我国地处世界两大地震带之间，新构造运动频繁，约60%国土面积位于7度及以上抗震设防区，2/3百万以上人口城市受到强震威胁。城市作为资源集中区，基础设施复杂多样，面临着地震灾害带来的巨大挑战。1994年1月17日美国洛杉矶北岭地区和1995年1月17日日本阪神地区地震揭示了现代城市地震脆弱性，引发了全球对城市灾害风险防控的关注。随着全球城市化加速，大城市、城市群和重大基础设施灾害风险防控已经成为全球可持续发展的关键。提升城市及重大基础设施的韧性被认为是应对城市灾害脆弱性的根本途径，国家“十四五”规划及党的二十大报告中均提出了建设韧性城市的战略构想。

从韧性概念到可实施的理论、方法和技术的跨越是科研工作者面临的共同挑战。本文中阐述抗震韧性城市的内涵、本质特征、构成要素及评估指标，建立适合于单体基础设施、工程系统和城市系统抗震韧性评估的统一框架，发展抗震韧性城市构建途径，并以某城市的抗震韧性评估验证所提方法的合理性。文中回答了“城市抗震韧性的定义及本质特征是什么”“用什么指标定量描述城市抗震韧性”以及“城市抗震韧性如何评估和构建”三个问题，可为抗震韧性建筑、基础设施和城市及其他抗灾韧性城市的建设提供参考和依据。

城市抗震韧性是指城市系统受到地震影响时维持或快速恢复其功能的能力，实质是为了实现灾后工程结构、城市乃至整个社会维持或快速恢复功能，能够承受住大地震的袭击。从韧性内涵来看，城市的抗震韧性本质特征为系统性、功能性及恢复性，这与传统的工程结构抗震研究相比有较大内涵扩充。空间上，传统的抗震研究强调单个工程结构的研究，而抗震韧性研究更多的强调城市巨系统；时间上，传统抗震研究更多的强调地震发生时刻的性能表现，而抗震韧性研究强调地震发生时刻及恢复的全过程；从关注的科学问题来看，传统的抗震研究强调结构构件的抗震性能，而抗震韧性更强调其结构构件、非结构构件构成的体系是否保持其功能。

地震作用下城市工程系统保持正常功能运行是城市抗震韧性的基石，但仍需通过城市的“制度韧性”及“社会经济韧性”为城市韧性提供保障，即“一个根本、两个保障”，具体如下：

1）工程韧性。城市工程系统主要包括建筑群及城市基础设施，城市的工程系统维系着城市的社会和经济功能，是城市抗震韧性的核心和关键，主要包括建筑群、供电系统、交通系统、供水系统、排水系统、燃气系统、供热系统、通信系统、医疗系统等。

2）制度韧性。城市抗震韧性的构建不仅需要基于工程手段进行，还应当充分考虑城市在政策、法律和规划等制度方面的韧性，制度韧性可以概况为防灾减灾法律的建立及实施、抗震标准及规范的适时更新与实施、城市应急管理预案与应用平台建设、城市地震预警制度建立、地震应急演练制度化、地震保险制度实施。

3）社会经济韧性。城市抗震韧性的提高不仅依赖技术和制度上的改善，社会经济系统的韧性也至关重要，文中将社会和经济韧性归纳为灾情信息服务的有效性和快速性、应急救援队伍建设、应急避难场所的规划与管理、社区动员与组织协调机制、社会灾害风险防范意识与技能、社会产业多样性。

城市韧性是城市抗震能力的宏观描述，需给出抗震韧性指标才能进行定量评估。依据城市工程系统及城市在地震作用下所造成的后果确定其抗震韧性指标，将震后损失（包括人员伤亡及功能损失）和恢复时间作为评估城市抗震韧性的指标。随着建筑及基础设施抗震能力的不断提升，地震造成的人员伤亡已经大为降低，但在“以人为本”的当今社会，地震造成的人员伤亡仍是衡量城市韧性最重要的指标。“功能损失”主要考虑地震对城市功能的影响，用于衡量城市在地震后能否维持正常运行和提供必要服务的能力。“恢复时间”用于衡量地震后城市恢复重建的时间和速度。

对于供水、供电、供气等基础设施系统，其抗震韧性指标由功能损失和恢复时间确定。建筑物是导致人员伤亡的主要原因，建筑群抗震韧性指标应包括震后损失（包括人员伤亡及功能损失）和恢复时间。城市及工程系统抗震韧性指标总结如图1所示。

随着科学技术的发展，在地震作用下，城市工程系统的损伤演化及修复过程可以较为准确地被模拟和预测，城市工程系统抗震韧性的抗震评估应基于工程系统在地震作用下的物理演化进行。制度韧性以及社会、经济韧性的评估，难以通过物理模型进行表达和评估，可收集相关数据并通过专家经验确定。工程韧性、制度韧性以及社会、经济韧性的融合，主要还是基于专家经验确定三者的权重，因此“物理机制+专家经验”评估方法是实现城市抗震韧性评估的最有效途径。

