)韌性城市的決策部署;2021年以來(lái)，許多城市都相繼出臺(tái)了各類(lèi)韌性城市建設(shè)意見(jiàn)和方案，但總的來(lái)說(shuō)還處于探索階段。

近年來(lái)，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院及其資助的城市韌性規(guī)劃研究中心、新加坡與蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院聯(lián)合成立的未來(lái)韌性系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室、歐盟委員會(huì)聯(lián)合研究中心、美國(guó)太平洋地震工程研究中心、美國(guó)東北大學(xué)全球韌性研究所、英國(guó)拉夫堡大學(xué)安全和柔性社會(huì)研究中心、京都大學(xué)防災(zāi)研究所滑坡災(zāi)害研究中心，以及國(guó)內(nèi)的浙江大學(xué)、清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等高校都圍繞城市韌性展開(kāi)了大量的研究工作，從災(zāi)害模擬、韌性仿真、災(zāi)后恢復(fù)、韌性提升等方面提出了各種與城市韌性相關(guān)的模型與決策方案，從而為城市更好地評(píng)估和預(yù)報(bào)風(fēng)險(xiǎn)，制定和部署減災(zāi)措施、組織和指揮搶險(xiǎn)救援、分配和調(diào)度減災(zāi)資源，以減少各類(lèi)災(zāi)害或風(fēng)險(xiǎn)對(duì)城市物理、社會(huì)與經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的沖擊提供了理論基礎(chǔ)。

韌性城市的特征。一個(gè)城市的防災(zāi)韌性，通?？梢酝ㄟ^(guò)以下四個(gè)維度來(lái)評(píng)價(jià)[2]。

（1）物理維度：指城市的物理環(huán)境及基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)在災(zāi)害下的功能水平和恢復(fù)能力;

（2）組織維度：指城市中運(yùn)營(yíng)、維護(hù)城市關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，同時(shí)兼具制定并實(shí)施防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)政策及措施等職責(zé)的政府部門(mén)和機(jī)構(gòu)，在災(zāi)害過(guò)程中的準(zhǔn)備、組織、調(diào)度和決策的能力;

（3）社會(huì)維度：指城市制定相關(guān)政策和措施以減輕災(zāi)害對(duì)城市功能和服務(wù)（如政務(wù)、教育、醫(yī)療和應(yīng)急避難等）所造成的影響的能力;

（4）經(jīng)濟(jì)維度：指城市的經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)能夠承受災(zāi)害造成的打擊，并在災(zāi)后快速恢復(fù)的能力。

同時(shí)，一個(gè)韌性城市應(yīng)該在這四個(gè)維度上具備以下五大特征[3][4]。

（1）魯棒性：抵御災(zāi)害的能力，即減輕由災(zāi)害在城市物理、組織、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)各維度造成的損失;

（2）可恢復(fù)性：快速恢復(fù)的能力，即城市各維度能在災(zāi)后快速恢復(fù)功能水平的能力;

（3）冗余性：城市各系統(tǒng)中的關(guān)鍵組成部分有（臨時(shí)）備用模塊，即當(dāng)災(zāi)害導(dǎo)致關(guān)鍵組成部分受損時(shí)，系統(tǒng)仍能在備用模塊的支撐下維持一定的功能水平;

（4）智慧性：城市各系統(tǒng)有判別形勢(shì)、建立優(yōu)先級(jí)并優(yōu)化人力和物資調(diào)配的能力，即在災(zāi)害的全過(guò)程管理中擴(kuò)大決策優(yōu)勢(shì)，最大化資源效益;

