第 1 章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
在自然灾害频繁发生的今天，复杂而又庞大的城市表现的极其脆弱，时常遭受地震、洪水以及飓风等自然灾害的侵袭，严重影响了城市经济和社会的正常发展，极大威胁了城市居民的生命健康安全。每年因为自然灾害造成的经济损失和人员伤亡令人震惊，据国家统计局公开数据显示，2013 年，我国因自然灾害造成的经济损失高达 4210 亿人民币，在 2013 年的 GDP 占比达到 0.75%，其中，洪水灾害造成的经济损失最多高达 1880 亿元，泥石流以及地震相继其后分别为 1000 亿元以及900 亿元。以地震灾害为例，我国地震烈度区划如图 1 所示，由于我国所处地理位置及其特殊，所以时常遭受地震灾害的侵袭以及干扰，尤其近年来，多地地震灾害频发，造成了不同程度的经济损失以及人员伤亡，对我国居民正常的生产生活造成了巨大的威胁[1]。随着我国城市化进程不断加快发展，城市聚集了大量人口，城市基础设施建设也如火如荼，因此，引发的城市易损性问题越来越突出，遭受地震等自然灾害的危险性也就逐渐提高。所以，如何减少地震、洪水以及泥石流等自然灾害造成的损失，提升城市应对突发事件的抵御能力，有效保障城市居民生命财产安全，促进城市经济和社会平稳较快发展则显得尤为重要。
1.1 研究背景与意义
1.1.1 研究背景
在自然灾害频繁发生的今天，复杂而又庞大的城市表现的极其脆弱，时常遭受地震、洪水以及飓风等自然灾害的侵袭，严重影响了城市经济和社会的正常发展，极大威胁了城市居民的生命健康安全。每年因为自然灾害造成的经济损失和人员伤亡令人震惊，据国家统计局公开数据显示，2013 年，我国因自然灾害造成的经济损失高达 4210 亿人民币，在 2013 年的 GDP 占比达到 0.75%，其中，洪水灾害造成的经济损失最多高达 1880 亿元，泥石流以及地震相继其后分别为 1000 亿元以及900 亿元。以地震灾害为例，我国地震烈度区划如图 1 所示，由于我国所处地理位置及其特殊，所以时常遭受地震灾害的侵袭以及干扰，尤其近年来，多地地震灾害频发，造成了不同程度的经济损失以及人员伤亡，对我国居民正常的生产生活造成了巨大的威胁[1]。随着我国城市化进程不断加快发展，城市聚集了大量人口，城市基础设施建设也如火如荼，因此，引发的城市易损性问题越来越突出，遭受地震等自然灾害的危险性也就逐渐提高。所以，如何减少地震、洪水以及泥石流等自然灾害造成的损失，提升城市应对突发事件的抵御能力，有效保障城市居民生命财产安全，促进城市经济和社会平稳较快发展则显得尤为重要。
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1.2 国内外研究现状
1.2.1 城市安全研究现状
目前，我国城市化进程不断加速发展，城市人口数量短时内增长速度过快，由此导致我国城市安全问题存在诸多不足之处，例如，城市交通拥堵、城市防灾管理以及城市可持续发展等方面。最近几年，我国重特大城市安全事故不断发生，从上海踩踏事件到天津港大爆炸再到深圳滑坡事件的发生，对我国造成了严重的人员伤亡以及财产损失，城市安全问题已经成为我国迈向强国发展战略急需解决的关键问题。多年来，国内外学者均开展了城市安全问题的相关研究，美国[2]在城市公共安全管理机制方面，将国家以及城市安全管理放在首位，并通过法制化手段和应急计划相结合的措施积极应对各种城市安全问题；上世纪中期，日本的城市安全管理主要以自然灾害为中心，在 20 世纪末期转向为综合防灾管理，成立了相关城市安全管理部门；本世纪初期，俄罗斯政府针对城市安全问题建立了较为完善的城市安全管理体系，明确了总统在处理国家以及城市安全问题方面的核心地位。LIU Li 等[3]认为城市生命线工程系统损坏会严重损害地震灾害地区的经济发展，也是造成次生灾害发生的关键影响因素，为此，他们开展评价城市生命线工程系统对城市抗震减灾的影响程度研究，力争为合理评价衡量城市抗震能力提供一定的理论支持，提供一定的积极参考建议和有效措施。近年来，国内相关学者在城市安全研究方面也取得了研究成果，刘裕等[4]着重分析了城市安全风险和城市化发展之间的关系，并针对成都市提出了城市安全分风险防控指标体系，该指标体系包含固有风险等 6 个一级指标以及城市生命线工程风险等 28 个二级评价指标，为我国城市安全风险防控体系的建设提供了宝贵的经验和启示。