【摘要】韌性城市理念是近年來國內(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)險評估和預(yù)報能力，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，還依賴于實戰(zhàn)積累的各類災(zāi)害防治數(shù)據(jù)和豐富的一線應(yīng)用場景。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，并推動城市治理的優(yōu)化升級，提升城市安全水平，預(yù)計會成為未來城市治理的發(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
【中圖分類號】TU992 【文獻標(biāo)識碼】A
【DOI】0.16619/j.cnki.rmltxsqy.2022.1112.006
王乃玉，浙江大學(xué)“百人計劃”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、韌性城市研究中心主任。研究方向為以城市基礎(chǔ)設(shè)施多系統(tǒng)耦合模型為基礎(chǔ)的城市風(fēng)險評估、功能損失預(yù)測和災(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）。
近年來，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年利奇馬臺風(fēng)、2021年鄭州720暴雨等，對城市面貌和經(jīng)濟造成嚴(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)之間的時空關(guān)聯(lián)也日益復(fù)雜，各類自然災(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)濟財產(chǎn)損失，并嚴(yán)重威脅社會秩序和政治安定。韌性城市的理念就在這樣的大環(huán)境下應(yīng)運而生。
“韌性”和“韌性城市”是目前國內(nèi)和國際社會在防災(zāi)減災(zāi)領(lǐng)域使用頻率很高的兩個概念。“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，當(dāng)災(zāi)害發(fā)生的時候，一個韌性城市不但能夠承受沖擊，組織高效的災(zāi)中應(yīng)對，還能夠在災(zāi)后快速恢復(fù)城市各項功能的正常運行，并進一步通過經(jīng)驗總結(jié)和自適應(yīng)調(diào)節(jié)為更好地應(yīng)對未來的災(zāi)害風(fēng)險作準(zhǔn)備。在“韌性”視角下，城市這一客觀的物質(zhì)實體，逐漸成為具備防災(zāi)能力和防災(zāi)智慧的“有機生命體”。
當(dāng)前，我國城市正處于數(shù)字化的時代浪潮中，各類感知、觀測、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)、機器學(xué)習(xí)、AR、VR、云計算等技術(shù)的快速迭代，以及各地數(shù)字化平臺的建設(shè)為城市治理方式的數(shù)字化轉(zhuǎn)型提供了堅實基礎(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)的實施路徑、現(xiàn)有條件、應(yīng)用實例、亟待解決的問題以及未來發(fā)展方向等幾個方面，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)展簡史。自20世紀(jì)90年代以來，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（ICLEI）在聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展全球峰會上提出了“韌性”的概念；2015年世界減災(zāi)大會將“提高韌性”作為未來15年聯(lián)合國開發(fā)計劃署的四個優(yōu)先領(lǐng)域之一；2016年第三屆聯(lián)合國住房與可持續(xù)城市發(fā)展大會將“城市的生態(tài)與韌性”作為新城市議程的核心內(nèi)容之一。國內(nèi)方面，2014年起國家發(fā)展和改革委員會城市和小城鎮(zhèn)改革發(fā)展中心與美國洛克菲勒基金會合作，為中國海鹽、黃石、德陽、義烏四個縣市制定了韌性發(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)韌性城市的計劃或要求；2020年11月，在習(xí)近平總書記發(fā)表的《國家中長期經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略若干重大問題》和《中共中央關(guān)于制定國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(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，許多城市都相繼出臺了各類韌性城市建設(shè)意見和方案，但總的來說還處于探索階段。
近年來，美國國家標(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)合成立的未來韌性系統(tǒng)實驗室、歐盟委員會聯(lián)合研究中心、美國太平洋地震工程研究中心、美國東北大學(xué)全球韌性研究所、英國拉夫堡大學(xué)安全和柔性社會研究中心、京都大學(xué)防災(zāi)研究所滑坡災(zāi)害研究中心，以及國內(nèi)的浙江大學(xué)、清華大學(xué)、同濟大學(xué)等高校都圍繞城市韌性展開了大量的研究工作，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估和預(yù)報風(fēng)險，制定和部署減災(zāi)措施、組織和指揮搶險救援、分配和調(diào)度減災(zāi)資源，以減少各類災(zāi)害或風(fēng)險對城市物理、社會與經(jīng)濟系統(tǒng)的沖擊提供了理論基礎(chǔ)。