（5）適應(yīng)性：城市能在災(zāi)害中學(xué)習(xí)并進(jìn)化，從而提升未來(lái)災(zāi)害的應(yīng)對(duì)能力。

具備災(zāi)害韌性的城市可在災(zāi)前識(shí)別城市的抗災(zāi)、容災(zāi)薄弱環(huán)節(jié)，并形成關(guān)于災(zāi)前提升抗災(zāi)容災(zāi)能力、災(zāi)中調(diào)配資源抗災(zāi)救災(zāi)和災(zāi)后快速修復(fù)減災(zāi)的決策建議，從而呈現(xiàn)出“災(zāi)前規(guī)劃—災(zāi)中應(yīng)急—災(zāi)后恢復(fù)”的防災(zāi)、救災(zāi)、減災(zāi)閉環(huán)管理的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)（如圖1所示）。

韌性城市理念與傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)理念的區(qū)別。與傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)理念和方法相比，韌性城市作為當(dāng)下最前沿的綜合防災(zāi)減災(zāi)理念，其革新之處在于：

（1）在防災(zāi)系統(tǒng)層面，韌性城市提倡考慮多維功能因子和系統(tǒng)耦合分析，而傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)則僅考慮單一功能因子和系統(tǒng)獨(dú)立分析;

（2）在防災(zāi)維度層面，韌性城市提倡聚焦功能控制和社科政經(jīng)領(lǐng)域，而傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)則僅考慮安全控制和建設(shè)工程領(lǐng)域;

（3）在防災(zāi)體系層面，韌性城市提倡進(jìn)行主動(dòng)防災(zāi)和多方協(xié)同聯(lián)動(dòng)，而傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)則是被動(dòng)應(yīng)急和各方獨(dú)自應(yīng)戰(zhàn);

（4）在防災(zāi)決策層面，韌性城市提倡數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)和量化分析，而傳統(tǒng)防災(zāi)則是以經(jīng)驗(yàn)主導(dǎo)和定性分析;

（5）在防災(zāi)教育層面，韌性城市提倡全民防災(zāi)和智慧學(xué)習(xí)，而傳統(tǒng)防災(zāi)則是重點(diǎn)設(shè)防和被動(dòng)學(xué)習(xí)。隨著時(shí)代的進(jìn)步和科技的發(fā)展，城市防災(zāi)管理的重點(diǎn)正逐步從硬件建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合科技手段在實(shí)際防災(zāi)減災(zāi)工作中的應(yīng)用;從聚焦災(zāi)中的應(yīng)急響應(yīng)轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注災(zāi)前規(guī)劃建設(shè)—災(zāi)中應(yīng)急響應(yīng)—災(zāi)后重建恢復(fù)閉環(huán)管理的韌性城市建設(shè)。

實(shí)施路徑

本文建議城市可從以下4個(gè)步驟來(lái)實(shí)施韌性城市的建設(shè)。

步驟1：成立韌性城市建設(shè)組織機(jī)構(gòu)。組織機(jī)構(gòu)應(yīng)包括領(lǐng)導(dǎo)小組和技術(shù)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)。其中領(lǐng)導(dǎo)小組應(yīng)由相關(guān)政府部門(mén)（如應(yīng)急部門(mén)、氣象部門(mén)、地震部門(mén)、住建部門(mén)、水利部門(mén)、自然資源部門(mén)、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門(mén)、發(fā)改部門(mén)、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理部門(mén)等）和公共設(shè)施服務(wù)機(jī)構(gòu)（如供電部門(mén)、供水部門(mén)、通訊部門(mén)等）相關(guān)負(fù)責(zé)人組成，并設(shè)工作專(zhuān)班;技術(shù)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)可由各類(lèi)科研院所和專(zhuān)業(yè)服務(wù)機(jī)構(gòu)的多個(gè)交叉領(lǐng)域的技術(shù)專(zhuān)家組成。