唐波等[5]认为城市的可持续发展应和城市公共安全有效结合，以文献计量方法以及可视化软件为研究手段，从时间阶段、空间分布以及学科分布等不同方面，深刻剖析了我国现有应急避难场所的重点研究方向，并针对我国应急避难场所未来发展趋势做出了展望。张广良[6]从安全角度考虑，开展了城市生命线工程系统的评价研究。在详细分析和总结国内外城市生命线工程系统的研究进展及基础上，以安徽省 16 个地级市为例，验证了构建的基于安全视角的城市生命线工程系统的评价模型，并根据评价结果提出了提升优化安徽省城市生命线工程系统的相关积极有效措施和建议。刘莉等[7]研究了在标定城市抗震减灾能力过程中生命线系统的评价方法，并根据相关研究成果和参考相关文献，建立了评价生命线系统影响标定城市抗震减灾能力的指标体系，并且最终构建了生命线系统影响标定城市抗震减灾能力评价模型，进一步完善了城市生命线系统相关研究。
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第 2 章 相关概念及理论基础
1.2.1 城市安全研究现状
目前，我国城市化进程不断加速发展，城市人口数量短时内增长速度过快，由此导致我国城市安全问题存在诸多不足之处，例如，城市交通拥堵、城市防灾管理以及城市可持续发展等方面。最近几年，我国重特大城市安全事故不断发生，从上海踩踏事件到天津港大爆炸再到深圳滑坡事件的发生，对我国造成了严重的人员伤亡以及财产损失，城市安全问题已经成为我国迈向强国发展战略急需解决的关键问题。多年来，国内外学者均开展了城市安全问题的相关研究，美国[2]在城市公共安全管理机制方面，将国家以及城市安全管理放在首位，并通过法制化手段和应急计划相结合的措施积极应对各种城市安全问题；上世纪中期，日本的城市安全管理主要以自然灾害为中心，在 20 世纪末期转向为综合防灾管理，成立了相关城市安全管理部门；本世纪初期，俄罗斯政府针对城市安全问题建立了较为完善的城市安全管理体系，明确了总统在处理国家以及城市安全问题方面的核心地位。LIU Li 等[3]认为城市生命线工程系统损坏会严重损害地震灾害地区的经济发展，也是造成次生灾害发生的关键影响因素，为此，他们开展评价城市生命线工程系统对城市抗震减灾的影响程度研究，力争为合理评价衡量城市抗震能力提供一定的理论支持，提供一定的积极参考建议和有效措施。近年来，国内相关学者在城市安全研究方面也取得了研究成果，刘裕等[4]着重分析了城市安全风险和城市化发展之间的关系，并针对成都市提出了城市安全分风险防控指标体系，该指标体系包含固有风险等 6 个一级指标以及城市生命线工程风险等 28 个二级评价指标，为我国城市安全风险防控体系的建设提供了宝贵的经验和启示。唐波等[5]认为城市的可持续发展应和城市公共安全有效结合，以文献计量方法以及可视化软件为研究手段，从时间阶段、空间分布以及学科分布等不同方面，深刻剖析了我国现有应急避难场所的重点研究方向，并针对我国应急避难场所未来发展趋势做出了展望。张广良[6]从安全角度考虑，开展了城市生命线工程系统的评价研究。在详细分析和总结国内外城市生命线工程系统的研究进展及基础上，以安徽省 16 个地级市为例，验证了构建的基于安全视角的城市生命线工程系统的评价模型，并根据评价结果提出了提升优化安徽省城市生命线工程系统的相关积极有效措施和建议。刘莉等[7]研究了在标定城市抗震减灾能力过程中生命线系统的评价方法，并根据相关研究成果和参考相关文献，建立了评价生命线系统影响标定城市抗震减灾能力的指标体系，并且最终构建了生命线系统影响标定城市抗震减灾能力评价模型，进一步完善了城市生命线系统相关研究。
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第 2 章 相关概念及理论基础
2.1 城市生命线工程
2.1.1 城市生命线工程定义
