城市系统灾害恢复力研究综述

刘 洁， 谭宪宇， 石振武

(东北林业大学土木工程学院， 哈尔滨 150040)

伴随着全球飞速的城市化进程及人口、资源与环境矛盾的日益加深，中国作为全球范围内遭受自然灾害侵袭最为频繁的国家，全国许多城市正逐渐成为自然灾害爆发的重灾区。而城市作为政治、经济、文化活动的中心，提供了大量的就业机会，具有人口集中、建筑物密集以及各类基础设施互联互通等特点，这些特点在使得城市得以正常运行且更宜居的同时也增加了其在面对灾害时的易损性，在各类灾害下，不同城市所遭受的损失和恢复程度不尽相同。“恢复力”(resilience)概念拓展了防灾减灾建设和城市可持续发展的新视野。若一个城市系统具备恢复力，首先表现为对灾害具有足够的抵抗性，并且在灾害过后，系统可以迅速地恢复正常水平，保持持续运转的能力，再者在总结灾害经验的基础上提升自身应对不可预测灾害的水平。因此，思考相关问题，具有恢复力的城市应该具备哪些特征，中国应该如何建设具有恢复力的城市，对于提高中国政府的公共管理效能和城市应急能力具有很大的现实意义。

在此背景下，灾害恢复力被认为是实施可持续发展的重要途径之一，已被生态、环境灾害和气候变化等诸多领域予以共同关注和高度重视。不少发达国家和国际组织陆续推进灾害恢复力的研究，将“城市恢复力”作为当今世界城市发展的主流方向。其作为一种基于生态系统理论所形成的城市安全管理理念，追求城市与外部突发灾害事件之间的适应、共生为核心目标。城市恢复力强调城市安全威胁不在于风险来源、风险规模和破坏性后果，关键在于城市作为一个复杂的社会系统是否能够利用和适应外部突发灾害事件，并能够通过自身的转变实现与灾害扰动的共生和动态平衡。因此，在查阅中外大量文献的基础上，对近几年的研究成果进行分析归纳，从中梳理出城市恢复力的理论体系及公共管理和城市治理视角下的城市恢复力的研究发展趋势和呈现出的新特点，并结合全球的实践应用，探讨城市恢复力理论及实践的推广在公共管理理念、方法和内容等方面带来的变革，并以此为基础发掘出中国城市恢复力建设的经验。

1 灾害恢复力概念

恢复力概念最早应用在力学范畴，意为材料在未断裂或完全变形的情形下，由于受力发生形变而储存势能的能力。1973年，Holling[1]将恢复力引入生态学领域，来表示动态系统在受到干扰和变化后仍保持平衡的行为特征。在40年中，恢复力概念从力学扩展到生态学，再延伸到社会经济及环境变化领域和灾害学领域，研究领域不断拓展。针对恢复力的研究，最初开始于工程领域，其被定义为系统对扰动的抵抗力和系统恢复平衡的速度。之后1973年，Holling将恢复力引入生态研究，将其定义为“...衡量系统的持续性及其吸收变化和干扰的能力，并且仍然保持人口或系统状态变量之间的相同关系”。而Holling在生态恢复力的研究工作，构成了社会经济及环境变化领域恢复力概念发展的基础，由斯德哥尔摩复原中心提出恢复力是系统(无论是个人、森林、城市还是经济)应对变化并继续发展的能力，它是通过运用犹如金融危机或气候变化等冲击或干扰的刺激来实现自身更新和创新的能力，这种生态和社会环境系统将人类社会和生物圈视为密切相关的整体化系统，并将恢复力看作解决可持续发展的重要组成部分，因为它致力于从长远角度内提升生态和社会环境系统的灵活性和适应能力。最终，基于上述不同领域对于恢复力的研究，Timmerman[2]首次将恢复力概念引入自然灾害研究领域，将其定义为系统所能吸收灾害扰动并从灾害事件中恢复的能力。自此之后，恢复力的研究开始得到灾害领域学者和专家的重视。Handmer等[3]创造性地将社会恢复力与灾害风险管理规划和灾害适应联系起来，把恢复力作为衡量灾害系统的一个属性引入灾害学领域，创新了环境变化响应机制研究框架。从此，在灾害学研究领域产生了“灾害恢复力”新概念。特别是2008年，NEHRP(national earthquake hazards reduction program)战略计划提出“在公共安全，经济实力和国家安全方面全面提升国家抗震恢复力”的愿景、使命和目标。当前城市恢复力领域的研究涉及社会学、灾害学、心理学、地理学、人类学、公共卫生、生态、技术和通信研究等复杂多学科交叉融合，不同学科专家关注的侧重点不同，其各自对城市恢复力的界定也不同，由此致使城市恢复力的研究中尚未形成统一的定义，按其研究对象的不同，城市恢复力定义如表1[4-11]所示。

