基于AHP和空间句法的避难场所防灾效能评价研究

2023-11-14吴金峰王志涛郭小东

武汉理工大学学报(信息与管理工程版) 2023年5期

吴金峰,王志涛,郭小东

(北京工业大学城建学部,北京 100124)

防灾避难场所是城市防灾设施体系的重要组成部分,用于因灾害产生的避难人员进行灾时避难、疏散和灾后避难生活的安全场所[1],其建设成效直接影响到城市安全。我国大多数避难场所采用“平灾结合”的建设方式,在公园、广场、学校等设施的基础上改造而来,多从避难容量、避难面积等指标进行防灾功能布局和设施布置,缺乏考虑避难者的行为习惯和避难活动需求等因素,不仅导致了应急空间使用不便、利用率低的问题,还影响了避难场所灾时功能的有效发挥。研究避难场所的防灾效能,可以科学地评价其建设质量,针对性地解决建设现状存在的问题,提高居民应急避难效率,对于完善城市防灾减灾体系、构建韧性城市具有重要的理论价值和实践意义。

国内关于避难场所的研究内容主要针对服务效率[2]、减灾能力[3]、布局优化[4]、适宜性[5]等方面。研究方法主要分为两类:①基于模糊评价法、层次分析法、专家打分法等方法建立评价指标体系对场地条件、应灾能力、内部设施和外部环境等要素进行评价[6-7];②借助地理信息系统、空间句法、计算机仿真模拟等技术,采用可达性、充实度等指标从区域和单体两个层级对避难场所的空间布局、服务能力和应急能力等进行评价[8-9]。当前的研究多数针对城市层面的避难场所空间布局,可为避难场所选址提供依据,但对其内部功能布局和设施布置的量化研究较少,而且在评价指标上对避难主体的避难行为和实际需求考虑较少。

基于此,综合考虑灾时避难行为需求和相关规范技术要点,提出以效能目标为导向的避难场所防灾效能评价方法,重点关注应灾能力和应灾效率,从应灾能力有效性、设施配置系统性、功能布局合理性、平灾转换可行性和应急管理完备性5个方面建立评价指标体系,综合运用层次分析法和空间句法相结合的方法评价避难场所的防灾效能。

1 避难场所防灾效能分析

1.1 避难场所防灾效能内涵

“效能”原本指事物所蕴藏的有利作用,表征了在特定目标和预期成果下,某种事物或系统经过一定工作流程之后的完成程度,或基于一定的资源反映出的能力和效益[10]。效能与效率、效益等概念相比,效能更加强调能力与目标之间的关系,是衡量目的性结果的尺度[11]。因此,效能具有两方面的含义:①要有明确的目标;②完成目标的效率和能力。效能评估通过指标评估或者综合评估的方法,能够对某系统现状的若干能力、状态进行分析评价,找出系统中存在的不足与缺陷,辅助规划决策,以提升系统性能。在规划设计领域,最早的效能评估始于1943年《度量城市活动:针对建议的评价管理标准之调查》一文的发表,此后,效能评估开始应用于建筑、规划、交通和景观等多个领域[12]。近年来,随着可持续发展概念的提出,关于“消耗最少的资源为社会提供最大化的服务”的效能研究在城市规划领域逐渐增多。

防灾避难场所是指配置应急保障基础设施、应急辅助设施、应急保障设备和物资,灾时起到避难疏散和安置避难人员的避难场地和避难建筑[13]。因此,防灾避难场所主要是在灾时保障避难人员的基本生活需求,避难场所防灾效能主要体现在两个方面:①应灾能力,保障避难场所的应急基础设施和应急辅助设施灾时不遭到破坏,可满足灾时避难人员使用;②应灾效率,避难场所内的防灾设施灾后能够及时启用和转换,保障场所正常启用和有序运营,同时应急功能区的空间组织、道路空间网络结构特征也会为避难服务带来潜在增值效应,如减少避难者获取服务的时间和距离等,从而提升防灾效率。因此,应灾能力是保障避难场所满足避难者基本的生活物资条件需求,应灾效率是在应急能力的基础上通过应急避难功能区的组织协作为避难人员提供更好的避难服务。

1.2 避难场所防灾效能影响因子分析

防灾避难场所作为城市重要的公共设施,其效能高低与城市政府主体在灾时为城市居民提供避难需求的能力和效率息息相关。因此,探究灾时避难需求是避难场所提质增效的关键切入点。灾时避难需求主要包括4个方面:①功能布局需求,避难场所各功能区的空间特征与防灾功能需求相匹配且各功能区之间应建立协同合作的关系;②效率需求,高效便捷地为避难人员提供避难服务是避难场所追求的目标,避难场所灾时应与应急指挥部门、医院等应急救援系统相互合作,建立便捷的应急通道,且场所自身所在区域内应保障安全、可达,并提供满足避难者基本生活需求的避难面积;③避难生活服务需求,对于部分需要在避难场所内长时间生活的避难人员,则需要配置相对完善且质量完好的住宿、医疗、物资等生活配套服务设施;④应急管理需求,避难场所除了要提供应急管理的空间和设施外,还需考虑平时演练和灾时组织管理,保证场所有序运作。