步驟2：設(shè)定韌性城市建設(shè)目標(biāo)。領(lǐng)導(dǎo)小組應(yīng)在充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，借助技術(shù)專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)的力量，組織討論并設(shè)定本地區(qū)在各類(lèi)災(zāi)害情景下（通?？稍O(shè)定災(zāi)害的強(qiáng)度等級(jí)）的韌性建設(shè)目標(biāo)，比如，“A市在12級(jí)臺(tái)風(fēng)正面登陸襲擊影響下，應(yīng)將災(zāi)害造成的影響控制在人員傷亡小于15人，經(jīng)濟(jì)損失小于10億，倒塌破壞房屋小于25間，局部斷電1天內(nèi)恢復(fù)，局部斷水2天內(nèi)恢復(fù)”。值得注意的是，該韌性城市建設(shè)目標(biāo)除了可以通過(guò)上述方式直接指定外，也可以結(jié)合步驟3在分析城市現(xiàn)有韌性水平的基礎(chǔ)上進(jìn)行制定。

步驟3：城市韌性評(píng)估。對(duì)韌性城市建設(shè)的目標(biāo)區(qū)域建立詳細(xì)的韌性分析模型，其中建成環(huán)境模型包括房屋建筑群落模型（包括各類(lèi)建筑物）、交通網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類(lèi)道路、橋梁等）、供電網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類(lèi)變電站、輸電線路等）、供水網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類(lèi)水廠、泵站、輸水管等），通訊網(wǎng)絡(luò)模型（包括通訊基站、指揮中心等）以及功能耦合模型等，災(zāi)害模型包括考慮時(shí)空不確定性的情景災(zāi)害模型和長(zhǎng)周期全過(guò)程災(zāi)害模型。韌性評(píng)估分析可在災(zāi)前進(jìn)行，該類(lèi)分析模型可得到城市目標(biāo)區(qū)域在各類(lèi)災(zāi)害下可能的人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失、功能恢復(fù)時(shí)間等，并可精確診斷定位城市防災(zāi)系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，為下一步制定韌性提升計(jì)劃提供基礎(chǔ);另外，韌性評(píng)估分析也可在災(zāi)中針對(duì)當(dāng)前實(shí)際的災(zāi)害事件進(jìn)行，如可在重大災(zāi)害事件即將到來(lái)時(shí)和影響過(guò)程中運(yùn)用模型對(duì)城市區(qū)域的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)和損失進(jìn)行實(shí)時(shí)評(píng)估分析，可為城市管理部門(mén)提前掌握受災(zāi)人口分布和救災(zāi)物質(zhì)需求提供可靠支撐。

步驟4：城市韌性提升決策制定和實(shí)施。根據(jù)作用時(shí)間來(lái)分，城市韌性提升決策可包括災(zāi)前準(zhǔn)備規(guī)劃、災(zāi)中應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后快速恢復(fù)三個(gè)大類(lèi)。具體來(lái)說(shuō)，城市的韌性目標(biāo)（步驟2）和當(dāng)前韌性水平（步驟3）之間的差距，可通過(guò)制定有針對(duì)性的災(zāi)前規(guī)劃措施（如避災(zāi)安置場(chǎng)所、物質(zhì)儲(chǔ)備倉(cāng)庫(kù)優(yōu)化建設(shè)、供電網(wǎng)絡(luò)、供水網(wǎng)絡(luò)、交通網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化等），災(zāi)中響應(yīng)措施（如人口轉(zhuǎn)移、物質(zhì)調(diào)配等），以及災(zāi)后恢復(fù)措施（包括恢復(fù)優(yōu)先級(jí)的設(shè)置以及各類(lèi)恢復(fù)資源的優(yōu)化調(diào)配）等韌性提升措施來(lái)有針對(duì)性地縮小，直至滿(mǎn)足韌性目標(biāo)。

現(xiàn)有條件

當(dāng)前，韌性城市建設(shè)在政策、數(shù)據(jù)、模型和計(jì)算等方面的條件已經(jīng)基本具備，本部分將對(duì)各個(gè)方面的條件進(jìn)行論述。

