張海波，衷 菲，石 媛

(南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院，江蘇 南京 211800)

0 引言

應(yīng)急避難場所是受災(zāi)害影響保護需要進行疏散避難居民的救援和生活場所，主要包括公園、綠地、廣場、學(xué)校和其他文體設(shè)施空間，而不斷發(fā)生的各種災(zāi)害凸顯出避難場所的重要性，例如汶川地震、印尼巽他海峽海嘯以及臺灣花蓮地震等，都給城市帶來了巨大的經(jīng)濟損失。不同規(guī)模、不同種類災(zāi)害和受災(zāi)城市人口密度等因素會導(dǎo)致城市受災(zāi)人口在數(shù)量和空間分布存在差異，這就對城市應(yīng)急避難場所的承載能力提出要求，正確評估避難場所的承載能力，是提高城市避難場所救援能力的關(guān)鍵。地震災(zāi)害對于城市的影響程度取決于地震烈度較低的地震居民可以在周邊綠化空地等開敞空間緊急避難，而烈度較高的地震則需要專門場地進行避難，故本文以固定和中心避難場所為研究對象，研究南京市應(yīng)急避難場所中長期承載能力。承載能力概念來源于生態(tài)學(xué)，是指一定時期內(nèi)所擁有的各種生產(chǎn)、生活、生態(tài)資源稟賦所能承擔(dān)的人類社會活動運轉(zhuǎn)的能力[1]，而對于避難場所來說，應(yīng)急避難場所承載能力是指在災(zāi)害發(fā)生居民需要進行疏散避難背景下，在避難場所服務(wù)區(qū)覆蓋范圍內(nèi)，以避難場所現(xiàn)有條件能夠為居民提供進行避難、疏散和救援的能力，是應(yīng)急避難場所的服務(wù)能力的反應(yīng)。通過對應(yīng)急避難場所承載能力的研究，在提升應(yīng)急避難場所服務(wù)能力、推進應(yīng)急避難場所建設(shè)方面具有現(xiàn)實意義。

目前，學(xué)者對應(yīng)急避難場所的研究主要有以下幾個方面：一是對避難場所的空間布局優(yōu)化的研究，周兆軍、李攀通過區(qū)位理論和最短避難出行距離，結(jié)合城市應(yīng)急避難場所現(xiàn)狀布局，構(gòu)建了安全性、可達性和有用性3個關(guān)鍵指標(biāo)，對備選的城市應(yīng)急避難場所運用GIS空間分析評價其合理性[2]；二是將周圍居民到附近避難場所的可達性作為研究，吳超等將“可達性”作為避難場所選址的首要因素，構(gòu)建“最短路徑模型”和“最大覆蓋范圍模型”，定量分析應(yīng)急避難場所的可達性，以此來優(yōu)化避難場所的布局[3]；三是場所的內(nèi)部避難疏散能力研究，王江波等運用了建筑倒塌模擬的方法，從用地規(guī)模、平面布局、周邊環(huán)境方面對幼兒園空間格局的疏散能力進行定量和圖形研究[4]；四是對于應(yīng)急避難場所的規(guī)劃設(shè)計研究，吉慧等以平災(zāi)結(jié)合的視角探討了避難場所的設(shè)計策略和方法，以此對體育公園進行改造滿足災(zāi)時應(yīng)急避難需要[5]。以上研究主要使用P-中值模型、最大覆蓋模型、兩步移動搜尋法等方法，主要集中在對避難場所空間布局進行優(yōu)化滿足最大覆蓋率和最短路徑的要求，還有對避難場所的內(nèi)部疏散能力和滿足避難需求的場所改造研究。以上研究對避難場所周圍環(huán)境、周邊設(shè)施以及避難場所自身關(guān)系缺少考慮，因此本文將避難場所內(nèi)部、外部和周邊容納入研究范圍，以求對避難場所更綜合的研究。

通過上述研究，拓展了對應(yīng)急避難場所場地安全、周邊設(shè)施和交通可達性的研究，特別是對于避難場所承載能力評價指標(biāo)選取提供了借鑒。因此本文以公共服務(wù)設(shè)施公平性價值導(dǎo)向出發(fā)，根據(jù)南京避難場所建設(shè)現(xiàn)狀以及《南京市應(yīng)急避難場所建設(shè)指導(dǎo)規(guī)劃(2016—2020)》規(guī)劃場所，利用AHP層次分析模型構(gòu)建應(yīng)急避難場所承載能力評價模型，運用GIS分析方法研究發(fā)現(xiàn)南京市應(yīng)急避難場所承載能力以及建設(shè)中可優(yōu)化之處，為以后應(yīng)急避難場所建設(shè)提供一定的參考。

