基于系统动力学的城市抗震减灾评价体系研究

刘 辉 唐彩萍 祁 兵

（吉林建筑大学应急科学与工程学院，吉林 长春 130118）

0 引言

地震除了使大批建筑遭到破坏之外，还会造成大量的人员伤亡，如2008年我国发生的汶川地震，2011年的日本地震以及2017年四川九寨沟地震，都在不同程度上造成巨大的伤亡损失。研究城市抗震防灾评价体系是提升地震灾害管理能力的有效途径，增强城市防震减灾能力，创造安全、美好、可持续发展的社会环境。本文采用系统动力学方法，构建具有地震灾害特色的城市抗震减灾评价体系，为提高城市抗震防灾能力提供一定的科学依据。

1 城市抗震减灾评价体系研究现状

要实现城市的健康发展，目前最重要的是建立一套科学、系统的抗震减灾评估体系，并定期进行评估，以了解和判断其是否在不断地向预期的方向发展，这对及时规范和实现城市防震减灾的整体目标具有一定的指导意义。20世纪90年代以来，一些发达国家就开始围绕城市抗震减灾能力进行评价体系研究。美国斯坦福大学的Rachel Davidso[1]于1997年首次采用地震危险性指标EDRI评估各城市的地震危险性，并对地震危险性、资源、易损性、外部因素和应急响应与恢复力5五个因素进行了评估研究，经过多次考量构建了一套比较完备的评估系统。Kunihiro[2]等通过对阪神地震震害分析，认为城市抵御地震的能力取决于该城市的自然条件、空间结构、社会特性、救灾资源和风险管理能力。总体而言国外的防灾评价体系更加侧重于理论和方法的运用，建立一套防灾评价体系，而对与地震本身所具有的特点，无法全面体现防震减灾能力的真正水平。

在国内，张风华等[3]首先提出了城市防震减灾能力的概念，采用人员伤亡、经济损失和震后恢复时间作为衡量城市防震减灾能力强弱的3个因素，构建了城市防震减灾能力评价指标体系的框架。李波等[4]通过分析影响城市地震灾害损失的4个主要因素：危险性、暴露性、脆弱性和抗震救灾能力，构建风险指数来计算地震灾害风险大小。侯林锋等[5]从政府对突发事件应急管理的工作流程，将防震减灾能力评价一级指标确定为震前预防、地震应对和震后恢复。当前，我国对地震灾害评估系统的研究尚处在摸索和研究中，现有的地震防灾评估指标体系尽管可以参考，但仍有不系统、不全面的地方，忽视了地震灾害体系整体和内部联系的复杂性。

2 系统动力学概述

系统动力学（System Dynamics，缩称SD）是一门分析探索如何认识和解决系统问题的综合性学科，由美国福瑞斯特教授创立。初期系统动力学应用于工业企业管理中，现主要用于研究复杂系统动态反馈的构造及功能，以处理各种系统信息，适用于复杂多变系统的评价和探讨。

在自然界社会里，一切事物都可以看成是一个系统，由一个相互联系的多个部分联结在一起的。在一个特定的系统中，它既可以是其它系统的一个子系统，也可以根据某种准则将其划分成许多层级的子系统。从系统论的观点来看，由于各种影响因子的交互作用，导致了城市抗震减灾能力的复杂性，难以用常规的数学手段来进行分析。而系统动力学则可以对研究体系进行定性和定量分析，从多个方面对复杂的问题进行综合研究。

3 城市抗震减灾评价体系的构建

3.1 城市抗震减灾评价体系的构建

城市抗震减灾能力是衡量国家抵御地震灾害的重要指标。地震在灾害领域具有特殊性，所以需要根据地震灾害特点归纳出仅适用于地震灾害的指标体系，才能体现出对地震灾害防灾减灾能力评价的针对性。以灾害领域提取的防灾减灾的关键指标因子为基础，综合参考多位学者对地震灾害的研究成果，从防灾、抗灾、避灾、救援与恢复四个方面建立城市抗震减灾评价体系。城市的防震能力主要体现在监测预警能力、地震危险性评价能力、非工程防御能力，主要包含11方面内容，如表1所示。

表1 城市防震能力评价指标

提高城市的抗震能力，必须依赖巨额的投资，不是短期能够完成的，它要求各部门协同配合，所以相对于其它灾难来说，地震的抗震性要比其它灾害更加难以承受，故该指标的构建侧重于其特异性，城市抗震能力评价指标如表2所示。

表2 城市抗震能力评价指标

时间紧迫、事关重大是发生地震时采取应急措施的突出特点，需要在地震后短时间内进行避难疏散，完成指挥决策，并在灾前采取多种宣传措施，使群众对灾害的识别能力不断提高，避难疏散技能不断增强。城市避震疏散能力评价指标如表3所示。

表3 城市避震疏散能力评价指标

应急救援能力主要反映公共部门的应急能力以及城市基础设施在灾中的抵抗及应对灾害冲击的能力；灾后恢复能力是城市各系统受创后，政府、社会与个人的资金、物力与人力等对城市经济社会生活的支持，以保证其恢复正常运转状态的能力。城市救援与恢复能力评价指标如表4所示。

表4 城市救援与恢复能力评价指标

3.2 因果关系图

因果关系图是系统动力学常用的图形化表达法之一，是对系统内部结构关系的定性描述。根据城市抗震减灾能力评价指标体系，从防震、抗震、避震、救援与恢复建立一级指标因果关系，如图1所示。

图1 一级指标因果关系图

3.3 系统流图

利用Vensim软件将城市抗震减灾系统各个内部变量的相互关系绘制出了城市抗震减灾评价体系的系统流图，如图2所示。

图2 城市抗震减灾评价体系的系统流图

4 结束语

城市抗震减灾工作已经成为“十四五”国家应急体系规划的定位和发展方向，建立一套科学合理的城市抗震减灾评价指标体系尤其迫切。国内城市抗震减灾评价体系总体处于研究阶段，从单个方面研究忽略了城市抗震防灾系统的整体性、动态性，不利于深入挖掘城市抗震防灾系统的复杂性问题。采用系统动力学的方法，建立一套城市抗震减灾评价体系，有助于了解不同阶段影响地震灾害防灾减灾能力的因素，对地震灾害进行评价，可以了解到城市抗震减灾系统发展的过程，对国家政府部门的决策具有一定的参考价值，同时对降低群众生命财产损失和推动社会和谐发展都具有一定的现实意义。