城市基礎設施系統韌性提升淺探
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一、引言
城市社會的正常運轉很大程度上依賴著水、電、網、氣和交通等基礎設施系統的有效運行，盡管這種依賴日常并不明顯，但基礎設施系統一旦出現故障，卻可能成為城市功能部分喪失甚至全部癱瘓的催化劑。近年來，各類突發性事件頻發，災后城市基礎設施系統的功能是否能保持完整，是否較快修復，直接影響災后應急工作的運行效率。因此提升城市基礎設施系統韌性、完善城市綜合防災水平，如今已成為備受學界關注的重要課題和規劃建設領域專家的重要研究方向。本文在解析城市基礎設施韌性內涵的基礎上，分別從基礎設施供給、協同管理機制和新型基礎設施建設三個角度探討提升策略。
二、韌性成為城市基礎設施提升的新方向
城市基礎設施是指能夠向社會、單位和居民提供生產生活有關的公共設施的產業、企業和部門，是能夠促進社會經濟發展、保障企業物質生產、提供居民正常生活的基本物質基礎，具有特定區域性、空間性和時間性特征。通常，廣義的城市基礎設施系統涵蓋了公共服務設施和工程性基礎設施，包括教育、醫療、衛生、市政生命線工程、交通工程、通信工程和能源工程等；而狹義的基礎設施主要指工程性基礎設施。基礎設施系統的有效運轉是城市賴以生存發展、居民生產生活、經濟發展和社會進步的基礎支撐。經過三四十年的快速城市化進程，我國城市基礎設施建設領域成果斐然，框架和功能也逐步建立健全。過去的城市發展經驗中，越大的城市往往被認為基礎設施系統更完善、抵御擾動的能力也更強。然而，2019年年末以來，新冠肺炎疫情對城市特別是武漢、上海等大城市造成的巨大沖擊將城市公共服務、社區建設等短板充分暴露，如面對高密度和高流動性的城市人口，公共醫療特別是基層醫療服務資源短缺，醫療設施規劃布局不合理、社區服務人員不足等問題。2021年7月，鄭州受強臺風輸送大量水汽的影響，發生了歷史罕見的洪澇災害，致使大量的基礎設施損毀，進而對整個城市系統造成影響，包括地鐵站被淹等事件導致的大量生命財產損失，這使得政府和居民開始關注和反思城市基礎設施的可靠性問題。因此，綜合性、系統性的城市基礎設施規劃、建設和運營管理十分必要。韌性（Resilience）作為可持續發展的核心概念之一，是指暴露在危險中的系統、社區或社會抵御、吸收、適應危險的能力并及時有效地從危險的影響中恢復（UNISDR，2009）。相關研究表明，韌性的系統被認為具有魯棒性、冗余性、迅速性、資源性、穩健性、靈活性、多樣性、連通性等特征。因此很多國家和地區都將建設韌性城市作為未來城市發展的重要目標。國際上韌性城市通常包含四個維度：基礎設施、經濟、社會和制度層面。而作為其他三方面的“骨架”，基礎設施韌性建設顯得尤為重要。韌性概念的引入也為城市基礎設施相關的研究和規劃注入了新的活力。《中共中央關于制定國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和二〇三五年遠景目標的建議》中首次提出建設“韌性城市”，其側重點就是在優化基礎設施方面，即提高基礎設施應對地震、洪澇災害等自然災害的能力。可以說，韌性成為了城市基礎設施提升的新方向。
三、城市基礎設施韌性的內涵解析
從概念上講，韌性包含三個相互關聯的含義:較低的失敗率、發生故障時不太嚴重的負面后果以及能夠更快地從故障中恢復。因此，城市基礎設施韌性是指在面對災害沖擊及外部環境變化等干擾時，系統能夠預防、抵御、響應沖擊并適應其影響，且能從中恢復或轉換至正常運行狀態的能力。韌性較強的基礎設施系統在面對災害時有著較強的防御能力和恢復能力，也能最大化地保障系統的正常運行和功能的正常實現。有學者指出基礎設施系統韌性的九大特性，包括：排除安全故障的能力、良好的治理水平、信息處理能力、魯棒性、學習更新能力、智慧性、問題響應能力、靈活性和冗余度（圖1）。除了城市交通、水、能源、環境衛生、園林綠化、信息通信等生命線基礎設施系統在規劃建設和日常運行中提到的應急預案，我們常見到的海綿城市、應急避難場所、城市人防設施等基礎設施相關的規劃和建設也是提升城市基礎設施系統韌性的具體工作體現。