智慧城市建设在提高城市韧性中的作用,如何助力提高城市稳定性，韧性城市

“韧性”和“韧性城市”是目前国际社会在防灾减灾领域使用频率很高的两个概念。今年全国两会上，全国政协委员、中国建筑西南设计研究院总工程师冯远提出要建设“韧性城市”，提升城市“免疫力”。本文从“韧性”这一概念出发，探究“韧性城市”的具体内涵，并分析智慧城市建设在提高城市韧性中的作用，探究智慧城市如何助力提高城市稳定性，打造韧性城市。

1 韧性概念的起源

从语言学角度来说，韧性一词起源于拉丁语“resilio”，意思是“反弹”或“回到原始状态”。韧性概念最先被运用于工程学和心理学。16 世纪左右，法语借鉴了这个词汇“résiler”，含有“撤回或者取消”的意味。这一单词后来演化为现代英语中的“resile”，并被沿用至今。韧性概念随着时代的演进也被应用到了不同的学科领域。19世纪中叶，韧性一词被广泛应用于机械学，用以描述金属在外力作用下形变之后复原的能力；20世纪50-80年代，韧性被用于心理学，描述精神受创患者的恢复情况。

这些早期运用注重系统恢复和回到初始状态的能力，类似于“恢复力”，此时的韧性概念局限于工程思维，与之后提出的“工程韧性”（engineering resilience）内涵相似。

2 工程韧性、生态韧性和演进韧性

韧性理论的发展先后经历了工程韧性、生态韧性、演进韧性三种观念的转变，每一次韧性观念的转变都丰富了韧性的概念内涵。其中工程韧性主要应用在工程学领域，是指系统在受到干扰之后恢复到均衡状态或稳定状态的能力；生态韧性则否定了工程韧性论中单一、稳定的均衡态观点，强调系统具有多元的均衡态，极难甚至不可能复原到原来的状态，且很有可能转化到其他的稳定状态；而演进韧性则强调无论是否存在外界干预，系统的本质都会随时间产生变化。

工程韧性作为较早的认知观点，它强调系统均衡状态附近的稳定性，与稳固性和持久性相关，常理解为“弹性”，系统干扰后回到初始平衡态的速度是其主要度量方式。这种观点以稳定的单一平衡条件为前提，具有假设均衡范式的特征，越来越多的研究和数据发现这种假设在现实中很少存在，所以一段时间内工程韧性被视为系统研究中的特例。

生态韧性的概念由霍林提出，它体现系统不断调整而适应内外部变化的能力，关注系统相互作用的过程、动力机制及系统功能的存在。由于更侧重于动态系统的持久性，生态韧性比工程韧性而言更具包容性和进化性。霍林于1973年在其著作《生态系统韧性和稳定性》（Resilience and Stability of Ecological Systems）中提出，生态系统的表现行为可以由两种不同属性定义，即韧性与稳定性，生态系统韧性即自然系统应对自然或人为原因引起的生态系统变化时的持久性。霍林在1997年的《工程韧性与生态韧性》（Engineering Resilience Versus Ecological Resilience）一书中进一步辨析了“生态韧性”区别于传统“工程韧性”概念的特殊之处，指出这两种不同韧性定义源于对于“稳定性”和“平衡”等概念的不同理解。在霍林看来，“工程韧性”关注单一的终极平衡状态，用“系统恢复至平衡状态的速度”这一指标进行测度，“生态韧性”则关注系统的进化和发展，用“系统在向另一个体制（regime）转换之前能够承受的扰动量级”这一指标进行测度。对生态研究领域和依赖于生态服务的人群来说，“韧性”通常用来描述可持续相关的特征，相当于“适应能力”或“适应性”。

