陶西贵樊成飞黄自力（工程兵科研四所，北京100850）
摘要针对城市生命线系统易损性评估对象复杂、指标层次多、涉及专业领域广等问题，在分析城市生命线系统易损性评估技术框架的基础上，提出了城市生命线系统目标的特性描述及建模方法。探讨了基于毁伤树的易损性评估流程、指标选取与度量方法、评估系统功能需求等技术问题，以期为进一步开展城市生命线系统易损性评估工作提供理论支持。
关键词城市生命线；易损性分析；评估技术；系统目标
城市生命线是指维系城市功能、保障城市运转的电力、供水、燃气等系统的统称[1-2]，具有组成单元分布广、关联性强、影响范围大等特征。随着信息化武器装备的发展，战争形态正向信息化战争转型，城市将是作战双方较量的重要战场。供电、供水等系统是维持城市各功能要素正常运转的基础，对保存战争潜力和支撑民心士气具有十分重要的作用。
一般而言，自标易损性是指针对特定的攻击武器,在某一弹目交汇情况下该目标对毁伤的敏感性，易损性越高,其被毁伤的可能性就越大[3]。目标易损性与战斗部威力（V/L)是从防与攻两个角度对同一毁伤物理过程进行的诠释。20世纪初，美军就系统开展了战场目标的V/L问题研究，成立了弹药效能/目标生存能力联合技术协调组,进行相关研究和协调工作14]，制定了标准化工作流程和规范，如《指挥官联合作战损伤评估手册》《目标选择与打击联
合条令》等。国内在重要目标抗核武器毁伤、常规武器的硬毁伤等方面取得了大量的研究成果[5-7]，为目标易损性评估积累了宝贵经验。
针对新形势下城市生命线可能面临的威胁,对城市生命线系统目标易损性进行评价与估量，查找关键部件与环节，是实施城市生命线规划布局、防护方案设计、抢修恢复技术研发以及领率机关进行指挥决策的迫切需求。本文在系统梳理城市生命线易损性评估技术框架的基础上，分析与探讨城市生命线特性描述、评估方法、评估系统等技术问题，为科学开展城市生命线易损性评估提供技术支持。
1评估技术框架分析
城市生命线是由多个子目标构成的目标系统,其整体功能会因子目标的毁伤而受到损伤；所以,对于城市生命线的易损性分析与评估,更多的
是关注其整体功能对武器威胁的敏感性，也就是整体功能的损毁程度。例如，城市供电系统在遭敌精确打击后供电能力下降程度如何，持续多长时间，其供电能力能否满足城市的电力保障需求等，其需要关注的是组成部件或单元破坏对整体功能的影响。
城市生命线系统易损性评估是一项技术性很强的工作，涉及作战指挥、土木工程、弹药工程、野战医学等多个专业领域。主要研究内容包括工程目标特性分析与毁伤准则建立、武器战斗部威力分析与计算、毁伤效应试验与计算、综合毁伤评估等方面。根据研究重点和关注点不同,其内容有时出现交叉。
依据评估任务，既可以把城市供电、供水、供气等系统作为一个整体进行评估，也可以单独对子系统进行评估，以满足不同层次的需求。
基于Ozilin和Deitz提出的易损性分析空间概念[8],城市生命线系统易损性评估技术研究框架总体上可分为毁伤过程描述、毁伤效能评估度量、试验与映射算子3个相位,其评估技术框架如图1所示。毁伤过程描述是将易损性分析过程划分为4个空间层次，每个空间层次有相应的评估流程、信息获取及计算方法等。以毁伤过程描述为基础，可进一步分成毁伤评估流程、信息获取与计算方法2个相位，以便更好地进行评估技术分析。
图 1 城市生命线系统易损性评估技术框架
2城市生命线特性描述
目标特性分析是目标易损性评估的首要工作。根据易损性评估任务需求和不同的应用层次，研究城市生命线特性重点关注物理、功能、毁伤、环境等方面特性。
2.1城市生命线系统主要特性
物理特性，用于描述目标几何形状、结构材料、空间分布、工程构件等固有不变的基本特征,其可以通过采用相应的测量设备方法获取。目标功能的复杂性决定了目标结构的复杂性，目标的各种功能必须通过分系统及其相应的物理零部件协调运转完成。
功能特性，用于描述目标完成既定任务应具有的能力。对城市生命线系统功能特性的认识非常关键,直接影响易损性评估的结果。功能特性主要包括目标的核心功能组成、功能指标、功能分解、功能
关联性等。由于现代战场环境的复杂性，目标必须具备许多相应的功能才能顺利完成其作战任务。
毁伤特性,用于描述目标受到毁伤后,在物理及功能方面下降以及对上一级目标功能影响的特性。主要包括物理毁伤状态、毁伤等级、毁伤模式、毁伤指标和阈值，以及功能毁伤与物理毁伤关联性、毁伤计算方法和算子等。其中物理毁伤状态通常可以通过观察或测量等方法获得。功能毁伤状态是利用物理特性到功能特性的映射关系，通过一定方法，如目标模拟法、毁伤树法等获得。
此外，对城市生命线而言，地下单元被覆层厚度、地形情况等环境特性对单元目标的毁伤影响也有很大影响。环境特性主要包括伪装情况、地形地貌、电磁环境等方面。
