突发事件下城市路网脆弱性变化分析

向怀坤

摘 要：城市路网脆弱性分析是城市道路交通规划、设计、建议、运维和评估等工作的基本内容之一。本文通过对路网脆弱性内涵进行剖析，认为路网脆弱性是城市道路交通网络的内在属性之一，而突发事件则是导致脆弱性显性存在的外在要素，对路网脆弱性要从突发事件前、中、后三个阶段动态地进行分析，从而制定相应的路网脆弱性改善策略。

关键词：城市路网;突发事件;路网脆弱性;路网恢复力

中图分类号：U491.2 文献标识码：A

城市路网脆弱性研究最早源于恐怖袭击、大地震等突发事件对道路网络造成的破坏和影响。学者们在研究破坏事件对交通网络的影响，特别是导致的救援疏散等问题时，引入了路网脆弱性这一概念并试图对道路网络脆弱性的概念进行界定。Berdica[1]认为，道路运输系统的脆弱性是一个易于受事件影响而导致路网的服务水平极大下降的敏感系数。Jenelius等人[2]认为路网脆弱性是风险的一部分，Taylor等人[3]将少量连接的失效（或退化）顯著的降低了节点的可达性称为网络节点的脆弱性。随着对脆弱性研究的深入，脆弱性概念逐渐变成了一个概念集合，是包括暴露性、敏感性、适应性及恢复力等概念。事实上，到目前为止学术界对于城市路网脆弱性概念仍然没有一个确定的、统一的定义。下面围绕突发事件、突发事件影响下城市路网脆弱性的变化特征等进行分析。

1 突发事件及其特点

1.1 突发事件的概念

《中华人民共和国突发事件应对法》规定，突发事件是指：突然发生，造成或者可能造成严重社会危害，需要采取应急处置措施予以应对的自然灾害、事故灾难、公共卫生事件和社会安全事件[4]。

广义上，突发事件可被理解为突然发生的事情，其中包括两层含义。第一层含义是指事件发生、发展的速度很快，出乎意料;第二层含义是事件难以应对，必须采取非常规方法来处理。狭义上，突发事件就是意外地突然发生的重大或敏感事件，简言之，就是天灾人祸。前者即自然灾害，后者如恐怖事件、社会冲突、丑闻包括大量谣言等等，专家也称其为“危机”。

1.2 突发事件的特点

突发事件具有突发性、严重危害性、不确定性、舆论关注性及不易调和性等特点。

1.2.1 突发性是突发事件的一个最重要的特征

突发事件一般是在组织毫无准备的情况下瞬间发生的，突发事件的发生往往是出乎人的意料之外，人们往往难以预测或难以左右它的发生，如美国的“9.11”恐怖袭击事件。

1.2.2 突发事件对社会和个人具有严重危害性

突发事件一旦爆发，就会造成对社会正常秩序的破坏，对公众生命财产造成威胁，也会给社会公众带来巨大的恐慌，严重破坏政府形象和声誉。

1.2.3 突发事件会引来广泛的舆论关注

突发事件发生后，往往会成为社会乃至全世界舆论关注的焦点。突发事件的爆发最能刺激人们的好奇心理，通常都会造成人们的谈论话题和新闻媒体的炒作内容，这既给政府处理带来困难，也给政府带来形象危机。

1.2.4 突发事件的不易调和性

尤其是人为突发重大事件，都是由某种工作失误或利益冲突造成的，协调余地较小，且不易控制其事态发展。

2 城市路网脆弱性的内涵分析

突发事件下，城市路网脆弱性很容易暴露出来。尽管目前对城市路网脆弱性没有统一的定义，但学术界对其特征已基本形成共识，那就是道路交通系统的脆弱性是指系统易受某一事件（尤其是突发事件）的影响，并且导致路网系统交通服务能力的大幅下降。城市路网的脆弱性内涵，至少可以从以下两个方面来进行分析。

（1）脆弱性是城市路网本身固有的一种基本属性，其大小或强弱在城市路网形成后就产生了。这些特性从根本上讲是由路网结构和路网的相关属性如道路宽度、等级等决定的，而且，这种脆弱性具有稳定的分布特点，可以把这个称为路网结构脆弱性。研究表明，城市路网具有复杂网络的基于特征，因此可以基于复杂网络理论对路网的固有脆弱性进行评定[5]，主要集中在四个方面：①网络结构与实证研究;②网络的演化特性与机制;③网络传播动力学;④网络的稳定性，网络稳定性又可进一步分为网络的脆弱性及鲁棒性。

（2）城市路网的脆弱性受外在因素的干扰而变化。这种外在的影响因素，又可以分为两种情况，一种是直接加载于道路上的交通流量，另一种是影响道路交通的各类突发事件，如连续下雨、路面坍塌、道路维修、交通事故、重大活动、恐怖袭击、地震台风等等，可以将这些称为路网运行脆弱性。路网结构脆弱性是路网运行脆弱性的基础，路网运行脆弱性会随着加载于路网上的影响程度而变化。对于路网运行脆弱性，由于涉及道路交通需求的变化，以及突发事件下道路运行的各类变化，因此路网运行脆弱性的表达非常复杂，呈现出较大的不确定性和模糊性，需要结合交通需求及其对路网功能的影响来进行评估。

