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面向智慧城市建设的基础设施系统韧性评估与重构

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面向智慧城市建设的基础设施系统韧性评估与重构

作者：李元庆郑州大学

学位级别：硕士

智慧城市是信息化和城镇化高度融合的城市高级发展阶段,也是推动新型城镇化发展的重要举措。作为一种新型的城市治理模式,智慧城市建设的初衷是解决由于快速城市化而导致的各种城市问题,以此提升城市韧性能力。然而传统基础设施系统已... 详细信息

智慧城市是信息化和城镇化高度融合的城市高级发展阶段,也是推动新型城镇化发展的重要举措。作为一种新型的城市治理模式,智慧城市建设的初衷是解决由于快速城市化而导致的各种城市问题,以此提升城市韧性能力。然而传统基础设施系统已与城市整体密不可分,想要打破重铸谈何容易?目前智慧城市建设的方向是在原有基础上利用3S技术(RS、GIS、GPS)对传统基础设施进行改善。但是在城市功能越来越多的情况下,城市引入智慧设施的比例越多,城市基础设施系统之间的连接性就越紧密,这对于城市韧性来说无疑是一场大考验。因此有必要开展智慧城市基础设施系统韧性研究,力争完善智慧城市基础设施系统韧性建设中薄弱环节,促进城市经济和社会稳步发展,提升城市应对地震等自然灾害的防御能力,进一步提高城市居民的生活安全感。在详细梳理国内外智慧城市基础设施系统韧性相关研究成果的基础上,对于国内外智慧城市建设理念、治理方式、相关风险以及基础设施系统韧性概念、研究方法、评价体系进行了文献综述。在梳理好智慧城市以及基础设施韧性相关概念的的前提下,规整了灾害全过程理论、耦合协调理论、云模型理论作为理论基础。在选取指标时,按照灾害全过程理论以及评价指标体系构建原则,从法律法规、技术标准、权威文献三方面,构建了以智慧城市基础设施系统韧性度评价为目标层,交通运输子系统、信息传播子系统、给水排水子系统、能源动力子系统、卫生安全子系统以及生态环境子系统6个城市基础设施子系统为准则层,38项评价指标为指标层的智慧城市基础设施系统韧性评价指标体系。在确定各指标权重后,依据云模型评价步骤,用Python编程语言编写云模型发生器代码,在确定完评价指标四个等级标准(低韧性、中韧性、较高韧性、高韧性)后,建立了智慧城市基础设施系统韧性云评估模型,并以我国河南省省会郑州市为例,对郑州市基础设施系统韧性进行计算评价。最后,基于耦合协调理论,研究了基础设施系统间的耦合协调关系,并提出了基础设施系统的韧性重构策略与步骤,再结合前面的案例详细分析了案例城市基础设施系统韧性重构的具体内容。通过运用构建的模型,代入案例城市的数据,得出郑州市基础设施系统韧性为中韧性的结论。根据韧性重构策略与步骤,对案例对象自顶层设计到底层管理都提出了建议,此举也能够对其他城市重构基础设施提供帮助。

关键词：智慧城市基础设施系统韧性评价韧性重构

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基础设施系统与自然生态互动增长策略研究

中国人口·资源与环境 2018年第1期28卷 44-53页

作者：孔静静张超韩传峰上海师范大学建筑工程学院上海201400 上海财经大学上海市金融信息技术重点实验室上海200433 同济大学经济与管理学院上海200092

基础设施系统能力持续增长,为经济社会快速发展和国家新型城镇化加速推进提供支撑的同时,造成的资源过度消耗、自然环境恶化等问题日益严重。以可持续发展为目标,运用系统动力学理论方法,研究基础设施系统与自然生态系统的交互作用机制... 详细信息

