基于PSIR模型的山东半岛城市群韧性水平评价

摘要：全面评价黄河流域山东半岛城市群韧性水平是贯彻落实黄河流域生态保护和高质量发展国家战略的重要举措。基于压力-状态-影响-响应（PSIR）模型，构建黄河流域山东半岛城市群韧性评价指标体系，并运用熵权法和TOPSIS法进行韧性水平评价。研究发现：山东半岛城市群的16个城市整体韧性水平存在明显差异，在空间上呈现出“从东到西、由强到弱”的布局；状态韧性对整体韧性水平的影响最大；济南市和青岛市的压力韧性水平相较于其他三个维度较低，应重视生态环境修复与保护。

关键词：PSIR模型；城市韧性评价；熵权法；TOPSIS法；山东半岛

0 引言

2021年，中共中央 国务院联合发布了《黄河流域生态保护与高质量发展规划纲要》，该纲要明确了沿黄城市群的建设要求，强调以高质量、高标准推动城市发展，旨在形成特色突出、优势互补、协同高效的全新城市群发展布局。从区位上来看，万里黄河从山东入海，山东半岛城市群在黄河流域生态保护和高质量发展中发挥着龙头作用。有效评价山东半岛城市群韧性水平，对贯彻落实“以新安全格局保障新发展格局”具有显著的现实意义和价值^[1]。

“韧性”一词源自拉丁语“Resilio”，最初指“恢复到原来的状态”。20世纪90年代，韧性的概念首次被应用到城市规划领域。城市群韧性指面对突发社会危机时，城市群能够迅速做出反应、较快地适应当下的状态，并通过动态调节来持续发展的能力。目前，城市群韧性的研究主要聚焦于针对不同城市群构建韧性指标评价体系。例如，夏方舟等^[2]基于演化韧性理论构建京津冀城市群韧性评价指标体系，研究结果显示，京津冀城市群城市韧性水平呈现“京津双核心、东北高西南低”的分布格局；Shi等^[3]从区域韧性维度和城市网络框架两方面入手，建立了包括经济、社会和工程网络在内的粤港澳大湾区城市群网络韧性评价体系；焦柳丹等^[4]以长三角城市群为韧性评价对象，基于突变理论和木桶理论，构建长三角城市群韧性评价指标体系，得出长三角城市群内各城市的韧性水平呈“中间大，两头小”的橄榄型结构的结论。综上所述，现有研究大多针对“京津冀城市群^[5]”“粤港澳城市群^[6]”“长三角城市群^[7]”等城市群韧性水平进行研究，黄河流域山东半岛城市群韧性水平评价方面有所欠缺。

鉴于此，本研究基于山东半岛城市群16个城市基础数据，利用压力-状态-影响-响应（PSIR）模型，构建山东半岛城市群韧性评价指标体系，并运用熵权法和TOPSIS法进行韧性水平评价，根据综合得分分析城市群韧性水平，进而剖析山东半岛城市群韧性水平影响因素。

1 山东半岛城市群韧性评价指标构建

1.1 山东半岛城市群韧性基本情况

依据《山东半岛城市群发展规划（2021—2035年）》的界定，山东半岛城市群包括济南市、青岛市、淄博市、枣庄市、东营市、烟台市、潍坊市、济宁市、泰安市、威海市、日照市、临沂市、德州市、聊城市、滨州市和菏泽市16个城市。山东半岛城市群坐落于黄河中下游地带，其综合交通网络发达，经济发展水平位居全国前列，具有显著的地理、经济和文化优势。未来，随着城市群内部交通网络的不断完善和对外开放程度的不断提高，山东半岛城市群有望成为华东地区的重要增长极之一，为推动区域经济社会发展做出更大贡献。

济南市和青岛市作为山东半岛城市群建设的中心城市，对周边地区具有较强的辐射带动作用，但是从整体上看，山东半岛城市群发展过程中面临城乡发展不平衡、生态韧性提升受限、产业结构不合理等挑战，可在一定程度上影响城市群韧性水平。因此，为科学合理地确定山东半岛城市群韧性水平，并制定切实有效的提升策略，亟须构建适合的韧性水平评价指标体系。

1.2 山东半岛城市群韧性评价指标

加拿大的统计学者Rapport、Friend等提出了压力-状态-响应模式（PSR），最初用以应对诸如生态-环境等方面的问题。该模型通过“压力-状态-响应”的思维逻辑，揭示了人类活动与环境之间的相互作用关系。PSR模型为系统安全韧性评估提供了新的思路和方法。PSIR（压力-状态-影响-响应）模式是PSR模型发展演变过程中的一个阶段^[8]，具有良好的适用性。其中，“压力”是目前生态环境造成的压力；“状态”是指在目前的压力下，经济、社会等方面的情况；“影响”是当前状况对社会、经济的发展，以及人类活动和健康状况产生的影响；“响应”是做出的积极的、切实可行的应对措施^[9]。