5.1 工程系统抗震韧性评价

现有城市工程系统抗震韧性评估方法均是以系统的震后功能损失和恢复时间两个指标所围成的面积（或面积的某种变化形式）（图2）作为指标进行评估，该方法暗含着将工程系统的震后损失和恢复时间作为同等重要的指标对待。但城市内大型基础设施林立、密布、人口财富高度集中，城市功能一旦失效将造成严重后果，因此控制工程系统功能损失比控制震后恢复时间更为重要。基于上述认识，提出基于震后损失及恢复时间的双参数城市工程系统抗震韧性评估方法，即将震后损失及恢复时间两个参数分别进行评估，并且评估过程中，体现工程系统的功能损失比恢复时间更为重要，契合我国对震前防御能力的重视，符合我国“从注重灾后救助向注重灾前预防转变”的战略需求。控制功能损失和震后恢复时间所采取的应对措施完全不同，前者主要通过增强工程系统的抗震能力及网络拓扑关系应对，这是提升建筑抗震韧性的根本措施，后者更多的依靠资源、组织管理应对，是提升韧性的补充。

双参数抗震韧性评价方法从城市工程系统可能遭受的功能损失及功能恢复所需时间两个维度，提出体现基础设施韧性能力与需求的韧性评价指标，建立适合于单体建筑及基础设施、工程系统和城市系统抗震韧性评估的统一表达，从本质上揭示提升韧性的根本措施，解决将震后功能和震后恢复同等重要的国际通用做法弊端。

双参数抗震韧性评价方法如图3所示，包括主要地震作用水准设定、工程系统韧性指标值计算、抗震韧性等级确定三个环节，具体如下：

1）设定地震作用水准。基于我国抗震设计规范的相关规定，工程系统抗震韧性应基于多遇地震、设防地震及罕遇地震三个水准进行综合评估。设定水准地震作用下工程系统的韧性指标应分别计算。

2） 计算工程系统韧性指标值包括基于震后功能损失的韧性指标、基于震后人员伤亡的韧性指标、基于震后恢复时间的韧性指标等，具体如下：

基于震后功能损失的韧性指标定义为系统震后功能损失的能力值与目标值的比值，按式（1）计算。

式中：R_Fi为基于震后功能损失的韧性指标；F_A为震后功能损失的能力值，由各工程系统的抗震韧性评估计算得到；F_G为震后功能损失的目标值，宜根据处于良好抗震设防工程系统的韧性水平及城市可接受韧性水平确定。

基于震后人员伤亡的韧性指标定义为震后人员伤亡的能力值与目标值的比值，该指标主要用于计算建筑群的抗震韧性评估，按式（2）计算。

式中：R_C为基于震后人员伤亡的韧性指标；C_A为考虑泥石流、滑坡等次生灾害影响的震后人员伤亡能力值，由建筑群系统抗震韧性评估得到；C_G为震后人员伤亡目标值，依据抗震设防良好的建筑群韧性水平和城市可接受韧性水平确定。

基于震后恢复时间的韧性指标定义为恢复时间的能力值与目标值的比值，按式（3）计算。

式中：R_Ti为基于震后恢复时间的韧性指标；T_100%,A为震后恢复时间的能力值，由各工程系统的抗震韧性评估计算得到；T_100%,G为震后恢复时间的目标值，宜根据处于良好抗震设防工程系统的韧性水平及城市可接受韧性水平确定。

当工程系统服务于多个用户，且系统恢复过程中用户具有多个功能要求，基于震后恢复时间的韧性评估指标应综合考虑各用户及功能水平的权重，按式（4）计算。

式中：T_i,j,A为第j个用户第i个功能水平所需的恢复时间能力值；T_i,j,G为第j个用户第i个功能水平所需的恢复时间目标值；w_i为第i个功能水平的权重；γ_j为第j个用户的权重；m为用户数；n为工程系统恢复过程中功能水平控制点的数量。

3）确定工程系统抗震韧性等级。工程系统的抗震韧性等级宜划分为三级，即一级（高韧性）、二级（韧性）、三级（欠韧性），按表1确定。城市工程系统基于震后功能损失及恢复时间的韧性等级划分应根据各系统的震害经验确定。需要指出的是，表1中给出的工程系统等级划分建议值体现了震后损失等级划分严于恢复时间等级划分的特征，若有更为可靠的数据或震害经验时，可另行确定相应的划分标准。设定水准地震作用下的工程系统抗震韧性等级应取基于震后损失和恢复时间韧性等级中的较低者。