聯合國可持續發展目標（Sustainable Development Goals，SDG）中對基礎設施韌性設有如下目標：（1）發展高質量、可靠、可持續和有韌性的基礎設施，包括區域和跨境基礎設施，以支持經濟發展和人類福祉，重點是讓所有人都能負擔得起和公平地獲得服務……（2）到2030年，升級基礎設施，改造工業，使其可持續發展，提高資源利用效率，更多地采用清潔和無害環境的技術和工業流程……（3）使城市和人類住區具有包容性、安全性、韌性和可持續性…… 有別于傳統的基礎設施系統防災減災和脆弱性等概念，韌性更強調完整的減災周期，基礎設施系統韌性提升也因此具有全過程意義和多要素內涵。理解城市基礎設施系統韌性，可從災害發生前的預防（保障）工程和預警措施、災害發生時的應急救援救助和災后長期的重建和恢復三個層次分析和評估：（1）災前預防與工程保障水平：衡量災前城市預防主要災害侵襲所建設相關的基礎設施工程配套建設水平與保障能力，具體可包括：當地市政基礎設施的排澇能力、當地提供應急避難空間的總量和分布的均衡性、當地人防設施供應能力等。（2）災情預警與統籌管理水平：衡量城市在災害或事故發生前和災害發生期間對風險的提前預警、實時監測以及災時管理能力。具體可包括：當地人防報警服務的覆蓋情況、當地災害監測預警水平、基礎設施部門對突發事件的統籌協調管理水平等。（3）災后應急處置與救援水平：衡量城市在災害或事故發生時快速響應并開展救援救護工作的能力。具體可包括：當地醫療系統提供應急救助服務的供應總量以及當地醫療設施服務分布的均衡性、當地社會治安響應力量的供應能力、當地應急救援力量的供應能力、當地應急疏散與救援救助的交通運輸能力和應急力量的可達性等。
四、城市基礎設施韌性的提升策略
（一）摸清底數，提升既有城市基礎設施供給能力
韌性的特征之一——系統冗余度的提升具有應急、儲備和庫存的特點。對于城市基礎設施系統來說，無論是交通、通信、電力系統、液體燃料、天然氣和給排水，都需要通過預先儲備和設置各基礎設施系統備用儀器設備、備用生產物資、維護應急增調人員方案和緊急調配資源供應商等途徑提高基礎設施系統冗余性、資源充足性和恢復性，在面對人為事件或自然災害等突發擾動時可以被及時啟用和調用。市政建設中，應充分利用地下空間來構建和提升城市基礎設施資源。我國城市可以借助地鐵規劃建設、雨水管網升級工作的開展，全面摸清全市地下空間資源，將軌道交通、綜合管廊、市政場站、商業與公共服務設施、雨洪調蓄設施、數據災備、地下倉儲、地下人防等系統為地下物流配送、地熱能利用等基礎設施系統所用，開展統一規劃和整體提升（圖2）。有序推進城市基礎設施和地下空間綜合開發，全面提升城市綜合防災能力、應急疏散救援能力與生命線工程恢復能力，以效率、品質和韌性為導向，提升城市安全韌性水平。此外，城市避難場所作為極端災害或特殊時期保護人民群眾生命安全的重要保障場所，其建設和優化也是城市基礎設施韌性提升必不可少的一環。首先需要梳理和整合城市中公園綠地、廣場、交通設施等潛在避難場所資源以及現有的自然災害避災點資源，并結合城市當前的災害風險水平和災害風險應對能力評價結果，進一步明確各級避難場所的等級與規模，優化避難場所抵御和應對多種常見災害風險的綜合服務能力，從而在市域范圍內構建“緊急—固定—長期”三級避難場所體系以及市、縣、鄉三級應急救災響應管理和物資儲備體系，并對避難場所進行網格化、常態化管理維護。在此基礎上，還需充分調研該類場所及周邊潛在風險，適當提高水、電、路、網等基礎設施建設標準，并做好標示服務和宣傳工作（圖3），保證風險發生時該類設施點提供應急救援及相關服務的綜合能力，提升相關設施的使用效率和災害響應水平。
（二）協同合作，提高城市基礎設施資源管理水平
隨著城市基礎設施建設的有序推進，城市中的交通、通信、電力系統、液體燃料、天然氣和給排水等不同類基礎設施系統之間存在或緊或密的地理關聯、物理關聯、網絡關聯和邏輯關聯，形成關聯性極強的復雜網絡系統。基礎設施系統的完善加速了城市經濟發展，也提高了人民群眾的生活質量，但面對日益頻發的突發事件，其網絡特性也使得因一個點的破壞造成更廣泛區域的服務中斷,進而影響到整個系統的穩定運行。隨著基礎設施開發建設規模的提速和投資力度的加大，國家也不斷推出政策強化管理。但傳統基礎設施建設和管理往往各自為政，由于城市基礎設施規劃、開發、建設、運行和維護涉及國土、城建、規劃、供水、燃氣、電力、電信等多個部門，面對自然和人為災害時，往往存在系統性不足、管理體制不完善、缺乏統一規劃等問題，各部門之間缺乏溝通，數據共享不足，統計口徑和標準也不統一，導致權責不明、底數不清，提升難度較大。