陈 潭 严 艳
提要:城市生命线是维系城市生产生活的关键基础设施和基本公共服务系统。随着城市化进程不断加快,人口、资源不断向城市集聚,城市生命线日益复杂,城市生命线的安全面临重大挑战。在全球能源短缺的当下,中国不断增长的城市化率使得加强城市生命线安全管理尤为紧迫。本文基于城市生命线所具有的基础性、系统性、复杂性、关联性和脆弱性特点,从城市生命线的基础性与公共性、关联性与关键性、脆弱性与复杂性、适应性与安全性、韧性与复原性的内在关系,阐述了城市生命线的理论命题,分析了大数据、云计算、物联网、人工智能等技术在生命线管理中的功能耦合,并从城市生命线管理的数据收集、科学决策、风险评估、精确监控、有效协作以及公众参与的角度出发,构建了城市生命线安全的数字化、智能化、协同化治理的实践路径。
城市生命线(CityLifeline)包括交通、能源、通信和给排水等城市基础设施,是维持城市日常功能运行和城市生活正常运转的重要生活设施。在全球气候变暖以及水资源、食物和能源短缺的当下,中国的城市化率不断增长,资源自给率受到重大挑战,加强城市生命线的安全管理尤为紧迫。① 但是,城市生命线的建设和管理并非一蹴而就、一劳永逸的。城市生命线具有基础性、系统性、关联性、复杂性和脆弱性的特点。面对城市生命线安全的重大挑战,只有充分发挥城市公共安全管理所赋予的预警、诊断、监控和处置功能,才能有效提高城市生命线的安全性、可靠性和可用性
虽然城市不同类型的公共服务是由不同类型的基础设施保证的,但是它们之间又是相互依赖、紧密联系的。部分基础设施漏洞可能会导致其他基础设施甚至所有的基础设施发生故障。因此,城市生命线管理系统是具有重大战略意义的公共安全系统,对其进行科学设置、合理布局和有效管理极具必要性。这就要求城市生命线管理部门必须具备安全防护意识、快速响应能力和危机处置技巧,能够提前储备和及时调动一切可用资源,对生命线系统安全问题进行妥善防护、灵活应变和及时处置,最
倡 项目来源:国家社科基金重点项目“国家大数据战略实施的关键路径及其行动策略研究”(15AZD077)。
[1] 枟鞍山市环境保护条例枠,枟辽宁省人民代表大会常务委员会公报枠,2010年9月。万方数据
大限度降低城市生命线可能遭受的风险灾害程度,提高城市生命线恢复运行常态的能力,实现城市生命线管理的运营、维护和监管的制度化、规范化与常态化。
一、城市生命线管理的理论命题
城市生命线是由若干系统工程组成的系统,包括供水、排水系统工程,电力、燃气及石油管线等能源供给系统工程,电话和广播电视等情报通信系统工程,大型医疗系统工程以及公路、铁路等交通系统工程等。① 城市生命线管理是包含与城市生命线安全相关的一系列措施和活动的系统工程。城市生命线管理系统(CLMS)是若干相互关联的系统之间的相互依赖,它可能是物质的、网络的、逻辑的、区域的。理解城市生命线管理必须首先理解城市生命线的属性和特点,从城市生命线的“特殊性”中找到“规律性”。
(一)城市生命线的基础性越强,城市生命线管理的公共性越强。
城市生命线的公共性是指城市生命线运行安全性直接关系到公众社会活动的便利性和稳定性。②只有确保城市生命线安全,才能确保城市公共事务的优质治理,才能实现人类社会的可持续发展。城市生命线包括交通、供水、供电、输油等方面的城市生产和发展必要设施,是城市功能运行和人口生产发展的基础设施和前提条件,具有很强的基础性。因此,城市生命线的建设和分布都充分考虑城市居民生产生活的便捷性,并规定相应的公共部门来支持和加强城市生命线的安全管理,确保城市生命线运行的稳定性。城市居民生存和发展越离不开的基础设施,越是需要确保其便捷性和安全稳定性。可见,城市生命线的基础性越强,其公共性也越强。城市生命线的安全运行是民众安居乐业的保障,反之,城市生命线的损毁可能会给公众带来难以预计的灾难和损失。基于城市生命线的基础性和高服务性,必须通过支持和加强基础设施安全管理来实现可持续发展。其中,应重点明确城市生命线安全的程序和目标,明确各单位部门在其中可能分配的任务和主体要求,确保相关部门能在紧急情况下执行任务,建立广泛的城市生命线安全的总体框架。
