卫星城镇避难场所层级选址与布局优化——以河北燕郊为例

第17卷第18期2017年6月 1671 — 1815(2017)18-0096-09科学技术与工程

Science Technology and EngineeringVol. 17 No. 18 Jun. 2017 © 2017 Sci. Tech. Engrg.

建筑科学

卫星城镇避难场所层级选址与布局优化 —以河北燕郊为例

李海君M张耀文1>2高萍〃(防灾科技学院1,三河〇652〇1;中国地震局工程力学研究所地震工程与工程振动重点实验室2,哈尔滨15〇〇8〇)

摘要为解决中小城镇避难场所系统布局优化问题，通过分析卫星城镇避难需求与避难场所系统层次性特征，利用P-中位

数与MCLP模型确定了一套适用于卫星城镇避难场所系统优化布局方法。该方法考虑了短临避难阶段疏散距离最短与中长

期避难阶段覆盖最大需求综合目标，结合规定疏散距离及实际设施容量，以典型卫星城镇为实例进行了分级分步计算优化研 究。研究结果表明，确定的避难场所系统设施层次更为丰富、备选资源利用效率更高;且应急疏散效果相对高效。关键词层次性分析 避难场所系统 卫星城镇 模型 布局优化

中图法分类号TU98; 文献标志码A

2015年，我国城镇化率由世纪初36. 22%迅速 增至54. 8%，单体建筑体量增大而开放空间骤减，同期地震等突发事件造成累计高达52. 55万人员伤 亡[1]。为增强应急准备能力，降低灾害风险，国内 大中城市相继开展避难场所规划建设实践，旨为灾 时提供具一定规模场地，配备应急保障基础、辅助设 施的建筑工程，据此以实现应急避难、临时生活及指 挥救援等功能[2]。而实际案例表明，公共安全研究 水平与御灾能力较低的中小城镇更易成为破坏性自 然灾害重灾区[3]。尤其大都市周边卫星城镇，因人 口“聚集作用”而加速建设、扩容，但未同步推进避 难场所规划建设，且相关安全防范体系不完善，导致 避难设施资源匮乏，与日益增长的系统合理、安全适 用的避难需求矛盾突出。为高效、公平配置避难资源，兼顾系统可达性，

2016年12月6日收到 河北省教育厅高等学校科学研究计划

(Z2〇l3〇27)、科技部地震行业科研专项（2〇15〇8〇09)和

中央高校基本科研业务专项资金（ZY20130205)资助第一作者简介:李海君（1986—），男，博士，研究生讲师。研究方向：环境地质灾害防御研及应急管理。E-mail:lhjun777@163. com。'■通信作者简介:高萍（1963—），教授。研究方向:社区综合减灾

与应急管理信息化、自然灾害风险识别与风险评价。E-mail:737169797@ qq. com。

引用格式:李海君，张耀文，高萍.卫星城镇避难场所层级选址与布局优化—以河北燕郊为例[J].科学技术与工程，2017, 17(18) ： 96—104

Li Haijun, Zhang Yaowen, Gao Ping. Hierarchical location selection andlayout optimization of emergency shelter system in satellite town--------a case of Yanjiao town in Hebei Province[J]. Science Technology andEngineering, 2017, 17(18) ： 96—104

国内外学者从避难效果、建设成本、次生灾害风险防 控等方面就城市避难场所系统布局优化进行了相关 探索。K〇ngSOTnSakSakul[4]、黄河潮[5]、李久刚[6]、毛 晓蛟[7]等分别建立考虑交通流量的疏散时间最短 或容量限制下疏散距离最短规划模型；Hu[8]、周天

颖[9] * 、李刚[1°]等通过修订覆盖区位选址模型以最大 化避难场所利用效率或降低建设成本。于此基础 上，陈志宗™、马丹祥™、吴健宏[13]等建立综合总 疏散距离与最大距离最小、选址适宜性最佳、利用效 率最大或设施数目最小的多目标优化模型，以合理 确定设施位置、数量、容量与责任K[14];Almeida[15] 等则考虑疏散路径与避难场所风险最小化进行了多 目标优化决策。鉴于系统层次性特征，马丹祥[16]以 选址适宜性与总疏散距离最短为目标建立选址与责 任区双层规划模型；陈志宗[17]、徐波[18]、初建宇[19] *等提出避难场所系统多级层次选址模型，另陈志 芬[2°]、陆相林[21]等则建立考虑综合了容量、成本与 利用效率等多约束的层次选址模型。然而，以上经 修订的经典确定性选址模型，多适用于城市与避难 场所同步规划建设的大中城区，模型求解属NP- Hard问题，且部分未考虑场所容量限制与建设成 本;另因新兴城镇规模较小，避难资源匮乏而人口高 度集中，现有多级选址模型未对该类城镇有限备选 资源利用效率及避难需求层次性予以充分考虑，故 现有布局优化模型并不完全适用于中小城镇，尤其 新兴卫星城镇。因而，针对卫星城镇确定简单实用、 科学安全、容量适度避难场所系统，对灾后妥善疏散 安置群众，并有效抗御地震等突发性灾害意义重大。参考规范[22](下称“《规范》”）限定疏散距李海君，等:卫星城镇避难场所层级选址与布局优化——以河北燕郊为例9718期

