（中国科学院科技政策与管理科学研究所,北京100190)
( Institute of Policy and Management, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)
通讯作者：陈锐,研究员．E-mail：chennui@casipm.ac.cn
维系城市功能、保障城市运转的电力、交通、供水、燃气等系统统称为“城市生命线”1-2]。城市生命线是一个复杂巨系统,其特点为：（1)公共性高[3],城市生命线与公众的日常生活息息相关,其运行安全性也决定了公众生活的稳定性和便利性；（2)关联性强[4-5】，城市生命线在地理布设上错综交织，在功能上相互依赖与影响,共同支撑城市运行；（3)风险性大[6],城市生命线运行过程中会受到自然灾害、人为事故等诸多风险诱因的影响，一旦正常运行遭到破坏将会严重威胁公众的生命和财产安全，如日本“3·11”大地震、中国“7·23”甬温线事故等城市生命线运行遭破坏的案例均造成惨重损失。
城市的高速发展及其规模的扩大导致各类风险隐患剧增，给城市生命线的安全运行带来了新的挑战[3.6]。严峻的形势使得国内外学者开始关注城市生命线运行风险评估研究，并涌现出许多新的理论和方法。科学、有效地避选城市生命线运行风险评估方法对于各级政府和相关部门识别风险隐患和薄弱环节，并及时采取应对措施控制风险和减少损失具有重要意义。通过对城市生命线运行风险评估方法研究的梳理与分析来明晰已有方法的方法论类型、原理和特点，不仅有助于推动相关理论研究的深人发展，还可以为实操层面的风险评估方法遵选提供必要的决策依据。
鉴于此，本文采用分类法系统梳理和归纳城市生命线运行风险评估相关研究成果，以研究对象和背景为切人点划分研究成果的类别；然后，深人部析各类研究中所涉及风险评估方法的方法论类型、原理和特点；在此基础上，总结城市生命线运行风险评估方法研究的现状并展望未来研究方向。
1城市生命线运行风险评估研究的分类
笔者以城市生命线运行风险评估研究相关的“生命线风险评估”、“Lifeline risk assessment”为检索词，以 Elsevier Science，IEL，Emerald，Wiley InterScience，Springer Link 和中国知网和万方数据知识服务平台等数据库为检索源，进行了中英文文献检索。通过系统梳理检索文献发现，国内外学者多以特定子系统为研究对象或以特定风险诱因为背景开展城市生命线运行风险评估研究。这里以研究对象和背景为分类依据，将相关研究分为针对城市生命线特定子系统的风险评估研究和针对特定风险诱因的城市生命线运行风险评估研究两大类。进一步地，根据城市生命线子系统的类别和风险诱因的类型，又可以将两大类研究进行细分，得到城市生命线运行风险评估研究分类图（见图1）。
图1城市生命线运行风险评估研究分类 Fig. 1 Classification of studies on risk assessment for urban lifeline operatior
在针对城市生命线特定子系统的风险评估研究中，一些学者围绕具体研究对象提出若干针对性的风险评估方法,如以电力子系统为研究对象的风险评估方法[7-101]、以交通子系统为研究对象的风险评估方法[11-14]、以供水子系统为研究对象的风险评估方法[15-17] 和以燃气子系统为研究对象的风险评估方法[18-2]。另一方面,在针对特定风险诱因的城市生命线运行风险评估研究中，一些学者针对不同研究背景提出若干风险评估方法。在自然灾害背景下的城市生命线运行风险评估研究中，学者们分别提出了以地震灾害为风险诱因的风险评估方法[23-26]、以冰雪灾害为风险诱因的风险评估方法[27-29] 和以洪涝灾害为风险万方数据