韌性城市的特征。一個城市的防災(zāi)韌性，通常可以通過以下四個維度來評價[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：指城市中運營、維護城市關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，同時兼具制定并實施防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)政策及措施等職責(zé)的政府部門和機構(gòu)，在災(zāi)害過程中的準(zhǔn)備、組織、調(diào)度和決策的能力；
（3）社會維度：指城市制定相關(guān)政策和措施以減輕災(zāi)害對城市功能和服務(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)濟維度：指城市的經(jīng)濟系統(tǒng)和經(jīng)濟活動能夠承受災(zāi)害造成的打擊，并在災(zāi)后快速恢復(fù)的能力。
同時，一個韌性城市應(yīng)該在這四個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、經(jīng)濟各維度造成的損失；
（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）備用模塊，即當(dāng)災(zāi)害導(dǎo)致關(guān)鍵組成部分受損時，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、建立優(yōu)先級并優(yōu)化人力和物資調(diào)配的能力，即在災(zāi)害的全過程管理中擴大決策優(yōu)勢，最大化資源效益；
（5）適應(yīng)性：城市能在災(zāi)害中學(xué)習(xí)并進化，從而提升未來災(zāi)害的應(yīng)對能力。
具備災(zāi)害韌性的城市可在災(zāi)前識別城市的抗災(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)管理的特點和優(yōu)勢（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，韌性城市提倡進行主動防災(zāi)和多方協(xié)同聯(lián)動，而傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)則是被動應(yīng)急和各方獨自應(yīng)戰(zhàn)；
（4）在防災(zāi)決策層面，韌性城市提倡數(shù)據(jù)驅(qū)動和量化分析，而傳統(tǒng)防災(zāi)則是以經(jīng)驗主導(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)則是重點設(shè)防和被動學(xué)習(xí)。隨著時代的進步和科技的發(fā)展，城市防災(zāi)管理的重點正逐步從硬件建設(shè)轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合科技手段在實際防災(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)。
實施路徑
本文建議城市可從以下4個步驟來實施韌性城市的建設(shè)。
步驟1：成立韌性城市建設(shè)組織機構(gòu)。組織機構(gòu)應(yīng)包括領(lǐng)導(dǎo)小組和技術(shù)專家團隊。其中領(lǐng)導(dǎo)小組應(yīng)由相關(guān)政府部門（如應(yīng)急部門、氣象部門、地震部門、住建部門、水利部門、自然資源部門、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門、發(fā)改部門、大數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)管理部門等）和公共設(shè)施服務(wù)機構(gòu)（如供電部門、供水部門、通訊部門等）相關(guān)負(fù)責(zé)人組成，并設(shè)工作專班；技術(shù)專家團隊可由各類科研院所和專業(yè)服務(wù)機構(gòu)的多個交叉領(lǐng)域的技術(shù)專家組成。
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)專家團隊的力量，組織討論并設(shè)定本地區(qū)在各類災(zāi)害情景下（通?？稍O(shè)定災(zāi)害的強度等級）的韌性建設(shè)目標(biāo)，比如，“A市在12級臺風(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)上進行制定。
步驟3：城市韌性評估。對韌性城市建設(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（包括各類建筑物）、交通網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類道路、橋梁等）、供電網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類變電站、輸電線路等）、供水網(wǎng)絡(luò)模型（包括各類水廠、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)害模型包括考慮時空不確定性的情景災(zāi)害模型和長周期全過程災(zāi)害模型。韌性評估分析可在災(zāi)前進行，該類分析模型可得到城市目標(biāo)區(qū)域在各類災(zāi)害下可能的人員傷亡、經(jīng)濟損失、功能恢復(fù)時間等，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劃提供基礎(chǔ)；另外，韌性評估分析也可在災(zāi)中針對當(dāng)前實際的災(zāi)害事件進行，如可在重大災(zāi)害事件即將到來時和影響過程中運用模型對城市區(qū)域的各類風(fēng)險和損失進行實時評估分析，可為城市管理部門提前掌握受災(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施。根據(jù)作用時間來分，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)三個大類。具體來說，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，可通過制定有針對性的災(zāi)前規(guī)劃措施（如避災(zāi)安置場所、物質(zhì)儲備倉庫優(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)先級的設(shè)置以及各類恢復(fù)資源的優(yōu)化調(diào)配）等韌性提升措施來有針對性地縮小，直至滿足韌性目標(biāo)。