演进韧性又被称为社会-生态韧性，它侧重于系统结构、功能的维持，多用系统自组织学习及其改变时吸收干扰和重组的能力度量。韧性联盟成员将系统演进韧性的属性总结为在结构和功能上保持相同控制时可以承受的变化量，能够进行自我组织以适应变化的程度，建立和增加学习及适应能力的程度。如果说前两种韧性范式把干扰视为负面影响，演进韧性俨然将扰动看作创造新事物和创新发展的机会，此时韧性视角已从试图控制假设稳定状态下的系统变化转向管理系统应对、适应和塑造变化的能力。沃克（Walker）等人提出韧性不应该仅仅被视为系统对初始状态的一种恢复，而是复杂的社会生态系统为回应压力和限制条件而激发的一种变化（change）、适应（adapt）和改变（transform）的能力。福尔克等人也认为现阶段韧性的思想主要着眼于社会生态系统的三个不同方面，即持续性角度的韧性（resilience as persistence）、适应性（adaptability）和转变性（transformability）。

3 韧性城市

20世纪80年代，韧性理论的应用扩展到了灾害管理领域，引领了灾害领域的学者将关注点从脆弱性转移到韧性层面上。20 世纪 90 年代末，学者对韧性的研究逐渐从自然生态学拓展到人类生态学（human ecology），城市作为人类生态学的主要组成部分和活动主体，韧性思想也自然而然地被应用到城市研究当中，为韧性城市理论的形成奠定了基础。韧性城市很早就被欧洲规划界提上日程，但真正对其内涵进行阐释的是国际地方环境协会（ICLEI），其更名为可持续性地方政府后正式提出韧性城市议题。Alberti认为，韧性城市指系统结构变化重组前，城市吸收、化解变化的程度和能力。而可持续性地方政府对韧性城市做了更深入阐释，其核心内涵归结为：在漫长过程中形成面对外来干扰能迅速恢复，承受自身内在变化后能保持相对稳定的城市。韧性城市包括两方面内涵：一方面，城市系统要调整自己并具备抵御外来打击的能力；另一方面，城市系统要拥有将机遇转化为优势的能力。

韧性城市的特征很大程度上与韧性系统的特征一致。如埃亨（Ahern）认为韧性城市应该具备多功能性、冗余度和模块化特征、生态和社会的多样性、多尺度的网络连结性、有适应能力的规划和设计这五个方面的特性；戈德沙尔克则从灾害的角度给出了灾害韧性的八大原则：冗余、多样、高效、自治、强大、互依、适应、协作。洛克菲勒基金会提出的韧性城市七大品质最全面也最贴近韧性城市的涵义：反省性（Reflective）、资源富余（Resourceful）、坚固性（Robust）、冗余性（Redundant）、灵活性（Flexible）、兼容性（Inclusive）和整合性（Integrated）。虽学术界的观点各异，但各种见解也有相通之处，即强调城市系统的冗余性、生态系统或城市系统的多样性、坚固性以及高度的适应性。城市韧性建设一方面要降低特定风险或灾害的发生几率，另一方面追求以人为本的宜居建设和可持续发展，以增加城市的“冗余度”来应对不确定性扰动因素的影响。也就是说，城市韧性建设就是要以“防患未然”为原则，不仅要对已经出现的城市问题或者潜在风险做到“既病防变”，又要为应对不确定性预留“冗余空间”，即“未病先防”。需要特别指出的是，冗余这一概念在这里并不单单指多余的、浪费的资源，而是指相似功能组件的可用性及跨越尺度的多样性和功能的复制，冗余性能够确保在某一组件或某一层次的能力受损时，城市系统功能仍然能够依靠其他层次正常运转。

