摘" 要：為定量評估城市道路的交通韌性，應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP），建立城市道路適災彈性評價指標體系，包含自然、經(jīng)濟、社會3個維度。基于韌性三角形理論，提出包含車輛系統(tǒng)和路網(wǎng)系統(tǒng)的韌性評估模型，以設(shè)計速度恢復率R和路網(wǎng)連通度指數(shù)C進行表征，權(quán)重系數(shù)分別為0.6、0.4。以蘇州某條城市道路為例進行計算評估，結(jié)果表明，暴雨災害下該城市道路處于高韌性水平，具有較強的恢復力和適應(yīng)力。韌性評估方法適用于多種災害場景，可為同類型城市道路的交通韌性建設(shè)提供參考。

關(guān)鍵詞：城市道路;交通韌性;暴雨災害;評價方法;適災彈性

中圖分類號：[TU997]" " " 文獻標志碼：A" " " " " 文章編號：2095-2945（2024）26-0156-04

Abstract： In order to quantitatively evaluate the traffic resilience of urban roads， the Analytic Network Process （ANP） was applied to establish an evaluation index system for the resilience of urban roads to disasters， which includes three dimensions： natural， economic， and social. Based on the theory of resilience triangles， a resilience evaluation model including vehicle systems and road network systems is proposed， characterized by the design speed recovery rate R and road network connectivity index C， with weight coefficients of 0.6 and 0.4， respectively. Taking an urban road in Suzhou as an example， the calculation and evaluation results show that the urban road is at a high toughness level under the rainstorm disaster， with strong resilience and adaptability. The resilience assessment method is applicable to various disaster scenarios and can provide reference for the construction of traffic resilience on urban roads of the same type.

Keywords： urban road; traffic resilience; rainstorm disaster; evaluation method; disaster resilience

城市道路是經(jīng)濟社會發(fā)展的基礎(chǔ)性、先導性、戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，可靠的交通基礎(chǔ)設(shè)施是城市發(fā)展的重要支撐[1]。近年來，隨著全球氣候變化，地震、臺風和暴雨等極端災害頻發(fā)，給道路交通的正常運行造成較大沖擊。2021年7月，鄭州發(fā)生“7·20”特大暴雨災害，呈現(xiàn)“暴雨過程長范圍廣總量大，短歷時降雨極強”的特點，因災死亡失蹤398人，直接經(jīng)濟損失1 200.6億元。頻發(fā)的災害使人們逐漸意識到擾動事件不可避免，城市道路可靠性與脆弱性指標均存在一定缺陷。2019年，中共中央、國務(wù)院印發(fā)實施《交通強國建設(shè)綱要》，要求完善基礎(chǔ)設(shè)施布局、增強系統(tǒng)彈性。在此背景下，韌性（resilience）作為一個新興的研究范疇，被越來越多地應(yīng)用于城市交通評價研究中[2]。

綜觀國內(nèi)外已有研究成果，交通韌性研究尚處于起步階段，已有研究對交通系統(tǒng)韌性評價不全面，特別針對城市道路交通韌性缺乏系統(tǒng)科學的評估。因此，本文對城市道路交通韌性評價方法進行研究，并以暴雨災害下蘇州某條城市道路為例進行實例計算，以期為城市道路交通韌性建設(shè)提供參考。

1" 交通韌性概述

1.1" 交通韌性概念及發(fā)展演變

韌性的概念起源于拉丁語“resillo”，詞根為“resilire”，寓意“彈回”或“反彈”。建設(shè)交通韌性是打造韌性城市的重要支撐。自從韌性概念被引入交通系統(tǒng)以來，國內(nèi)外學者對包括道路運輸系統(tǒng)、鐵路運輸系統(tǒng)等多個細分交通系統(tǒng)的韌性概念進行解讀[3]，見表1。

目前各個領(lǐng)域?qū)煌g性界定尚未統(tǒng)一，但基于已有研究成果，對于交通韌性概念的闡述有3個共識[4]：①交通韌性是“社會-生態(tài)韌性”，而非“工程韌性”;②交通韌性更強調(diào)系統(tǒng)面對災害時的適應(yīng)性而非穩(wěn)定性;③強調(diào)系統(tǒng)學習能力，使系統(tǒng)具有更高能力應(yīng)對災害的侵襲。

國內(nèi)外對于交通韌性研究始于2012年，并在2016年后進入快速發(fā)展階段。交通韌性研究先后經(jīng)歷了概念探索、定量評估和優(yōu)化提升3個階段。

1.2" 交通韌性定量評估指標方法

近年來，隨著研究探索的深入，研究者持續(xù)改善交通韌性定量評估的基本模型與方法。目前，交通韌性定量評估指標方法分為3種：網(wǎng)絡(luò)拓撲指標評估、韌性特征指標評估以及韌性性能指標評估[5]。

