城市防灾基础设施功能安全内涵及其影响因素分析

1、城市防灾基础设施功能安全内涵及其影响因素分析1 引 言 现代化城市具有生产集中、人口集中、建造集中和财宝集中等基本特点，城市功能表现出高相关性和依靠性，灾难危急源多，关联性强，易引发次生灾难，致使受灾持续时光和灾后恢复时光过长，综合损失迅速增长。 如表 1 所示，20222022 年洪涝、旱灾、火灾和地震等灾难对我国造成的损失居高不下，2022 年损失更是远超常年，城市灾难凸显。提高城市防灾功能水平具有现实迫切性。能持续满意功能要求的基础设施是城市系统正常运行的基础1，作为城市基础设施的重要组成部分，城市防灾基础设施具有抵御突发灾难的功能，有效满意该功能要求是最经济、最平安又非常有效的防灾减灾

2、措施，是提高城市和区域防灾水平的基础。因此，研究和评价城市防灾基础设施的功能平安，对城市防灾减灾具有重要作用。 表1 20222022年全国灾情比较 2 城市防灾基础设施功能平安内涵分析 2.1 功能平安相关问题研究综述 国内外学者对防灾基础设施功能平安问题研究较少，也没有明确的定义，关于功能平安（functional safety）的研究主要集中在工业工程和土木工程领域。在工业工程领域，史学玲、邓意3认为功能平安是以系统功能的牢靠执行来保证平安，即通过合适的技术与管理措施，把平安相关系统的整体风险控制在要求的目标之内；IEC 61508 标准4定义功能完整性水平为一定时光、一定条件下，平安系

3、统能执行规定的平安功能的概率；蔡天富、张景林5提出用平安性表示平安系统的某一平安因素在某一等级耗散结构下完成规定平安功能的能力，用尽成其平安功能的概率即平安度来量化平安性，并提出以系统熵分析平安度可以解释和判定平安系统的稳定性。在土木工程领域，工程结构设计的目的是在一定经济条件下，保证结构在预定的使用期限内能满意所预期的平安性、适用性和耐久性等各种功能要求，对这些功能的度量称为结构的平安度，即结构在规定时光内、规定条件下完成预定功能的概率6。工程结构设计以结构抗力和荷载效应为综合基本变量建立结构功能函数，以牢靠度理论综合运用概率论、数理统计和随机过程等数学方法定量计算结构平安度7。 综上所述，

4、目前关于功能平安的研究仅仅关注工程领域，鲜见城市防灾基础设施功能平安研究。作为提高城市防灾水平的基础，界定防灾基础设施功能平安内涵、研究和评价全寿命周期内的功能平安问题，可以丰盛和进展功能平安理论体系，也将推进城市防灾减灾策略的进展。 2.2 城市防灾基础设施功能平安内涵 同工程结构和各种平安系统一样，城市防灾基础设施建设的首要目的是保证在一定条件下，满意预定的功能要求。笔者认为，城市防灾基础设施的功能平安可以定义为：防灾基础设施建设满意规定设防标准，通过合适的技术与管理措施，有效执行系统功能，预防灾难发生或使灾难降低在预定水平之内。一旦防灾基础设施功能在任何环节上滞后或失效，一次寻常的灾难，

5、都可能导致城市遭遇巨大灾害。城市防灾基础设施功能不仅体现在具备抵御突发灾难的能力，而且在全寿命周期内，具有满意城市经济社会进展的动态需求，保障城市系统正常运转和促进城市持续进展的能力。 从系统科学角度，城市防灾基础设施主要包括城市抗震防震设施、城市防洪排涝等防汛设施、城市消防设施、城市人防战备设施8和城市救灾生命线工程等，是一个多要素、多层次的大系统。 城市抗震防震设施功能平安，应指建造物或其他构筑物的抗震设防满意该地要求，避震疏散通道和疏散场所等切实可用，当遭受小震影响时，城市功能正常，建造风貌保持完好，建设工程一般不发生破坏，人民生产和生活基本不受影响；当遭受中震影响时，城市生命线工程系统