中国对韧性城市的认识最早可追溯到1976年唐山大地震时期，在地震后供水系统抢修中初步认识到供电系统对供水管网的影响。2008年汶川地震的灾后重建过程中，城市基础设计中融入了抗震设计。2016年习近平总书记在唐山地震四十周年祭中发表关于全面提升社会抵御自然灾害的综合防范能力的重要讲话。2017年《北京城市总体规划（2016年-2035年）》公开发布，其中第90条为“加强城市防灾减灾能力，提高城市韧性”。2018年1月《上海市城市总体规划（2017-2035年）》正式发布，其中第七章提到“加强基础性、功能型、网络化的城市基础设施体系建设，提高市政基础设施对城市运营的保障能力和服务水平，增加城市应对灾害的能力和韧性”。2018年3月中华人民共和国应急管理部成立。2018年11月中国灾害防御协会城乡韧性与防灾减灾专业委员会成立，同步推出了以“推动抗震韧性城乡建设、提高自然灾害防治能力”为主题的《韧性城乡科学计划北京宣言（草案）》。2019年，浙江大学成立国内首个韧性城市研究中心，并在韧性防灾、智慧运维、建筑群落、水务系统、交通网络领域发表了百余篇论文，取得20多项专利。浙江大学韧性城市研究中心提出，韧性城市就是城市能够凭自身的能力抵御灾害，减轻灾害损失，并合理的调配资源以从灾害中快速恢复过来。长远的来讲，城市能够从过往的灾害事故中学习，提升对灾害的适应能力。根据这一定义，韧性被细分为五个特性，即鲁棒性（Robustness，又称坚固性）、可恢复性（Rapidity）、冗余性（Redundancy）、智慧性（Resourcefulness）、适应性（Adaptive），并从技术（Technical）、组织（Organization）、社会（Society）、经济（Economic）四个维度衡量城市韧性。

4 智慧城市与韧性城市

韧性城市的定义虽然不够统一，但无论韧性要素如何划分和考量，其都在强调城市要素的抗扰动性、冗余性、多元性、人源性（以人为本）和学习性等特征。而智慧城市主要呈现出以下几个方面的韧性特征：一是利用智能网络提升城市治理和经济发展的效率，以及公共服务的包容度；二是利用大数据和智能城市平台构建开放的、公众参与的社会经济发展环境；三是利用技术和城市空间、社会关系的融合，促进社会和环境的福利最大化；四是利用技术和大数据分析提升城市应急和响应的能力。

由于智慧城市和韧性城市的目的之一都是增强城市应对突发事件的能力，因此而智慧城市的建设在很多方面迎合了韧性城市的要求。

如智慧安防通过实时犯罪监控地图、预测性警务、自然灾害（气候风险）监测与评估、城市信息管理、城市灾害救助和防灾减灾系统，增强了城市的系统性和抗扰动性。智慧水务通过水资源监控及调度系统、水循环和再利用系统开展水污染治理、防洪泄洪管理和饮用水安全评估与管理，增强了城市的冗余与抗扰动性。智慧交通公共交通和绿色交通的比例提升，降低能源消耗，提高生活质量和改善空气质量；通过实施交通细心监控来提高交通路网的运营效率；利用监测系统和跨网络交通数据分析系统来延长资产生命周期，提高对突发交通事件的报告和反应能力，减少交通事故的发生率和死亡率……这一系列的措施增强了城市的冗余性、系统性、多元性和抗扰动性，增强了城市的韧性。

然而智慧城市的手段是信息化、智能化，清洁、高效是智慧城市的指导思想之一，而韧性城市却以增强城市稳定性为目标，并要求一定程度的冗余。这两者有一定的矛盾，因此智慧城市与韧性城市的建设要求并不完全重合。

大数据平台和人工智能等类脑智能技术得到广泛发展和布局，“城市大脑”、“智能中枢”是未来城市碎片化数据获得整合和系统性处理的核心技术，但技术在城市中的广泛应用需要基于核心技术的自主研发，同时考虑技术发展的成熟度、可靠性以及与基础设施的融合性。