基础设施系统能力持续增长,为经济社会快速发展和国家新型城镇化加速推进提供支撑的同时,造成的资源过度消耗、自然环境恶化等问题日益严重。以可持续发展为目标,运用系统动力学理论方法,研究基础设施系统与自然生态系统的交互作用机制,提出基础设施系统与自然生态互动增长策略。研究得出,基础设施系统内部通过环境污染程度和人口规模动态关联且存在着负反馈,交通、供电和供水等基础设施规模的增长相互制约,都不可无限增大。在既定的经济发展水平和技术条件下,交通基础设施与自然生态存在着负反馈关系,原因在于公路里程增长刺激机动车保有量增加,致使空气污染程度加重,年人口增加量减少,从而限制了交通基础设施规模的增长;供电基础设施对自然生态的恶性累积效应显著,原因在于供电基础设施规模增长所导致的资源可获得性和环境污染程度负效应叠加,并通过人口增量联系起来,使得供电基础设施规模持续扩大;供水基础设施与自然生态存在着负反馈关系,原因在于年污水排放量与水源影响因子的作用相抵,使供水基础设施规模趋于稳定。通过系统动力学基模分析可得,一类基础设施规模增大,必须综合考虑自然生态承载和它类基础设施规模增长的关联效应。交通基础设施能力提高的关键不在于增加公路里程,而是实施以空气质量控制为导向的公共交通完善策略;供电基础设施规模的增长须与交通基础设施增长的空气污染累积解耦,降低火力发电的能耗或比例;供水基础设施能力提升的根本不在于污水处理设施的增加,而是降低水源污染程度。

关键词：基础设施系统自然生态相互作用系统动力学增长策略

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基础设施系统脆弱性研究综述

重庆交通大学学报（自然科学版） 2014年第4期33卷 168-174页

作者：王淑良岳昕于巍巍姬长全重庆交通大学信息与工程学院重庆400074 重庆交通大学水利水运工程教育部重点实验室重庆400074 昆明理工大学信息工程与自动化学院云南昆明650504 攀枝花学院数学与计算机学院四川攀枝花617000

基础设施作为一类为社会生产和居民生活提供服务的物质工程设施,是社会赖以生存和发展的一般性物质条件,也是典型的复杂系统。当今社会越来越依赖于基础设施系统提供的各种服务以维持其正常运行。然而近年来各类灾害频繁爆发,给基础设... 详细信息

基础设施作为一类为社会生产和居民生活提供服务的物质工程设施,是社会赖以生存和发展的一般性物质条件,也是典型的复杂系统。当今社会越来越依赖于基础设施系统提供的各种服务以维持其正常运行。然而近年来各类灾害频繁爆发,给基础设施系统的安全敲响了警钟。鉴于基础设施系统对社会生产和人民生活的重要性,分析基础设施系统的脆弱性,进而提出相应的抗干扰措施和改进策略,提高基础设施系统的可靠性,成为了当前研究的一个热点课题。基于此,对基础设施系统脆弱性相关研究进行了综述,并指出当前研究的一些不足和未来有待进一步研究的问题。

关键词：基础设施系统复杂网络脆弱性分析基础设施保护

城市基础设施系统与城市发展互动关系研究——以北京市为例

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城市 2022年第4期 68-79页

作者：陶志梅杨景方天津商业大学公共管理学院

笔者运用系统动力学方法构建包括能源动力、交通、邮电通讯、供排水和环境卫生等子系统的城市基础设施系统模型,以北京市为例,收集2008年—2017年相关数据,设置人口高速增长、人口低速增长、经济高速增长和经济低速增长4种情境,模拟不... 详细信息

笔者运用系统动力学方法构建包括能源动力、交通、邮电通讯、供排水和环境卫生等子系统的城市基础设施系统模型,以北京市为例,收集2008年—2017年相关数据,设置人口高速增长、人口低速增长、经济高速增长和经济低速增长4种情境,模拟不同情境下城市基础设施系统供给适应经济、社会和环境发展的情况。研究发现,人口增长率的变化对城市基础设施系统的影响较为明显;无论经济增长速度快慢,都应加大基础设施系统投资,保障其供给满足城市需求;在未来发展中,强化环境卫生设施的科技投入对减轻环境污染尤为重要。

