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高密度城市中心区灾害风险评价及应用研究

发布时间:2015-10-29 16:55 作者:admin 来源:期刊论文投稿网

摘要:城市中心区已经成为城市防灾减灾研究中的核心地区,对高密度中心区灾害的系统研究已经成为保

 

障城市安全,实现城市可持续发展的基本前提。灾害风险评价是整体防灾体系中的重要环节,为具体防灾

 

策略的制定提供科学依据。总结了高密度城市中心区的四类易发灾害类型和九项主要灾害内容;分析了高

 

密度城市中心区灾害风险的主要构成要素即危险因子、暴露因子和脆弱因子、各因子与城市防灾韧性之间

 

关系,及各因子的评价方法;并以天津市小白楼城市主中心地区为例,结合 GIS 使用,进行了高密度城市

 

中心区灾害风险评价研究,提出了小白楼城市主中心的潜在风险评价图,旨在为高密度城市中心区防灾规

 

划的系统研究提供科学依据和研究基础。

 

关键词:高密度 城市中心区 灾害风险评价 防灾策略 小白楼地区

 

 

 

 

在快速城镇化背景下,我国的城市建设普遍面临人口膨胀、资源枯竭、环境恶化等城 市问题,高密度城市中心区是城市中各类要素最复杂、最密集的区域,也是灾害风险和损失 最大的区域,从世界范围内发生的自然灾害来看,城市中心区在承受这些灾害时所造成的人 员伤亡、经济损失以及社会影响最为巨大。并且由于中心区的高密度、高强度特征,其在受 灾时极易引起灾害的扩大和蔓延。因此,城市中心区比其他区域面临更多的环境和灾害问题, 城市中心区已经成为城市防灾减灾研究中的核心地区,对高密度中心区灾害的系统研究已经 成为保障城市安全,实现城市可持续发展的基本前提。

 

高密度城市中心区的灾害风险评价是整体防灾体系中的重要环节,灾害风险评估主要 以数据库和地理信息系统为技术平台,通过科学准确的统计数据、灾害风险分布图以及其他 相关信息,为政府管理部门、市民和相关机构提供最新的灾害动态信息,为具体防灾策略的 制定提供科学依据。灾害风险评价是一个系统性的过程,需要应用行政管理方法、组织方法、 操作技能来落实策略、政策并提高处理问题的能力,减少灾害的负面影响和灾害发生的可能

 

性,最终通过防灾减灾和备灾措施来避免、减少或转化灾害的负面效应[1]。

 

 

 

 

 

 

* 国家自然科学基金重点项目:快速城镇化典型衍生灾害防治的规划设计原理与方法(51438009)

2000人交流群432529468,潛限注 考 !!

 

 

 

 

 

1 高密度城市中心区易发灾害类型

 

 

高密度城市中心区包含高密度和中心区的双重本体属性,具有城市中心区和高密度环

 

境的共同灾害特征。高密度城市中心区在用地功能、空间形态、人员密集度、交通方式、公

 

用设施等方面均显示出与城市其他区域的不同,体现出城市中心区环境的混合性、复杂性、

 

周期性等明显特征,其孕灾环境与城市灾害的发生具有直接相关性。其高密度的内涵又包含

 

了城市各类要素的高密度属性,如人口高密度、建筑高密度和高强度、以及各类设施和信息

 

的高密度[2]。因此,高密度城市中心区的易发灾害往往表现出自然灾害与人为灾害、传统灾

 

种与新型灾种同时多发,各类灾害间的连锁反应将造成灾害影响的扩大,并使灾害难以控制。

 

通过总结《国家突发公共事件总体应急预案》、21 项国家专项应急预案、国家部门应

 

急预案、地方应急预案中对灾害类型的规定,结合高密度城市中心区的环境特征,可将高密

 

度城市中心区易发灾害归纳并分为自然灾害、事故灾害、公共卫生事件和社会安全事件 4

 

类,共 9 项主要灾害内容。具体包括:气象灾害、地震灾害、交通事故和交通堵塞、火灾事

 

故、基础设施事故、环境污染、传染病疫情、恐怖袭击事件和拥挤踩踏事件(表 1)[3]。

 