离、设施容量，核实卫星城镇实际避难需求，结合 P-中值与MCLP模型，以短临避难阶段疏散困难度

最小，而中后期有限成本下覆盖低级设施数或需 求量最大为目标，确定“分级分步”选址方法。通 过典型卫星城镇实例分析，依次确定各级避难场 所位置、数量与避难人数，比较分析了各阶段边际 效应，并对比现有文献优化结果，对模型效率进行 了讨论。

1避难设施系统层次分析避难者从安全势低向安全势高场所转移的过程 中，其避难需求随时间推移逐级提升[23]。受卫星城 镇资源利用效率限制，区域避难需求区合理划定及 设施容量核实，均需考虑设施本身层级结构，否则对 布局优化结果影响较大，甚至失真。因而，需结合实 际情况，对卫星城镇避难需求及系统量化指标、功能 适用性进行层次分析。1.1避难需求现有研究、规范多据时间、需求等级，按灾后短 期、中期、长期阶段，结合大中城市各自应灾范畴进 行避难需求层次分析。鉴于国内城镇化正处于人口 向城镇积聚、防灾服务设施未同步完善初级阶 段[24]，其避难需求亦呈现不同特征。其中，临时避 难阶段应首先满足安全、方便避难与紧急救援等基 本需求;短期应满足基本或一般[25]普适性需求;而 中长期则更注重居住条件丧失的避难者过渡性避 难，社会、商业功能恢复等。1.2避难场所系统本着安全易达、平灾结合、适用可行等原则，国 内外学者及相关规范对城区避难场所系统，按规模、 开放时间及功能完善程度，多分为紧急避难场所、固 定避难场所以及中心避难场所三个结构层次[26]。 为充分利用现有资源，强化防灾结构，又可据统筹规

划原则，形成区域级、城市级、社区级城市防灾系统， 且作为典型层级应急公共设施，应具嵌套性特征[27]。卫星城镇随多以都市周边城乡行政中心或经济 中心存在，人口高度密集，一般为小城市、建制镇及 乡集镇。于现行规范或研究严格规定下，设施建设、 资源储备远不能满足公众防灾需求[28]，其体现出不 同于城市中心区避难场所系统层次特征。本文认 为，该类地区辖域内避难场所系统结构，应适度调整 为紧急级、固定级、综合级，即对应紧急疏散点、短期 避难场所及中长期避难场所三级层次，且各级设施 功能亦应灵活放宽(见表1)。

2数学模型

2.1前提假设经实际、合理确定避难需求及系统层次性，方可 考虑安全、可靠、易达等基本原则[29]，确定辖域避难 率，应用空间分析获取需求、设施基础数据，选用优 化模型[3°]进行避难设施系统规划选址。考虑卫星 城镇避难资源突出的供需矛盾，且经济发展较快且 构筑物灾害设防水平较高实际情况，优化模型需解 决:短临阶段适度避难率下避难困难度最小，而中长 期阶段能覆盖既定低级设施和避难需求量最大。为 简化模型，另做如下假定。(1) 各层级内避难场所备选设施安全且设施齐 备，无明显适宜性差异。(2) 各级内避难需求同质且疏散能力无差异， 疏散均采用步行。(3) 疏散道路系统满足相应应急保障水平。(4) 需求、设施具嵌套特征，避难人员依次接受 临时、短期、中长期服务。(5) 需求要求距离内分配至一个设施，且各设 施避难人数小于设施容量。

表1避难场所系统层次分析 Table 1 Hierarchical analysis on shelter system

类型名称研究、规范普适性要求卫星城镇避难场所要求

紧急级技术指标

适用功能

规模為0.2 ha;人均有效避难面积0.5 ~1 m2;服务半径 0• 5 ~ 1 km 等就近安全避难;应急医疗;物资、应急水电供给;应急宿 住、应急标识及有效疏导转移等规模為0• 1 ha;人均有效避难面积>0. 5 m2 ;服务半径1 '

1.5 km#

安全就近避难;应急医疗;有效疏导、转移等

固定级技术指标规模0.2〜5 ha;人均有效避难面积2〜4.5 m2;服务半径-2.5 km 等适用功能消防、卫生防疫、应急指挥管理，物资储备集散等规模為1 ha;人均有效避难面积為2 m2;服务半径容 3 km等

宿住、消防、卫生防疫、应急指挥管理，物资储备集散等

综合级技术指标

适用功能

规模5-;人均有效避难面积為2 m2 ;服务半径2. 5 -5 km等应急停车、停机;应急通风、洗浴;过渡性安置;社会及商 业功能恢复等规模為50 ha;人均有效避难面积為3 ~ 4.5 m2;服务半

径容5 km等

过渡性安置;基本社会功能、配套设施恢复等注:普适性需求据文献[22，23，25 ]汇总整理。