2.2城市生命线系统特性描述
由于城市生命线各系统特性的表达方式存在较大差异,采用数据、二维模型、三维模型等综合性描述手段构建特性数据库，以便直观地为目标建模、毁
伤过程仿真、评估结果可视化等服务。
2.2.1数据描述
目标物理特性、功能特性、毁伤特性等中的大部分可用属性数据项来表述，例如，物理特性中的几何尺寸、结构材料等，依据规范采集和整编。通常,这些数据以数据表的形式展现出来,直接用于易损性评估。
2.2.2二维建模描述
为了让参与易损性分析的管理人员、论证人员和设计分析人员，从不同的角度理解和把握工程，借鉴体系结构设计与建模思想，分别从功能、物理、毁伤等视角描述和构建二维模型（如图2所示），并将模型全部保存到相应的数据库，在不同的场景环境中保持一致性和重用性。在这类模拟计算过程中，对许多信息都需要交互、可视、直观地检验其可信性或有效性。
图2二维建模描述示意
2.2.3三维建模描述
通过目标易损性评估技术与计算技术的应用结合，对目标部件进行完整的信息描述，并通过多维空间可视化显示，从而建立满足易损性评估需求的高分辨率模型。三维建模精细度差别较大，可以是精细三维模型，也可通过立方体、圆柱体等基本形状简易搭接，但最终目的是要能够满足城市生命线易损性评估任务的要求粒度，易于对工程构件进行建模、展示、读取。目前，伴随着计算机技术的发展，目标易损性模型将朝着基于计算及仿真技术的高分辨率模型发展。
3评估方法分析
准确客观地对毁伤效果进行评估始终是作战双方关注的重点。为满足不同任务评估精度需求，可采用毁伤概率、毁伤树、降阶态、毁伤指数等多种评估方法。城市生命线是典型的系统目标，基于毁伤
树的易损性评估方法，能够较好地回答想定条件下在某战斗部多发、多瞄准点等打击方式下目标的易损性如何，城市生命线规划建设与防护方案的薄弱环节有哪些，等等。这些问题都是城市生命线规划、加固与使用中重点关注的对象。
3.1评估主要步骤
基于毁伤树的城市生命线易损性评估的一般程序如图3所示。
图 3城市生命线系统易损性评估主要步骤
步骤1分析地下目标特性,分解物理与功能结构组成,建立相互之间的逻辑关系。结合武器类型及其战术技术指标,初步确定可能的打击点。
步骤2设想可能的打击方式，确定战斗部可能瞄准点及打击发数，计算战斗部所有可能命中点组合及其各命中点的概率。
步骤3选取起始命中点组合，根据弹目作用条件计算部件物理毁伤情况，结合部件影响因子度量生命线系统功能毁伤情况，具体程序如图3中所示。
步骤4改变战斗部类型、打击方案，重复步骤2、3,可得到不同打击方案下生命线易损性度量指标，籍此可进行薄弱环节检查和防护措施分析，确定规划建设方案和优化战时抢修措施。
3.2易损性评估指标
城市生命线毁伤包括物理毁伤和功能毁伤，在毁伤评估指标体系的建立上，也应该按照这一一划分方法得到各个层次上的指标。武器对城市生命线系
统的毁伤作用不仅包括战斗部爆炸所产生的冲击波及高能破片撞击、侵彻等硬毁伤，还包括信息化武器对城市生命线系统作用产生的软毁伤。
城市生命线系统物理毁伤指标可用摧毁概率、平均毁伤、平均相对毁伤等指标度量。目标功能的受损程度是实战中各方最为关注的问题，城市生命线系统毁伤效果指标的选取与计算要认真考虑功能易损性。根据易损性评估任务需求，结合目标的使命任务，体现系统目且标的功能或整体效能衰减是评估建模中十分重要的内容，其关乎评估精确性和科学性。对于城市生命线系统来说，功能毁伤可采用程度、概率、修复时间3个维度来衡量。功能的衰减是物理毁伤程度的映射，它是基于目标物理毁伤信息的函数。取物理毁伤程度为P（α），初始效能值为 U.（α），与其物理毁伤相对应的效能值为U(x），则功能衰减程度与物理毁伤程度间关系式如下：
3.3信息获取与工程算法
城市生命线系统毁伤效应研究的主要手段有理论解析、模拟仿真试验和现场试验。理论解析是毁伤效应试验设计的基础，仿真试验是获取大量毁伤效应分析数据的主要来源，现场试验是获取毁伤效能量化评估数据的重要手段。城市生命线易损性评估需考虑各型战斗部对其组成部分全方位打击的毁伤效应，开展典型条件下的毁伤效应试验，探索毁伤规律，是获取毁伤效应工程算法的科学依据，更是支撑城市生命线系统毁伤评估的重要环节。
由于影响城市生命线系统构件毁伤或失效的因素很多，通过现场试验或仿真试验获得典型工况下大量的毁伤效应数据，基于毁伤规律利用相关理论探寻毁伤元在各种工况下对城市生命线系统组成构件的毁伤特性，提炼出科学的毁伤效应工程算法（如冲击波、地震加速度、侵彻、破片、震塌等不同条件下的工程计算方法）是需要研究的关键技术。对于信息化武器装备的新型毁伤机制作用下的工程计算方法，还需要进一步的探索，以保证易损性评估的科学性和有效性。