城市地下空间恢复韧性发展策略研究_路德春.pdf

城市地下空间恢复韧性发展策略研究DOI 10.15302/J-SSCAE-2023.01.013城市地下空间恢复韧性发展策略研究路德春 1，廖英泽 1，曾娇 2，江媛 2，王国盛 1，秦博宇 3，杜修力 4（1.北京工业大学城市建设学部，北京 100124；2.中国工程院战略咨询中心，北京 100088；3.西安交通大学电气工程学院，西安 710049；4.北京工业大学，北京 100124）摘要：防灾减灾理念及其运用在城市地下空间发展过程中发挥了一定的安全保障作用，但在自然风险和工程安全风险交织的背景下，无法全面满足城市地下空间未来发展需求；转向以“适灾”为导向的韧性防灾减灾理念，重视城市地下空间的灾后恢复韧性，成为未来发展亟需。本文分析了恢复韧性的内涵和影响因素，从工程、非工程角度阐述了国内外恢复韧性相关研究；重点从结构体系、评价方法、管理机制、空间规划、应急预案等方面，剖析了我国城市地下空间韧性发展现状。研究提出了“三阶段+评价体系”的城市地下空间恢复韧性发展策略，将灾后恢复过程划分为应急救援、恢复重建、规划适应三阶段，分别给出各阶段的恢复目标并为城市地下空间恢复韧性评价体系建设提供依据。研究建议，健全城市地下空间管理规章与应急预案，提高城市地下空间韧性规划水平，推动城市地下空间管理智能化，以促进城市地下空间恢复过程的有序与高效。关键词：城市地下空间；防灾减灾；适灾；恢复韧性中图分类号：TU28 文献标识码：ADevelopment Strategy for Recovery Resilience of Urban Underground SpaceLu Dechun 1,Liao Yingze 1,Zeng Jiao 2,Jiang Yuan 2,Wang Guosheng 1,Qin Boyu 3,Du Xiuli 4(1.Faculty of Architecture,Civil and Transportation Engineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China;2.Center for Strategic Studies,Chinese Academy of Engineering,Beijing 100088,China;3.School of Electrical Engineering,Xian Jiaotong University,Xian 710049,China;4.Beijing University of Technology,Beijing 100124,China)Abstract:The concept of disaster prevention and mitigation is vital for the safe development of urban underground space.Considering the coexistence of natural and engineering safety risks,the concept needs to be improved for further development of the urban underground space,and it is imperative to follow a disaster-adaptation-oriented concept that emphasizes post-disaster recovery resilience of the urban underground space.This study analyzes the implications and influencing factors of recovery resilience and summarizes the research on recovery resilience from the engineering and non-engineering perspectives.Moreover,the development status of recovery resilience research is analyzed from the aspects of structural system,evaluation method,management mechanism,space planning,and emergency plan.On this basis,a strategy that consists of three stages and an evaluation system is proposed;it categorizes post-disaster recovery into three stagesemergency rescue,recovery,and plan adaptationand proposes recovery goals for each stage,providing a basis for the establishment of a recovery resilience evaluation system for the urban underground space.