首先，关键性基础设施的智能化互联化加强了基础设施系统之间的相互依赖，一个子系统的基础设施故障可以在不同网络层面产生“链式反应”，甚至引发社会危机和经济危机。其次，基础设施的智能化，加剧基础设施在网络病毒攻击下的暴露程度。特别是随着城市治理和服务供给对全景控制以及智能技术的高度依赖，更要求嵌入基础设施的技术需要研发的独立性和性能上的抗干扰。城市面对日益复杂、叠加的风险冲击，信息技术在城市基础设施上的叠加建设，也需要建立信息化韧性架构，根据城市系统的生命力需求，适度选择性和稳速提高关键性基础设施的“冗余”性，确保各个城市在子系统发生中断情况下仍然能够保持正常运转的能力。

5 思考与建议

（一）以数据平台助力提升城市韧性，将韧性要素纳入智慧城市评价体系

智慧城市建设要引入风险意识，将应对城市突发性和缓发性灾害的目标纳入智慧城市规划和评价指标体系，以促进运用大数据技术助力城市规划，提升城市的韧性规划和管理能力。近年来，全球城市不仅面临各种突发性风险如飓风、洪水、地震等灾害的冲击，也不得不面临大量缓发性风险如海平面上升等给基础设施和人口带来的潜在风险。但由于风险的不确定性和链式反应，城市规划和管理者在缺乏城市关键要素的动态数据条件下，无法提出一套系统的且具有前瞻性的风险响应方案，或者城市韧性的提升策略。

因此，数据技术和城市空间的规划相结合正在成为发展趋势。数据驱动下的韧性城市规划是基于对未来潜在风险影响的量化分析。纽约在《纽约规划2050》中整合人口、气候、自然资源、城市基础设施等多个领域的数据，分析各种基础设施在不同气候风险作用下的承载能力变化，并开发洪水、飓风等风险预测地图等相关城市规划工具，以分析未来风险对经济、人口以及建筑的潜在风险和相应的响应机制。此外，日本、伦敦、巴黎均在城市2050规划中强调利用数据和科技指导城市基础设施的绿色投资和建设；SCIMI智慧城市评价指标系统将气候韧性规划纳入智慧环保的评价指标中，促进了阿姆斯特丹通过智能化建设防范气候风险。

（二）以韧性思维引导智慧城市规划，以多元治理结构促进智慧韧性城市建设

所谓韧性思维是强调城市复杂系统应对未来不确定性的自我调节能力。以韧性思维引导智慧城市建设有两个关键点：一是未来的不确定性；二是城市自我调节能力。无论是城市内部因素如城市需求、技术发展等，还是城市外部环境如全球政治经济的演变，都面对无法预估的不确定性。当前，智慧城市建设强调系统性，旨在通过数据整合和大数据分析技术，以系统工程模式预测和适应未来城市需求变化。但是，技术本身发展也存在不确定性，单纯依靠技术无法适应未来不确定性环境。因此，大数据技术和城市“智慧大脑”建设不应该是智慧城市规划和建设的核心，而是解决可预期社会问题如人口激增和基础设施供给紧张等矛盾的工具，是研判城市未来潜在风险的“智慧大脑”。

城市要应对不确定性，需要更有韧性的自我调节和自组织能力。这种自调节和自组织的能力，关键从来不是技术，而是城市中的人。智慧城市规划需要以企业和公众等城市人为核心，鼓励城市多元主体参与智慧城市建设，以多元主体的技术需求促进多元智慧行业的融合发展。正如《智慧伦敦规划》、《智慧纽约规划》都强调数字技术与城市基础设施的融合，但这种融合是以自下而上的市场需求和公众参与为前提；伦敦和纽约的智慧规划也强调要抢占大数据和人工智能发展的高地，但战略的核心是提高城市人对数字技术的应用技能和市场对数字基础设施的创新需求。因此，智慧城市建设需要多元主体的共同参与，以人为核心，通过大数据和人工智能与城市基础设施的融合发展，为城市未来应对潜在风险和不确定性预留“冗余”空间。

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