因此，本研究在借鉴国内外相关文献的基础上，通过深度访谈来自环境科学、城市规划、管理科学与工程等多个领域专家们的专业意见和建议，选取得到基于PSIR模型的工业废水排放量、工业粉尘排放量等20项指标，构建城市群韧性评价指标体系。城市群韧性水平评价指标见表1。

2 山东半岛城市群韧性水平评价

本研究基于PSIR模型构建山东半岛城市群韧性评价指标体系，采用熵权-TOPSIS法对山东半岛城市群16市指标数据进行处理分析，并依据分析结果对山东半岛城市群韧性水平进行评价。熵权-TOPSIS法是一种结合熵权法和TOPSIS法的决策分析方法。其中，熵权法是一种基于信息熵的概念确定各评价指标的权重的方法，能够客观地反映各指标的重要程度，避免了人为因素的干扰。TOPSIS法是一种多目标决策分析方法，通过计算评价对象与正理想解和负理想解的相对距离来评价各对象的优劣。本研究将两种方法相结合，对山东半岛城市群韧性水平进行评价。

2.1 数据来源及数据处理

数据来自2023年《山东省统计年鉴》及山东半岛城市群各市2023年统计年鉴及城市发展公报等，部分缺失数据通过均值法补齐。设共有m个城市，n个指标，第i个城市的第j个指标为xij（i=1，2，…，m;j=1，2，…，n）。

本研究采用Min-Max标准化方法，将数据转化为0～1的小数。

当指标与评价结果正相关时，标准化处理公式如下

Zij=Xij-min（Xij）max（Xij）-min（Xij）（1）

当指标与评价结果负相关时，标准化处理公式如下

Zij=max（Xij）-Xijmax（Xij）-min（Xij）（2）

2.2 基于熵权法的指标权重计算

（1）确定每个指标熵值，公式如下

Ej=-1ln（m）∑mi=1（ZijlnZij）（3）

式中，Ｚij为第i个样本在第j个指标中的比重值。

（2）计算各项指标的差异度，公式如下

Dj=1-Ej（4）

（3）确定权重，公式如下

Wj=Dj∑nj=1Dj（j=1， 2， …， n）（5）

通过以上步骤计算得山东半岛城市群韧性评价体系中各指标的权重，熵值法计算权重结果汇总见表2。

2.3 基于TOPSIS法的城市群韧性水平评价

首先，对所选取的数据进行标准化处理，以确保不同性质和量纲的指标能够进行比较和分析；其次，运用熵权法来确定各个评价指标的权重并采用TOPSIS综合评价方法对山东半岛城市群16市进行韧性水平综合评价。TOPSIS法评价结果见表3。

2.4 山东半岛城市群各城市韧性水平比较分析

2.4.1 整体韧性水平比较分析

山东半岛城市群韧性水平发展不平衡，各城市之间差距显著。其中，济南市韧性水平最强，综合得分为0.622 8；聊城市韧性水平最弱，综合得分为0.175 7。依据各城市综合得分高低进行标准差分级，将山东半岛城市群韧性水平划分为高度韧性城市（C≥0.40）、中度韧性城市（0.27lt;Clt;0.40）和低度韧性城市（C≤0.27）3个等级，城市韧性水平的等级评价见表4。

（1）高度韧性城市多为省会城市，或为经济发展表现较为突出的城市。其中，济南市为省会城市，青岛市、威海市、烟台市与东营市为沿海城市，经济发展水平较高。这些城市具备强大的抵御、适应及恢复能力，能有效应对各类灾害，保障关键功能不中断，通过指挥调度资源，快速恢复城市秩序，并从经验中学习，不断优化升级，确保城市持续、稳定发展。

（2）中度韧性城市多数是以工业发展或旅游业发展为主的城市。其中，济宁市、临沂市、潍坊市、滨州市在经济发展中大力发展工业，淄博市和日照市依靠自身优势大力发展旅游业。这类城市在一定程度上能够抵御各类风险，但是在遇到重大危害灾难时，仍存在一定风险，还需要不断提高城市韧性水平，以便更好地应对各类灾害。

（３）低度韧性城市多以经济结构单一或经济发展滞后的城市。其中，泰安市、枣庄市、菏泽市经济结构较为单一，德州市、聊城市经济发展较为滞后。这些城市或经济结构单一，或经济发展滞后，主要以农业或传统的工业为主，缺乏新兴产业和现代服务业的支撑，导致经济发展动力不足，缺乏抵御外界风险的能力，后续发展过程中需着重提升自身的韧性水平。