表 1 高密度中心区易发灾害类型

 

 

 

2 高密度城市中心区灾害风险评价

 

 

高密度城市中心区灾害风险的构成要素主要包括灾害危害性(危险因子)、人员和财产

 

受灾害影响的可能性(暴露因子),及遭受灾害时人员和财产的脆弱程度(脆弱因子),而城

 

市中心区自身的韧性则是体现适灾能力的核心要素。城市韧性(Resilient Cities)一般指的

 

是城市对其自身系统变化的吸收、适应和反应能力,主要表现为城市系统能够吸收干扰并能

 

够保持自身完整的状态、城市系统自组织能力的级别、以及城市系统能够建立和增加其学习

 

和适应能力的程度,即城市系统的整体性、协调性和自我完善性。从城市韧性与灾害风险的

 

关系图解可以看出,城市韧性代表了城市应对灾害的能力,韧性越强,适灾能力就越强,城

 

市所面临的灾害风险越低(图 1)。

 

 

 

 

 

 

图 1 城市韧性与灾害风险的关系

 

以日本东京和我国台湾地区在灾害风险方面的研究为例,可以更加直观的理解灾害风

 

险构成要素的具体特征,进而确定危险因子、暴露因子、脆弱因子的具体确认方法。综合考

 

虑三类因子的空间叠加,可以初步界定一定区域潜在灾害风险程度并进行灾害风险分区。

 

2.1 危险因子的确定

 

根据东京防灾规划中所采用的方法,该防灾规划主要针对地震灾害,将危险因子的危

 

险度分为建筑物倒塌危险度、火灾危险度和综合危险度等三种类型。

 

2.1.1建筑物倒塌危险度

 

建筑物倒塌危险度指标从建筑特征和建筑地基特征两个方面进行测度,其中建筑特征

 

包括建筑类型、建筑结构、建设年代、建筑层数、建筑质量等。一般而言,建筑密集、建筑

 

抗震性能低和建设年代长的建筑倒塌危险度高。建筑地基特征根据东京的城市用地类型进行

 

测度,东京地区可以分为山地(丘陵地)、台地、冲积低地和谷底低地四种类型,冲积低地

 

和谷底低地地基结构较软,容易发生地基液化,地震时容易使建筑物振动幅度增大,因而冲

 

积低地和谷底低地区建筑受到地震灾害影响程度较大。综合以上两点可知,高密度地区建筑、

 

抗震性能低的建筑、旧建筑以及建设在容易液化的冲积低地和谷底低地地基上的建筑,其建

 

筑物倒塌危险度较高()。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 2 建筑特征和地基特性与建筑物倒塌危险度的关系

 

2.1.2火灾危险度

 

火灾危险度包括地震中火灾发生危险性及蔓延危险性两部分。火灾发生危险性与建筑

 

用途、建筑物的火、气、电器、危险品数量和使用条件有关;火灾蔓延危险性与建筑密度、

 

建筑结构以及道路和公园设置情况有关()。防火性能差的建筑、高密度建筑、以及周围

 

缺少宽阔道路和公园的街区火灾危险度高;并且,多个火灾危险度高的街区相邻将使火灾危

 

险度加倍。因此,针对容易起火的建筑应加强防范,提高建筑防火性,将容易起火和导致火

 

灾蔓延的木质建筑改造为混凝土材料,增加建筑临街界面的数量,为街区建立宽阔的道路和

 

公园以阻止火灾的蔓延。同时应加强居民防灾教育和消防训练,避免灾害发生,或使火灾能

 

在发生初期被扑灭。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 3 火灾发生危险性和蔓延危险性与火灾危险度的关系

 

2.1.3综合危险度

 

通过对每个街区的建筑物倒塌危险度和火灾危险度评价进行累加,可以得出综合危险

 

度评价,按照危险度大小可以将其分为 5 个等级。综合危险度较大地区的特征一般表现为:

 

占地面积小,旧建筑密集区域或潮湿区域,道路宽度在 4 米以下的密集区域,以及临街建筑

 

较少的区域[4]()。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 4 东京综合危险度分布图

 

