情景构建是结合历史已有的案例事件,采用模拟的技术方法实现突发性事件的全景式描述,构架一套完整的、缩小版的灾害发生场景,梳理获取应急任务,评估应急能力(Kahn,Wiener,1967; 刘棵等,2013; 罗通元等,2016; 朱达邈,2017)。情景设定是对设定的灾害情景进行描述,预测在该灾害情景下的灾区及灾害后果,分析得到相应的应急任务,提出应对对策和方案(王旭坪等,2013; 李仕明等,2014)。

以强震事件为例,灾情主要包括地震发生时间、地点、受灾范围、伤亡人数、灾区天气条件、灾区次生地质灾害情况、房屋建筑物破坏情况、公路交通破坏情况、生命线破坏情况、基础设施破坏情况以及经济损失情况等(韩叶良等,2012; 齐文华等,2012)。

地震情景构建技术方法遵循重大情景构建框架,结合地震灾害的发展和演化规律,可利用“风险—情景—任务”强震情景框架(图1), 综合地震活动危险性、孕灾环境稳定性和承灾体脆弱性来分析地震带来的综合风险,基于强震灾害情景构建,分析强震可能带来的各类灾害破坏情景,如人员伤亡、经济损失、次生灾害、环境和长期健康影响等,同时也考虑强震灾害带来的动态情景变化,如影响范围、程度、性质变化等。将消除地震灾害带来的不利情景作为目标,从灾害防御、抗震救援、灾后恢复和重建等应急任务规划出发,构建震后应急应对任务,分析区域应急能力,进而实现区域协同应急的内容与流程(王慧彦等,2016)。

图1 强震情景构建框架
Fig.1 A framework for building scenarios of major earthquakes

强震情景的一个简单模型可以表示为:

式中:N代表地震的不同情景; c代表地震不同情景的属性特征; v代表属性值; 情景的时间特征主要包括地震情景发生的时间以及变化时间; 情景内部属性是指灾害本身的机理特性,如震级、震源深度、地震性质、类型等; 情景的外部关系是指情景与外部环境等的耦合关系,如地震次生灾害、情景与应急应对任务的关系、情景与余震监测信息的关系等。

当前常用的震源设置方法有历史震例归纳法和潜在地震模拟法。历史震例归纳法可以通过研究区的历史典型地震复现或者历史地震总结设置震源参数; 潜在地震模拟法是在地震活动危险性评估基础上,明确潜在地震的发震区域、断层破裂类型、震级,继而设置情景震源(付泽钰,翟国方,2020)。本文假定京津冀交界地区发生7.8级强震,然后设定地震的震中、发震时间、震级、断层破裂类型,模拟当前城市发展水平下,地震造成的京津冀地区人员伤亡和社会经济损失。

设定x年x月凌晨3时在京津冀交界地区发生M_S7.8(M_W7.5)地震,其地震参数与1976年唐山7.8级地震一致,震中烈度Ⅺ度,震源深度12 km,地震破坏范围半径约为250 km(国家地震局,1982)。地震造成北京山区发生大量的滑坡、崩塌等次生灾害,部分道路被次生灾害破坏。震后震区降雨明显,有集中降雨,且山区昼夜温差较大。根据地震应急预案,京津冀三地政府均启动I级应急响应开展地震应急救援。

(1)建筑物破坏

地震造成的建筑物破坏形式包括整体倒塌、部分倒塌、倾斜等,还有部分建筑物被滑坡或崩塌等次生灾害掩埋(周洋等,2021; 杜浩国等,2021),这也是造成的人员伤亡的主要原因(叶肇恒等,2016)。

收集地震强度模拟数据和建筑承灾体的内部特征参数等基础资料,基于建筑物易损性曲线模型,我们即可评估分析建筑物在假设地震强度下的破坏情况。

(2)人员伤亡

据统计,地震造成伤亡的主要原因是建筑物倒塌后压砸室内外居住或活动的人(肖东升,2009)。许建东等(2008)统计分析了历史震例的人员伤亡类型数据,得出震后压埋的非死亡人数中,重伤、中等伤、轻伤的占比分别取14%、24%、62%。根据京津冀地区人口统计表以及建筑物的破坏情况可知,预估本次地震共造成2 039人死亡,受伤人数为8 745人,其中5 098人轻伤、2 004人中等受伤、1143人重伤、14 575人被压埋。