城市生命线工程系统是构建安全城市环境和确保城市经济正常运转的坚实基础保障，可靠完整的生命线工程不仅可有效提升城市基本功能，也可稳步提升我国城市居民的生活幸福感和安全感。通过查阅和总结相关参考文献可知，城市生命线工程主要指有效保证城市区域经济和社会功能正常运行的基础性城市基础工程设施，包括交通运输、信息传播、给水排水、能源动力、生态环境以及医疗卫生等工程或者非工程设施。作为衡量城市现代化经济发展水平的关键指标之一，城市生命线工程系统庞大，各子系统相互独立又互相联系，共同为城市经济良好发展和社会稳步发展发挥功能。
2.1.2 城市生命线工程特征
2.1.1 城市生命线工程定义
城市生命线工程系统是构建安全城市环境和确保城市经济正常运转的坚实基础保障，可靠完整的生命线工程不仅可有效提升城市基本功能，也可稳步提升我国城市居民的生活幸福感和安全感。通过查阅和总结相关参考文献可知，城市生命线工程主要指有效保证城市区域经济和社会功能正常运行的基础性城市基础工程设施，包括交通运输、信息传播、给水排水、能源动力、生态环境以及医疗卫生等工程或者非工程设施。作为衡量城市现代化经济发展水平的关键指标之一，城市生命线工程系统庞大，各子系统相互独立又互相联系，共同为城市经济良好发展和社会稳步发展发挥功能。
2.1.2 城市生命线工程特征
1）复杂性
城市生命线工程涉及交通运输、信息传播、给水排水、能源动力、生态环境以及医疗卫生等工程系统，每个工程系统构成极其复杂，分为地上和地下两种工程或者非工程，每个生命线子系统若遭受外界干扰，其它生命线子系统也会不同程度造成损坏，因此，构成的生命线工程系统具有复杂性特征。
2）公共性
作为城市重要的基础设施，城市生命线工程面对的主要是日常生活在城市的居民，具有一定的公共占有性特征。城市生命线系统的所属权并不属于城市居民，但是，它的使用权归全体城市居民所有，城市居民对生命线系统工程具有相应的使用权以及知情权。
3）网络性
城市生命线工程系统之间相互连接，每个系统以网络形式发挥各自功能。城市生命线工程分布地域极其广阔，供气、供水以及通讯管线线路相互交错存在于城市地上和地下，为城市经济平稳发展和城市居民正常生活提供有效保障，确保我国城市朝着既定目标良好发展。
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2.2 韧性概述
2.2.1 韧性定义
现代城市化进程加速发展，城市作为庞大而又复杂的系统在发展过程中也表现出越来越脆弱，城市规划、城市管理以及城市运行工作的难度也在日益增加。在自然灾害频发的今天，城市任何系统遭受破坏或者不适应城市化发展进程带来的新变化，城市随时有可能出现致命的危机。人类不能构建一个没有灾害以及不遭受自然灾害侵袭的城市，而且需要构建适应自然灾害以及与自然灾害共存的城市，提升城市抵抗外来干扰的韧性度，完善城市管理工作的不足之处，从而提升城市管理以及运行的工作水平。韧性的概念最早起源于拉丁语，它起源时的本意为恢复到原始状态[29]。从 19世纪中至今，韧性概念从机械工程领域逐步应用到不同专业领域，在机械工程领域韧性表示为金属材料在遭到外界作用力发生变形后逐渐恢复的能力。在生态环境学领域，加拿大学者 Holling 首次将韧性概念应用于生态学专业领域，用来形容生态系统的稳定特征[30]。1990 年以来，关于韧性的研究逐步从自然生态学过渡到人类生态学再到韧性城市建设方面，因此，关于韧性的概念在不同领域不尽相同。
目前，在社会灾害领域，诸多专家学者关于韧性概念的界定主要表现为四种观点分别是“能力恢复说”、“扰动说”、“系统说”以及“提升能力说”这四种学说共同之处在于都认为韧性具备抵抗外界侵扰的能力，而且具有恢复到原始或者达到新状态的能力。从防灾角度来讲，韧性主要是指在突发事件来临时，城市或者社区等系统抵御、适应灾害以及并逐渐恢复的能力，可以有效减少自然灾害造成的经济损失或者人员伤亡，实现城市可持续发展。
城市生命线工程涉及交通运输、信息传播、给水排水、能源动力、生态环境以及医疗卫生等工程系统，每个工程系统构成极其复杂，分为地上和地下两种工程或者非工程，每个生命线子系统若遭受外界干扰，其它生命线子系统也会不同程度造成损坏，因此，构成的生命线工程系统具有复杂性特征。
2）公共性
作为城市重要的基础设施，城市生命线工程面对的主要是日常生活在城市的居民，具有一定的公共占有性特征。城市生命线系统的所属权并不属于城市居民，但是，它的使用权归全体城市居民所有，城市居民对生命线系统工程具有相应的使用权以及知情权。