关键词：基础设施系统系统动力学供给北京市

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基于物元分析法基础设施系统可持续性评价

中国人口·资源与环境 2009年第2期19卷 116-121页

作者：韩传峰刘亮王忠礼同济大学城市建设与灾害管理研究所上海200092

基础设施应具有持续有效地提供满足城市经济社会生态发展的整体功能,对其可持续水平的评价是城市基础设施系统研究的重要方面。应用物元分析方法建立基础设施系统可持续评价物元模型,通过分析基础设施宏观可持续的内涵,基于压力—状态... 详细信息

基础设施应具有持续有效地提供满足城市经济社会生态发展的整体功能,对其可持续水平的评价是城市基础设施系统研究的重要方面。应用物元分析方法建立基础设施系统可持续评价物元模型,通过分析基础设施宏观可持续的内涵,基于压力—状态—响应概念模型构建其评价指标体系,将可持续标准、评价指标及其评价值作为物元,对评价标准及实测数据进行归一化后,得到模型的经典域、节域、权系数及关联度。以某城市基础设施为例进行可持续发展水平多指标的综合评价,说明该评价方法的有效性和可行性。基于物元分析法基础设施可持续水平的科学评价,为基础设施规划建设、运营维护和更新改造决策提供科学依据。

关键词：基础设施系统可持续评价物元分析法

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城市基础设施系统韧性提升策略初探

城市与减灾 2022年第5期 39-43页

作者：周姝天南通大学艺术学院(建筑学院)建筑系

引言城市社会的正常运转很大程度上依赖着水、电、网、气和交通等基础设施系统的有效运行,尽管这种依赖日常并不明显,但基础设施系统一旦出现故障,却可能成为城市功能部分丧失甚至全部瘫痪的催化剂。近年来,各类突发性事件频发,灾后城... 详细信息

引言城市社会的正常运转很大程度上依赖着水、电、网、气和交通等基础设施系统的有效运行,尽管这种依赖日常并不明显,但基础设施系统一旦出现故障,却可能成为城市功能部分丧失甚至全部瘫痪的催化剂。近年来,各类突发性事件频发,灾后城市基础设施系统的功能是否能保持完整,是否较快修复,直接影响灾后应急工作的运行效率。因此提升城市基础设施系统韧性、完善城市综合防灾水平,如今已成为备受学界关注的重要课题和规划建设领域专家的重要研究方向。

关键词：基础设施系统城市综合防灾领域专家突发性事件应急工作策略初探有效运行运行效率

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基础设施系统的多视角多维度脆弱性分析

基础设施系统的多视角多维度脆弱性分析

作者：潘哲哲华中科技大学

学位级别：硕士

基础设施系统在社会稳定和发展中有举足轻重的地位,但是不可避免的面临着元件老化、自然灾害、人为失误等因素的破坏。因而学者们提出脆弱性的概念,研究系统在破坏事件下的性能响应,识别系统中的薄弱环节,以更好的保护基础设施系统。近... 详细信息