1 研究范圍現(xiàn)狀與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究范圍現(xiàn)狀

南京市為江蘇省省會，是全國重要的科研教育基地和綜合交通樞紐城市，連接江蘇、安徽、上海、浙江之間樞紐，為東部地區(qū)重要的中心城市，是長三角和華東地區(qū)唯一的特大級城市。南京總面積為6587km2，下轄11個區(qū)，到2017年為止常住人口約為833.5萬人，到2020年估計人口約為1060萬人。截至2018年，南京共建設(shè)固定級應(yīng)急避難場所27處，中心級應(yīng)急避難場所9個，總建設(shè)面積為434.84ha，有效避難面積達166.2萬平方米，總計可容納中長期避難人數(shù)約為42.5萬人。對于中長期避難人口的預(yù)測是根據(jù)南京市各地塊控制性詳細規(guī)劃中的指標(biāo)數(shù)據(jù)，運用陳志芬等基于震害經(jīng)驗的避難人口模型(“經(jīng)驗?zāi)Ｐ汀?演變而來的預(yù)測地震避難人口的“比例模型”[6]進行預(yù)測，南京地區(qū)設(shè)防烈度為7級[7]，居住建筑受損性分為A、B、C、D四類，結(jié)合各類建筑的震害矩陣進行避難人口預(yù)測[8],南京市避難場所現(xiàn)狀如表1所示。

表1 南京市各區(qū)固定避難場所現(xiàn)狀統(tǒng)計表

數(shù)據(jù)來源：《南京市統(tǒng)計年鑒2018》[9]和 南京市相關(guān)政府網(wǎng)站

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文數(shù)據(jù)主要來源于控詳提取、相關(guān)規(guī)劃和規(guī)范查詢。醫(yī)療設(shè)施、消防設(shè)施和管理設(shè)施等數(shù)據(jù)通過對南京市整體控詳拼合中提取城市用地分類屬性得到；規(guī)劃數(shù)據(jù)查詢包括《南京市應(yīng)急避難場所建設(shè)指導(dǎo)規(guī)劃(2016—2020)》、南京市控制性詳細規(guī)劃現(xiàn)狀、《防災(zāi)避難場所設(shè)計規(guī)》(GB51143—2015)[10]和《城市應(yīng)急避難場所建設(shè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》(DGJ32/J122—2011)[11]等。

2 研究方法

2.1 指標(biāo)體系建立原則

根據(jù)現(xiàn)有對于承載能力的研究，結(jié)合應(yīng)急避難場所的規(guī)劃設(shè)計實踐和南京市相關(guān)的避難設(shè)施建設(shè)要求規(guī)范，以設(shè)施為民服務(wù)、公平性和均等化要求，構(gòu)建代表性、系統(tǒng)性、可操作性和定性定量的原則。

(1)代表性：保證指標(biāo)在評價體系中能夠客觀反應(yīng)出其特征，具備典型性和普遍性，指標(biāo)之間不相互影響，使評價模型能夠得出正確評價，保證體系的有效。

(2)系統(tǒng)性：在指標(biāo)選取時候需要系統(tǒng)的考慮影響承載能力指標(biāo)，除了場所周邊條件、內(nèi)部條件、有效避難條件和可達性條件，還要考慮到這些指標(biāo)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，使之能夠相互協(xié)調(diào)。

(3)可操作性：在指標(biāo)選取時一方面要考慮到部分?jǐn)?shù)據(jù)難以獲取，指標(biāo)要易于收集和量化，便于模型計算，另一方面指標(biāo)需要有相互獨立性，防止指標(biāo)選取有相互疊合，使準(zhǔn)確性受到影響。