表1 恢复力按研究对象分类定义列表Table 1 List of definitions of resilience by study object

2 灾害恢复力特征要素

对中外大量文献进行了分析、汇集和总结。其中包括对于灾害恢复力的特征要素研究，将灾害恢复力分解为社会、经济、制度、基础设施和环境系统5个特征要素，而相关专家及研究者通过对各个特征要素构建评价并予以耦合集成，以形成灾害恢复力的整体性概念(表2[12-44])。

表2 灾害恢复力特征构成要素及评价指标Table 2 Components and evaluation indexes of disaster resilience characteristics

3 灾害恢复力测度模型

通过文献检索和专家访谈，目前国外专家学者对于灾害恢复力的研究，并未形成统一的测度标准，但经汇集、整理，在目前已构建的灾害恢复力测度模型及方法中发现，对于灾害恢复力的测度及评估方法主要有3种类别：指标评价模型、记分卡打分模型和工具评价模型(表3[45-53])。

表3 灾害恢复力测度及评价模型描述Table 3 Description of disaster resilience measurement and evaluation model

在这些灾害恢复力测度模型的构建及研究中，从某一社区至整个国家，研究方法大多采用定性模型与国际数据库的相关定量数据相结合的方法。其中许多工具评价模型为其他灾害恢复力测度模型的研究提供大量基础数据，如ASPIRE模型提供基于国家层析的相关恢复力量化指标的时间序列数据，Surging Seas和TNC模型关于暴露性和脆弱性等指标基于GIS的模拟数据等，这其中，几个经典灾害恢复力测度模型如下。

3.1 损失三角形测度模型(loss triangle)

Bruneau 等[54]基于NEHRP所提出恢复力的4R理论(图1)，首次系统且完整地阐述了恢复力的四大特性(即4R特性)，具体是指鲁棒性(robustness)、快速性(rapidity)、冗余性(redundancy)和智能性(resourcefulness)。鲁棒性是指城市系统所具有的能够抵御灾害扰动而其结构和功能没有遭受影响或丧失的能力；冗余性是指的城市是系统中构成元素可被替代的程度，如在城市系统中某一构成元素降低或丧失其功能的情况下，系统仍能够满足自身功能性要求的程度；智能性是城市系统发现并确定处理问题优先处理次序，并在城市系统某些构成元素遭受破坏后调动相关资源的能力；快速性是指通过高效措施以在既定时间内满足处理问题优先次序并实现目标的特性。4R理论的提出为理解灾害恢复力构成和划分提供了极为重要的参考依据，也是后期各类灾害恢复力测度研究的关键基础模型。Pimm[55]提出工程恢复力的概念描述为系统在受到扰动后恢复至初始稳态的恢复速度和恢复时间。Gunderson[56]创建了著名的杯球模型，使得对于恢复力的描述更加直观化；Berkes等[57]认为当系统受到扰动后，通过其抵抗灾害能力和恢复到平衡状态的速度作为衡量工程恢复力的标准。Ouyang等[58]学者建立了“三阶段”恢复力评价框架，该评价模型将受灾后系统机能曲线和未受灾系统机能曲线同横纵坐标轴围成的面积的比值来表征恢复力大小。

