基于熵權法的四川省城市韌性評價及其時空特征分析

楊 丹，周 波，趙薇可，成受明

(四川大學 建筑與環境學院，四川 成都 610065)

1 引言

隨著城鎮化進程的加快，城市系統所面臨的不確定性因素和未知風險也在不斷增加，任何一個子系統遭到破壞或退化，都可能對整個城市造成致命的傷害，如：極端氣候引發的干旱與洪澇；地殼運動導致的地震與海嘯；恐怖襲擊和傳染病傳播帶來的社會恐慌；高密度開發與管理不善形成的空間混亂等[1～3]。傳統的城市安全與防災理念已經不能滿足未來城市的發展要求，如何提高城市系統面對災害事件等不確定因素的響應和適應能力，增強城市韌性，成為規劃界關注的熱點與焦點問題[4]。2013年3月，聯合國減災署在報告中提出建議，在全世界范圍建設“彈性城市”，來應對災害與風險[5]。

四川省是我國的資源大省、人口大省、經濟大省，人口高達8000多萬人，自然災害種類繁多、發生頻率高[6]。2008年發生的汶川大地震、2013年發生的雅安廬山地震都對城市安全發展帶來很大挑戰，如何增強城市韌性發展水平對保障城市安全與可持續發展有著重大意義。四川省共有21個地級行政區劃單位，其中包括18個地級市，3個自治州。但是，由于自治州相關統計數據的缺失，在本次研究中暫不考慮，最終選取18個地級市作為本次研究的樣本，研究范圍如圖1所示。

本研究基于評價指標體系，對四川省各城市的城市韌性進行整體評價，分析四川省城市韌性的空間特征；取2008年汶川地震為時間節點，分別評價2007 年與2017年的城市韌性，通過比較10年前后各城市韌性指數，分析四川省城市韌性的時間特征；最后，通過對城市韌性的維度分析，判斷影響各城市韌性指數的主要因素，為城市韌性的建設工作提供可靠的依據。

圖1 研究區示意

2 城市韌性評價指標體系

2.1 城市韌性概念界定

1973年，生態學家霍林應用韌性思想定義生態系統穩定狀態的特征，被認為是現代韌性理論的起源[7]。2000年之后，韌性概念從社會—生態系統研究擴展到社會—經濟系統，并得到廣泛應用[8]。聯合國減災署對“韌性”的定義為:“韌性是一個系統、社區或者社會暴露于危險中時能夠通過及時有效的方式抵抗、吸收、適應并從其影響中恢復的能力，包括保護和恢復其必要基礎設施的功能[9]。”國際地方環境會對韌性城市的內涵進行闡述，即：在長期發展中形成面對外來干擾能迅速揮發，承受自身內在變化后能保持相對穩定的城市[10]。綜上所述，城市韌性是穩定能力、適應能力與恢復能力的結合。

2.2 評價指標體系的構建

國外對于韌性評價研究比較早,構建了初步的理論分析框架與研究體系雛形。Bruneau等學者構建了系統的韌性機能曲線評價模型，通過基礎設施機能隨時間的變化曲線計算地震韌性[4]；Woolf等人，提出ASPIRE模型，對外部資源、資產、能力和質量4個方面打分，對社區韌性進行評估[11]；Cutter等學者先提出DROP模型，從社會、經濟、制度和生態等6個方面構建評估指標體系,2014年，以DROP模型為基礎，將城市韌性分為社會韌性、經濟韌性、社區韌性、環境韌性等6個部分，構建社區基線韌性評價指標體系(BRIC)[4，12]。BRIC模型考慮的因素比較全面，可操作性強，在研究領域中，得到了廣泛的運用。