網(wǎng)絡(luò)拓撲指標評估為靜態(tài)交通網(wǎng)絡(luò)評估，無法真實反映交通系統(tǒng)受到極端事件干擾后系統(tǒng)自身如何通過功能恢復到原始狀態(tài)或者平衡狀態(tài)。韌性特征指標評估給出交通韌性強弱的一些特性，如冗余度、適應(yīng)性、魯棒性等，但這些特性由哪些具體的指標來表示仍不明確，無法精準反映其交通系統(tǒng)強度。韌性性能指標評估（如韌性三角形）能很好地反映交通網(wǎng)絡(luò)應(yīng)對干擾事件后系統(tǒng)動態(tài)變化的能力，因此被廣泛應(yīng)用于交通韌性定量評估中。

2" 評價指標體系構(gòu)建

2.1" 評價指標選擇

評價指標的選擇是城市道路交通適災彈性研究的重點和熱點。本文借鑒韌性社區(qū)的研究理論成果，確定3個維度、共15個評價指標，最大程度反映城市道路交通適災彈性的特點。

2.2" 評價指標賦權(quán)

應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)層次分析法（ANP），進行城市道路交通適災彈性評價指標的賦權(quán)。構(gòu)建ANP網(wǎng)絡(luò)模型，如圖1所示?？刂茖幽繕藶槌鞘械缆方煌ㄟm災彈性評價指標，包含自然彈性、經(jīng)濟彈性、社會彈性3個判定準則。

通過向?qū)＜液途用翊戆l(fā)放調(diào)查問卷，對15個評價指標的相互影響關(guān)系和影響程度進行評判，得到城市道路交通適災彈性評價指標及權(quán)重，見表2。

分析表2可以看出，城市道路交通適災彈性中社會維度所占權(quán)重最大;自然維度中“停水停電恢復時間”綜合排序第一，表征城市道路交通系統(tǒng)受供水、供電影響顯著，災害初期應(yīng)采取有效措施，保證能源供應(yīng)快速恢復至正常水平;“路網(wǎng)連通度指數(shù)”“行車速度”指標直接關(guān)乎城市道路交通運行狀態(tài)，應(yīng)特別予以關(guān)注和評估。

3" 交通韌性度量評估

3.1" 評估模型

參考基礎(chǔ)設(shè)施“韌性三角形”[6]及相關(guān)研究成果，本文構(gòu)建城市道路交通韌性曲線，對城市道路交通韌性進行定量評估，如圖2所示。

交通系統(tǒng)在面對災害時經(jīng)歷抵抗-恢復-適應(yīng)3個階段，不同階段城市道路交通系統(tǒng)的韌性值，見式（1）—（4）。

式中：rk表示城市道路交通韌性值;ra、rb、rc分別表示系統(tǒng)抵抗力水平、恢復力水平、適應(yīng)力水平;Qs（t）表示面對災害時的韌性;Qp（t）表示正常運行時的韌性。

考慮城市道路交通組成復雜，一般由多個子系統(tǒng)韌性值rk加權(quán)求和后計算，見式（5）。

r=rk×ωk，" " " " nbsp; （5）

式中：ωk為各子系統(tǒng)權(quán)重系數(shù)。韌性值計算結(jié)果取值范圍為[0，1]，依據(jù)計算結(jié)果將城市道路交通韌性分為低、中、高3個評價水平，見表3。

3.2" 參數(shù)及權(quán)重確定

本文選擇車輛系統(tǒng)和路網(wǎng)系統(tǒng)作為城市道路交通韌性評估模型的子系統(tǒng)。

對于車輛系統(tǒng)而言，車輛的行駛速度可以反映城市道路的服務(wù)水平和通行能力，本文采用設(shè)計速度恢復率R來表征車輛系統(tǒng)的韌性，見式（6）。

R=×100%，" " （6）

式中：R為設(shè)計速度恢復率;vc為實際行車速度;vd為設(shè)計速度。

路網(wǎng)連通度指數(shù)可以反映城市道路交通網(wǎng)絡(luò)在面對災害時的承擔能力。本文選擇路網(wǎng)連通度指數(shù)C來表征路網(wǎng)系統(tǒng)的韌性，見式（7）。

，" （7）

式中：C為路網(wǎng)連通度指數(shù);di為節(jié)點i直接相連的路段數(shù);N為節(jié)點數(shù)。一般認為連通度指數(shù)越高，成網(wǎng)率越高，路網(wǎng)韌性越高。

結(jié)合表2計算成果，確定車輛系統(tǒng)和路網(wǎng)系統(tǒng)的權(quán)重ω1、ω2分別為0.6、0.4。

4" 工程實例

4.1" 工程概況

東南大道東延工程按城市主干路標準建設(shè)，設(shè)計速度60 km/h，雙向6車道，是常熟高新區(qū)與其他組團溝通的快速聯(lián)系通道。該項目研究始于2013年，2018年開工，2021年交工驗收，2023年竣工驗收，建成后整體社會效益良好。