诱因的风险评估方法[30-31];在人为事故背景下的城市生命线运行风险评估研究中,学者们提出了以恐怖袭击为风险诱因的风险评估方法[32-33]和以危险品泄露为风险诱因的风险评估方法[34]。
2针对城市生命线特定子系统的风险评估方法
按照方法论类别的划分，将针对城市生命线特定子系统的风险评估方法归纳为数学类、系统工程类、智能技术类和其他类，各类方法的原理与特点描述如下。
2.1数学类风险评估方法
针对城市生命线特定子系统的数学类风险评估方法使用数学符号描述风险的状态和过程，并通过推导、演算和分析来解释风险内涵、研判风险态势，具体方法有：
(1)基于统计分析的风险评估方法
基于统计分析的风险评估方法根据采集的历史数据探寻风险内在规律，进而估算风险发生概率及其损失。同样以电力子系统为研究对象，Mili 等[7]采用该方法估算了继电器隐性故障和灾变性系统故障的概率，并将算得的概率、系统故障严重度以及故障线路重要性系数集结得到了灾变性故障的风险值;Fei 和 McCalleyl8采用该方法估算了系统实时故障概率，并将算得的概率与过载和低压风险严重度集结确定了实时风险值。此方法对历史数据的依赖性较强，当统计数据匮乏或样本规模较小时，风险评估结果的准确性可能会受到影响。
(2)基于证据理论的风险评估方法
基于证据理论的风险评估方法采用短语评价集和决策者对它的确信度表示风险因素的评价值，并使用合成法则得出风险因素新的基本概率赋值,进而确定综合风险评估值。Li[15]以供水子系统为研究对象,采用该方法确定了每种灾害的风险概率、风险严重程度和风险水平，并通过集结风险评估框架层级中各种灾害的风险水平确定了系统风险水平。此方法能够较好地描述风险的随机性，但其合成法则的计算具有较高的复杂性，且合成法则的“证据独立性”可能会掩盖证据本身存在的冲突。
(3)基于可信性理论的风险评估方法
基于可信性理论的风险评估方法以该理论中的“可信性测度”代替概率论的概率测度来确定风险发生的可能性,并利用随机模糊变量期望值确定风险损失。冯永青等[10]以电力子系统为研究对象,采用该方法中的随机模糊变量期望值表示系统运行风险指标，并开发了兼具串行和并行运行模式的风险评估软件。该方法同时考虑了电力系统运行风险评估中存在的随机性和模糊性，并能够解决现场原件可靠性数据难以获取的困难。但直接将状态概率视为模糊变量的思路具有一定的局限，即无法用模糊变量描述风险评估时段内瞬时状态概率的变化曲线，而且人工很难估计概率的可能范围。
2.2系统工程类风险评估方法
针对城市生命线特定子系统的系统工程类风险评估方法以定性和定量相结合的系统工程思想为基础，借助数学模型和逻辑模型以程序化方式刻画风险，具体包括：
（1)基于事变树模型的风险评估方法
事变树模型将带有模糊集的信息论和概率统计思想相结合，根据系统运行相关事变之间的直接联系和因果作用以及事变发生的概率来计算模糊事变信息量，并根据模糊事变最大化原理识别出主导性事变，最终通过分析主导性事变之间的联系和交互确定基本事变,形成事变的层级结构。Wang等[13]以交通子系统为研究对象，构建了车辆驶离道路事故的层级结构事变树模型，并借助齐次马尔科夫过程的模拟结果确定了事变导致的事故发生概率。该方法可以识别定量化风险评估中事故发生的不确定性、随机性、复杂性、可能性和可变性等特征，集定性与定量、动态与静态、主观与客观于一体。但该方法计算量比较大，通常需要借助计算机辅助工具来完成。
（2）基于决策分析的风险评估方法