相較于國外城市韌性評估的研究進展，國內的研究尚且處于初級階段。多數研究選擇在借鑒國外理論的基礎上，因地制宜，構建符合實際情況的評估模型。劉江艷與曾忠平借鑒城市可持續發展的評價指標體系，通過城市生態彈性、經濟生態彈性、城市工程彈性和城市社會彈性等指標對城市韌性進行評價[13]。李亞以韌性基線模型(BRIC)為基礎，構建了我國的城市災害韌性評價指標體系[4]。趙丹等學者則借鑒奧雅納公司提出的韌性城市研究框架，從城市系統與韌性管理兩個維度出發，建立適應于北京市的韌性評價指標體系[14]。

對比不同評價模型的優缺點，并出于對操作可行性的考慮，最終，選取韌性基線模型(BRIC)作為研究基礎，從經濟韌性、社會韌性、環境韌性、基礎設施韌性、社區韌性及組織韌性6個維度出發，構建針對四川省的城市韌性評價指標體系。本文參考國內外文獻的研究成果，根據評價因子在文獻中的出現頻率，結合四川省的實際情況與數據獲取的難易程度，確定評價因子。本次研究的基礎數據主要來源于《四川統計年鑒》，部分數據通過《四川省2010年人口普查資料》《四川省2000年人口普查資料》以及《中國城市統計年鑒》進行補充，還有一些數據則是通過基礎數據進行運算獲得。對于少數缺失數據，則通過選取其相鄰年份同類型數據進行替代。

構建的城市韌性評價指標體系如表1所示。

3 研究方法

本文采用熵權法進行韌性評價，將各單元的信息進行量化與綜合, 對各因子賦權，以簡化評價過程。熵權法根據指標變異性的大小，基于指標的本身來確定權重, 克服了傳統方法在確定評價指標權重因子時主觀因素的影響，能夠得到相對客觀的結果。

3.1 數據標準化處理

在多指標評價體系中，由于各評價指標的性質不同，通常具有不同的量綱與數量級。為了消除由此帶來的影響，保證結果的可靠性，需對原始指標的數據進行標準化的處理。本文選取極值法，對原始數據進行線性變換。

本文所選的指標存在正向指標與負向指標，其中失業率、生產總值能耗、65歲以上人口比重、人口密度、文盲占15歲以上人口比重、最低生活保障人口占比、工業二氧化硫排放量以及人均日生活用水量為負向指標，其余的18項指標為正向指標。針對不同類型的指標，采取不同的標準化方式。

表1 城市韌性評價指標體系及權重

對于原始標準越大越好的正向指標，處理公式為：

Yij=Xij-Min(Xij)/Max(Xij)-Min(Xij)

(1)

對于原始標準越小越好的負向指標，處理公式為：

Yij=Max(Xij)-Xij/Max(Xij)-Min(Xij)

(2)

公式(1)、(2)中,Xij為第i個單位的第j個指標的原始值，Yij為經過標準化處理后的第i個單位的第j個指標。

3.2 定義標準化

(3)

3.3 計算信息熵

(4)

公式(4)中，ej為第j項指標的信息熵值，某指標的熵值ej越小, 說明該指標提供的有用信息越多, 在綜合評價中所起到的作用越大, 其權重越大;反之亦然。

3.4 計算信息熵冗余度

dj=1-ej

(5)

公式(5)中，dj為信息效用值，dj值越大，表明指標越重要，對評價的重要性就越大。

3.5 計算指標權重

(6)

公式(6)中，Wj為第j項指標的權重，詳細結果見表1。

3.6 綜合評價

F=∑wjyij

(7)

4 結果分析

以兩年為間隔，將2007～2017年各城市年均數據代入公式，得到各指標權重，見圖2。在各項指標中，權重較大的有GDP、規模以上工業企業個數、移動電話用戶數、互聯網用戶數、醫療保險覆蓋率與失業保險覆蓋率，這些評價因子對城市韌性影響顯著。反之，人均日生活用水量與人口密度權重較小，對城市韌性的影響甚微。