2.2 多層次模型的構(gòu)建

根據(jù)現(xiàn)行的各級避難場所建設(shè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)以及避難場所現(xiàn)有的研究，本文總結(jié)出全面性、可達性、有效性和安全性四個方面，從這四個方面出發(fā)構(gòu)建避難場所承載能力層次結(jié)構(gòu)模型。全面性指標(biāo)是避難場所周圍可以有效利用設(shè)施是否全面，表現(xiàn)為醫(yī)療設(shè)施、消防設(shè)施和管理設(shè)施與避難場所之間的距離；可達性為避難場所內(nèi)部與外界的聯(lián)系狀況，包括出入口數(shù)量、疏散道路寬度、責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)道路面積與責(zé)任區(qū)面積之比；有效性為災(zāi)害發(fā)生后應(yīng)急避難場所的避難效率，包括避難場所等級、避難場所有效避難面積、實際可容納人數(shù)和實際避難人數(shù)和規(guī)劃人口的配置缺口；安全性是避難場所場地自身安全，包括周邊是否有高層建筑以及與地震斷裂帶的直線距離?；贏HP模型構(gòu)建原則，該模型包括三個層次：目標(biāo)層、準(zhǔn)則層和方案層，選取與應(yīng)急避難場所承載能力密切相關(guān)的影響要素作為影響因子。根據(jù)模型選取應(yīng)急避難場所承載能力作為目標(biāo)層，避難場所的全面性、可達性、有效性和安全性作為模型的準(zhǔn)則層，選取影響準(zhǔn)則層4個要素的12個因子為模型的方案層，建立起避難場所承載能力評價指標(biāo)模型如圖1所示。

圖1 應(yīng)急避難場所承載能力評價指標(biāo)模型圖Fig.1 Evaluation index model diagram of the carrying capacity of the emergency shelter

2.3 構(gòu)建判斷矩陣

對承載能力影響因素進行排序，在排序中采用調(diào)研數(shù)據(jù)和專家打分作為標(biāo)度，形成判斷矩陣。判斷矩陣上準(zhǔn)則層Bi相對目標(biāo)層元素Ai的影響性進行比較，為一個n維矩陣，其可表示為表2，Bij表示i元素與j元素相對重要性的對比，一般采用1～9標(biāo)度法將兩個因素定性的重要性轉(zhuǎn)化為定量的比較如表3。

表2 判斷矩陣的一般形式

表3 判斷矩陣1～9標(biāo)度法

通過判斷矩陣得出Z的最大特征根λmax以及相對應(yīng)的特征向量W=(ω1，ω2，…，ωn),ωn為各因素的相對權(quán)重。

單層次判斷矩陣一致性檢驗的公式為：

(1)

(2)

式中，CR為判斷矩陣的隨機一致性指標(biāo)；CI為一致性指標(biāo)；RI為平均隨機一致性指標(biāo)；n為判斷矩陣的階數(shù)。當(dāng)CR< 0.1時可認(rèn)為結(jié)果滿足一致性，否則就要對判斷矩陣進行合理性的調(diào)整，重新檢驗一致性。

2.4 基于AHP模型的指標(biāo)權(quán)重計算

本次單層次判斷矩陣采用專家問卷打分確定其有效標(biāo)度，專家為南京工業(yè)大學(xué)建筑學(xué)院教師、南京市規(guī)劃設(shè)計院規(guī)劃師和其他相關(guān)專家共16人，共有效份數(shù)為14份，采用問卷結(jié)果平均值作為標(biāo)度，通過平均標(biāo)度得出準(zhǔn)則層對于目標(biāo)層的判斷矩陣。

準(zhǔn)則層Bn對目標(biāo)層A的判斷矩陣，如下:

通過用MATLAB矩陣編程運算求解出A的λmax=4.2347,權(quán)重向量的ω1=(0.1101，0.2950，0.5393，0.0556)T，CI和RI為0.07823和0.89，根據(jù)公式層級矩陣一致性檢驗CR=0.0879<0.1，該矩陣結(jié)果滿足一致性，當(dāng)CR>0.1時，需要對矩陣重新調(diào)整進行一致性檢驗。

方案層Cm對于準(zhǔn)則層Bn的判斷矩陣，如下

以上B1、B2、B3、B4矩陣通過用MATLAB矩陣編程運算求解其二級指標(biāo)的權(quán)重、最大特征值和一致性檢驗結(jié)果如表4所示。

表4 最大特征向量及一致性檢驗計算結(jié)果

根據(jù)表5，CR均<0.1，表示上述矩陣滿足一致性要求。

由此可得出準(zhǔn)則層B對于方案層C的相對權(quán)重為以下：

ω2=(0.2605，0.1062，0.6333)T

ω3=(0.1062，0.2605，0.6333)T

ω4=(0.5579，0.1219，0.2633，0.0569)T

ω5=(0.8000，0.2000)T

2.5 評價分值確定

本文以應(yīng)急避難場所的服務(wù)范圍和責(zé)任區(qū)作為單位，并結(jié)合 《城市抗震防災(zāi)規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》[12]和《南京市應(yīng)急避難場所建設(shè)指導(dǎo)規(guī)劃(2016—2020)》確定服務(wù)半徑與服務(wù)范圍，細化評估指標(biāo)體系中的方案層。通過對于準(zhǔn)則層和方案層的評價以及指標(biāo)權(quán)重的求解和指標(biāo)體系的構(gòu)建，得出中長期應(yīng)急避難場所承載能力評估指標(biāo)體系，將評價量化細則劃分為1～4等級，結(jié)合GIS進行處理分析，其權(quán)重、評價細則和評分值如表5所示。