3）网络性
城市生命线工程系统之间相互连接，每个系统以网络形式发挥各自功能。城市生命线工程分布地域极其广阔，供气、供水以及通讯管线线路相互交错存在于城市地上和地下，为城市经济平稳发展和城市居民正常生活提供有效保障，确保我国城市朝着既定目标良好发展。
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2.2 韧性概述
2.2.1 韧性定义
现代城市化进程加速发展，城市作为庞大而又复杂的系统在发展过程中也表现出越来越脆弱，城市规划、城市管理以及城市运行工作的难度也在日益增加。在自然灾害频发的今天，城市任何系统遭受破坏或者不适应城市化发展进程带来的新变化，城市随时有可能出现致命的危机。人类不能构建一个没有灾害以及不遭受自然灾害侵袭的城市，而且需要构建适应自然灾害以及与自然灾害共存的城市，提升城市抵抗外来干扰的韧性度，完善城市管理工作的不足之处，从而提升城市管理以及运行的工作水平。韧性的概念最早起源于拉丁语，它起源时的本意为恢复到原始状态[29]。从 19世纪中至今，韧性概念从机械工程领域逐步应用到不同专业领域，在机械工程领域韧性表示为金属材料在遭到外界作用力发生变形后逐渐恢复的能力。在生态环境学领域，加拿大学者 Holling 首次将韧性概念应用于生态学专业领域，用来形容生态系统的稳定特征[30]。1990 年以来，关于韧性的研究逐步从自然生态学过渡到人类生态学再到韧性城市建设方面，因此，关于韧性的概念在不同领域不尽相同。
目前，在社会灾害领域，诸多专家学者关于韧性概念的界定主要表现为四种观点分别是“能力恢复说”、“扰动说”、“系统说”以及“提升能力说”这四种学说共同之处在于都认为韧性具备抵抗外界侵扰的能力，而且具有恢复到原始或者达到新状态的能力。从防灾角度来讲，韧性主要是指在突发事件来临时，城市或者社区等系统抵御、适应灾害以及并逐渐恢复的能力，可以有效减少自然灾害造成的经济损失或者人员伤亡，实现城市可持续发展。
在灾害领域，关于韧性的关注点主要集中于城市韧性，判断城市是否可在城市遭受到外界干扰时恢复到相关指标，例如，城市的经济、人口以及生命线工程运转等。在韧性城市中，城市韧性的框架主要分为经济、工程、环境以及社会四个方面，作用机制包括承受—韧性—再造。通过韧性城市的基本框架以及作用机制，可以明确韧性城市在面对外界干扰时，关键阶段主要是韧性阶段，在该阶段虽然城市遭受的外部干扰不断增加，但是城市还可以进行某种程度的自我调整，适应新变化并在新的条件下继续发展。
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第 3 章 城市生命线工程防灾韧性度评价模型建立.........................23
3.1 城市生命线工程防灾韧性度评价一般原则.......................23
3.2 城市生命线工程防灾韧性度评价指标构建...............................24
第 4 章 城市生命线工程防灾韧性度评价模型实例验证.........................34
4.1 评价城市简介.................................34
4.1.1 基本情况............................34
4.1.2 数据来源...........................34
第 4 章 城市生命线工程防灾韧性度评价模型实例验证
4.1 评价城市简介
4.1.1 基本情况
选择具有代表性的 A 市进行城市生命线工程防灾韧性度评价研究，验证评价模型的可行性。A 市为位于该省东南部的地级市，经济生产总值多次位居所在省份首位，经济发展速度较快，城市基础设施建设较好。该市位于多条构造带的交汇之处，由于该市所处地理位置极其特殊以及地质构造极为复杂，所以时常遭受地震灾害侵袭，因此该市始终以提高城市生命线工程防灾韧性为主要发展目标，不断提高城市面对自然灾害的城市韧性。近年来，A 市城市生命线工程韧性提升工程工作不断扎实稳步推进，在全省乃至全国城市生命线工程韧性提升工程工作走在了前列，得到了各级政府的高度认可。因此，选择以评价 A 市城市生命线工程韧性度为实例，积极开展城市生命线工程韧性度评价研究工作，力争构建一套完整性、科学性、实用性以及可行性较高的城市生命线工程防灾韧性度评价指标体系，为提升我国城市生命线工程韧性度做出相应的贡献，进而提高我国城市应对突发自然灾害事件的能力。