5.2 制度及社会经济韧性评估

制度系统韧性评估需要收集相关城市的数据，根据专家经验进行打分。评估制度韧性的方式包括实地调查、听取汇报和查阅资料等方法。社会和经济韧性的评估关注城市社会和经济系统在地震灾害中维持正常运转、保障居民基本生活需求的能力。评估依赖于应急管理、公安、卫生等部门提供的数据，并需要结合专家经验进行打分。

5.3 城市系统抗震韧性评估

将城市工程系统韧性作为城市系统抗震韧性评估的基础，城市制度韧性、社会经济韧性作为城市工程系统抗震韧性的影响因素，分别乘以相应的调整系数，以考虑其对城市系统抗震韧性的影响。城市系统抗震韧性评估流程见图4。

城市基于震后功能损失的抗震韧性指标按式（5）计算。

式中：R_Fc为城市基于震后功能损失的韧性指标；R_Fi为城市第i个工程系统基于震后功能损失的抗震韧性指标；w_g为城市抗震韧性评估指标考虑制度韧性影响的调整系数；w_se为城市抗震韧性评估指标考虑社会和经济韧性影响的调整系数；w_sh为基于震后功能损失指标考虑次生灾害风险（包括地质灾害风险和其他灾害风险）的调整系数；w_ci为城市第i个工程系统的权重；n_c为城市工程系统的个数。

城市基于震后人员伤亡抗震韧性指标按式（6）计算。

式中：R_cc为城市基于震后人员伤亡的韧性指标；w_m为基于震后人员伤亡指标考虑医疗救治能力的调整系数。

城市基于震后恢复时间的抗震韧性指标按式（7）计算：

式中：R_Tc为城市基于震后恢复时间的韧性指标；R_Ti为城市第i个工程系统基于震后恢复时间的抗震韧性指标。

接着按照城市系统基于震后损失和恢复时间指标的抗震韧性指标值，按表1规定确定给定水准地震作用下城市系统的抗震韧性等级。最后根据各水准地震作用下城市系统的抗震韧性等级，确定城市系统抗震韧性的最终评估结果。

抗震韧性城市的构建是一个综合性、系统性的过程，需要综合考虑城市的工程、制度、社会和经济韧性各方面因素，以制定抗震韧性城市的构建方案。抗震韧性城市的构建过程可以概括为“设定目标→评估→提升→再评估”的循环过程，如图5所示。

首先收集某城市建筑群、交通系统、供电系统、医疗系统、供水系统、燃气系统和通信系统等工程系统的基础数据。计算工程系统在多遇地震、设防地震和罕遇地震下的抗震韧性指标值。对该城市社会结构、应急管理体系、人口分布及社区组织网络进行调查，根据其应对地震的协调机制、组织协作能力、产业结构和经济发展水平等方面的情况，给出针对震后功能损失及震后恢复时间韧性指标的调整系数，如表2所示。

工程系统权重计算结果如表3所示,该城市在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的抗震韧性指标值见表4。根据评估结果，该城市在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的韧性等级分别为一级、一级和二级，因此该城市的抗震韧性评估最终结果为二级，结果表明该城市具备较好的抵御未来地震的能力。需要注意的是，在罕遇地震作用下，基于人员伤亡和功能损失的城市韧性评估等级低于基于恢复时间的评估结果。这主要是因为该城市的建筑和基础设施系统建造年代较久，抗震设防水平已无法满足现行的抗震设防要求。此外，建筑和设施的老化导致结构抗震能力下降，在遭遇罕遇地震时，其功能明显下降。但该城市在政府管理、社会和经济方面的抗震韧性相对较强，能够调度社会各类资源用于震后设施的抢修和城市的重建。因此，在恢复阶段，该城市的抗震韧性较强，能够有效应对地震的挑战。

1) 抗震韧性城市的评估与构建是一项系统性工程，需要综合考虑城市系统的多维度因素，采用“物理机制+专家经验”的跨学科方法进行评估和构建。

2) 抗震韧性城市的本质特征即系统性、功能性和恢复性；“一个根本、两个保障” 为城市抗震韧性内涵；工程系统、制度系统、社会经济系统为城市抗震韧性构成要素。

3) 建立的基于震后损失及恢复时间的双参数城市抗震韧性评估方法，适用于单体建筑及基础设施、工程系统和城市系统抗震韧性评估，从本质上揭示了提升韧性的根本措施，改变了将震后功能和震后恢复同等重要的国际通用做法弊端。在此基础上，提出了“设定目标→评估→ 提升→再评估”的抗震韧性城市的构建途径。

4) 通过对某城市的抗震韧性评估初步验证了所提方法的合理性。抗震韧性城市的评估与构建需要多学科的交叉融合，协调相关领域专家之间的合作。相关部门和社会各界应当加强对该领域的重视，不断探索和创新实践。学术界、政府和社会各方应发挥各自的优势和作用，共同推动抗震韧性城市建设的深入发展。