4.1 四川省城市韌性空間特征分析

將2007～2017年的年均數據，代入公式(7)，可得四川省18個地級市的城市韌性指數，詳情見表2。

四川省18個地級市城市韌性的平均值為0.2860。成都市韌性指數高達0.8457；攀枝花市位列第二，韌性指數為0.3984，與成都市差距顯著；德陽市韌性指數為0.3496，位居第三，與第二名的差異明顯縮小；韌性指數最小的城市是巴中市，韌性指數為0.1945。城市韌性指數最大值約為最小值的4.35倍。

圖2 城市韌性指標權重

表2 四川省各地級市城市韌性指數

為了清晰地顯示結果，本研究采取標準差分類法，選取1倍的標準差的分類間隔對城市韌性指數的計算結果進行了分類，指標區間依次為0.1945～0.2137、0.2137～0.3583、0.3583～0.5028、0.5028～0.6474、0.6474～0.8457，城市韌性由差到優，分別對應五級、四級、三級、二級、一級。

經統計，一級韌性城市與三級韌性城市各1個，四級韌性城市12個，五級韌性城市4個，二級城市出現斷層，大量城市處于四級水平，四級與五級城市共計16個，超過參評城市數量的4/5(圖3)。成都市作為四川的省會，城市韌性優勢顯著，資陽市、眉山市與遂寧市雖與成都市相臨，韌性水平反而較低，與成都市形成鮮明的對比。成都市作為一級韌性城市，自身發展條件優越，通過吸引周邊城市的資源，累積集聚優勢，但對周邊城市輻射帶動作用不強，呈單中心極核式發展，空間分異現象顯著。

總體而言，四川省城市整體韌性水平不高，各城市韌性發展水平差異顯著，省域中心城市韌性水平優勢顯著，其他各城市韌性呈低水平均衡分布態勢， 二級韌性城市斷層嚴重，省域中心城市邊緣地區韌性發展水平偏低。

4.2 四川省城市韌性時間特征分析

2007年與2017年四川省各地級市城市韌性水平如圖4所示。10年來，除攀枝花市的城市韌性趨勢類型為負向演變外，其余17個城市的城市韌性趨勢類型為正向演變。成都市一直保持較高韌性值，其余城市2007年與2017年的城市韌性指數均在0.2～0.4區間內變化，整體仍處于低韌性水平。

由于每個城市的韌性建設基礎不同，通過公式 “(2017年韌性指數-2007年韌性指數)/2007年韌性指數”的計算值來分析每個城市的韌性波動幅度。結果如圖5所示，洪澇災害多發的瀘州市、南充市與地質災害多發的內江市、雅安市，韌性增長幅度顯著，而資陽市、達州市與綿陽市的增長不明顯。

進一步觀察不同維度的韌性演變趨勢，詳情見圖6。除卻個別有特殊情況的城市，四川省各維度韌性趨向于正向演變。其中，經濟韌性與基礎設施韌性發展不明顯，社會韌性發展趨于平緩，社區韌性演變趨勢不穩定，環境韌性與組織韌性水平有顯著的提升。表明經濟發展與環境保護之間在近10年存在矛盾，如何正確處理經濟發展與生態環境的關系，實現“雙贏”，是提高四川省城市韌性的要點。

總體而言，四川省城市韌性趨勢類型為平緩正向演變，城市韌性排名波動較大，災害多發城市積極主動地提高韌性應對災害與風險，但是，大多數城市韌性值依舊處于低韌性水平，有較大的提升空間。其中，環境韌性與組織韌性水平顯著提高，經濟韌性水平發展滯緩。

4.3 四川省城市韌性維度特征分析

為了便于對各個地區的城市韌性建設提出針對性的建議，基于2017年的數據，對不同維度下各個城市的韌性與不同城市的各個維度的韌性進行分析，具體情況如圖6與圖7所示。

不同維度下各城市的韌性進行對比，除環境韌性與社區韌性外，成都市均處于首位，尤其在經濟韌性與基礎設施韌性方面，優勢顯著。就社會韌性而言，除成都市領先，宜賓市、達州市與瀘州市相對較好外，其他城市之間差異不明顯。對組織韌性進行分析，綿陽市與廣安市劣勢較明顯。在環境韌性方面，自貢市與南充市領先，達州市與攀枝花市有較大的上升空間。社區韌性維度下，攀枝花市水平優越，成都市、廣元市、內江市與南充市良好，資陽市亟待提升。