基于决策分析的风险评估方法由决策者对潜在的诸多风险因素做出逻辑判断与权衡，通过集结决策者给出的评价信息确定风险综合评价值。Basoz和Kiremidjianli1]以交通子系统为研究对象，采用基于脆弱性和重要性评估的决策分析方法确定了系统运行中处于不同损失状态的概率，并通过集结决策者针对人身安全、应急响应、经济影响等因素给出的评价信息确定了风险损失；吴小刚和张土乔[17以供水子系
统为研究对象，采用基于最小割集理论的决策分析方法确定了系统最小割集和系统故障风险值以及节点最小割集和节点故障风险值;Brito 和 de Almeida[21] 以燃气子系统为研究对象，采用基于多属性效用理论的决策分析方法确定了各分段燃气管道的事故情境概率，并计算了情境与管道分段所对应的结果概率，进而确定了各分段管道风险的损失和风险值。该方法能够综合考虑多种因素，较全面地评估生命线特定子系统的运行风险。但由于决策分析方法有很多种,在权重确定、因素选取等方面各有不同，可能会出现不同的风险评估结果。
2.3智能技术类风险评估方法
针对城市生命线特定子系统的智能技术类风险评估方法借助信息技术、网络技术以及计算机相关工具解决风险评估问题，主要有：
(1)基于 GIS 技术的风险评估方法
基于GIS技术的风险评估方法借助GIS技术对城市生命线特定子系统相关基础设施的地理参照特征进行采集、统计和汇总,并将处理后的数据输人所构建的风险评估模型，自动获取风险评估结果。Tang 等[22]以燃气子系统为研究对象，使用GIS技术和REST技术构建了基于Web的风险评估系统，借助综合风险评估、管线可靠性分析、燃气泄露扩散模拟等功能模块获取了风险评估结果并绘制了风险区划图。该方法在处理数据和输出信息方面的功能能够实现城市生命线运行的可视化，方便数据的输人输出和查询，也有利于系统的维护和更新。
（2）基于蒙特卡罗模拟的风险评估方法
基于蒙特卡罗模拟的风险评估方法根据模拟产生的随机抽样结果确定系统状态概率，进而结合风险指标函数确定风险损失。Mousavi 等[9]以电力子系统为研究对象，使用高斯混合模型对系统运行状态进行蒙特卡罗模拟，确定了系统负荷消减的概率密度函数，并将电厂发电机组数量引人所构造的失负荷指数来确定风险值;Stroeve等[12」以交通子系统为研究对象，使用动态随机多智能体模型对航空跑道侵人情境进行蒙特卡罗模拟,确定了事故分解对应条件下的事件概率，并确定了条件碰撞风险值；Yung等(161以供水子系统为研究对象，采用时间序列蒙特卡罗模拟和确定性人工神经网络模拟了气候变化情境对供水子系统风险的影响,并通过集结可靠性、弹性和脆弱性等量化指标确定了系统风险。该方法能够比较逼真地描述并模拟具有随机性的系统运行风险态势，但其计算量较大，且当系统的不确定变量个数较多时，可能会产生较大的误差。
2.4 其他类风险评估方法
此外，一些学者还采用其他方法评估了城市生命线特定子系统运行风险。代宝乾等[14] 以交通子系统为研究对象，采用基于事故理论的风险评估模型确定了城市轨道交通事故分类标准和事故折算因子，并对地铁的危险性进行了量化定级。同样以燃气子系统为研究对象,Jo和Ahn[18]引入了致死长度和累计致死长度作为风险评估参数，并根据管道几何形状及人口密度信息来估算参数值，进而得到了个人和社会风险值；刘茂和刘斐[19]通过分析第三方破坏引发的事故确定了管线失效概率，并评估了管线失效导致的热辐射伤害,进而通过集结管线致死长度、失效概率及热辐射伤害相关信息确定了个人风险值;Han和Wengl20]提出了定性和定量两种风险评估方法,在定性方法中构建了包括原因、内在和结果指标的指标体系，确定了各指标的权重，并得到了定性风险值；定量方法包括概率评估、后果分析和风险评估共3部分，其结合事故的不同后果确定个体和社会风险值。这些研究丰富了针对城市生命线特定子系统风险评估方法的备选集合。