收稿日期：2022-11-27；修回日期：2022-12-29通讯作者：江媛，中国工程院战略咨询中心副研究员，研究方向为交通与建造领域发展研究；E-mail:资助项目：中国工程院咨询项目“城市地下基础设施低碳发展战略研究”(2022-XY-76)本刊网址： 2023 年 第 25 卷 第 1 期Furthermore,we suggest that the management regulations and emergency plans of the urban underground space should be optimized,the resilience planning improved,and intelligent management promoted,thereby realizing the orderliness and high efficiency of urban underground space recovery.Keywords:urban underground space;disaster prevention and mitigation;disaster adaptation;recovery resilience一、前言在自然灾害和工程灾害频发的背景下，韧性成为城市防灾减灾的主要目标，“十四五”规划纲要将其列为城市发展的新理念和新目标。党的二十大报告提出，提高城市规划、建设、治理水平，加强城市基础设施建设，打造宜居、韧性、智慧城市。城市地下空间作为开展城市建设、实施城市更新的重要方面，发展速度快且开发力度大，有关法律法规持续完善，施工技术不断创新，治理水平显著提升1；累计建设面积为2.4109 m2（截至2020年年底），“十三五”时期新增建设面积1.33109 m2，规模世界领先2。需要注意到，开发利用城市地下空间在缓解城镇化发展中交通拥堵、环境污染、人地矛盾等方面发挥了积极作用，但面临更为严峻的自然灾害风险和工程安全风险2。当前，城市地下空间相关的规划与规范仍以抗灾能力作为主要设计目标，建造的结构可以抵抗中小型灾害风险；但针对大型或极端环境引起的灾害风险，需要更高的设计标准及配套的管理举措。随着极端天气的趋频、趋强，单纯提高设计标准的防灾措施显然是不切实际的，因而考虑城市地下空间的灾后恢复能力成为必然。城市地下的各类基础设施受灾后，可能造成通信、供电、供水等基本服务的中断，进而加剧城市恢复的难度，因而提升城市地下空间恢复能力是韧性城市建设的重要内容。然而，已有的城市地下空间韧性研究，以抗力韧性居多而缺少恢复韧性3。结构设计理念较多围绕保证结构安全的边界安全问题而发展4，容许应力、荷载抗力分项系数等传统设计发展为基于性能的设计、鲁棒性设计57。在韧性理念提出后，结构设计理念转向基于韧性的设计趋势有所增强8。在结构运维方面，城市地下空间在韧性城市建设中发挥重要作用成为共识：平时提高城市居民生活质量9，灾时保障人员和信息的高效流动10。为了提升城市地下空间的整体韧性水平，亟需探索城市地下空间恢复韧性发展策略。本文在分析恢复韧性的内涵和影响因素、梳理城市地下空间恢复韧性发展现状及存在问题的基础上，提出城市地下空间恢复韧性提升的三阶段发展策略，以期为城市地下空间灾后恢复研究与建设提供基础参考。二、恢复韧性的内涵及其影响因素（一）恢复韧性的内涵韧性是一种抵抗外部冲击、扰动等不利作用并从中快速恢复的内在能力，在不同学科中的具体含义不同1114。韧性包含抵抗、恢复两个阶段，因而可分为抗力韧性、恢复韧性15：前者指系统抵抗灾害作用的能力，要求系统功能损失至一定水平后仍能保持其关键功能不丧失；后者指系统功能损失后，通过自身恢复、外部工程措施等使系统功能恢复至原有水平的能力。传统的防灾减灾理念通常将灾害风险、作用对象割裂开来，主要通过抵抗不利作用来实现安全目标，单纯强调抗力韧性（即“抗灾”）。以韧性为导向的防灾减灾理念，则在传统理念中融入恢复韧性，强调抵抗与恢复的有机结合（即“适灾”）。可以看出，恢复韧性是被动防灾转向主动防灾的关键，涉及两类影响因素：恢复的技术和方法，为工程影响因素；通过人员、经济、管理等措施保障恢复过程的有序进行，为非工程影响因素。相较于抗力韧性，恢复韧性更注重非工程因素和灾后过程，采取更为宏观的视角看待城市地下空间的韧性发展。明确恢复韧性的内涵及其影响因素，是研究恢复韧性发展策略的前置条件。（二）工程影响因素对于地上建筑结构，工程设计单位开始意识到恢复韧性的重要性，将恢复韧性融入建筑结构的设计过程16。针对地震灾害的“四水准”抗震设防理念成为共识，以此理念为导向的可恢复功能结构体系研究相对成熟17。可恢复功能结构体系在遭受地震作用后无需修复或简便修复后，可恢复至原有完039城市地下空间恢复韧性发展策略研究备功能状态并快速投入使用：摇摆结构，放松基础对地上结构部分的自由度约束，使地上结构在地震作用下可摇摆或可竖向抬升，由此耗散地震输入的能量、限制结构的变形；自复位结构，在保证传力的基础上，放松梁柱或柱脚的约束，避免梁柱或柱脚出现塑性变形；可更换结构，集中承担结构的损伤，减少主体结构其余部件的损伤程度，保证主体结构的功能完整性；附加耗能装置，将地震输入的能量集中在可更换的阻尼装置中并进行耗散。可更换构件、附加耗能装置是可恢复功能结构体系的核心，与摇摆结构、自复位结构组合后，既可保障结构安全，又能实现灾后结构快速恢复，从工程角度充分体现了恢复韧性的内涵。在提升工程结构的恢复韧性设计之外，工程设计单位研究并量化地上建筑结构的恢复过程，提出相应的评价指标体系，主要包括恢复时间、恢复成本、人员伤亡等指标。例如，美国联邦应急管理局（FEMA）提出了更新后的建筑抗震性能评估方法（FEMA-58）18，将灾后恢复过程纳入地上建筑结构的韧性评价范畴，可据此量化建筑结构的震后危险等级、恢复时间、恢复成本、人员伤亡等。英国奥雅纳公司（Arup）提出了基于韧性的地震设计计划（REDi）19并据此开展建筑结构韧性评级；在FEMA-58的基础上，REDi计入了检查、获取资金、动员人员等活动造成的停滞时间，改进了恢复时间的计算方法。建筑抗震韧性评价标准（GB/T 385912020）8结合国情改进了韧性评价方法，分别对灾后恢复时间、恢复成本、人员伤亡进行评级，将三者中的最低等级作为韧性等级。（三）非工程影响因素建筑结构灾后的快速恢复，离不开社会、经济、管理等非工程因素的保障。Arup构建了城市韧性框架和韧性指数，从健康与福祉、经济与社会、基础设施