城市公共服务设施运营韧性的全景测度与智能提升研究

In face of the unpredictable and frequent disturbances, urban public service facilities have the poor abilities of preparedness, disaster-bearing and self-recovery in the operation period. Therefore, improving the operational resilience for urban public service facilities is of paramount importance. However, prior studies have failed to clarify the definition of this resilience and its mechanism for urban public service facilities, resulting in inaccurate evaluation and inefficient response. Thus, from the perspective of sustainable operation and by using the complex adaptive system theory and the panoramic paradigm, this research studies the operational resilience assessment and improvement through hybrid modeling and simulation. The contents include: (1) Integrating the “physical-organizational-social” operation elements, process and performance to develop the dynamic operational network (DON) model using the tool of network flow, and then exploring the operational resilience mechanism; (2) Combining MAS model, DON mode and the parallel experiment to establish the simulation platform of operational resilience evaluation and improvement; (3) Designing the resilience evaluation model using the multiple performance curves method and the panoramic paradigm; (4) Designing the resilience improvement strategy selection model to balance the resilience level and resource expenditure with the method of multi-objective genetic algorithm, and applying agents’ intelligent decision-making ability to propose the dynamic optimization strategies. The research is prospective which will enrich and complement the resilience theory and drive the urban public service facilities to achieve the purpose of stability, reliability and sustainable operation.

城市公共服务设施运营中，风险频发，存在预警不力、承载力差、自我修复力差等系统性失控问题，有效提升其运营韧性尤为关键。已有研究对城市公共服务设施运营韧性界定不清、机理不明，导致失准测度、无效应对。课题从可持续运营视角，应用复杂适应系统理论，以“全景”范式实施混合建模与仿真，研究城市公共服务设施运营韧性的测度方法与提升策略。包括：①融合设施“物理-组织-社会”运营要素、流程、绩效等，以网络流构建动态运营网络（DON）模型，探究运营韧性的形成与发展机理；②在DON模型中融入多智能体模型，开展虚实融合的平行实验，构建韧性测度与提升仿真平台；③采用多维绩效曲线法，以“全景”范式构建韧性测度模型；④平衡“韧性强度”与“资源支出”，集成DON模型，采用多目标遗传算法构建韧性提升策略选择模型，融合Agent智能决策能力，提出动态优化策略。研究将丰富韧性理论，实现城市公共服务设施的稳定可靠与可持续运营。

城市公共服务设施（UPSFs）运营中，风险频发，存在预警不力、承载力差、自我修复力差等系统性失控问题，有效提升其运营韧性尤为关键。课题以体育场馆、医院等UPSFs为研究对象，以全景范式实施混合建模与仿真，研究UPSFs运营韧性的测度方法与提升策略。研究内容与结论包括：1）识别体育场馆、医院等UPSFs系统的设施设备、功能空间、组织结构、社会支持等运营要素，解析系统结构与绩效目标，从运营韧性内涵入手，结合文献分析与案例研究明晰突发事件下UPSFs的鲁棒性、迅速性、资源可获得性、冗余度等韧性要素；2）基于事故案例库，采用定性比较分析法，探究技术、组织、经济、社会、扰动等因素对体育场馆运营韧性的影响机制，进一步通过复杂网络建模与元胞自动机等方法仿真医院运营物理系统，模拟突发扰动下系统内部级联失效过程，输出绩效曲线以刻画医院运营物理系统韧性涌现的形成与发展机理；3）分别将系统动力学、离散事件建模等与智能体技术融合，模拟运营要素之间的非线性动态交互关系，构建医院运营人工系统，搭建韧性测度与提升计算实验平台，在不同扰动情景与干预策略下运行计算实验，输出多维度绩效曲线，实现运营韧性全景测度；4）从复杂网络建模角度，采用复杂网络分析、元网络分析、元胞自动机等设计UPSFs运营韧性的评估方法并进行实例分析，从拓扑结构、组织沟通、资源调度等方面提出韧性提升策略；5）考虑物理关联与资源依赖，设计医院运营系统的网络流模型，以不同灾前保护与灾后恢复策略组合进行实验，在“最小运营成本”为目标函数下寻求最优韧性策略，为UPSFs提供了兼具韧性评估与策略选择功能的建模方法。本课题应用的关键数据为体育场馆、医院等典型UPSFs调研数据，包括历史事故、设施设备、功能空间、组织架构与职责、应急预案、业务运作流程、主体决策行为、突发事件等。研究将丰富韧性理论，对提升UPSFs韧性，维持其可持续运营具有重要作用。