2 避难场所防灾效能评价

2.1 评价指标内涵与模型构建

在解析效能内涵、避难需求和防灾目标的基础上,构建避难场所防灾效能评估指标体系。效能是在规定条件下系统达到使用目标的能力,避难场所防灾效能表征了其在应对灾害时能否发挥应有的避难功能,其效能测度的科学性与评价指标选取的合理性息息相关。通过对已有研究关于避难场所评价相关指标的梳理,将评价指标归纳为两类:①国内关于防灾避难场所功能评价、建设质量评价、综合服务能力等相关指标[14];②借鉴《地震防灾避难场所及配套设施设计规范》(GB21734-2008)和《防灾避难场所设计规范》(GB51143-2015)等避难场所相关建设规范[15-16],参考其对建设环境等要素的规定,如各类功能区布局条件、场地选址、防灾设施设置等要求。综上,研究从应灾能力有效性、设施配置系统性、功能布局合理性、平灾转换可行性和应急管理完备性5个层面选取评价指标,并给出评价指标的具体含义,如表1所示。

表1 防灾避难场所评价指标体系

根据层次分析法(analytic hierarchy process,AHP)解决问题的思路和具体步骤,首先将避难场所的防灾效能目标分为应灾能力和应灾效率两大基准层,其次分别构建准则层、指标层的评价因子集,最后构建避难场所防灾效能评价的递阶层次结构模型。

2.2 确定评价因子的评定标准

空间句法理论认为空间组织结构使空间具有不同的特征,空间的功能关系可以通过指数量化。因此,研究采用空间句法的相关参数评价功能布局合理性,并将评价结果结合准则层的其他指标运用层次分析法开展防灾效能评估工作。

2.2.1 基于空间句法的功能布局合理性评价

空间句法是通过拓扑数学模型对空间结构进行量化研究,揭示空间局部或整体的通达度[17],来研究空间组织与人类社会之间关系的理论和方法。研究表明,灾时避难人员的避灾效率受到平时空间组织模式的影响,场所内外道路的空间结构会对避难行为产生影响。选用整合度、连接度和协同度等相关参数作为功能布局合理性的量化评价因子,如表2所示。在空间句法中,将参数数值按照颜色的冷暖进行可视化处理,颜色越暖,数值越高;反之,越低。研究将参数值分为较高、高、中等、低4种等级,参与效能指标评分赋值。

表2 功能布局合理性评价指标和内涵[18]

2.2.2 评价指标权重确定

层次分析法是一种对多个方案、多个指标系统进行分析的层次化、结构化决策方法,具有适用性、简洁性、有效性和系统性的优点。笔者邀请25位防灾减灾领域的专家,在互不知情的情况下对各评价指标进行打分,并将问卷调查结果导入yaahp软件,构建各准则层、指标层等层次的判断矩阵,计算各指标相对权重。引入1～9标度表对评价体系中各因子之间相互重要性进行判断,输入yaahp软件平台建立判断矩阵模型,并进行一致性检验,发现CR小于0.1,表示判断矩阵模型符合要求且具有较高的一致性,通过归一化处理后,得到避难场所防灾效能评价体系中各指标权重,见表1。

2.3 效能评价指标评分赋值

基于避难需求和效能评价内涵,并结合国家和地方的防灾避难场所评价标准,建立了效能评估体系,为体现防灾避难场所效能评估结果,采用表4所示指标赋值标准形成评估等级,对评价指标进行打分。

表4 避难场所防灾效能评价指标赋值标准

2.4 防灾避难场所效能评价结果

通过梳理相关文献中评价等级的选取规律,结合相关专家的意见,将避难场所防灾效能评价结果分为“优秀”“良好”“合格”“不合格”和“极差”5个等级,分别对应[9,10]、[7,9)、[5,7)、[3,5)和[0,3)的数值区间,并将防灾避难场所效能得分与数值区间相对应,针对性地提出具体的优化措施和改进意见,如表5所示。

表5 避难场所防灾效能评级表

3 实证分析

3.1 研究区状况与数据来源

G区位于城市繁华地带,人口密度大,若有灾害发生将会产生大量的无家可归的避难人员,选取G区内的WF、TY、HD、HL、HX 5处避难场所作为研究对象。5处避难场所基于“平灾结合”的理念在原有设施的基础上增设防灾减灾设施而使其

形成避难空间,且均作为居民日常主要休闲、娱乐的活动场地,其建设现状在指标量化上具有一定的可比性。在选取G区内的避难场所时,考虑相关专家的建议,避难场所选取具有一定可行性与典型性,可支撑笔者的实证研究。