6、和重要设施基本正常，一般建设工程可能发生破坏但基本不影响城市整体功能；当遭受大震影响时，重要建造、大型公共设施和小学等人员密集建造基本不发生危及生命平安的破坏，要害系统和城市生命线工程系统不遭遇严峻破坏，不发生严峻的次生灾难，城市功能基本不瘫痪。 城市防汛设施功能平安，应指水库、堤防、蓄滞洪区、排洪沟渠、防洪闸和排涝设施等防汛工程设施符合规定设防标准，汛期来暂时，能有效供应抵御灾难的功能，削减洪涝灾难给人民的生命财产、社会经济、生态环境等方面带来的损失，充分发挥水利工程的保障作用。 城市消防设施功能平安，应指城市总体布局、功能分区、消防站设置、消防车通道、消防给水和消防通讯等方面符合消防平安的

7、要求，排解隐患，当发生火灾时，能快速控制并尽可能排解事故造成的危害，为城市人民的生产发明良好的平安环境。 城市人防战备设施功能平安，应指已修建或使用的人防工程设施保持良好状态，平时能满意城市动态需求，在灾难来暂时能有效掩蔽人员和供应物资等，增加城市防备自然灾难和突发事故灾难的能力，削减对城市生活生产造成的损失，确保城市正常运行。 城市救灾生命线工程设施功能平安，应指电、水温和等生命线和设备系统后备充沛，具有一定自我保障能力，不因灾难影响而导致囫囵城市功能瘫痪。 城市防灾基础设施系统是一个多要素、多层次的复杂大系统，在高度集中的城市化区域里，各要素的功能平安严峻影响囫囵体系的功能平安。只要各要素

8、都能有效满意其功能平安，发生灾难或引发次生灾难时，囫囵系统仍能满意防灾要求，城市平安就有了保障。 3 基于 ANP 的城市防灾基础设施功能平安影响因素分析 3.1 城市防灾基础设施功能平安的ANP结构 城市基础设施包括城市能源动力系统、城市水资源系统、城市道路交通系统、城市邮电通信系统、城市生态环境系统和城市防灾系统。人们通常只重视能直接带来经济效益的项目，如道路、能源等，轻蔑防灾基础设施的建设，导致我国城市整体防灾抗灾能力不强、防灾基础设施功能平安存在问题。影响城市防灾基础设施系统功能平安的因素众多，这些因素具有随机性、迷糊性和动态性特征，务必系统全面地加以考虑，进而合理选取一些互相联系的指

9、标作为综合分析的依据。对于大型建设工程项目，从全寿命周期角度考虑问题具有整体性、全面性、系统性的优点9，因此，应以全寿命周期管理理念为指导，分析城市防灾基础设施在计划、设计、建设、运营和维护过程中影响其功能平安的因素。因为防灾基础设施大系统中各要素在全寿命周期的每一阶段都存在影响其功能平安的因素，各内部元素之间可能是依存的，互相影响、互相支撑，低层元素对高层元素亦有支配作用，即存在反馈，因此囫囵防灾基础设施系统的功能平安问题具有复杂的网络结构特征。 常规的层次分析法 （AHP，Analytical HierarchyProcess）在系统决策分析中得到了广泛应用，其核心是将系统划分层次，综合运

10、用定性和定量指标，集成专家的学问和阅历，但是只考虑了上层元素对下层元素的支配作用，认为同一层次中的元素彼此自立，这种递阶层次结构给处理系统问题带来了便利，却限制了它在复杂决策问题中的应用；网络分析法（ANP，Analytic Network Process）在 AHP 的基础上充分考虑系统内部诸要素的层次性、依靠性、反馈性及完整性，利用超矩阵对各互相影响的因素举行综合分析得出其混合权重，这种网络结构给处理复杂问题带来了便利，可以利用它来精确描述城市防灾基础设施功能平安的层次结构。 ANP 法将系统元素划分为两大部分10。第一部分为控制层，包括问题目标及决策准则。全部的决策准则均被认为是彼此自立，只受目标元素支配，每个准则的权重均可用传统 AHP 法获得。其次部分为网络层，由受控制层支配的全部元素组成，内部是相互影响的网络结构。 以城市防灾基础设施功能平安为目标，基于系统构成分析