数据驱动的城市韧性管控框架体系研究

胡佑安 姜兵仁

摘  要：城市韧性提升是一个长期持续的过程，需要建立管控机制，长期持续的对城市韧性进行管控。本文探讨了未来城市韧性管控的组织体系、管理体系、技术体系、执行体系框架和实现，为我国城市韧性提升建立管控的机制和管控手段的参考实现。

关键词：韧性提升; 管控机制 ;全生命周期;管控手段;人工智能

1 前言

人类社会发展正面临频发、偶发、突发和缓发自然或人为灾害的前所未有挑战。自2020新冠疫情爆发以来，已经成为席卷全球的灾难。从疫情紧急程度看，我们正处在二战之后全球最动荡的时期，特别是自2022年新年开始，全球的新冠疫情确诊人数继续持续增高，全球因新冠死亡的人数已超五百万，同时带来了巨大的经济和社会冲击。中国政府把人民生命与健康放在首位，坚持零新冠感染病例政策，这也对我们的城市管理提出了更高的要求。

人类社会发展面对的不确定性也在增加【1】，以公共卫生为例，彻底控制住新冠疫情的日子还遥遥无期，权威专家又在担心新的疫情和相关抗菌药物的耐药性。有专家指出，未来抗菌药物的耐药性将成为新的重大公共卫生危机。

中国改革开放以来，经济一直持续发展，常住人口城镇化比例一直在增长，到2020年中国大陆地区常住人口城镇化率已达到63.9%。如何应对灾害和不确定性已成为我国城镇化进程中制约城市可持续发展的核心问题。

为提升城市基础设施、城乡社区、整个城市、城市群、整个国家、甚至全球等复杂系统应对自然或人为灾害的能力，提升全社会的公共安全应急能力和风险管理水平，“韧性管理” 、“韧性工程” 和“韧性科学”等概念、理论和方法正成为管理学、工程学、城市规划、信息科学、自然科学和社会科学等领域的研究和实践热点。

韌性城市指城市能够凭自身的能力抵御灾害，减轻灾害损失，并合理的调配资源以从灾害中快速恢复过来。长远的来讲，城市能够从过往的灾害事故中学习，提升对灾害的适应能力。

韧性城市建设是一个长期过程，需要建立管控机制，对城市韧性提升进行持续管理。

2城市韧性规划与管控

2.1韧性城市规划

韧性城市规划是对各种涉及国土空间安全格局和要素的统筹协调和综合平衡，通过多维度规划塑造城市韧性，提升应对灾害风险的治理水平。现行的应急体系建设规划主要针对公共突发事件发生后的应急救援，侧重于灾后的恢复和建设。相对于现行的应急体系建设规划，韧性城市规划不仅强调要提高城市系统的自身抵御能力，同时要增强全周期预警和应急能力，从而提升城市系统的全过程的整体韧性。

国外较早开始了韧性城市的规划。纽约在韧性城市建设框架中，以提高城市应对风险能力为主要目标，以增加城市竞争力为核心，以加强基础设施和灾后重建为突破口，以景观整合方式实现弹性的防灾基础设施建设为关键策略，规划在工程、经济、社会、组织等几个方面推进了纽约“韧性”城市的建设。日本在韧性城市上建设上开展了强韧化的规划，包括硬性指标和弹性指标，硬性指标指基础设施的耐震化和维护，如建筑和基础设施的耐震化率，河道、沿海堤防的维护率，生命线系统的灾时功能保障率，交通体系的灾时功能保障率等。弹性指标主要是计划制定、应急保障、灾前准备和预警，具体包括灾害图发布，暴雪、暴雨预测正确率，应急食物充足率，防灾训练实施率，企业业务持续性计划制定率，以及各设施的长寿命化计划制定率等。

在我国，一些城市已经开始了韧性城市的建设，例如：北京、上海和黄石等城市。北京市在2021年提出了韧性城市规划意见，统筹拓展城市空间韧性、有效强化城市工程韧性、全面提升城市管理韧性、积极培育城市社会韧性，预计到到2025年，韧性城市评价指标体系和标准体系基本形成，建成50个韧性社区、韧性街区或韧性项目。其中，上海市韧性城市规划采用“主题层–要素层–指标层”3个层次结构构建典型城市气候变化适应能力评价指标体系，从基础设施发展、经济应对能力、公共服务水平和环境保障等方面进行规划，以提升城市应对气候变化的韧性。

