基于系统动力学的城市交通运输类基础设施韧性研究

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随着城市化的持续推进,人口、资源等要素不断往城市群和都市圈集聚,城市越来越成为一个精密、庞大而复杂的个体。伴随着城市化水平的提高,城市所面临的内外部风险也日渐扩大,这些风险常常难以预测且无法避免。如何应对不确定性冲击,成为城市发展的新议题。在此背景下,强调“耐灾”能力的韧性城市提供了新的发展思路。城市基础设施是城市的骨架,也是风险来临时最主要的承载体,城市基础设施的韧性是城市韧性的重要组成部分。其中,交通运输类基础设施是最易受损的关键基础设施之一,关系到提供进入受灾地区的通道以支持灾后的紧急响应和长期恢复工作,是城市功能得以正常运转的重要前提。城市交通运输类基础设施韧性提升对城市综合韧性提升起到了关键作用。本文深入分析了国内外城市及交通基础设施韧性问题的研究现状,发现大多数学者在研究交通基础设施韧性时常常基于单一的工程学视角,专注于研究基础设施的功能随时间变化的曲线,而忽略了对引起系统韧性变化的因素及因素间的相互关系的讨论。韧性作为交通运输类基础设施系统的一种内在属性,具有丰富的内涵。对韧性问题的研究有助于发现和解决城市交通运输类基础设施系统内部的不合理问题,提升城市交通运输类基础设施的耐灾能力。本文运用复杂系统理论和韧性理论,首先从“抵抗、恢复、适应”三个过程维度对城市交通运输类基础设施韧性进行了初步分析。其次分析了不同阶段下的韧性特征,其中,抵抗阶段的韧性特征主要表现为健壮性、连通性、冗余性,恢复阶段的韧性特征主要表现为主体性、协作性、制度化,适应阶段的韧性特征主要表现为智慧性、多样性、模块化。接着根据上述韧性特征识别主要的韧性驱动因素:在抵抗韧性阶段,健壮性对应的驱动因素为交通基础设施的投入规模和养护程度及道路压力,连通性对应的驱动因素为支路与主路的比例,冗余性对应的驱动因素为路网密度;在恢复韧性阶段,主体性对应的驱动因素为政府机构救灾管理能力和社会力量救灾参与水平,协作性对应的驱动因素为灾害演练次数和城市户籍人口,制度化对应的驱动因素为应急管理规范的精细程度和执行水平;在适应韧性阶段,智慧性对应的驱动因素为科技研发投入规模与科技成果应用转化率,多样性对应的驱动因素为出行需求多样性和出行供给多样性,模块化对应的驱动因素为多功能组团尺度。根据上述建立的韧性研究分析框架,借助系统动力学方法进一步分析韧性驱动因素间的作用机理和互动路径,从而构建了城市交通运输类基础设施韧性系统因果回路模型和存量流量模型,并以大连市交通运输类基础设施韧性系统为例进行仿真,得出如下结论:(1)在一个经济持续增长、人口持续流入的城市,其交通运输综合韧性呈稳步提升的趋势。(2)可以通过提升路网中支路与干路的比例来提升抵抗韧性,通过增加灾害演练次数和社会力量救灾参与水平来提升恢复韧性,通过提高科技成果应用转化率来提升适应韧性。(3)在韧性的三个过程维度中,恢复韧性对综合韧性的提升效果最好,其次是适应韧性,最后是抵抗韧性,未来应当重视系统恢复韧性和适应韧性的建设。本文将韧性过程维度和韧性特征维度整合到一个系统中,运用系统动力学的方法动态分析了城市交通运输类基础设施韧性驱动因素之间的相互作用关系,弥补了相关研究忽视构成基础设施韧性的因素及因素间的相互关联的不足。但是城市交通运输类基础设施韧性系统是一个有着众多影响因素的复杂耦合系统,模型结构和变量定义仍有一些尚待完善之处,可在后期作出改进以提高模型的适用性,为城市其他类型的基础设施韧性研究提供参考思路,为城市韧性研究提供支撑。
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