图1 4R理论测度模型Fig.1 Theoretical measurement model of 4R

而基于4R理论所构建的恢复力测度模型，将灾害恢复力视为城市系统应对灾害的表现成果或目标。其提出通过评估城市系统在恢复时间内的功能或表现力的损失程度以测度其灾害恢复力。即在图2中，时间点T0时发生灾害事件，城市系统功能或结构受地震灾害的影响，虽有所下降但并未降至零点的程度代表城市系统的鲁棒性；随着时间的推移，城市系统在时间点TR时完全恢复其功能和结构的程度代表系统的快速性。因此在灾害发生时，城市系统功能降低的更小，灾害发生后能够更快速地恢复，即系统的功能总损失量更小(“损失三角形”)，则表示系统具有较高的恢复力。

图2 “损失三角形”测度模型Fig.2 Measurement model of “loss triangle”

3.2 灾害恢复力社区的互动网络结构模型(interactive network structure for disaster-resilient community)

该模型由Norris等[59]于2008年提出，基于考虑与灾害相关的降低风险措施和应对气候变化的适应性，运用情境模拟、大规模灾害风险识别与预测，以最大限度地降低灾害影响，并优化灾后重建工作的速度和有效性，构建具有灾害恢复力的城市系统(图3)。这其中，实施的重点在于通过加强社区减灾教育、提升自救能力及技术培训，以提高公众对于防灾救灾的知识和技能。而鼓励社会各界积极参与防灾救灾措施、增强社区防灾意识、建立社区的信任与沟通、提升防灾资源的合理配置、开发防灾信息系统等措施的实施以确保城市系统能够有效和自主地最小化灾害发生后所可能造成的生命和财产损失。

图3 灾害恢复力社区的互动网络结构测度模型Fig.3 Interactive network structure measurement model of disaster resilience community

3.3 公私部门协作以构建社区恢复力模型(model for private-public sector collaboration for building community resilience)

美国国家研究理事会的地理科学委员会基于公共卫生领域的社区联合行动理论所提出的公私部门协作概念，实现灾害应急指挥和控制结构中自上而下的决策过程(图4)。即由社区决策者最初构建并明确各综合应急管理部门的使命和结构，然后扩大到其他重要的社区利益相关者，并通过与社区内不同的社会阶层和群体的交流沟通，以制定基于协同的目标和任务的防灾应灾战略措施，使社会资源更有效地得以运用，以此促进灾前的协作，灾后的快速恢复社区建设。通过有效的公私部门协作，将提高社区的沟通能力和互相信任力，有效识别社区所需要的资源，增加社区的应急管理和规划，以达到增加社区恢复力的最终目标。

图4 公私部门协作以建设社区恢复力模型Fig.4 Public-private sector collaboration to build a model of community resilience

3.4 综合灾害恢复力模型(integrated disaster resilience model)

Djalante等[60]于2011年将减少灾害风险战略进行整合与发展，提出综合灾害恢复力概念，并将社区作为减灾战略实施的核心对象(图5)。其确定构成综合抗恢复力的3个重要指标：可持续发展(SD)、减灾风险战略(DRR)和社区特性。可持续发展指标提供了恢复力构建的支撑环境，以相应关键要素建设为代表，其主要包括政府和机构、教育、宣传和能力建设、社会和经济发展、建设环境(物理基础设施)、与自然环境(生态系统)等。而减灾风险战略指标则从防灾、减灾、应急管理、恢复等方面为识别、评估和减灾这一灾害管理周期循环提供系统和全面的方法。最后，在灾害作用情况下，有效的恢复力建设措施需要将社区看作变革的主体，针对减灾风险的不同阶段予以实施，而社区特性则决定社区指标所可能遭受的灾害影响程度。Francis等[61]在前人研究的基础上，提出恢复力评价框架应包括系统要素识别、易损性分析、恢复力目标设定、决策者认知、恢复力能力等；Turnquist等[62]学者在考虑降低防灾投入的基础上，运用最优化模型进行恢复力评价体系的构建。