現(xiàn)有條件
當(dāng)前，韌性城市建設(shè)在政策、數(shù)據(jù)、模型和計算等方面的條件已經(jīng)基本具備，本部分將對各個方面的條件進行論述。
政策條件。習(xí)近平總書記明確指出，新時代要按照“兩個堅持、三個轉(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)識致災(zāi)規(guī)律，有效減輕災(zāi)害風(fēng)險，實現(xiàn)人與自然的和諧發(fā)展。2018年，中共中央辦公廳、國務(wù)院辦公廳印發(fā)了關(guān)于《關(guān)于推進城市安全發(fā)展的意見》，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治理格局，促進建立以安全生產(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人民共和國國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十四個五年規(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)急管理工作計劃中。
數(shù)據(jù)條件。韌性城市的建設(shè)離不開各類城市承災(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角落的智能設(shè)備成為一個個信息采集終端，有助于實現(xiàn)對城市健康狀態(tài)和災(zāi)害風(fēng)險進行全方位、多尺度的實時監(jiān)測，讓我們對城市日常運維和災(zāi)害情景及其影響有了更精準(zhǔn)的認(rèn)識。自2020年以來，第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查全面收集了全國范圍內(nèi)6大類21種災(zāi)害致災(zāi)因子、承災(zāi)體、重點隱患、歷史災(zāi)害、綜合減災(zāi)能力等數(shù)據(jù)。另外，大數(shù)據(jù)的開放融合技術(shù)可匯聚城市中各行各業(yè)的海量信息并進行深度、有效的融合，從而為建設(shè)全方位覆蓋的韌性城市并進行精細(xì)化的管理帶來了可能，同時也為后續(xù)的城市狀態(tài)實時監(jiān)測、韌性評估、決策建議提供了重要基礎(chǔ)。
模型條件。經(jīng)過國內(nèi)外學(xué)者十多年來的不懈努力，韌性城市領(lǐng)域內(nèi)基于物理機制和仿真模擬的精細(xì)化模型和基于機器學(xué)習(xí)的大數(shù)據(jù)驅(qū)動模型已經(jīng)日趨成熟。一方面，精細(xì)化物理模型可對城市作為一個整體在單個災(zāi)害情景或長周期多次災(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)等各類基礎(chǔ)設(shè)施的物理破壞、功能損失、經(jīng)濟損失、人口傷亡等進行有效評估，同時考慮從致災(zāi)因子、孕災(zāi)環(huán)境、承災(zāi)體在內(nèi)的各類不確定性的影響，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)動模型的優(yōu)勢在于可在相對較低的計算時間成本下對更大范圍的城市和城市群的各類性能進行快速評估。此外，物理模型和數(shù)據(jù)驅(qū)動相結(jié)合的災(zāi)害推演和風(fēng)險預(yù)報技術(shù)將是該領(lǐng)域未來研究和應(yīng)用的重要方向。
計算條件。超大型城市和城市群各種災(zāi)害頻發(fā)、多發(fā)、突發(fā)，對建模分析計算能力及其時效性提出了極高要求。近年來興起壯大的云計算平臺為韌性城市超大規(guī)模分析計算提供了重要基礎(chǔ)。云計算平臺通過整合成千上萬臺通過網(wǎng)絡(luò)分配和協(xié)調(diào)計算任務(wù)的計算機組成的計算集群，可通過相對較低的成本實現(xiàn)超大規(guī)模分析計算，并具有極其強大的計算能力彈性拓展?jié)撃?，使得千萬級人口城市的多災(zāi)害、多場景、精細(xì)化的高效實時計算模擬和決策優(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)等多個時間維度上，為決策部門提供最優(yōu)決策建議。
應(yīng)用實例——REN風(fēng)險預(yù)報引擎
準(zhǔn)確的自然災(zāi)害綜合風(fēng)險評估和預(yù)報能力，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，還依賴于實戰(zhàn)積累的各類災(zāi)害防治數(shù)據(jù)和豐富的一線應(yīng)用場景。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發(fā)了跨尺度、多層級、全過程的REN自然災(zāi)害綜合風(fēng)險預(yù)報引擎。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)生時的應(yīng)用場景，對綜合風(fēng)險變化全過程進行實時動態(tài)風(fēng)險預(yù)報。
REN引擎主要包括數(shù)據(jù)基座、預(yù)報引擎和應(yīng)用場景三個主要邏輯層：從數(shù)據(jù)基座層開始進行各類動態(tài)和靜態(tài)數(shù)據(jù)的清洗、接入和融合，到中間的預(yù)報模型層（包括災(zāi)害危險性模型庫、承災(zāi)體模型庫和風(fēng)險評估模型庫），再到應(yīng)用場景層（包括避災(zāi)人口風(fēng)險、受災(zāi)房屋風(fēng)險、交通網(wǎng)絡(luò)風(fēng)險和綜合風(fēng)險預(yù)報等）。