2.2 暴露因子和脆弱因子的确定

 

暴露因子即暴露于灾害中的各类要素的各类总量值,包括建筑暴露因子(建筑数量和

 

规模等)、人口暴露因子(人口聚集数量及分布位置等)和经济暴露因子(经济价值等)。脆

 

弱因子即暴露在灾害中的人口、物体与活动可能在短期或长期受到影响的程度,包括建筑脆

 

弱因子(直接受到破坏的预期程度)、人口脆弱因子(人口受伤、死亡、无家可归或日常生

 

活受到干扰等)、经济脆弱因子(直接经济损失和间接经济损失)。根据台湾地震工程中心开

 

发的 TELES 地震灾害损失评估系统,可以看出关于暴露因子和脆弱因子评估的基本计算方法

 

表 1),根据这一方法,以城市高密度城市中心区的各类要素数据为基础,可以确定其暴露

 

因子和脆弱因子的具体数值,为灾害风险评价提供科学依据[5]。

 

 

3 天津市小白楼城市主中心的灾害风险评价应用①

 

 

 

参照上述灾害风险评价方法,本文以天津市小白楼地区为例进行灾害风险评价的应用

 

研究。小白楼地区位于天津中心城区的几何中心位置,依托海河发展而来。根据天津市空间

 

发展战略规划,小白楼地区被确定为天津市城市主中心[6],主中心由市内六区中的和平区、

 

南开区、河北区、河东区和河西区五区交界处构成,主要包括和平路-滨江道商业区、小白

 

楼商务区、解放北路商务区和南站商务区四部分,占地面积约为 5.4 平方公里。

 

3.1 小白楼城市主中心概况

 

3.1.1用地性质概况

 

根据天津市控制性详细规划和天津市历史文化街区保护规划,小白楼地区用地以公共

 

管理与公共服务用地(A 类用地)和商业服务业设施用地(B 类用地)为主,还包括部分居

 

住用地及相关配套设施用地等()。规划确定小白楼地区以商业金融和商务办公为核心功

 

能,其中和平路、滨江道商业区以商业商务功能为主;解放北路商务区以金融、办公等功能

 

为主;南站商务区以重点办公、娱乐等功能为主;小白楼商务区以商贸、办公等功能为主[7]。

 

3.1.2开放空间概况

 

小白楼城市主中心内绿地、广场等开放空间面积较小,目前主中心范围内较大面积的

 

开放空间包括中心公园(占地约 15000 平方米)、解放北园(占地约 9000 平方米)、小白楼

 

商务区绿地(占地约 25000 平方米)。根据天津市和平区 01-03 单元控制性详细规划,哈密

 

道和四平东道之间将作为城市公共绿地,其总面积为 68400 平方米;主中心内还存在一些面

 

积约为 300-500 平方米左右的点状绿地,以及沿海河的带状公园等(错误!未找到引用源。)。

 

距离主中心较近的城市公园为位于其东南部的人民公园,占地面积约为 14.21 公顷。

 

3.1.3建筑环境概况

 

根据天津市控制性详细规划,结合实际调研可以获取小白楼地区建筑密度和容积率的

 

分布情况()。其建筑环境同时存在着低层高密度、多层高密度和高层高密度环境:其中

 

低层高密度集中于滨江道商业街的周边地区,多为年代较久的住宅及小型商铺;多层高密度

 

集中于滨江道和平路商业区和解放北路商务区;高层高密度集中于小白楼商务区,并沿海河

 

和南京路两条轴线展开。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 5 小白楼城市中心区用地性质概况

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  • 6 建筑密度及容积率分布
 

 

  1. 天津市小白楼城市主中心灾害风险评价
 

 

根据上述分析,结合小白楼地区的现状条件,主要从危险因子和暴露因子两方面对主

 

中心潜在灾害风险进行预测。

 

3.2.1危险因子评价

 

危险因子主要从建筑物倒塌危险度和火灾危险度获取。建筑物倒塌危险度可以由建筑

 

密度和建筑质量信息进行 GIS 空间信息叠加得出。首先,将建筑密度分布图去除绿地公园用

 

地,对其余用地进行分级评价,然后将建筑密度分布图转换为栅格文件,通过 GIS 转换工具

 