4.2" 韌性評估

對東南大道東延及所在古里鎮(zhèn)區(qū)域進行道路淹沒模擬分析，設(shè)定暴雨災害工況，開始時間為0 h，暴雨強度在2 h達到峰值，隨后逐漸減弱，分析結(jié)束時間為24 h。

根據(jù)計算結(jié)果，得到暴雨災害下東南大道東延車輛系統(tǒng)韌性曲線及路網(wǎng)系統(tǒng)韌性曲線，進一步整理得到東南大道東延道路交通韌性曲線，如圖3所示。

計算東南大道東延道路交通各子系統(tǒng)不同階段的韌性值，見表4。

分析以上數(shù)據(jù)可知，東南大道東延系統(tǒng)整體交通韌性值為0.743，整體韌性水平為“高”。抵抗階段，道路交通系統(tǒng)韌性迅速衰減，暴雨災害影響0～2 h系統(tǒng)韌性由88%減少至6%，韌性水平降至系統(tǒng)極限。恢復階段，道路交通系統(tǒng)恢復力較高，特別是車輛系統(tǒng)，設(shè)計速度恢復率在暴雨災害影響4～8 h恢復至70%;路網(wǎng)系統(tǒng)恢復力偏弱，表明內(nèi)澇消散時期，救援抗災仍在繼續(xù)，城市路網(wǎng)系統(tǒng)無法自發(fā)恢復至較高水平。適應(yīng)階段，車輛系統(tǒng)和路網(wǎng)系統(tǒng)均恢復如初，滿足正常運營要求。

4.3" 韌性提升策略

1）科學選址選線，提升道路適災彈性。前期研究比選9種線位方案，綜合考慮工程地質(zhì)、水文條件、生態(tài)環(huán)境、征地拆遷和高速銜接等因素，合理研究選定推薦線位。

2）以景觀整合方式，建設(shè)生態(tài)基礎(chǔ)設(shè)施。項目位于常熟市古里鎮(zhèn)圩區(qū)，白茆塘和七鲇線航道水系環(huán)繞，生態(tài)肌理良好，設(shè)計階段加強海綿設(shè)計和彈性水岸設(shè)計，以景觀整合方式，構(gòu)建城市防洪系統(tǒng)的“緩沖區(qū)”。

3）推廣預制裝配工藝，做好精細化設(shè)計。項目采用預制吊裝鋼箱梁跨越204國道節(jié)點，保證施工期間國道不斷交通;同時，項目做好精細化設(shè)計和施工，保證系統(tǒng)在面對災害時能正常運行。

5" 結(jié)束語

本文建立了城市道路交通適災彈性評價指標體系，基于韌性三角形理論提出了一種城市道路交通韌性度量方法，并以暴雨災害下蘇州某條城市道路為例進行了韌性評估，得出的主要結(jié)論如下。

1）建立的評價指標體系能夠適用于多種災害場景，包含自然、經(jīng)濟、社會3個維度，其中社會維度所占權(quán)重最大，自然維度中“停水停電恢復時間”綜合排序第一。

2）采用車輛系統(tǒng)和路網(wǎng)系統(tǒng)來構(gòu)建評估模型，并以設(shè)計速度恢復率R和路網(wǎng)連通度指數(shù)C來表征子系統(tǒng)韌性，計算表明東南大道東延系統(tǒng)整體交通韌性值為0.743，整體韌性水平為“高”。

3）工程勘察設(shè)計實施階段，采用多種有效措施，可有效增強該城市道路交通系統(tǒng)防災能力和系統(tǒng)韌性。

參考文獻：

[1] 董潔霜，吳雨薇，路慶昌.降雨條件下城市道路網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)脆弱性分析[J].交通運輸系統(tǒng)工程與信息，2015，15（5）：109-113.

[2] 楊超，唐鵬程，郝旭寬，等.韌性交通建設(shè)實踐與啟示[J].綜合運輸，2021，43（8）：134-138.

[3] MENG C. Transportation resilience： a summative review on definition and connotation[C]∥2015 International Conference on Automation， Mechanical Control and Computational Engineering， Jinan， China， 2015：672-677.

[4] 楊琦，張雅妮，周雨晴，等.復雜網(wǎng)絡(luò)理論及其在公共交通韌性領(lǐng)域的應(yīng)用綜述[J].中國公路學報，2022，35（4）：216-229.

[5] 嵇濤，姚炎宏，黃鮮，等.城市交通韌性研究進展及未來發(fā)展趨勢[J].地理科學進展，2023，42（5）：1012-1024.

[6] 陳長坤，何凡，趙冬月，等.基于系統(tǒng)機能曲線的城市道路公共交通系統(tǒng)韌性評估方法[J].清華大學學報（自然科學版），2022，62（6）：1016-1022.

第一作者簡介：王玉玲（1990-），女，碩士，工程師。研究方向為交通規(guī)劃。