(二)城市生命线的关联性越高,城市生命线管理的关键性越强。
城市生命线的关键性主要指城市生命线对城市人口发展与生产、生活的影响程度。如果一个基础设施的运作依赖于另一个基础设施的物质或信息输出,则可以说它们在物理上具有关联性。城市生命线是城市相互关联的公共网络和基础系统。虽然城市不同类型的公共服务由不同类型的基础设施来保证,但它们之间是相互依赖、紧密联系的。部分基础设施漏洞可能会导致其他基础设施甚至所有的基础设施发生故障。城市生命线是综合性的有机整体,各系统之间有较强的关联性,主要表现为城市生命线的各系统互相依赖,且生命线信息化程度越高,系统之间的相互依赖程度就越高,关联性越高。城市生命线的关联性主要体现在:在重灾的情况下,城市生命线受到的破坏都是整体性和系统性的而非局部性,即任何一个环节受到破坏时,许多基础设施都会在不同程度上受到破坏,最终影响到整个系统的运行。其中,城市生命线的一个基础设施与其他基础设施的连接程度越高,其在系统中所发挥的作用越大,受破坏后对整个生命线运行的影响程度越大,即城市生命线的关联性越高,关键性越强。由此,如果城市的关键生命线系统,即城市生命线中关联率高的生命线系统遭到破坏,其灾害影响面会不断扩大,造成一系列连锁反应,也称灾害链效应。
[1] Charlot te Brown,Mark Milke and Erica Seville,Waste management as a“Lifeline”?A New Zealand Case Study Analysis, International Journal o f Disaster Resilience in the Built Env ironment,2010,1(2),p.192.
[2] 余翰武、伍国正、柳浒:枟城市生命线系统安全保障对策探析枠,枟中国安全科学学报枠2008年第5期。万方数据
(三)城市生命线的脆弱性越强,城市生命线管理的复杂性越高。
脆弱性是衡量生命线系统、子系统或有损害生命线系统脆弱性的量度,一般与暴露于风险的压力源或偏差现象相关。① 城市生命线系统的脆弱性是指城市生命线系统在发展过程中抵抗资源、生态环境、经济、社会发展等内外部自然要素和人为要素干扰的应对能力。② 城市生命线的脆弱性取决于其暴露性、敏感性和适应性。暴露性指人类社群与压力和扰动接近的程度,敏感性指暴露的生命线受压力和扰动影响而改变的容易程度,适应性指暴露的生命线处理不利影响并从中恢复的能力。为克服城市生命线的脆弱性带来的潜在威胁,完善和加强生命线系统的建设以确保生命线系统遭受破坏时能够实现功能上的快速替补,快速响应救灾与设施修复需求,确保灾害来临时城市功能的正常运行的重要途径,这同时也增加了城市生命线的复杂性程度。同时,随着我国城市化步伐的不断加快,城市人口规模与活动范围不断扩大,资源和各类基础设施逐渐向城市集中,城市生命线系统变得日益复杂。由于城市生命线系统迅速饱和甚至超负荷运行,其内部复杂性和相互依赖性日益凸显并进一步增强了其外部的脆弱性,使得城市生命线系统安全性问题更为突出,城市生命线系统的安全运行面临巨大压力。对此,在城市生命线系统安全管理中,需要不断强化城市生命线系统的防御能力、恢复和适应能力、转换和自学习能力,综合考虑基础设施与技术革新时间、基础设施与技术失败对生命线安全的影响、对生命线造成的损害与损失、对环境脆弱性的影响及不利的生命线安全利益等因素。③
(四)城市生命线的适应性越强,城市生命线管理的安全性越高。