4 提升恢复力的有效措施

联合国可持续发展委员会(U.N. Commission on Sustainable Development)提出减灾政策和措施的执行有双重目的，即使社会在面对自然灾害时更有恢复力，同时确保社会的发展建设不会加剧面对这些灾害时的易损性。通过查阅中外关于灾害恢复力相关理论研究的大量文献，汇集并总结相关研究专家及结构部门所提出的城市系统提升灾害恢复力的有效措施(表4)，其为城市应急救援、灾害管理及决策部门制定灾害应对策略和减灾防灾措施、实施应急救援及组织行为，以及成功推动城市系统减灾管理措施提供了技术支撑和参考依据。

表4 提升灾害恢复力的有效措施Table 4 Effective measures to improve disaster resilience

根据上述对于有效措施的汇总分析可知，城市系统灾害恢复力的提升，强调城市由网络化的社会群体和生命线构成，遭受灾害的威胁不在于灾害风险规模和破坏性后果，关键在于城市作为一个复杂的社会网络系统是否能够利用和适应灾害的不确定情景，通过灾害管理、城市规划以及社区建设等综合减灾管理策略实现自身的转变，达到城市社会与自然系统、城市规划与长期发展、个体与集体之间的共生和动态平衡，寻求城市生存和发展机会，并能够承受住严重的打击而不会瞬间陷入混乱或是受到永久性的伤害。这对于城市系统的建设和发展都显得愈加重要。

5 结论

现代化城市应对灾害亟需具有“恢复力”的城市系统，能够承受并吸收灾害剧烈的干扰冲击，并在遭受破坏后迅速及时恢复系统正常运行功能，因而灾害恢复力研究成为目前国际上灾害研究领域的热点问题和前沿方向。在系统阐述和分析灾害恢复力研究成果及进展的基础上，包括其概念、特征要素、测度模型及提升灾害恢复力的关键参数等方面，结果表明，近年来专家学者们对于灾害恢复力方面的研究正处于不断发展的阶段，关于灾害恢复力文献的发表量逐年升高。但综合来说，目前对于灾害恢复力研究仍处于初级阶段，还有以下方面问题有待进一步深入探索。

(1)对灾害恢复力的多数研究仍集中于概念层面，对城市系统和灾害恢复力的逻辑层级关系、灾害致损因子同恢复力构成要素间的内在关联缺少相关研究，并且缺乏城市系统灾后恢复作用机理的深入剖析和辨识，降低了恢复力理论研究的完整性及实用性。且灾害恢复力的度量研究仍未取得突破性进展，现有研究大多集中于通过构建灾害恢复力的评估指标体系以进行定性研究为主，导致评估模型单一以及评估因子的不规范。

(2)恢复力研究框架多数聚焦于单一灾种下的特定区域进行实证分析，考量“行政性为主导”的防灾减灾投入对灾害恢复力的影响，很少涉及城市系统自身的灾害恢复力的研究。且不同城市系统、不同灾害种类，一些灾害恢复力表征因子，如恢复时间、恢复速度、恢复水平等难以统一界定，不利于各城市系统间灾害恢复力的横向对比，未能探索灾害恢复力的影响因素之间的关联性，也难以快速诊断出这其中影响灾害恢复力的关键因素。

目前，中国在灾害恢复力的研究方面才刚刚起步，其中一些专家学者对灾害恢复力研究进展进行的综述，包括刘婧等[69]。另一些专家学者则对某一灾种作用下特定区域的恢复力进行定量分析，如颜靖[70]的农业系统经济恢复力、陈余琴[71]的洪水灾害恢复力、金书淼[72]的地震灾害恢复力等。展望今后中国对于灾害恢复力的研究，亟待社会管理学、经济学、灾害学等其他领域学者的关注和参与，深入挖掘灾害恢复力的关键影响因素，为国家及地方政府风险管理和减灾决策提供科学依据。