按照《地震灾害间接经济损失评估方法》(GB/T 27932—2011),对灾后房屋毁坏、严重破坏的住户100%安置; 对房屋中等破坏的住户,在鼓励投靠亲友的基础上部分安置,安置比例取50%。在估计安置人口数量时,把毁坏、严重破坏房屋的全部居住者与中等破坏房屋居住者的一半定为安置人口,其他居民则不属于初期过渡安置人口。通过分析计算得到该地震情景下共需要安置约550.81万人。

(4)城市功能丧失

震后公路、铁路、电力、通信、供电、供水以及供气等生命线工程设施的损坏导致城市基础功能丧失,短时间内难以恢复。基于此地震情景下,假定在地震破坏程度较大的区域或者次生灾害发生较为严重的地区,造成了通信、供电、供气等生命线设施的破坏。

(5)交通拥堵

地震造成道路交通拥堵的原因主要包括交通设施损坏、山体滑坡导致公路塌方或者被埋、短时间内大量人员聚集等。通过分析京津冀地区的地质灾害风险资料,利用GIS软件与道路数据进行空间分析,获取道路破坏风险较大的区段,认定为该地震情景下的道路破坏区域。

(6)财产损失

地震造成的直接财产损失主要表现为房屋建筑物的破坏以及公路、铁路等生命线工程的破坏(周光全等,2006)。可利用HAZUS-MH提出的破坏比模型进行震害经济损失评估,逐一确定其损毁程度和价值损失率,最后求得其实际经济损失。

(7)疫情影响

强震后,各个地区的灾民安置以及救援队伍,尤其是涉及到跨区域的应急救援队伍,疫情防控工作尤为重要。

本文采用项目管理中的工作分解结构法,将地震应对任务分解为若干工作包,然后逐一分析每个工作包所需要的资源种类与数量,从而得到整个应急事件中的资源需求,强震巨灾情景分析方法如图3所示。通过强震情景构建,获取强震灾害的损失情景,包括直接损失、间接损失和社会影响,构建由应急流程、应急任务、应急任务分解构成的强震震后应对情景,在此基础上,分析应急防御能力和评估应急处置能力,即需要的资源种类和数量,发现区域应急能力的真实差距,从而为后续的应急应对任务规划与部署提供支撑。

震后应急应对任务主要包括余震监测预警、灾情预评估与初判、地震应急响应、搜索营救、疏散与庇护、疫情防控、医学救援、次生灾害处置、灾情评估和现场清理与恢复重建。

图3 强震巨灾情景分析方法
Fig.3 Strong earthquake catastrophe scenario analysis methodology

笔者在应急协同过程分析的基础上,借鉴鲁敏育等(2019)的作战体系能力分析分层模型,基于推演数据的模型实例化方法和模型的体系能力分析方法,构建了应急协同体系分层模型,如图4所示。

图4 应急协同体系分层模型框架图
Fig.4 Framework diagram of hierarchical model of the emergency coordination system

应急协同体系模型分为3层,顶层为应急协同任务网络,结合京津冀地区应急管理体制和地震巨灾应对流程,从应急协同目标任务达成和行动效能的角度描述应急协同体系的演化过程; 中层为应急协同流程网络,以应急协同活动为基础对体系演化过程进行语义层描述:各协同活动流程中,目标、行动、反馈、调整环节之间是相互联系、相互作用的统一体; 底层为应急协同事件网络层,基于灾害衍变事件对体系演化过程进行描述:地震巨灾可能衍生出诸多次生灾害,加之余震的影响,使灾情异常复杂,协同主体之间的交互性形成应急协同事件网络。

基于上述场景分析,强震跨区域应急协同的内容主要包括应急指挥、应急通信、救援队伍、转移安置、工程抢险、交通管制、医疗防疫和社会治安协同等,如图5所示。跨区域应急协同机制原则应遵循统一指挥与属地为主原则、快速精准原则、应急资源均衡原则、依法规范原则和权责对等原则。

图5 强震跨区域应急协同内容
Fig.5 Content cross-region emergency coordination for major earthquakes

(1)应急指挥协同机制

京津冀地区应急指挥协同框架下要重点突出首都圈地震易发区,目标在于地震发生后自动启动响应机制,在保证属地为主的应急救援原则下,协调异地应急力量对重灾区进行协同支援,与现场救援实现高效联动,提高地震巨灾应急救援的效率。在应急指挥上,可按照王慧彦等(2021)研究中的相关规定,进行地震救援和应急协同。