政策條件。習(xí)近平總書(shū)記明確指出，新時(shí)代要按照“兩個(gè)堅(jiān)持、三個(gè)轉(zhuǎn)變”的重要思想，提高城市建筑和基礎(chǔ)設(shè)施抗災(zāi)能力，科學(xué)認(rèn)識(shí)致災(zāi)規(guī)律，有效減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)，實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。2018年，中共中央辦公廳、國(guó)務(wù)院辦公廳印發(fā)了關(guān)于《關(guān)于推進(jìn)城市安全發(fā)展的意見(jiàn)》，要求健全公共安全體系，打造共建共治共享的城市安全社會(huì)治理格局，促進(jìn)建立以安全生產(chǎn)為基礎(chǔ)的綜合性、全方位、系統(tǒng)化的城市安全發(fā)展體系?！吨腥A人民共和國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十四個(gè)五年規(guī)劃和2035年遠(yuǎn)景目標(biāo)綱要》中已經(jīng)明確提出建設(shè)韌性城市的要求，而諸如北京、上海、深圳、廣州、成都、蘇州和澳門(mén)等城市也均已將“建設(shè)韌性城市”列入新一輪的城市綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃和數(shù)字化應(yīng)急管理工作計(jì)劃中。

數(shù)據(jù)條件。韌性城市的建設(shè)離不開(kāi)各類(lèi)城市承災(zāi)體數(shù)據(jù)和多災(zāi)害數(shù)據(jù)的收集、管理和融合。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用，使得分布在城市各個(gè)角落的智能設(shè)備成為一個(gè)個(gè)信息采集終端，有助于實(shí)現(xiàn)對(duì)城市健康狀態(tài)和災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行全方位、多尺度的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，讓我們對(duì)城市日常運(yùn)維和災(zāi)害情景及其影響有了更精準(zhǔn)的認(rèn)識(shí)。自2020年以來(lái)，第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查全面收集了全國(guó)范圍內(nèi)6大類(lèi)21種災(zāi)害致災(zāi)因子、承災(zāi)體、重點(diǎn)隱患、歷史災(zāi)害、綜合減災(zāi)能力等數(shù)據(jù)。另外，大數(shù)據(jù)的開(kāi)放融合技術(shù)可匯聚城市中各行各業(yè)的海量信息并進(jìn)行深度、有效的融合，從而為建設(shè)全方位覆蓋的韌性城市并進(jìn)行精細(xì)化的管理帶來(lái)了可能，同時(shí)也為后續(xù)的城市狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、韌性評(píng)估、決策建議提供了重要基礎(chǔ)。

模型條件。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者十多年來(lái)的不懈努力，韌性城市領(lǐng)域內(nèi)基于物理機(jī)制和仿真模擬的精細(xì)化模型和基于機(jī)器學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型已經(jīng)日趨成熟。一方面，精細(xì)化物理模型可對(duì)城市作為一個(gè)整體在單個(gè)災(zāi)害情景或長(zhǎng)周期多次災(zāi)害情景作用下建筑群落、交通網(wǎng)絡(luò)、供電網(wǎng)絡(luò)、供水網(wǎng)絡(luò)等各類(lèi)基礎(chǔ)設(shè)施的物理破壞、功能損失、經(jīng)濟(jì)損失、人口傷亡等進(jìn)行有效評(píng)估，同時(shí)考慮從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體在內(nèi)的各類(lèi)不確定性的影響，并可在此基礎(chǔ)上搭建精細(xì)化決策輔助模型。另一方面，大數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模型的優(yōu)勢(shì)在于可在相對(duì)較低的計(jì)算時(shí)間成本下對(duì)更大范圍的城市和城市群的各類(lèi)性能進(jìn)行快速評(píng)估。此外，物理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)相結(jié)合的災(zāi)害推演和風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)技術(shù)將是該領(lǐng)域未來(lái)研究和應(yīng)用的重要方向。