數(shù)據(jù)基座。主要包括各類動態(tài)監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)和靜態(tài)自然災(zāi)害普查數(shù)據(jù)兩大類。動態(tài)數(shù)據(jù)主要來自相關(guān)行業(yè)部門的監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)，包括：氣象部門的氣象災(zāi)害預(yù)警、降雨預(yù)報、雨量監(jiān)測等，水利部門的小流域山洪災(zāi)害預(yù)報預(yù)警，自然資源部門的地質(zhì)災(zāi)害預(yù)報預(yù)警，住建部門的內(nèi)澇監(jiān)測預(yù)警等。靜態(tài)數(shù)據(jù)主要來自第一次全國自然災(zāi)害綜合風(fēng)險普查數(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)來自人口普查和各部門的存量數(shù)據(jù)。
預(yù)報模型。綜合風(fēng)險預(yù)警預(yù)報模型庫包括災(zāi)害危險性、承災(zāi)體、風(fēng)險評估三大類模型。其中，災(zāi)害危險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)險評估模型具體考慮了多種鏈生災(zāi)害在時間上和空間上同時或相繼作用在各類承災(zāi)體上的潛在風(fēng)險，由于實際情況下承災(zāi)體在各類災(zāi)害作用下的受災(zāi)和損失存在較大的不確定性，模型還考慮了各類不確定因素對動態(tài)風(fēng)險評估結(jié)果的影響。
應(yīng)用場景?；诙嘣磩?、靜態(tài)數(shù)據(jù)和綜合風(fēng)險預(yù)報模型庫，可得到各類風(fēng)險預(yù)警預(yù)報結(jié)果，包括單承災(zāi)體風(fēng)險預(yù)報和綜合風(fēng)險預(yù)報。在空間上，可支持市—縣—鄉(xiāng)等多個層級的綜合風(fēng)險預(yù)報預(yù)警；在時間上，可對未來的各類風(fēng)險進行滾動預(yù)報。風(fēng)險預(yù)報可最終給出包括受災(zāi)人口風(fēng)險預(yù)報、受災(zāi)房屋風(fēng)險預(yù)報、交通遲滯風(fēng)險預(yù)報和綜合風(fēng)險預(yù)報等在內(nèi)的多層級、全過程風(fēng)險預(yù)報，可有力支持“戰(zhàn)時”精細(xì)化人員轉(zhuǎn)移、物資調(diào)配和搶險救援等決策指揮應(yīng)用。
REN自然災(zāi)害綜合風(fēng)險預(yù)報引擎在浙江省的試點應(yīng)用過程中，研發(fā)團隊利用歷史災(zāi)害事件的反演分析，并對比歷時災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)，對模型的科學(xué)性和準(zhǔn)確性進行初步的驗證。起初，選取近年來發(fā)生在兩地較為典型的自然災(zāi)害事件，通過建立鏈生災(zāi)害場模型，融合應(yīng)急管理廳數(shù)據(jù)管理平臺、氣象預(yù)報和各行業(yè)部門（氣象、水利、自然資源等）監(jiān)測預(yù)警等數(shù)據(jù)，重構(gòu)歷史災(zāi)害事件的時空災(zāi)害場演進過程。繼而，基于普查承災(zāi)體數(shù)據(jù)和行業(yè)部門存量數(shù)據(jù)，建立試點地區(qū)房屋建筑、道路橋梁、居民住戶等承災(zāi)體的數(shù)智防災(zāi)孿生模型。最終，通過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)害普查報告等手段，對模型進行率定和校驗，獲得臨安、蒼南兩地在選定歷史臺風(fēng)、暴雨災(zāi)害事件下各類風(fēng)險的動態(tài)演化過程，包括避災(zāi)人口風(fēng)險、房屋倒塌風(fēng)險、交通路段風(fēng)險等，并以風(fēng)險五色圖和熱力圖等形式展現(xiàn)評估結(jié)果。對比結(jié)果表明該預(yù)報引擎結(jié)果與實際災(zāi)情統(tǒng)計數(shù)據(jù)吻合較好，可較好地評估城市地區(qū)在自然災(zāi)害作用下的各類損失情況，為精細(xì)化風(fēng)險研判和決策指揮提供重要參考。
亟待解決的問題與未來發(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)場景中發(fā)揮重要作用（如利用通信網(wǎng)絡(luò)、無人機、地理信息等技術(shù)實現(xiàn)災(zāi)情識別、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)測預(yù)警體系、推動基于社交媒體／輿情上報／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)是實現(xiàn)韌性城市和數(shù)智防災(zāi)的亟待解決的問題之一。
依托AI、云計算技術(shù)的災(zāi)害推演與風(fēng)險預(yù)報。當(dāng)前以韌性城市理論為基礎(chǔ)的精細(xì)化動態(tài)風(fēng)險評估和決策輔助分析需要的算力巨大，且運算分析效率難以滿足實際決策部門工作需求，而大數(shù)據(jù)、人工智能技術(shù)的日益成熟為開發(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)容繁雜等特征和實時監(jiān)測預(yù)警數(shù)據(jù)的多模態(tài)、多階段、實時性等特征都對融合治理海量災(zāi)害大數(shù)據(jù)提出了極高的計算要求。其次，發(fā)展輔助風(fēng)險研判和應(yīng)急決策的時空孿生災(zāi)害仿真推演技術(shù)極度強調(diào)分析結(jié)果的時效性和可靠性。