(2)应急信息协同机制

信息协同需充分利用大数据等先进信息技术,实现灾情信息、舆情信息的快速收集、研判,以及相关信息的公开、传播,做好地震巨灾中的社会舆论引导,达到应急救援最广泛的社会动员效果。该机制的建立可从京津冀地区灾情信息实时共享、信息统一发布机制建立、舆情监测与舆论引导能力提升等三方面做起。

(3)救援队伍协同机制

地震巨灾发生后,应急救援最紧迫的任务就是人员搜救。可根据地震灾害场景,即人员埋压情况和受灾情况,进行救援队伍需求量估算模型和医疗队伍需求量估算。该机制可从加强京津冀地区消防救援力量协同建设、完善地震救援军地协同机制、京津冀邻近区域应急协同自动响应的机制建立做起。

(4)转移安置协同机制

转移安置协同主要包括避难场所指挥管理、避难人员管理、应急物资发放、灾民临时住宿、避难场所医疗防疫、卫生和便民服务以及伤员的转移救治等,可利用GIS空间分析技术(如路径分析、缓冲区分析等)给出灾民转移方案,可从构建基础信息平台、京津冀应急避难场所统筹管理、职住分离人员安置、灾后移民安置生活物资供给新模式构建等几个方面考虑。

(5)工程抢险协同机制

恢复灾区供水,抢修供电设施,提供灾区用电,抢修燃气管道,防止燃气泄漏,抢修通讯线路等,需要京津冀地区之间的协调配合,特别是在三省(市)交界处,相关工程部门应及时沟通,协同处置,确保城市功能不被破坏,同时也保障首都政治功能不受影响。该机制的建立可从京津冀跨区域工程抢险应急预案编制、京津冀生命线应急信息平台专业化研制、专业应急救援队伍专项培训和演练等几个方面综合考虑。

(6)交通管制协同机制

地震造成的道路破坏容易严重阻碍救援力量和物资的调配,因此,要实现京津冀地区的交通管制协同。可利用GIS空间分析技术(如路径分析、缓冲区分析、专家知识分析等)评估灾区交通的通行能力与抢修需求,给出应急管制措施与通行管理机制。该机制可从完善交通管制统一指挥协调机制、地震灾区救援路线规划、空中交通管制、强化京津唐地区交通管制信息共享等几个方向综合考虑。

(7)医疗防疫协同机制

“大灾之后有大疫”,地震灾区的防疫工作尤为重要,因此医疗防疫需要协同处置。该机制建立可从完善医疗防疫指挥协同机制、地震巨灾医疗救援的常态化建设、区域性空中医疗救援体系建设和遗体处置及疫情防控等做起。

(8)社会治安协同机制

社会治安协同主要是在震后城市基本功能丧失后维护灾区治安维护疫情防控政策,确保震区平稳度过应急期。该机制可从警务情报信息共享,社会治安统一指挥平台建设和震后治安防控的联勤联动综合考虑。

本文结合地震应急的特征与过程,借鉴质量管理循环模型,引入目标(Target)、行动(Action)、反馈(Feedback)、调整(Adjustment)模型(简称为TAFA模型),研究制定了跨区域地震应急协同流程(图6)。地震应急救援与协同应急流程是一个动态调整与不断循环的过程,基于TAFA模型,可将复杂的强震巨灾现场救援行动,按照质量管理的循环模式和一般规律进行管理,有利于应急协同内容与方法的制定,也有利于跨区域地震救援工作的规范性,提高协同应急工作的可操作性。

图6 基于TAFA模型的地震应急协同流程
Fig.6 Collaborative process of earthquake emergency based on TAFA model

(1)目标:跨区域地震巨灾应急协同的目标是最大程度地减少人员伤亡和社会影响,进而降低经济损失。通过有效的应急协同,实现救援能力的最大化,提高救援效率与能力。

(2)行动:地震发生后,根据各自的协同机制与预案开展应急行动。组织各类救援力量开展紧急应急救援,实现应急指挥协同、信息协同、救援队伍协同、转移安置协同、工程抢险协同、医疗防疫协同、交通管制协同、社会治安协同等多个应急层面的协同,同时根据灾害的发展变化趋势以及救援力量的需求,动态地协同调整不同区域、不同部门的救援力量参与应急救援工作,提高应急救援的效率。

(3)反馈:主要是指信息的获取与共享,包括震区灾情信息、舆情信息、余震信息、救援力量需求信息、不同协同内容存在问题信息等。

(4)调整:基于获取的反馈信息,结合现场救援能力以及灾情的变化,动态调整救援方案,完善协同方案,持续不断地推进救援工作。