計(jì)算條件。超大型城市和城市群各種災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)、突發(fā)，對(duì)建模分析計(jì)算能力及其時(shí)效性提出了極高要求。近年來(lái)興起壯大的云計(jì)算平臺(tái)為韌性城市超大規(guī)模分析計(jì)算提供了重要基礎(chǔ)。云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)整合成千上萬(wàn)臺(tái)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)分配和協(xié)調(diào)計(jì)算任務(wù)的計(jì)算機(jī)組成的計(jì)算集群，可通過(guò)相對(duì)較低的成本實(shí)現(xiàn)超大規(guī)模分析計(jì)算，并具有極其強(qiáng)大的計(jì)算能力彈性拓展?jié)撃?，使得千萬(wàn)級(jí)人口城市的多災(zāi)害、多場(chǎng)景、精細(xì)化的高效實(shí)時(shí)計(jì)算模擬和決策優(yōu)化成為可能，從而在災(zāi)前防災(zāi)規(guī)劃、災(zāi)中應(yīng)急響應(yīng)和災(zāi)后功能恢復(fù)等多個(gè)時(shí)間維度上，為決策部門(mén)提供最優(yōu)決策建議。

應(yīng)用實(shí)例——REN風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)引擎

準(zhǔn)確的自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和預(yù)報(bào)能力，是韌性城市建設(shè)的核心內(nèi)容和重要基礎(chǔ)。它不僅需要科學(xué)理論的支撐，還依賴(lài)于實(shí)戰(zhàn)積累的各類(lèi)災(zāi)害防治數(shù)據(jù)和豐富的一線應(yīng)用場(chǎng)景。立足韌性城市的理論框架，浙江大學(xué)韌性城市研究中心開(kāi)發(fā)了跨尺度、多層級(jí)、全過(guò)程的REN自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)引擎。該引擎?zhèn)戎仨g性城市建設(shè)的災(zāi)中應(yīng)急響應(yīng)階段，面向臺(tái)風(fēng)、暴雨及其引發(fā)的次生災(zāi)害等將要或已經(jīng)發(fā)生時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)綜合風(fēng)險(xiǎn)變化全過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。

REN引擎主要包括數(shù)據(jù)基座、預(yù)報(bào)引擎和應(yīng)用場(chǎng)景三個(gè)主要邏輯層：從數(shù)據(jù)基座層開(kāi)始進(jìn)行各類(lèi)動(dòng)態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的清洗、接入和融合，到中間的預(yù)報(bào)模型層（包括災(zāi)害危險(xiǎn)性模型庫(kù)、承災(zāi)體模型庫(kù)和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型庫(kù)），再到應(yīng)用場(chǎng)景層（包括避災(zāi)人口風(fēng)險(xiǎn)、受災(zāi)房屋風(fēng)險(xiǎn)、交通網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等）。

數(shù)據(jù)基座。主要包括各類(lèi)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)和靜態(tài)自然災(zāi)害普查數(shù)據(jù)兩大類(lèi)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)主要來(lái)自相關(guān)行業(yè)部門(mén)的監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)，包括：氣象部門(mén)的氣象災(zāi)害預(yù)警、降雨預(yù)報(bào)、雨量監(jiān)測(cè)等，水利部門(mén)的小流域山洪災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警，自然資源部門(mén)的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報(bào)預(yù)警，住建部門(mén)的內(nèi)澇監(jiān)測(cè)預(yù)警等。靜態(tài)數(shù)據(jù)主要來(lái)自第一次全國(guó)自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)普查數(shù)據(jù)，包括：小流域山洪災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害、房屋建筑、道路、橋梁等調(diào)查成果，此外還有部分?jǐn)?shù)據(jù)來(lái)自人口普查和各部門(mén)的存量數(shù)據(jù)。