2.4.2 各城市分指标韧性水平比较分析

基于熵权-TOPSIS法，对山东半岛城市群16个城市分子系统的韧性水平单独进行测算，山东半岛各城市子系统韧性水平综合得分见表5。

基于熵权-TOPSIS法测算山东半岛城市群16个城市的P（压力）、S（状态）、I（影响）、R（响应）水平，将各城市子系统综合得分进行标准差分级。根据各城市子系统韧性水平，将各城市分成“高度、中度、低度”三个等级，山东半岛城市群韧性水平等级划分见表6。压力韧性水平方面：综合得分大于0.56的为高度韧性城市；综合得分大于等于0.40且小于等于0.56的为中度韧性城市；综合得分小于0.40的为低度韧性城市。状态韧性水平：综合得分大于0.36的为高度韧性城市；综合得分大于等于0.18且小于等于0.36的为中度韧性城市；综合得分小于0.18的为低度韧性城市。影响韧性水平方面：综合得分大于0.44的为高度韧性城市；综合得分大于等于0.29且小于等于0.44的为中度韧性城市；综合得分小于0.29的为低度韧性城市。响应韧性水平方面：综合得分大于0.47的为高度韧性城市；综合得分大于等于0.22且小于等于0.47的为中度韧性城市；综合得分小于0.22的为低度韧性城市。

2.5 山东半岛城市群韧性水平空间特征分析

基于熵权-TOPSIS法计算结果，使用Arcgis软件绘制出山东半岛城市群韧性水平空间分布图如图1所示。由图1可知，整个山东半岛城市群的韧性水平呈现出“从东到西、由强到弱”的分布格局，即山东半岛城市群东部地区以高度韧性城市为主，中部地区以中度韧性城市为主，西部地区以低度韧性城市为主。

经过权重分析，状态（S）韧性水平在山东半岛城市群韧性评价体系中占比较大（30.04%），这表明经济社会环境所处的状况对城市韧性水平有显著影响。济南市、青岛市和烟台市的状态韧性水平与响应韧性水平均优于其他城市，威海市、东营市在压力韧性水平与影响韧性水平方面也优于其他城市，韧性水平较高。济宁市与临沂市作为鲁南经济圈的重要组成部分，因它们地理位置和资源优势，经济发展潜力突出。淄博市和日照市则在旅游资源方面有着独特的优势，经济发展良好。滨州市和潍坊市在工业领域有显著优势。这些城市经济发展水平较高，产业结构完善，带动了生态环境与社会民生建设，韧性水平相对较高。相比之下，山东半岛城市群中的德州市和菏泽市由于地理位置不佳、产业结构失调等因素，经济发展相对滞后。泰安市、枣庄市和聊城市经济发展水平相对落后，教育资源和医疗服务水平相对匮乏，城市韧性水平相对较低。

3 结论

山东半岛城市群韧性水平存在明显差异，其中济南市韧性水平最高，综合得分为0.622 8；聊城市韧性水平最低，综合得分为0.175 7。山东半岛城市群包括16个城市，它们在韧性水平上呈现出明显的“从东到西、由强到弱”的空间分布格局，即从沿海城市向内陆城市韧性水平整体上呈现递减的趋势。从压力（P）、状态（S）、影响（R）和响应（I）4个维度构建山东半岛城市群韧性水平的综合评估指标体系，其中状态（S）韧性水平对综合韧性水平的影响最大，所占比重达30.04%。济南市与青岛市在压力方面均居于低度韧性水平，其他三个方面均居于中度或高度韧性水平。两市工业发展位居山东半岛前列，但经济发展过程中会对生态环境造成破坏，粉尘排放量和废水排放量明显高于其他城市，因此在促进经济发展的同时，济南市和青岛市也要注意保护生态环境。德州市、菏泽市、枣庄市和聊城市在状态（S）、影响（R）和响应（I）三方面均位于低度韧性水平，其中综合得分最低的聊城市，其经济基础较为薄弱且产业结构以传统工业为主，在面对经济波动或市场变化时，其传统产业可能面临较大的压力和挑战，从而影响整个经济系统的稳定性和韧性。

4 结语

构建韧性城市不仅能提升城市应对灾害风险的能力，也对促进城市可持续发展具有重要影响。本研究结合PSIR模型并运用熵权-TOPSIS法对山东半岛城市群各市韧性水平进行评价。通过标准差分级法将各市分为高度、中度和低度韧性水平城市，这对研究区域可持续发展和优化韧性城市建设具有参考价值。但本研究仍存在不足与改进之处：一方面本研究受限于较短的时间跨度，仅采用了山东半岛城市群16个城市1年的数据，因此难以准确预测该城市群未来城市韧性的发展趋势，为了更全面地把握其发展脉络，未来的研究应拓展至更长的时间范围；另一方面，在指标选取方面，本研究主要依据PSIR模型及当前的相关研究成果进行筛选，所构建的体系可能难以覆盖城市韧性这一复杂系统的所有方面。未来的研究工作可以聚焦于城市空间所承受的灾害风险与生态环境挑战等具体情境，并融入其他关联性指标，以期对韧性水平评价体系进行更为全面和深入的优化与提升。

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收稿日期：2024-10-31

作者简介：

张琳（1982—），女，博士，副教授，硕士研究生导师，研究方向：韧性城市建设。

楚冰洁（2002—），女，研究方向：智慧社区建设。

李冰冰（通信作者）（2001—），女，研究方向：城市更新。

张艳娜（2001—），女，研究方向：可持续建造与投融资。

赵蕊（2001—），女，研究方向：可持续建造与投融资。