适应性涉及事件或条件的无计划的反应性反应,目的是通过预期反应来避免不可接受的影响,内容包括由于对外力或偏差的反应而导致的系统变化。城市生命线的适应性是对城市生命线的要素、链接和流量结构进行修改的城市生命线能力的衡量标准,这种方式使得灾难的影响(包括相互作用)对于城市生命线来说不是不可接受的。城市生命线的适应性越强,在灾害中受到的破坏程度就会越小,城市生命线的安全性就会越高。因此,在城市生命线的安全管理中,可以通过不断增强生命线系统的适应性来提升其安全性。城市生命线的适应性与灾害致损的可控性和灾害预测预警能力密切相关。要增强城市生命线的适应性,首先需要明确城市生命线损毁的影响因素,根据相关因素的权重将其进行排序,制定控制策略以提高决策的速度和质量,并通过向安全控制中心提供更快的反馈来加强应急管理,防止社会影响扩散和减少潜在的灾害损失。④ 其次,需要做好灾害预测预警工作,应以公共安全科技为支撑,融合应用物联网、云计算、大数据、移动互联、BIM/GIS等现代信息技术,建设城市生命线监测与诊断系统。⑤ 通过预测和监控其可能发展势态及安全运营的潜在威胁,为生命线的养护需求、养护措施等决策提供科学依据,提高城市生命线的灾害预测预警能力和高效处置应对能力,确保城市生命线的主动式安全保障。
(五)城市生命线的韧性越强,城市生命线管理的复原性越强。
生命线的复原性指生命线受外力影响后恢复原状的能力程度。韧性是系统吸收、利用偏差和变化的能力。生命线的韧性是指生命线系统能够消化和吸收外界干扰并保持原有主要特征、结构和关键功能的能力。城市生命线的韧性包括适应能力、吸收能力和恢复能力这三种关键能力。据此可知,韧性强的城市生命线能够更好地适应灾害带来的影响,在受灾害干扰后能够更快地恢复原状。由此
[1] 周利敏:枟从社会脆弱性到社会生态韧性:灾害社会科学研究的范式转型枠,枟思想战线枠2015年第6期。
[2] 李彤玥:枟基于“暴露—敏感—适应”的城市脆弱性空间研究———以兰州市为例枠,枟经济地理枠2017年第3期。
[3] D.Procházková,Critical In f rastructure Sa f ety M anagement,T ransactions On T ransport Sciences ,2010,4 (3),p.161.
[4] FJ.Tian,JKC.Chen,Ranking the Social- imp act Factors f or M aj or Security Emergency o f Oil and Gas Pipelines in Urban,Portland International Conference on Management of Engineering and Technology ,2016,pp.2067-2076.
[5] 韩君庆、陈建国:枟城市燃气管网物联网综合监测与应急处置技术研究枠,枟中国管理信息化枠2017年第19期。万方数据
可知,城市生命线的韧性与其复原性呈正向相关关系。富于韧性的城市生命线具有防御能力、适应能力、恢复能力、转换能力和自学习能力等多方面的功能优势,增强生命线的韧性是实现城市生命线平稳发展、安全运行目标的创新途径。① 对城市生命线系统进行韧性管理有助于解决集成系统的复杂性和未来威胁的不确定性,强化系统快速修复能力。城市生命线的韧性通常与其设施的坚固性、系统的快速修复性、功能可替代性、优先识别能力等因素密切相关。坚固性是指能够承受灾害并提供一定程度服务的能力水平。快速修复性是指在灾害发生时能够尽快恢复所需功能的程度,实质上指系统要素和组成部分能够相互替代的程度。优先识别能力是指能够快速识别问题并有效确定灾后优先事项、动员人员和财政资源的能力。② 随着近年来灾害发生频率和强度的增加,强化城市生命线系统的韧性成为一项紧迫的任务。