2.2城市韧性管控理论

城市韧性管控是指围绕韧性城市战略规划，建设韧性管控的组织体系、管理体系、技术体系、执行体系，从而为实现城市韧性战略目标提供合理保证的过程和方法。

韧性管控组织体系指参与城市韧性管控的相关领导小组、推进小组、工作小组。韧性管控组织体系里面的角色主要包括：领导决策层、专家咨询层、IT支持层、管控机制执行层。

韧性管控的管理体系指城市韧性管控的管控机制、标准、规范、模型。涵盖实现韧性城市的方方面面，如韧性交通、韧性公共服务、韧性能源、韧性基础设施、韧性政务、韧性教育、韧性社区、韧性医疗、韧性环保、韧性水务等领域的标准模型、标准流程、管理机制、应对方案等等。

韧性管控的技术体系主要指城市韧性管控的信息化解决方案，用于实现韧性感知、韧性学习与建模、韧性评估、韧性决策、韧性协同与应用。

韧性管控的执行体系指城市韧性管控的长效管理体系，包括规划、建设、管理三大阶段的相关执行规则与标准，建立反馈调整的机制，根据实施效果的正反馈和负反馈动态调整，确保城市韧性是一个动态的不断趋向合理的过程【2】。

3数据驱动的城市韧性管控系统

3.1城市韧性管控体系总体框架

组织体系设计上，以政府、企业、市民和韧性智库四方共建智慧韧性城市生态，实现多方联盟联动，共享韧性智慧，共筑智慧韧性城市。以政府和企业为主力合力推进智慧韧性城市建设，市民积极参与基层自治，韧性智库和企业开展产学研合作，群智群策，为政府提供决策建议，实现跨系统、跨部门、跨层级的多方协同，不断丰富韧性生态。

管理体系设计上，构建了面向市民和面向政府的韧性管理体系。其中，面向政府层面，着重提升城市治理和生活服务水平，预防灾害发生，保障城市在灾害下城市的正常运转，建设内容包括韧性交通、韧性公共服务、韧性能源、韧性基础设施和韧性政务的管理体系;面向市民层面，重在提升民生服务和生态宜居水平，保障市民的基础生活，建设内容包括韧性教育、韧性社区、韧性医疗、韧性环保、韧性水务等的管理体系。

技术体系设计上，如图3-2所示，设计韧性城市大脑，完成韧性感知、韧性学习与建模、韧性评估、韧性决策、韧性协同与应用。

韧性感知层，根据数据来源分为智慧感知和韧性感知。智慧感知，基于智慧城市和城市大脑建设，通过物联网传感器、卫星和天眼系统等信息化工具获取城市实时动态数据;韧性感知，基于数据采集获取自然灾害和疫情状况，将韧性元素融入智慧感知中，对数据进行归类交叉分析，对气候变化、自然灾害和地质灾害等情况进行动态更新，提升政府和人民对自然风险的感知力。

韧性建模层，根据功能分为韧性基础算法模型、韧性智能认知模型和韧性决策分析模型。韧性基础算法模型，利用大数据、机器学习和數字孪生等算法对数据进行加工处理，提取风险信息;韧性智能认知模型，实时的数据采集构建风险识别模型、监控预警模型、响应防御模型和损失评估模型，建立韧性数据知识库，从多源异构数据中分析城市风险并及时上报;韧性决策分析模型，为政府灾情信息发布和城市治理提供决策参考，提升决策准确性和及时性。

韧性决策层，根据时间划分为事前决策、事中决策和事后决策。构建“事前预警、事中应急、事后反馈”的全周期城市社区风险决策模型，事前包括预案建设、规划考核、应急科普、安全巡查和突发预警，事中包含预案执行、风险评估、态势预判、指挥调度和应急救援，事后为灾情核查、物资分配、吸收调整、灾情核查和韧性重估，全周期降低灾害发生过程中造成的损失。

