摘要：基础设施体系关联日渐紧密，给灾害下基础设施的防护问题带来了新的挑战。韧性视角相比风险、脆弱性等概念能够将灾前防护、灾时响应、灾后恢复统一衡量，是学者关注的重点。本文总结了灾害下韧性评估的几种代表性方法，依靠历史灾害数据和相关专家评估的经验方法，以复杂网络理论为基础的拓扑网络方法，考虑基础设施体系运行实际的系统动力学方法，以经济视角反映灾害程度的投入——产出经济学方法。同时，对未来灾害下韧性评估研究方向进行了展望。
关键词：关联；基础设施；韧性；恢复力；灾害
引言
基础设施安全关乎城市的稳定，是现代城市运行和发展的基础。近年来，频频发生的各类自然灾害与蓄意攻击，使灾害下基础设施防护问题越来越受到重视。“韧性”概念能够将体系的灾前防护、灾时响应、灾后恢复在统一的尺度下进行评估，帮助决策者合理的制定策略分配资源，成为学者们研究的热点之一。
现今，研究单一基础设施的韧性已不能满足时代发展的需求。随着各类基础设施体系规模不断扩大，职能不断完善，基础设施之间的联系也变得愈发密切，进而形成了一个高度依赖的关联体系，这让我们在日常生活中获取更多便利，有效整合了资源，但同时也带来了类似“经济全球化”那样的问题——“级联失效”。体系中的某些重要单元一旦丧失功能，带来的后果将被极大地放大，这种影响往往不仅在本体系内，还会波及与之相关联的其他基础设施体系。基础设施关联性将极大地增加体系毁伤后果的严重性和复杂性，且使各类基础设施体系的韧性研究更加复杂。从21世纪初开始至今，灾害下城市关联基础设施韧性评估方法研究已取得了诸多进展，主要包括经验方法、拓扑网络方法、系统动力学方法和投入——产出经济学方法等。
一.经验方法
经验方法根据历史事故或灾难数据以及专家经验来分析关联基础设施的相互依赖性，进而进行关联基础设施的韧性分析。经验方法主要用于处理城市整体韧性，将城市中供水网络体系、电力供应体系、通信体系、交通运输体系等多种体系及其之间的相互联系考虑在内。Chang和Mcdaniels等[1]提出专家评估方法，以供分析人员评估灾难下基础设施的脆弱性和韧性。在地震和洪水灾害的背景下，该方法已在加拿大大温哥华市得到验证。但是依据历史灾难数据和专家经验对关联基础设施体系进行韧性研究，需要大量依赖专家主观经验，这些主观经验一旦出现重大偏差，就会较大地影响研究结果[2]。
二. 拓扑网络方法
用拓扑网络模拟基础设施之间的关联关系是现在较为普遍的研究方法。此方法采用复杂网络理论模拟关键基础设施体系内部及体系之间的相互作用关系。对于基础设施内部具有某一特定功能的实体，比如电力网络的变电站，燃气网络中的分输站，供水网络中的加压站，均将之视为拓扑网络中的节点。对于基础设施内部以及各个体系之间的关联关系，将之视为网络中的边。由此将关联基础设施体系的韧性研究转化为复杂网络理论的研究问题。
Buldyrev等[3]从网络结构连通性的角度对关联基础设施体系分析建模，这种拓扑方法简单易行，对所有基础设施体系具有普适意义。不过，这同时也暴露了未能考虑各类基础设施体系自身特性的缺点，这会在研究关联基础设施体系时被极大放大。举个简单的例子，像供水管网和电力网络的运行方式差别较大，将发电站、变电站、母线等和供水泵站当作一样的节点考虑连通性难免有失偏颇。
三.系统动力学方法
用系统动力学方法对关联基础设施进行韧性评估是一种充分考虑各类基础设施自身特点的方法。
系统动力学源于系统科学理论，同样也是管理科学的分支，主要研究系统结构与反馈行为。相较于从网络结构连通性角度出发，系统动力学模型是对现实进行理论抽象的产物，模型不仅是对基础设施结构的一种静态复制，还能模拟基础设施体系的运行机制，对各种内外部刺激做出反应，因而可以用于灾害下基础设施的模拟与预测[4]。
CIP/DSS (Critical Infrastructure Protection/Decision Support System)工具是系统动力学方法研究基础设施相互依赖性的成功应用。该工具是由Los Alamos，Sandia和Argonne国家实验室在功能建模和非线性优化技术的协助下共同开发的[2]。它能够使决策者确定灾害下基础设施破坏可能带来的后果，探索造成这些后果的原因机制，并分析针对特定灾害的应急修复措施。
不过，用系统动力学方法分析关联基础设施体系同样存在着一些问题。对系统变量进行因果关系的分析，形成因果关系图，这是系统动力学方法的重要环节。因果关系图有助于理清基础设施体系变量间的逻辑关系，是模拟仿真的基础。但由于因果关系图是基于相关专家研究确立，难免出现细节关联未经考虑的误差。同时，要想建立在一定程度内代替现实基础设施体系的仿真模拟，模型中的许多功能参数需要校准，这需要大量系统运行维护数据，如电力网络中的电压参数，燃气网络中的气压参数等。但实际上，由于多种原因（例如安全因素等），基础设施体系的精准运行维护数据较难获取。
四.投入——产出经济学方法
经济投入产出相互依赖性模型是关联基础设施管理者了解灾害事件经济影响的快速决策工具，其能够模拟和计算灾害对经济扰动产生的连锁反应和波及效应，从而清晰反映产业部门的损失，相比其他经济学模型（可计算一般均衡模型等），投入——产出经济学模型对经验数据需求少，方便使用。
但是投入——产出模型也有其局限性。这种经济角度评估方法未能关注基础设施体系之间的关联关系，这对具体灾后修复灾前防护工作的开展缺少借鉴意义。同时，利用投入产出模型进行关联基础设施经济损失评估，需要进行一些假设，如同质性假设、比例性假设等，这与现实情境存在差异。
五.结语
以关联基础设施为对象进行评估研究，必将是未来研究城市基础设施韧性的大势所趋。考虑现有各种韧性评估方法的局限性，未来的韧性评估模式将是多种方法的优势互补，从而将主观人为因素的概率降至最低。同时，现有的韧性评估方法大都依靠准确的动态数据支撑，这就需要基础设施运行维护人员与科研工作者互相合作，建设更加安全、更具韧性的基础设施体系。
参考文献
[1] Chang S E, Mcdaniels T, Fox J, et al. Toward disaster-resilient cities: characterizing resilience of infrastructure systems with expert judgments[J]. Risk Analysis, 2014, 34(3):416–434.
[2] Ouyang M. Review on modeling and simulation of interdependent critical infrastructure systems [J]. Reliability Engineering & System Safety, 2014, 121:43–60.
[3] Buldyrev S, Parshani R, Paul G, et al. Catastrophic cascade of failures in interdependent networks[J]. Nature, 2010, 464:1025–1028.
[4]万励, 金鹰. 国外应用城市模型发展回顾与新型空间政策模型综述[J].城市规划学刊，2014, 1:81-91.