城市一旦发生地震等自然灾害,如果没有有效的灾害应急管理,对城市可能造成毁灭性的灾难。本文研究了在考虑避难需求变化情况下的城市应急避难场所布局规划问题,以期增强城市抗灾能力,减少人员财产损失。1、分析了地震发生后城市居民避难行为的特征,提出了一种估算灾后避难需求变化的方法。首先,分析了工程技术(地质条件和地理环境、地震灾害等级等)、人因(受灾人群的忍耐断水断电的能力和避难选择行为)等因素对应急避难需求变化的影响。其次,根据工程、人因等因素影响,提出了一个估算应急避难需求的方法。最后,以上海市城区为案例进行研究,结果表明,提出的方法与只考虑建筑结构因素的方法在最终的避难人数估计上有很大差异。2、构建了一个考虑避难需求变化的城市应急避难场所两阶段布局规划模型,并开发一个新型的相对熵-局部搜索混合启发式算法。首先,构建了一个城市应急避难场所两阶段布局规划模型。第一阶段先以应急避难场所的总建设成本最小为优化目标对应急避难场所的选址进行建模,第二阶段以避难者的总疏散距离最小为优化目标对避难者的疏散分配进行建模。其次,开发了一种相对熵-局部搜索混合启发式算法,能够有效求解大规模整数规划问题,算例结果表明:与最优解的差距控制在5%以内。最后,以上海市中心城区为例,提出了一种应急避难场所布局规划方案。3、构建了建设成本最小、避难者生存数量最大的城市应急避难所多目标布局规划模型,开发了一个基于非支配排序的粒子群多目标优化算法。首先,构建了一个同时考虑建设成本最小和避难人数生存数量最大的城市应急避难所多目标布局规划模型。其次,基于帕累托最优策略和可行性规则,开发了一个非支配排序粒子群优化算法。最后,以上海市徐汇区为例,提出了应急避难场所布局规划方案的一组帕累托最优解。4、构建了城市应急避难场所两阶段层次布局规划模型,开发了混合相对熵方法和带有“交换”分配的启发式算法。首先,分析了应急避难需求随时间变化的层次性特征,估算了不同层次的最大避难需求。其次,构建了具有嵌套层次结构的应急避难场所布局规划模型和避难者疏散分配模型。再次,开发了求解应急避难场所选址模型的相对熵算法和求解避难者疏散分配模型的“交换”分配启发式算法。最后,以上海市徐汇区为例进行实证分析,结果表明:与现行的恒定避难需求相比,考虑避难需求变化的应急避难场所两阶段层次布局规划方案的建设总成本低28.9%、避难者避难期内平均疏散距离小11.9%。