表5 城市應(yīng)急避難場所承載能力評估指標(biāo)體系權(quán)重表

3 實證評價

在ARCGIS軟件中用分析工具將南京市作為處理范圍并分為若干個網(wǎng)格，將避難場所承載能力影響因素的點、線和面數(shù)據(jù)的信息柵格化賦值到網(wǎng)格中，由此可以得出各影響因素的多源數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)可視化處理，便可得出帶有各種評級信息的數(shù)據(jù)圖。

3.1 數(shù)據(jù)處理

利用GIS對南京市市域控制性詳細規(guī)劃進行統(tǒng)計數(shù)據(jù)提取和分類，利用GIS中鄰近分析工具對避難場所責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)的醫(yī)療設(shè)施、消防設(shè)施和管理設(shè)施進行距離評價分析。醫(yī)療、消防和管理設(shè)施與避難場所的距離是公共服務(wù)設(shè)施對于責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)避難場所服務(wù)能力支持的體現(xiàn)。將避難場所點數(shù)據(jù)作為輸入要素，鄰近要素為各設(shè)施點，以避難場所責(zé)任區(qū)為單位，利用近鄰分析計算設(shè)施點到避難場所之間的距離，通過距離進行分級賦值。將所得的數(shù)據(jù)經(jīng)過柵格化處理，同時將南京市行政范圍作為處理范圍，輸出像元單位為1000m×1000m，得出計算結(jié)果如圖2所示。從圖2可以看出，與醫(yī)療、消防和管理單位距離比較近的避難場所主要集中在主城區(qū)以及各個區(qū)的中心部分，在城市外圍的避難場所與這些設(shè)施相距較遠，整體呈現(xiàn)圈狀向外圍擴散。這些要素的布局與人口和經(jīng)濟條件有關(guān)，中心區(qū)域人口集中且經(jīng)濟較發(fā)達，因此會集中較多的醫(yī)療、消防和管理安全設(shè)施，而外圍區(qū)域則反之，在后期的建設(shè)過程中這一規(guī)律雖難以違背且容易造成資源不經(jīng)濟性，應(yīng)通過交通等方面加強聯(lián)系以彌補。

圖2 醫(yī)療、消防和管理設(shè)施距離評價Fig.2 Distance evaluation for medical, fire and management facility

避難場所的出入口、道路等級、責(zé)任區(qū)內(nèi)道路密度、高層建筑與地震斷裂帶距離處理結(jié)果如圖3所示。由圖3可見，出入口和道路寬度評價等級高的地區(qū)主要分布在老城外新發(fā)展地區(qū)，如建鄴、浦口江北新區(qū)以及江寧等地區(qū)，老城區(qū)域與新發(fā)展起來地區(qū)相比，城市道路寬度、道路快速通行等沒有新發(fā)展地區(qū)好，交通服務(wù)特點出有所不同。責(zé)任區(qū)和道路面積的比重可以表達出責(zé)任區(qū)范圍內(nèi)到達避難場所的便捷度，根據(jù)評價結(jié)果城區(qū)范圍較高，城市邊緣地區(qū)比較低，在建鄴區(qū)范圍內(nèi)密度最高，其次的主城區(qū)和江寧區(qū)，而其他區(qū)的評價等級則是由內(nèi)向外逐漸遞減，與城市經(jīng)濟發(fā)展格局較為相同。地塊的出入口設(shè)置可能會受周邊地塊開發(fā)強度、建筑密度和交通等條件制約，以至于出入口的開設(shè)會受收到種種限制，進而影響避難場所的出入。避難場所周邊高層建筑也是在新開發(fā)地區(qū)較多，避難場所的周邊以居住區(qū)較多，新開發(fā)地區(qū)考慮經(jīng)濟利益會設(shè)置較高的地塊開發(fā)強度，隨之帶來的是較高的高層建筑，同時建筑也會有著較高的抗震等級，在地震發(fā)生時比抗震等級低的建筑受影響小。地震斷裂帶上避難場所的距離主要是沿著江寧向棲霞方向斷層和浦口向句容方向斷層，全市范圍內(nèi)斷層沿線需要嚴(yán)格建筑的抗震設(shè)防等級，以防在地震時發(fā)生應(yīng)急避難場所失效情況。