因此，在實際城市基礎設施規劃建設推進中，須由政府牽頭，科學制訂城市基礎設施近期開發計劃，并在項目實施中依法履行城鄉規劃建設相關程序，做好環境影響評價，合理有序安排各類城市基礎設施建設項目，落實責任主體和資金安排。例如上海市牽頭提出的大都市圈市政基礎設施一體化發展目標是形成功能互補、要素流動、資源整合的跨域融合的市政基礎設施協同整體，即打造一個“更安全、更綠色、更高效”的命運共同體，構建高效、綠色、智能、安全的基礎設施網絡（圖4）。推進城市基礎設施協同建設需要：一是以“全生命周期管理”理念，構建城市基礎設施規劃、建設、運行維護、更新等各環節的統籌建設發展機制，促進提升城市基礎設施體系的整體性、系統性、生長性，保障其韌性的提升；二是通過跨學科、跨部門、跨行政地域邊界的合作，建立統一高效的協調機制，建立需求和數據共享平臺和安全應急保障調配平臺，并進行環境、經濟、社會、管理多維統籌的政策機制探索，提升城市基礎設施建設的協同性，實現城市基礎設施資源的統一規劃管理。
（三）開放思路，以“新基建”促進城市韌性提升
近期，住建部、國家發改委印發《“十四五”全國城市基礎設施建設規劃》重點發展新基建。新型基礎設施建設包含智慧電網（特高壓）、軌道交通、5G基站、大數據中心、人工智能、工業互聯網、新能源充電樁七大建設領域（圖5）。新基建的發展有助于提升城市基礎設施體系的整體災害應對能力，例如建設城市韌性電網和智慧電網，加強城市配電網擴容和升級改造，不僅是滿足當下新能源產業的發展需要，也有助于實現設備狀態環境全面監控、故障主動研判自愈，保證持續增長的電力需求供給和調配綜合能力，提高電網韌性；建設信息通信網絡基礎設施系統和天地一體、集成互聯、安全高效的信息基礎設施作為智慧城市建設的重要一環，可以增強數據感知、傳輸、存儲和運算能力；利用互聯網思維與技術，以智慧電力網體系為基礎，構建以能源網架體系實現物理支撐、以信息支撐體系實現數據交互、以價值創造體系實現價值應用的能源互聯網系統；基于基礎信息網建設城市軌道交通智能化系統，深度應用互聯網、人工智能等新技術，促進不同制式軌道交通網的智能融合運行，實現對軌道交通各子系統進行統一監控、管理、調度、維修和服務。通信基礎設施是互聯網時代下生活中必不可少的基礎設施，也是系統性提升基礎設施系統韌性的必要紐帶。數字技術在近幾年疫情防控和復工復產方面發揮了重要作用，包括通信大數據對于流動人員的疫情監測、疫情態勢研判和疫情防控政策的制定和部署，以及電商網購、在線服務等新業態對居民生產生活的保障等。未來需要進一步通過科學合理布局各類通信基礎設施，促進其他類型基礎設施與信息通信基礎設施融合部署，結合新的物聯網（IOT）技術，推進城市交通、水、能源、環衛、園林綠化等傳統基礎設施系統數字化、網絡化、智能化建設與改造，對整體城市基礎設施系統進行智能化管理：監測感知網絡化、運營管理智能化，從而更早地發現基礎設施體系中的問題，進行精準化維護管理，避免發生系統性問題，提升系統整體韌性。以新發展理念為引領，以技術創新為驅動，以信息網絡為基礎的新型基礎設施建設可以通過其智慧化、精準化、合作化、一體化的治理手段，有效降低城市突發性事件的風險，增強災中、災后的應對措施、應急預案和適應能力。通過大數據平臺和相關新技術的支持，城市基礎設施資源在網絡系統中得以納入動態管理和全面統籌。城市基礎信息建模將城市規劃情景推演、災情模擬和應急預案模擬整合在一個時空信息平臺上，借助先進的人工智能技術協助開展災前風險監測和預警、災中及時響應和應急救援，以及災后多資源協同應對與恢復重建工作。技術升級和“城市大腦”的構建也將為城市發展、治理和公共設施服務領域的協同聯動提供平臺，通過基礎設施和公共服務一體化管理促進城市韌性的提升。
五、結語
韌性作為城市基礎設施提升的新方向，一方面，我們要善于抓住新一代通信基礎設施建設、城市智慧電網等新基建的契機，通過數字轉型、智能升級、融合創新有效提升城市基礎設施系統功能上的冗余性、風險響應上的迅速性、服務輸出的穩健性、管理運行的靈活性，以點及面，賦能韌性城市的建設。另一方面，在管理制度上要強化基礎資源的協同規劃和統籌管理，完善各級應急管理機制，落實責任主體和資金安排，充分做好突發事件處置的應對準備。盡管以韌性提升為導向的基礎設施建設完善成本大、耗時長，但從長遠效益來看，城市基礎設施系統韌性的提升是有效規避災害風險等外部擾動造成生命財產損失的重要舉措，對保障城市安全、促進城市高質量發展、實現經濟社會可持續發展意義非凡，可謂功在當代利在千秋之工程。
作者:周姝天 單位:南通大學藝術學院