預(yù)報(bào)模型。綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)模型庫(kù)包括災(zāi)害危險(xiǎn)性、承災(zāi)體、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估三大類(lèi)模型。其中，災(zāi)害危險(xiǎn)性模型具體包括氣象災(zāi)害模型、小流域山洪災(zāi)害模型、地質(zhì)災(zāi)害模型、內(nèi)澇風(fēng)險(xiǎn)模型等;承災(zāi)體模型具體包括房屋建筑模型和交通道路模型等，并考慮互相之間在物理上、空間上和功能上的相關(guān)性;風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型具體考慮了多種鏈生災(zāi)害在時(shí)間上和空間上同時(shí)或相繼作用在各類(lèi)承災(zāi)體上的潛在風(fēng)險(xiǎn)，由于實(shí)際情況下承災(zāi)體在各類(lèi)災(zāi)害作用下的受災(zāi)和損失存在較大的不確定性，模型還考慮了各類(lèi)不確定因素對(duì)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果的影響。

應(yīng)用場(chǎng)景?；诙嘣磩?dòng)、靜態(tài)數(shù)據(jù)和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)模型庫(kù)，可得到各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警預(yù)報(bào)結(jié)果，包括單承災(zāi)體風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。在空間上，可支持市—縣—鄉(xiāng)等多個(gè)層級(jí)的綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)預(yù)警;在時(shí)間上，可對(duì)未來(lái)的各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行滾動(dòng)預(yù)報(bào)。風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)可最終給出包括受災(zāi)人口風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)、受災(zāi)房屋風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)、交通遲滯風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)和綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)等在內(nèi)的多層級(jí)、全過(guò)程風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)，可有力支持“戰(zhàn)時(shí)”精細(xì)化人員轉(zhuǎn)移、物資調(diào)配和搶險(xiǎn)救援等決策指揮應(yīng)用。

REN自然災(zāi)害綜合風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)引擎在浙江省的試點(diǎn)應(yīng)用過(guò)程中，研發(fā)團(tuán)隊(duì)利用歷史災(zāi)害事件的反演分析，并對(duì)比歷時(shí)災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)模型的科學(xué)性和準(zhǔn)確性進(jìn)行初步的驗(yàn)證。起初，選取近年來(lái)發(fā)生在兩地較為典型的自然災(zāi)害事件，通過(guò)建立鏈生災(zāi)害場(chǎng)模型，融合應(yīng)急管理廳數(shù)據(jù)管理平臺(tái)、氣象預(yù)報(bào)和各行業(yè)部門(mén)（氣象、水利、自然資源等）監(jiān)測(cè)預(yù)警等數(shù)據(jù)，重構(gòu)歷史災(zāi)害事件的時(shí)空災(zāi)害場(chǎng)演進(jìn)過(guò)程。繼而，基于普查承災(zāi)體數(shù)據(jù)和行業(yè)部門(mén)存量數(shù)據(jù)，建立試點(diǎn)地區(qū)房屋建筑、道路橋梁、居民住戶(hù)等承災(zāi)體的數(shù)智防災(zāi)孿生模型。最終，通過(guò)REN引擎仿真推演，并結(jié)合衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)，地質(zhì)災(zāi)害和水利災(zāi)害普查報(bào)告等手段，對(duì)模型進(jìn)行率定和校驗(yàn)，獲得臨安、蒼南兩地在選定歷史臺(tái)風(fēng)、暴雨災(zāi)害事件下各類(lèi)風(fēng)險(xiǎn)的動(dòng)態(tài)演化過(guò)程，包括避災(zāi)人口風(fēng)險(xiǎn)、房屋倒塌風(fēng)險(xiǎn)、交通路段風(fēng)險(xiǎn)等，并以風(fēng)險(xiǎn)五色圖和熱力圖等形式展現(xiàn)評(píng)估結(jié)果。對(duì)比結(jié)果表明該預(yù)報(bào)引擎結(jié)果與實(shí)際災(zāi)情統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)吻合較好，可較好地評(píng)估城市地區(qū)在自然災(zāi)害作用下的各類(lèi)損失情況，為精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)研判和決策指揮提供重要參考。