空间句法的轴线模型被广泛应用于偏小尺度的城市设计研究中,但其缺乏对实际距离的考虑,线段模型在其基础上加入了米制距离和角度模型,弥补了轴线模型空间尺度的缺陷,适用于偏大尺度的城市设计研究[19]。遵循“轴线数量最少”的原则[20],在CAD软件平台上将城市道路和场所内部的道路数据进行矢量化处理,导入空间句法软件Depthmap中分别生成线段模型和轴线模型进行运算,研究以WF避难场所为例,列举避难场所功能区布局合理性评价过程,如图1所示。选用线段模型从区域尺度量化避难场所的区域可达性,选用轴线模型分析单体避难场所的功能区布局合理性。此外,通过Bigemap地图和实地调研获取研究所需的基础地理数据库、POI兴趣点等数据。

图1 空间句法评价分析

3.2 效能评价过程

3.2.1 评价指标的赋值计算与分析

根据专家打分和效能指标权重计算结果,并实地考察5所避难场所进行打分,得到各避难场所评价指标得分结果,如表6所示。

表6 避难场所效能评价打分汇总表

(1)在场所有效性评价方面,G区位于风景保护区内,四周多为绿地和水体,且周边建筑多为低层建筑,建筑倒塌范围小于现状道路红线宽度与两侧建筑后退红线距离,即使建筑发生倒塌,对场所安全性影响较低;HD和HL因远离灾害危险源、临近城市主干道且相邻道路区域整合度较高、人均有效避难面积大于2 m2/人,而获得较高分值;WF、TY和HX在1 000 m缓冲区范围内分布有加油站,具有潜在危险性,场所临近的道路平均宽度介于15～20 m之间且整合度处于中等水平,人均避难面积不足2 m2/人,得分较低。

(2)在设施配置系统性方面,HD、TY配备了50%以上的防灾设施,设施质量较好,并具有清晰的应急标识,得分较高;HX和WF设施配置低于30%,但质量良好且有清晰的应急标识,得分中等;HL自身配置的设施低于30%,设施陈旧且应急标识不明显而扣除部分分值,得分较低。

(3)在功能布局合理性方面,WF和HX的应急宿住区位于场所中可达性较高的区域,具有渗透要求的应急物资储备区和应急管理区位于空间连接度较高的区域,道路呈环状且协同度值大于0.5,得分较高;HD、TY和HL的具有渗透和集聚作用的功能区位于场所整合度和连接度中等的区域,且协同度较低,得分较低。

(4)在平灾转换可行性方面,TY避难场所在500 m可达性范围内分布有3处医院和1处派出所,场所内分布有大型体育馆和体育用房且大部分空间为草坪或硬质铺装,灾时易于完成平灾转换,得分较高;WF、HD和HL避难场所在公园的基础上改造而来,场所内部分布有配套用房且场地平整、可利用面积均大于5 hm2,在500 m范围内均分布有医院和消防站等设施,得分中等;HX是以广场为基础建造的防灾避难场所,在500～1 000 m范围内仅有1处可利用救灾资源,得分较低。

(5)在应急管理完备性方面,通过与场所应急管理人员沟通发现,5处防灾避难场所均有一定的应急预案和应急演练,在指标上差异不大,其中HF结合自身现状更新应急预案,进而提升了应急演练的频率,得分较高。

3.2.2 评价指标综合得分

将避难场所评价指标得分乘以各自的权重,得到避难场所准则层各指标得分和综合效能得分结果,如表7所示。5所避难场所综合效能得分处于合格的数值区间范围内,基本满足灾时的避难需求。

表7 避难场所效能综合得分

3.3 结果与分析

G区内5所避难场所的综合效能得分分别为6.037 9、6.346 7、6.679 0、5.776 4和5.000 4,按表5防灾避难场所效能评价表分级,都处于合格级别,能满足基本的避难需求,但在应对突发灾害的能力方面稍有欠缺,应视具体情况对防灾避难场所的综合效能进行加强。从综合得分来看,TY和HD防灾避难场所得分比较高,其所处的空间位置在区域内具有较高的可达性,自身设施类型相对完整且质量较好,应急避难功能区协作能力强,并为避难人员提供充足的避难面积满足其基本的生活需求,在日后建设中应协调防灾功能与空间特性的适配度,增设防灾功能标识牌,做好防灾应急预案和应急演练组织工作;WF、HL和HX防灾避难场所综合效能得分较低,其所处的空间位置区域整合度偏低且自身面积较小,在服务区范围内可利用的资源种类和数量较少,附属设施质量较差,不满足平灾快速转换的要求,内部道路规划复杂,导致避难人员流动相对不自由,不便于使用各项防灾设施,在今后的防灾建设工作中,应增加相应的应急基础设施和救灾物资储备,疏通主要交通要道,促进各功能区之间协同合作。