進一步針對每個城市不同維度的韌性進行分析，普遍而言，社會韌性水平相對較高，社區韌性與基礎設施韌性水平相對較低。個別城市存在特殊情況，攀枝花市的社區韌性僅次于社會韌性，基礎設施韌性與環境韌性水平較差；除社區韌性外，成都市還需在環境韌性方面加強建設；綿陽市須在組織韌性上多下功夫；對達州市而言，環境韌性也是其不可忽視的短板；雅安市與巴中市的韌性短板還有經濟韌性。

圖3 2007～2017年四川省各地級市年均城市韌性空間分布

圖4 2007年與2017年四川省各地級市城市韌性

圖5 2007～2017年四川省各地級市城市韌性波動幅度

總體而言，不同維度，處于劣態的城市不同；不同城市，韌性短板不同。其中，在經濟韌性與基礎設施韌性方面，城市間的差距顯著；社區韌性與基礎設施韌性是大多數城市的韌性短板。只有找準城市的韌性短板，克服這些薄弱環節，有針對性地進行提升，城市韌性建設才能得到更好的發展。

5 結論與建議

韌性評價有助于認識城市的韌性情況，是前期預判與后續決策的前提。本研究通過構建評價模型，利用統計數據進行定量分析，得出以下結論：

(1)四川省城市整體韌性水平不高，韌性差異顯著，有明顯的空間分異特征。一級韌性城市具有絕對優勢，二級韌性城市出現斷層，大量城市集中在四級與五級水平。成都市與其周邊城市韌性差異顯著。總體而言，城市應對風險時的穩定能力、適應能力與恢復能力比較弱。

(2)四川省城市韌性趨勢類型為平緩正向演變。近10年間，除攀枝花市外，其余城市韌性均有所提高，但提升幅度不大，城市韌性還處于較低水平。環境韌性與組織韌性水平顯著提高，經濟韌性水平發展滯緩。

(3)不同維度，處于劣態的城市不同；不同城市，韌性短板不同。在經濟韌性與基礎設施韌性方面，城市間的差異較大。各城市的社會韌性得分相對較高，而其社區韌性與基礎設施韌性得分相對較低，是大多數城市的韌性短板。

針對所得的結論，結合影響因素的分析結果，提出如下建議：

(1)倡導全省區域協同韌性發展。成都市充分發揮輻射帶動作用，帶動周邊城市的發展；其余城市牢牢把握成都、重慶特大城市發展的溢出效應，借勢借力、相互促進、協調發展，縮小地區間的發展差距，提升四川省城市韌性的整體水平。關注成都市周邊地區城市韌性的提高，避免出現“燈下黑”現象。

(2)通過社區建設帶動城市韌性水平提升。隨著社區在社會治理中的作用日益提升，重視社區防災減災能力的提升，充分發揮社區在應急管理體系中的作用。以社區為單位，健全其救災體系，提高社區應對風險的能力，達到城市韌性水平的提升。

(3)提高城市基礎設施資金投入力度。城市基礎設施系統是安全防災的保障，為抗災救災提供硬件支撐。通過完善教育、醫療、民政、通信等公共服務設施，推動城市防洪、防震等防災減災體系建設。

(4)強化底線安全意識，形成綠色發展方式，平衡經濟發展與環境保護。環境保護與經濟發展之間存在著對立統一的關系，經濟發展要以保護保護環境為條件，環境保護亦需要經濟的支撐。通過傳統經濟向綠色經濟轉變，在轉變中實現結構增長，實現“效率、和諧、持續”三位一體的發展目標。強化空間管控邊界線的約束作用，為可持續發展預留空間。

圖6 2007年與2017年四川省各維度城市韌性比較

圖7 2017年四川省各城市不同維度韌性比較