亟待解決的問(wèn)題與未來(lái)發(fā)展方向

基于“空天地”一體化的大數(shù)據(jù)融合治理。隨著大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、5G技術(shù)等高新產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，“空天地”網(wǎng)絡(luò)一體化融合技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于導(dǎo)航、遙感、通信、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域，也逐步在應(yīng)急救災(zāi)場(chǎng)景中發(fā)揮重要作用（如利用通信網(wǎng)絡(luò)、無(wú)人機(jī)、地理信息等技術(shù)實(shí)現(xiàn)災(zāi)情識(shí)別、智能預(yù)警等），然而如何利用“空天地”網(wǎng)絡(luò)的多源異構(gòu)信息和復(fù)雜立體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)行韌性城市建設(shè)相關(guān)數(shù)據(jù)的收集、治理和應(yīng)用是當(dāng)前賦能數(shù)智應(yīng)急的一大難題。打造智能化自然災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)警體系、推動(dòng)基于社交媒體/輿情上報(bào)/衛(wèi)星遙感/災(zāi)損圖像等信息的災(zāi)情收集和感知技術(shù)，以及研究多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合治理技術(shù)是實(shí)現(xiàn)韌性城市和數(shù)智防災(zāi)的亟待解決的問(wèn)題之一。

依托AI、云計(jì)算技術(shù)的災(zāi)害推演與風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)。當(dāng)前以韌性城市理論為基礎(chǔ)的精細(xì)化動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和決策輔助分析需要的算力巨大，且運(yùn)算分析效率難以滿(mǎn)足實(shí)際決策部門(mén)工作需求，而大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的日益成熟為開(kāi)發(fā)區(qū)域尺度的大規(guī)模精細(xì)化分析模型提供了可能。首先，自然災(zāi)害和城市基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的多源、海量、內(nèi)容繁雜等特征和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)預(yù)警數(shù)據(jù)的多模態(tài)、多階段、實(shí)時(shí)性等特征都對(duì)融合治理海量災(zāi)害大數(shù)據(jù)提出了極高的計(jì)算要求。其次，發(fā)展輔助風(fēng)險(xiǎn)研判和應(yīng)急決策的時(shí)空孿生災(zāi)害仿真推演技術(shù)極度強(qiáng)調(diào)分析結(jié)果的時(shí)效性和可靠性。為了有效解決數(shù)智防災(zāi)過(guò)程中帶來(lái)的海量數(shù)據(jù)融合、推演模型訓(xùn)練和高效計(jì)算等問(wèn)題，將大數(shù)據(jù)、人工智能、云計(jì)算等技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘與分析、模型學(xué)習(xí)和優(yōu)化、高性能計(jì)算，以此發(fā)展自然災(zāi)害仿真推演和動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)報(bào)技術(shù)，將是實(shí)現(xiàn)韌性城市和數(shù)智防災(zāi)的關(guān)鍵。

AR、VR為基礎(chǔ)的城市韌性防災(zāi)元宇宙仿真模擬。隨著數(shù)字孿生技術(shù)在向各個(gè)領(lǐng)域融入的同時(shí)，基于AR、VR設(shè)備的“元宇宙”虛擬現(xiàn)實(shí)很有可能為未來(lái)城市規(guī)劃和管理帶來(lái)全新的技術(shù)變革。虛擬現(xiàn)實(shí)VR設(shè)備和數(shù)字孿生技術(shù)可以打造沉浸式的災(zāi)害仿真模擬（如模擬火災(zāi)、地震、臺(tái)風(fēng)洪澇、泥石流等多災(zāi)害和鏈生災(zāi)害的災(zāi)變演化過(guò)程）和互動(dòng)式的決策反饋體驗(yàn)（對(duì)受災(zāi)場(chǎng)景進(jìn)行快速災(zāi)損評(píng)估、風(fēng)險(xiǎn)研判和應(yīng)急決策），成為數(shù)智防災(zāi)的新發(fā)展方向。然而，打造城市防災(zāi)元宇宙不僅僅意味著城市信息整合與可視化，還需要強(qiáng)大的災(zāi)害仿真推演引擎、3D真實(shí)場(chǎng)景的數(shù)字城市建模和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)渲染引擎、基于AR/VR的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，以及支撐這些技術(shù)的物理基礎(chǔ)。這些技術(shù)的發(fā)展和成熟應(yīng)用尚需時(shí)日，將成為未來(lái)推動(dòng)韌性城市和數(shù)智防災(zāi)應(yīng)用落地的重大挑戰(zhàn)。