3 城市路网脆弱性变化分析

3.1 宏观层面的特征变化

如果在城市道路交通网络中出现了突发事件，而且导致道路交通中断，无论是城市道路平面交叉口，还是在城市道路路段上面，都容易引发与该处相关的路段出现车辆排队，从而造成大面积道路交通拥堵。这不仅阻碍了受困人群的疏散，而且会延误救援人员的到达和应急物资的输送。

城市路网脆弱性在宏观层面的特征变化至少可以从以下几个方面来考察：①任何一个道路交通网络在没有遭遇突发事件时，其内在的脆弱性会一直隐性地存在;②当遭遇突发事件时，道路交通网络固有的脆弱性会显现出来，如果道路交通网络越容易被突发事件影响，则表明其固有的脆弱性越大，反之表明脆弱性越小;③在突发事件产生影响的过程中，道路交通网络如果产生的损失程度越严重，表明其固定的脆弱性越大，反之表明脆弱性越小;④在突发事件影响并产生损失以后，道路交通网络在外力修复下如果其服务水平越容易被恢复，表明其固定的脆弱性越小，反之表明脆弱性越大。城市路网脆弱性的这种动态变化特征也可用图1所示的三维形式表达。在图1中，表示事件发生的起始时刻，为突发事故处理完毕时间点，为道路完全恢复原通行能力时刻，表示最大损失，为事件发生的最大概率，为路网脆弱性度量值。

3.2 微观层面的特征变化

从微观层面来看，事故发生后，道路交通流的流入、流出均发生变化，一般情况下会产生突发性交通聚集引发交通拥堵排队。经过一段时间，当事故处置完毕后，道路交通拥堵状态将逐步消散，直至交通运输恢复常态[6-7]。这一过程的道路交通流分布，可以用如图2所示的示意图来表达。

在图2中，为突发事件初始时刻时道路上原有的车辆数。事故发生后，道路中断，但由于信息不能及时发布到道路上的每一台车辆，并且由于进入该路段的车辆别无选择，导致事故路段的车辆流入率超过流出率，直到事故处理完毕时间点，此时道路上的车辆数为。从开始由于突发事件处置及道路通行能力逐步恢复，道路上的车辆流出率将略高于流入率，直到道路完全恢复原通行能力为止，此时为时刻，此时道路上的车辆数为，理想状态下，近似等于。

为此，可以将大致将整个过程划分为两个阶段，分别为：①事件发生时段;②事件恢复时段。根据事件发生的地点，可能位于城市道路交叉口，也可能位于城市道路路段。无论突发事件发生在哪个位置，都将对道路交通流的运行产生影响，最直接的影响是交通拥堵，然后随着事件的处置，交通拥堵又会逐步缓解，直到恢复到正常状态。所谓城市道路交通网络的脆弱性，就是指突发事件发生后，道路能够保持原有的服务水平的能力，或者说能够保持原有服务水平的韧性，如果道路某地点或某路段对突发事件特别敏感，即一旦突发事件发生后，该处的服务水平快速下降并导致了城市路网交通的损失，则表明路网中该地点或路段具有较高的脆弱性。

4 结语

在城市路网脆弱性分析中，需要认识导致脆弱性变化的内因和外因两大要素。其中，网络本身的拓扑结构、分布形态等内在因素是导致路网服务能力下降的内因，而突发事件的发生则是导致网络服务能力下降的外因。从微观层面分析可知，在突发事件发生前、发生中和发生后的各个阶段，路网脆弱性的表现形态、表现程度和评判指标等均会有所不同，因此需要动态地开展城市路网脆弱性分析，并且根据不同的变化研究制定相应的改善策略。从实际情况来看，对路网脆弱性的改善应该尽量将时间窗口前移，通過减轻固有的脆弱性成分，增强其应对突发事件的韧性（或恢复力），从而较大幅度地降低路网的脆弱性。

参考文献：

[1]BERDICA K.An introduction to road vulnerability： what has been done，is done and should be done[J].Transport Policy，2002，9（02）：117-127.

[2]Jenelius E，Petersen T，Mattsson，L G.Road network vulnerability：Identifying important links and exposed regions[J].Transportation Research A，2006（40）：537-560.

[3]Taylor M.A.P.Network vulnerability in large-scale transport networks.Transportatoin Research Part A，2012（46）：743-745.

[4]何浏.《中华人民共和国突发事件应对法》的制定和完善——基于多源流理论的政策分析[J].法制与社会，2014，23（22）：270-272.

[5]黄大荣，沈利兵，赵玲.基于复杂网络理论的城市路网脆弱性研究[J].重庆交通大学学报（自然科学版），2015，34（01）：110-115.

[6]张玺.基于网络效率的日变路网脆弱性识别方法[J].交通运输系统工程与信息，2017，17（02）：176-182.

[7]李彦瑾，罗霞.基于Logistic曲线的路网脆弱性动态识别[J].中国安全科学学报，2018，28（02）：28-33.