4.1.1 基本情况
选择具有代表性的 A 市进行城市生命线工程防灾韧性度评价研究，验证评价模型的可行性。A 市为位于该省东南部的地级市，经济生产总值多次位居所在省份首位，经济发展速度较快，城市基础设施建设较好。该市位于多条构造带的交汇之处，由于该市所处地理位置极其特殊以及地质构造极为复杂，所以时常遭受地震灾害侵袭，因此该市始终以提高城市生命线工程防灾韧性为主要发展目标，不断提高城市面对自然灾害的城市韧性。近年来，A 市城市生命线工程韧性提升工程工作不断扎实稳步推进，在全省乃至全国城市生命线工程韧性提升工程工作走在了前列，得到了各级政府的高度认可。因此，选择以评价 A 市城市生命线工程韧性度为实例，积极开展城市生命线工程韧性度评价研究工作，力争构建一套完整性、科学性、实用性以及可行性较高的城市生命线工程防灾韧性度评价指标体系，为提升我国城市生命线工程韧性度做出相应的贡献，进而提高我国城市应对突发自然灾害事件的能力。
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结论
通过查阅城市生命线工程防灾韧性度相关参考文献总结国内外城市生命线工程防灾韧性研究现状，采用层次分析法、模糊综合评价以及 BP 神经网络等理论，开展城市生命线工程防灾韧性评价研究，主要研究结论如下所示：
1）在按照城市生命线工程防灾韧性度评价的一般原则以及构建评价指标的基本原则基础上，构建了以城市生命线工程防灾韧性度评价为目标层，交通运输工程系统、信息传播工程系统、给水排水工程系统、能源动力工程系统、生态环境工程系统以及医疗卫生工程系统等 6 个城市生命线工程子系统为准则层，23 项评价指标为指标层的城市生命线工程防灾韧性度评价指标体系。
2）通过采用专家调查问卷的方法以及层次分析法理论计算了准则层以及指标层的综合权重。此外，构建了以模糊综合评价结果为实际值，基于 BP 神经网络的城市生命线工程防灾韧性度的评价模型，并通过公式法以及比较法分别确定了评价模型的训练算法为 Levenberg-Marquardt 以及隐含层神经元个数为 14 个。
通过查阅城市生命线工程防灾韧性度相关参考文献总结国内外城市生命线工程防灾韧性研究现状，采用层次分析法、模糊综合评价以及 BP 神经网络等理论，开展城市生命线工程防灾韧性评价研究，主要研究结论如下所示：
1）在按照城市生命线工程防灾韧性度评价的一般原则以及构建评价指标的基本原则基础上，构建了以城市生命线工程防灾韧性度评价为目标层，交通运输工程系统、信息传播工程系统、给水排水工程系统、能源动力工程系统、生态环境工程系统以及医疗卫生工程系统等 6 个城市生命线工程子系统为准则层，23 项评价指标为指标层的城市生命线工程防灾韧性度评价指标体系。
2）通过采用专家调查问卷的方法以及层次分析法理论计算了准则层以及指标层的综合权重。此外，构建了以模糊综合评价结果为实际值，基于 BP 神经网络的城市生命线工程防灾韧性度的评价模型，并通过公式法以及比较法分别确定了评价模型的训练算法为 Levenberg-Marquardt 以及隐含层神经元个数为 14 个。
3）以我国 A 市城市生命线工程防灾韧性度评价为例，通过收集评价指标原始数据以及训练 BP 神经网络城市生命线工程防灾韧性度评价模型可知，2011 年至2016 年评价等级均为良好，2017 年 A 市的城市生命线工程防灾韧性度评价等级为优秀。从评价得分角度分析，与模糊综合评价模型的评价得分（真实值）相比最大误差以及最小误差分别为 4.21%和 0.18%。由此可知，该评价模型的评价结果和 A市城市生命线工程防灾韧性度现状水平差异性较小，进一步验证了 BP 神经网络城市生命线工程防灾韧性度评价指标体系的合理性以及评价模型的有效性和适用性，为城市生命线工程防灾韧性度相关研究提供了较强的理论支持，促进了我国城市韧性城市建设以及城市经济和社会良好发展。
参考文献（略）
参考文献（略）