韌性城市與智慧城市建設(shè)的融合。智慧城市和韌性城市在理念和建設(shè)條件上存在諸多相通之處，將韌性城市與智慧城市建設(shè)相結(jié)合，并推動(dòng)城市治理的優(yōu)化升級(jí)，提升城市安全水平，預(yù)計(jì)會(huì)成為未來(lái)城市治理的發(fā)展方向。相對(duì)于韌性城市，智慧城市強(qiáng)調(diào)城市能夠“運(yùn)用信息和通信技術(shù)手段感測(cè)、分析、整合城市運(yùn)行核心系統(tǒng)的各項(xiàng)關(guān)鍵信息，從而對(duì)包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動(dòng)在內(nèi)的各種需求作出智能響應(yīng)”。因此，韌性城市和智慧城市在建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)上存在一定的差異，如韌性城市建設(shè)的主要著眼點(diǎn)在于保障城市在自然災(zāi)害和突發(fā)事件下的安全性，減少其對(duì)城市造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失，讓城市在外力干擾后迅速恢復(fù)到正常狀態(tài)，而智慧城市建設(shè)的出發(fā)點(diǎn)則是用科技化手段提升城市日常管理的效率，讓城市在常態(tài)化運(yùn)營(yíng)中更為高效。

韌性城市和智慧城市理念在未來(lái)有著融合的趨勢(shì)，主要表現(xiàn)在：

（1）“平戰(zhàn)結(jié)合”，智慧城市和韌性城市的建設(shè)和管理平臺(tái)將趨于有機(jī)結(jié)合，構(gòu)成平戰(zhàn)閉環(huán)管理，助力建設(shè)成為融合日常運(yùn)行下“智慧”和災(zāi)害情景下“韌性”的未來(lái)城市;

（2）“軟硬交互”，智慧城市建設(shè)中已搭建的硬件和從各行各業(yè)收集到的海量信息可以共享作為韌性城市建設(shè)的基礎(chǔ)，而韌性城市建設(shè)可對(duì)城市防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)行業(yè)管理和運(yùn)維產(chǎn)生積極正向反饋，保障其在災(zāi)害情景下正常運(yùn)行。

注釋

[1]McAllister， T. P.， Community Resilience Planning Guide for Buildings and Infrastructure Systems， 2015， volume I.

[2][3]Bruneau， M.; Chang， S.; Eguchi， R.; Lee， G.; O' Rourke， T.; Reinhorn， A. M.; Shinozuka， M.; Tierney， K.; Wallace， W. & Winterfeldt， D. V.， "A Framework to Quantitatively Assess and Enhance the Seismic Resilience of Communities"， Earthquake Spectra， 2003， 19（4）， pp. 733-752.

[4]浙江大學(xué)韌性城市研究中心，http：//www.rencity.zju.edu.cn。

責(zé) 編/馬冰瑩

王乃玉，浙江大學(xué)“百人計(jì)劃”特聘研究員、博導(dǎo)，浙江大學(xué)建筑工程學(xué)院防災(zāi)工程研究所副所長(zhǎng)、韌性城市研究中心主任。研究方向?yàn)橐猿鞘谢A(chǔ)設(shè)施多系統(tǒng)耦合模型為基礎(chǔ)的城市風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、功能損失預(yù)測(cè)和災(zāi)后恢復(fù)優(yōu)化。主要著作有《Optimum Life-cycle Maintenance Strategies of Deteriorating Highway Bridges Subject to Seismic Hazard by a Hybrid Markov Decision Process Model》、《A Spatial-temporal Predictive Model for Post-disaster Household Re-occupancy in a Community》（合作論文）。