中的转为栅格-面转栅格命令,以及 GIS 空间分析工具的重分类工具对栅格文件进行分类。

 

根据区域范围内的建筑密度分布特点,以自然间断点分级法为基础并取整数,将建筑密度分

 

为 5 个等级(表 2),得到建筑密度危险度评价图;基于建筑建造年份、建筑材料、高密度分

 

区等信息可以绘制建筑质量危险度评价图,同样将其分为 5 个等级,第 5 级为建筑质量危险

 

度最大。将建筑密度危险度评价图和建筑质量危险度评价图进行空间叠加分析,就能够得到

 

 

 

 

 

 

 

图 7 建筑物倒塌危险度评价

 

其次,根据小白楼地区的建筑密度及道路、公园绿地等分布情况确定火灾危险度。区

 

域内部存在较多 500 平方米左右的小型绿地,可以作为临时集合场所,此类小型绿地主要在

 

多层高密度区域内较为缺乏。区域内较大公园绿地为中心公园(1.5 公顷),小白楼商务区

 

绿地(2.5 公顷),以及规划哈密道和四平东路之间绿地(6.84 公顷),均在 10 公顷以下,

 

可以作为紧急避难场所。紧急避难场所服务半径为 500 米,其基本覆盖主中心的一半以上区

 

域,而在多层高密度和高层高密度交界处较为缺乏。此外,主中心东南部的人民公园,占地

 

面积为 14.21 公顷,可作为城市固定避难场所,其服务半径为 2000 米,覆盖了主中心的南

 

部部分区域。

 

由于临时集合场所面积较小,不具备避难功能,因此仅对紧急和固定避难场所的信息

 

进行分析和叠加。通过对紧急避难场所覆盖范围和主中心地块范围进行叠加分析,可以得到

 

紧急避难场所缺乏范围;同样对固定避难场所覆盖范围和主中心地块范围进行叠加分析中的

 

交集取反,得到固定避难场所缺乏范围。然后,将以上两图及主中心地块范围进行叠加分析,

 

对得到的图像各区域进行赋值,对获得紧急或固定避难场所覆盖的区域赋值为 1,对缺乏紧

 

急或固定避难场所的区域赋值为 2,对同时缺乏紧急避难场所和固定避难场所的区域赋值为

 

3,可以得到小白楼地区的应急避难场所缺乏程度情况,分为 1-3 级,第 3 级为缺乏程度最

 

高。由分析可知,解放北路商务区内避难场所缺乏程度最高。

 

利用 GIS 空间叠加分析的擦除工具,将应急避难场所缺乏程度评价图与应急避难场所

 

分布图进行叠加,在应急避难场所缺乏程度评价图中去掉应急避难场所所在地块。将所得文

 

件通过转换工具中的要素转栅格命令转为栅格文件,并与建筑密度危险度评价图进行加权总

 

和叠加分析,得到火灾危险度评价图(错误!未找到引用源。),同样以自然间断点分级法为

 

基础并取整数,将火灾危险度分为 1-5 级别,第 5 级为火灾危险度最高。

 

最后,将建筑物倒塌危险度评价图和火灾危险度评价图进行加权总和叠加分析,得到

 

危险因子评价图(错误!未找到引用源。),以自然间断点分级法为基础并取整数分为 1-5 级

 

别,第 5 级为综合危险度最高。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 8 火灾危险度评价 图 9 危险因子评价

 

3.2.2暴露因子评价

 

暴露因子评价可通过容积率和用地性质分布信息叠加得出。首先,对小白楼地区的容

 

积率分布数据进行分级评价,通过转换工具中的面转栅格命令将容积率分布图转换为栅格文

 

件,通过 GIS 空间分析的重分类工具对栅格文件进行分类,根据小白楼地区范围内的容积率

 

分布特点,结合自然间断点分级法并将数字取整,将容积率分为 5 个等级(表 3),第 5 级

 

为暴露度最高,得到容积率暴露度评价()。其次,将小白楼地区用地功能布局图除去公

 

园、绿地功能用地以后,通过转换工具中的面转栅格命令转换为栅格文件,并对栅格文件进

 