有效避難面積高的部分則為主城區(qū)和各區(qū)中心部分，由于主城內(nèi)有較多人口集中，因此有著較大的應(yīng)急避難場所需求量，在外圍的責(zé)任區(qū)的有效避難面積則較少，主要是外圍地區(qū)人口密度較低，整體上來看大致與經(jīng)濟水平空間發(fā)展相一致。從避難場所配置缺口評價來看，在浦口與六合相交和江寧與雨花臺相交的地區(qū)避難配置缺口較大，在其他區(qū)如溧水和江寧的南部也存在較大配置缺口，空間上看為“兩線多點”的布局，這些部分在后續(xù)的避難場所建設(shè)中應(yīng)增加避難場所數(shù)量以滿足居民的避難需求。

圖3 出入口與疏散道路寬度、責(zé)任區(qū)道路密度與周邊建筑與地震斷裂帶距離評價Fig.3 Evaluation between entrance and exit and width of evacuated road, the proportion of responsibility area and road area, distance between the surrounding buildings and earthquake fault zone

圖4 責(zé)任區(qū)與道路面積比、有效避難面積和人口配置缺口評價Fig.4 Evaluation for the proportion of responsibility area and road area, effective evacuation area and population allocation gap

圖5 應(yīng)急避難場所承載能力綜合評價Fig.5 Comprehensive evaluation of carrying capacity of emergency shelters

3.2 避難場所承載能力綜合評價

在評價指標(biāo)基礎(chǔ)上利用GIS對將12個影響因素按照AHP模型分配的權(quán)重進行疊加評價，其計算公式如下：

(3)

式中：A為避難場所的承載能力評價值；Ni為承載能力因素的評價等級分?jǐn)?shù)；ωi為承載能力影響因素的權(quán)重。

經(jīng)過綜合評價得出的南京市應(yīng)急避難場所承載能力圖，如圖5所示，依據(jù)各個影響因素綜合得分將承載能力劃分為5個等級，在主城區(qū)范圍內(nèi)建鄴區(qū)、雨花臺區(qū)的北部下關(guān)區(qū)的南部處避難場所的承載能力較高；在主城區(qū)外圍的各區(qū)的中心部分，避難場所的承載能力較高，這也表明這些地區(qū)的避難場所在災(zāi)時服務(wù)避難居民的條件較好，而在浦口的北部與六合相連地區(qū)、溧水和高淳外圍地區(qū)，避難場所承載能力較低。從整體水平來看，建鄴區(qū)、雨花臺和六合區(qū)的承載能力水平較高，六合、溧水和高淳的承載能力水平較低，在以后的避難場所建設(shè)中需要加強。

4 結(jié)論

通過AHP層次模型和GIS分析工具對南京市各避難場所的數(shù)量、位置、容納人口、估算人口缺額、配套設(shè)施和影響條件等定性和定量的分析，不僅基于避難場所的實際情況，同時還將現(xiàn)狀的避難需求考慮進來，避免主觀性對于評價模型的影響。利用判斷矩陣得出各個因子的權(quán)重推導(dǎo)得出承載能力評價模型，模型結(jié)合賦值等級來評價應(yīng)急避難場所承載能力，經(jīng)GIS分析和可視化處理得出評價結(jié)果表明，本文應(yīng)急避難場所承載能力評價模型以及處理方法具有可行性，可以為提高城市應(yīng)急避難承載能力和避難場所建設(shè)水平提供意見和參考。

本文也存在不足之處，在指標(biāo)選取時未能考慮到避難場所的內(nèi)部設(shè)施及建設(shè)情況，如應(yīng)急廁所、應(yīng)急供水、應(yīng)急淋浴以及應(yīng)急告示牌等設(shè)施。另外對于避難場所周邊道路交通、人口分布密度、人口結(jié)構(gòu)和設(shè)施到避難場所實際空間距離考慮不全面，后續(xù)研究將繼續(xù)完善評價模型，提高數(shù)據(jù)的全面性和代表性，進而提升評價模型的準(zhǔn)確性。