為了有效解決數(shù)智防災(zāi)過程中帶來的海量數(shù)據(jù)融合、推演模型訓(xùn)練和高效計算等問題，將大數(shù)據(jù)、人工智能、云計算等技術(shù)應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘與分析、模型學(xué)習(xí)和優(yōu)化、高性能計算，以此發(fā)展自然災(zāi)害仿真推演和動態(tài)風(fēng)險預(yù)報技術(shù)，將是實現(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)在向各個領(lǐng)域融入的同時，基于AR、VR設(shè)備的“元宇宙”虛擬現(xiàn)實很有可能為未來城市規(guī)劃和管理帶來全新的技術(shù)變革。虛擬現(xiàn)實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)變演化過程）和互動式的決策反饋體驗（對受災(zāi)場景進行快速災(zāi)損評估、風(fēng)險研判和應(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，還需要強大的災(zāi)害仿真推演引擎、3D真實場景的數(shù)字城市建模和實時動態(tài)渲染引擎、基于AR／VR的虛擬現(xiàn)實技術(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)用尚需時日，將成為未來推動韌性城市和數(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，并推動城市治理的優(yōu)化升級，提升城市安全水平，預(yù)計會成為未來城市治理的發(fā)展方向。相對于韌性城市，智慧城市強調(diào)城市能夠“運用信息和通信技術(shù)手段感測、分析、整合城市運行核心系統(tǒng)的各項關(guān)鍵信息，從而對包括民生、環(huán)保、公共安全、城市服務(wù)、工商業(yè)活動在內(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)點上存在一定的差異，如韌性城市建設(shè)的主要著眼點在于保障城市在自然災(zāi)害和突發(fā)事件下的安全性，減少其對城市造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失，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)化運營中更為高效。
韌性城市和智慧城市理念在未來有著融合的趨勢，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)和管理平臺將趨于有機結(jié)合，構(gòu)成平戰(zhàn)閉環(huán)管理，助力建設(shè)成為融合日常運行下“智慧”和災(zāi)害情景下“韌性”的未來城市；
（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)可對城市防災(zāi)減災(zāi)相關(guān)行業(yè)管理和運維產(chǎn)生積極正向反饋，保障其在災(zāi)害情景下正常運行。
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
Urban Resilience Framework Enables Digital Intelligence Disaster Prevention
Wang Naiyu
Abstract: The notion of urban resilience is a newly evolved concept worldwide in the fields of disaster reduction and prevention, which forms the theoretical and technical basis towards a systematic, digital, and intelligent disaster prevention, mitigation and management framework. At present, the conditions for resilient city construction in terms of policies, data, models and calculations are basically in place. Accurate comprehensive natural disaster risk assessment and forecasting capability is the core content and important foundation of resilient city construction. It not only needs the support of scientific theories, but also relies on the various types of disaster prevention and control data accumulated in actual combat and rich frontline application scenarios. There are many similarities between smart cities and resilient cities in terms of concepts and construction conditions. Combining resilient cities with smart city construction and promoting the optimization and upgrading of urban management to enhance urban safety is expected to become the development direction of future urban management.
Keywords: urban resilience, disaster reduction and prevention, urban management, artificial intelligence, digitization