基础设施系统在社会稳定和发展中有举足轻重的地位,但是不可避免的面临着元件老化、自然灾害、人为失误等因素的破坏。因而学者们提出脆弱性的概念,研究系统在破坏事件下的性能响应,识别系统中的薄弱环节,以更好的保护基础设施系统。近年来,学者们运用拓扑结构模型和基于拓扑结构的指标从不同视角和维度来研究基础设施系统的脆弱性,那么不同模型和不同指标下系统脆弱性响应有何不同,这些模型或指标适用范围及其相关性如何是一个有待研究的领域。为探讨上述问题,本文提出基础设施系统的多视角多维度脆弱性分析框架,并应用到电网和中国铁路客运网的脆弱性分析中。针对电网,本文选择了三种电网模型:纯拓扑模型(Purely Topological Model,PTM)、基于介数的虚拟流模型(Betweenness Based Model,BBM)以及直流潮流模型(Direct Current Power Flow Model,DCPFM),并采用了六种脆弱性指标:基于网络效率的脆弱性指标VE、基于源汇节点网络效率的脆弱性指标VSDE、基于最大团尺寸的脆弱性指标VLCS、基于连通度的脆弱性指标VCL、基于平均聚类系数的脆弱性指标VCCO、基于供电量的脆弱性指标VPS。基于这些模型与指标,本文分析了IEEE300电网在随机故障情形下的脆弱性值并讨论了模型之间的差异性与指标之间的相关性。结果显示:在边容量系数或故障概率较大情形下,三个模型产生将近相同的基于拓扑指标的脆弱性值,而仅当所有元件故障时才能产生将近相同的基于流量指标的脆弱性值。PTM和BBM在逼近DCPFM方面哪个更优取决于故障概率的大小。此外,两个考虑源汇节点的脆弱性指标VCL和VSDE具有很强的相关性,VPS与考虑源汇节点的脆弱性指标VSDE和VCL有中等强度的相关性。针对铁路网,本文选择了四种模型:纯拓扑模型(Purely Topological Model,PTM)、纯最短路径模型(Purely Shortest Path Model,PSPM)、加权最短路径模型(Weight Based Shortest Path Model,WBSPM)以及实际铁路流模型(Real Train Flow Model,RTFM),并采用了两个脆弱性指标:可达性脆弱性指标VACC和基于流量的脆弱性指标VFOT。基于这些模型与指标,本文分析了中国客运铁路网在随机故障情形下的脆弱性值并讨论了模型之间的差异性与指标之间的相关性。此外,本文还从互补视角研究了铁路网在是否考虑其互补航空网这两种情形下的脆弱性差异,并定义此差异性为互补强度。结果显示:在一些极端事件中(元件故障概率为0.6-0.7),基于可达性指标衡量下,拓扑结构模型可以较好的逼近实际模型。然而基于流量指标衡量下,所有元件故障时拓扑结构模型才能对实际模型进行良好的逼近。基于流量的脆弱性指标和可达性脆弱性指标间中等相关。此外,铁路网对航空网的互补强度要比航空网对铁路网的互补强度大得多。当铁路网随机故障15%的元件时,不同破坏强度下航空网对铁路网有最大互补强度,而铁路网对航空网的互补强度随着航空网故障元件比例的增加而降低。

关键词：基础设施系统互补系统脆弱性分析脆弱性模型脆弱性指标

基于生态学原理的区域基础设施系统可持续性研究

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城市发展研究 2015年第1期22卷 72-78页

作者：邵志国韩传峰刘亮同济大学经济与管理学院上海大学管理学院

基础设施系统可持续性是区域发展问题研究的重点领域之一。界定区域基础设施系统的内涵,分析其结构层次与生态功能,解析区域基础设施系统的运行模式。从系统本质、系统目标、物质能量循环方式,以及生产者—消费者—分解者空间分布与作... 详细信息

基础设施系统可持续性是区域发展问题研究的重点领域之一。界定区域基础设施系统的内涵,分析其结构层次与生态功能,解析区域基础设施系统的运行模式。从系统本质、系统目标、物质能量循环方式,以及生产者—消费者—分解者空间分布与作用等方面,明晰区域基础设施系统运行模式的特征。应用生态工程方法,提出区域基础设施系统可持续生态设计的方向、原则和机制等。研究成果可为区域基础设施规划、设计、建设、运营与维护提供理论支持,助力经济社会可持续发展。

关键词：基础设施系统生态系统生态工程可持续发展生态学

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基于软系统方法基础设施系统长效性研究

中国科学基金 2009年第5期23卷 273-277页

作者：韩传峰王兴广叶岑同济大学城市建设与灾害管理研究所上海200092

基础设施系统的长效性决定城市发展的可持续性。分析基础设施系统长效性的内涵及其软系统特征,采用切克兰德软系统方法(SSM)对基础设施系统长效性进行研究。通过长效性的问题描述、根定义、概念模型建立以及比较分析,提出有利于基础设... 详细信息

基础设施系统的长效性决定城市发展的可持续性。分析基础设施系统长效性的内涵及其软系统特征,采用切克兰德软系统方法(SSM)对基础设施系统长效性进行研究。通过长效性的问题描述、根定义、概念模型建立以及比较分析,提出有利于基础设施系统长效的对策。

关键词：基础设施系统长效性软系统方法