行重分类,得到用地性质暴露度评价(图 11)。因 CB 类用地吸纳的人口密度更大、承载各

 

类要素更多,将 CB 类用地的用地性质暴露度定为 3,CA、R、V 类用地性质暴露度定为 2,

 

S3 类用地性质暴露度定为 1。

 

 

 

 

表 3 容积率危险度评价表

 

 

 

 

图 10 容积率暴露度评价

 

运用 GIS 空间分析工具中的加权总和对容积率暴露度评价和用地性质暴露度评价进行

 

叠加分析,并对叠加结果进行重分类,最终可以得到小白楼地区的暴露因子评价图(图 12),

 

1 为安全性最高,5 为危险性最高。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 1 用地性质暴露度评价 图 2 暴露因子评价

 

3.2.3潜在风险评价

 

综合危险因子评价和暴露因子评价,通过 GIS 空间分析工具中的叠加分析进行加权总

 

和计算,可以绘制小白楼城市主中心的潜在风险评价地图(图 13)。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

图 13 小白楼城市主中心潜在风险评价图

 

 

4 结语

 

 

近年来,我国学界在防灾领域的研究取得了较大进展,但大部分研究依然停留在理论

 

研究阶段,实践应用不足。和发达国家的防灾研究相比,我国的防灾理论研究成果仍然存在

 

一定缺失,既有防灾理论和方法较为落后,且无法适应城市快速发展的防灾需求。因此,本

 

文以高密度城市中心区为例进行灾害风险评价研究,希望能够以城市典型区域的防灾研究带

 

动城市整体的防灾研究。高密度城市中心区作为城市中人流、物流、信息流最为密集的场所,

 

承载着巨大的灾害风险和隐患,是我国城市综合防灾领域研究需要重点关注的核心区域,也

 

是新常态语境下社会稳定、国民经济持续发展的重要保障。随着我国政府和学界在国家安全

 

和现代化城乡治理方面的积极态度和政策引导,开展高密度城市中心区的灾害风险评价研究

 

已经成为一项迫切需求,同时也是保障城市重要区域持续发展的必要前提。

 

 

 

图表来源

 

错误!未找到引用源。:根据《How To Make Cities More Resilient_ A Handbook For Local Government Leaders》

 

绘制;

 

错误!未找到引用源。-图:根据东京都都市整備局《地域危险度-地震に関する地域危険度測定調査(第 6 回)》

 

整理改绘;

 

  • 1:根据萧稚燕《应用台湾地震损失评估系统于都市土地使用防灾策略之研究》绘制;
 

  • 2-表 3:作者绘制;错误!未找到引用源。-图:作者绘制;
 

 

注释

 

 

①该评价结果仅供本文研究所用。

 

 

参考文献

 

 

 

 

  1. How To Make Cities More Resilient_ A Handbook For Local Government Leaders[R]. United Nations, 2012.
 

  1. 王峤,曾坚.  高密度城市中心区的防灾规划体系构建 [J].  建筑学报. 2012, S2 (8): 144-148.
 

  1. 王峤, 曾坚, 臧鑫宇. 高密度城市中心区易发灾害及灾害特征研究[A]. 中国城市规划学会.城乡治理与 规划改革——2014 中国城市规划年会论文集(01 城市安全与防灾规划)[C].中国城市规划学会:,2014:12.
 

  1. 地震に関する地域危険度測定調査報告書(第六回)[R].东京都都市整備局,2008.
 

  1. 萧稚燕.应用台湾地震损失评估系统于都市土地使用防灾策略之研究[D].台北科技大学,1995.
 

  1. 天津市空间发展战略规划[EB/OL].天津政务网,
 

http://www.tj.gov.cn/zwgk/gsgg/szfgg/200906/t20090603_97175_3.htm,2009.

 

[7] 天津市小白楼地区城市主中心设计规划[EB/OL].人民网,

 

http://www.022net.com/channel/tjxiaobailou/,2009.

 

 

 

 

作者简介

 

王峤,讲师,天津大学;

 

曾坚,教授,天津大学;

 

臧鑫宇,助理研究员,天津大学。

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