韧性协同，根据职能划分为空间维度、组织维度、体制维度、技术维度、保障维度和文化维度。以此提升城市中组织结构的多维度协同，可应用到交通、医疗、水务、能源、环保、社区和公共服务等领域。

执行体系设计上，采用PDCA循环体系实现韧性长效管理。PDCA循环是美国质量管理专家沃特·阿曼德·休哈特（Walter A. Shewhart）首先提出的，由戴明采纳、宣传，获得普及，所以又称戴明环。全面质量管理的思想基础和方法依据就是PDCA循环。PDCA循环的含义是将质量管理分为四个阶段，即Plan（计划）、Do（执行）、Check（检查） 和 Act（处理）。在质量管理活动中，要求把各项工作按照作出计划、计划实施、检查实施效果，然后将成功的纳入标准，不成功的留待下一循环去解决。这一工作方法是质量管理的基本方法，也是企业管理各项工作的一般规律。

3.2数据驱动的城市韧性管控系统实现

城市韧性管控系统需要一个韧性大脑，统筹管控城市韧性全生命周期，确保城市韧性可控、被管控以及韧性持续提升。

基于大数据、人工智能、云计算、物联网、移动计算的新一代城市韧性管控系统实现如图3-3，采用成熟稳定的分布式架构体系，深度机器学习引擎，微服务框架建立稳定的底层基础设施;设计管控体系的业务中台、数据中台;建立管理体系并对相关专业领域进行韧性管控;按需建立管控微应用群。

智能韧性管控组织体系实现

韧性管控的组织体系实现包括：1）数据加密、用户管理、功能和数据权限管理、会话管理及数字签名等一系列安全功能;2）对于运行的业务系统根据监控策略监控业务系统的访问规则，访问日志，数据操作，网络安全等;3）根据职能和应用场景提供PC应用和移动端APP和微信小程序应用;4）韧性共建生态环境，多方联盟联动，共享韧性智慧，实现政府、企业、市民和韧性智库四方共建智慧韧性城市生态;5）智能感知和数据画像。

智能韧性管控管理体系实现

韧性管控的管理体系实现包括：1）管理体系设计，设计城市韧性管控的管控机制、标准、规范、模型;2）专业领域管控，基于管理体系对专业领域管控，包括内控、监控、测算、分析等等;

智能韧性管控技术体系实现

韧性管控的技术体系由多个核心模块组成：1）数据集成中心; 2）数据服务中心; 3）数据管控中心; 4）知识引擎; 5）数字孪生城市引擎; 6）韧性建模引擎，实现相互依赖性分析器、脆弱性检测器、韧性分析器等等功能; 7）韧性感知引擎;8）韧性监测引擎;9）功能恢复计划和执行工具等。通过多个功能融合为韧性城市大脑，完成韧性感知、韧性学习与建模、韧性评估、韧性决策、韧性协同与应用

智能韧性管控执行体系实现

韧性管控的执行体系以绩效的手段促进城市韧性管控，将韧性管控的相关领导小组、推进小组、工作小组关联起来，形成一套可持续有效执行的执行体系，保障持续的韧性提升。其主要包括：1）韧性流程设计;2）评价体系设计;3）韧性流程执行与监控;4）稽核与评价。

4、总结与展望

韧性城市建设是一个长期过程，需要建立长效管控机制，从组织体系、管理体系、技术体系、执行体系四方面进行韧性管控。而新技术的发展也支持我们建立更好的长效城市韧性管控机制。本文初步探讨了数据驱动与人工智能下的城市韧性长效管控机制，未来人工智能技术的发展，将实现更智慧的城市韧性感知、城市韧性学习、城市韧性行动、城市韧性决策。

参考文献

[1] 李彤玥. 韧性城市研究新进展  国际城市规划  2017年第5期

[2] 陆士滨. 关于复杂适应系统理论的城市规划的几点思考  进出口经理人 2016年第02期

作者简介：胡佑安（1970年—），男，民族：汉，籍贯：湖南益阳，职务：副院长，学历：本科，单位：湖南潇湘大数据研究院

姜兵仁（1987年—），男，民族：汉，籍贯：江西抚州，职务：项目经理，学历：本科，单位：湖南潇湘大数据研究院

基金项目：长沙市科技计划项目经费资助（kq20008002）

※通讯作者：胡佑安