任家琪，李 偉，王劍磊，崔和安，單帥帥

（1.寧夏回族自治區(qū)地震局，寧夏 銀川 750001；2.寧夏土木工程防震減災(zāi)工程技術(shù)研究中心，寧夏 銀川 750021；3.寧夏回族自治區(qū)政務(wù)服務(wù)中心，寧夏 銀川 750001；4.寧夏回族自治區(qū)自然資源勘測(cè)調(diào)查院，寧夏 銀川 750001；5.寧夏回族自治區(qū)自然資源信息中心，寧夏 銀川 750001；6.北方信息控制研究院集團(tuán)有限公司，江蘇 南京 211153）

0 引言

國(guó)家“十四五”規(guī)劃積極推進(jìn)城鎮(zhèn)化和新農(nóng)村建設(shè)，在這種大背景下，我國(guó)城市集群規(guī)模以指數(shù)形式激增，與之伴隨的是城市人口的聚集和城市建筑群落的聳立。我國(guó)地處環(huán)太平洋地震帶與歐亞地震帶之間，受全球板塊運(yùn)動(dòng)

及特殊地質(zhì)條件影響，我國(guó)地震災(zāi)害頻發(fā)，所以，城市居民的地震應(yīng)急避難顯得尤為重要，城市防災(zāi)也將成為城市規(guī)劃建設(shè)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段全球?qū)τ诔鞘械卣饝?yīng)急避難的成熟做法就是設(shè)立合理且有效的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，地震應(yīng)急避難場(chǎng)所用于震后當(dāng)?shù)鼐用竦木o急疏散、安置以及后續(xù)救援等相關(guān)工作，所以合理有效的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所設(shè)置，對(duì)震后的一系列地震災(zāi)后應(yīng)急工作都會(huì)起到?jīng)Q定性作用。城市的發(fā)展持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、隨機(jī)變動(dòng)性大、布局分布不均、道路參差錯(cuò)落、人口分布零散、建筑物千差萬(wàn)別，這些參考因素都會(huì)決定地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的設(shè)置是否合理[1]。本文就寧夏大武口區(qū)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的設(shè)置，預(yù)先進(jìn)行了城市調(diào)研，排查當(dāng)?shù)厝丝诜植肌⒔ㄖ植?、公共設(shè)施分布、道路分布等情況，結(jié)合當(dāng)?shù)爻鞘姓w規(guī)劃布局，基于社區(qū)區(qū)位理論、數(shù)據(jù)建模、ARCGIS空間關(guān)聯(lián)分析、社區(qū)配置模型等方法，對(duì)寧夏大武口區(qū)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)能力進(jìn)行挖掘，重點(diǎn)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況，從居民實(shí)際震后應(yīng)急避難需求出發(fā)，且嚴(yán)格遵循可達(dá)性、就近性、平災(zāi)結(jié)合等原則，對(duì)寧夏大武口區(qū)提出了一個(gè)合理高效且行之有效的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所優(yōu)化布局，以供當(dāng)?shù)叵嚓P(guān)部門參考。

1 研究區(qū)域簡(jiǎn)介及歷史地震概述

大武口區(qū)，隸屬于寧夏回族自治區(qū)石嘴山市，東經(jīng)106°05′~106°30′，北緯38°17′~38°51′之間，位于寧夏回族自治區(qū)銀北地區(qū)，是石嘴山市的政治、經(jīng)濟(jì)、文化、商貿(mào)和信息中心，西、北與內(nèi)蒙古自治區(qū)阿拉善盟阿拉善左旗接壤、東與惠農(nóng)區(qū)接壤、南與平羅縣接壤，區(qū)域面積1008平方公里，其中城市建成區(qū)面積80平方公里。截至2020年8月，下轄2個(gè)經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，10個(gè)街道，12個(gè)行政村，常駐人口30.36萬(wàn)人。

寧夏大武口區(qū)地理位置如圖1所示，該區(qū)域地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā)，且當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其地理位置在鄂爾多斯斷塊體的西北角與賀蘭山斷隆區(qū)交匯部位，地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，主要以東西向和南北向的構(gòu)造為主體，展布范圍寬，規(guī)模大。該區(qū)域亦受南北向構(gòu)造控制。南北斷裂活動(dòng)以紅果子溝洪積扇上長(zhǎng)城斷層為代表，明長(zhǎng)城被垂直錯(cuò)斷1.56m，水平錯(cuò)斷0.8m，洪積扇陡坎探槽證實(shí)是斷層活動(dòng)的結(jié)果。寧夏大武口距離

圖1 寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大武口區(qū)地理位置分布圖Fig.1 Geographical distribution map of Dawukou District，Shizuishan City，Ningxia Hui Autonomous Region

內(nèi)蒙古自治區(qū)左旗較近，其兩地周邊煤礦生產(chǎn)單位密布，導(dǎo)致了兩地爆破類非天然地震時(shí)有發(fā)生，非天然地震極有可能引起其他地震類次生災(zāi)害如:山體滑坡、水庫(kù)破裂、山體塌陷等，此類次生災(zāi)害一定程度上會(huì)危及到當(dāng)?shù)鼐用竦纳钌a(chǎn)。主要包含了寧夏及鄰區(qū)中強(qiáng)以上地震及其余震活動(dòng)，也有部分中等震群事件、影響較大的爆破事件等。

2 寧夏回族自治區(qū)大武口區(qū)現(xiàn)有地震應(yīng)急避難場(chǎng)所概述

2.1 大武口區(qū)城市地震應(yīng)急避難場(chǎng)所人口容納能力現(xiàn)狀

經(jīng)過(guò)實(shí)地走訪調(diào)查確定，大武口區(qū)地震應(yīng)急固定避難場(chǎng)所共2處。表1為大武口區(qū)現(xiàn)有地震應(yīng)急避難場(chǎng)所基本信息表。由表1可知，大武口區(qū)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所為公園用地和體育用地構(gòu)成的固定避難場(chǎng)所，2處固定避難場(chǎng)所的總面積為12.91萬(wàn)m2，最多可容納人數(shù)為6.5萬(wàn)人。與此同時(shí)，在利用公園綠地作為固定避難場(chǎng)所時(shí)，需要剔除水體、綠地、道路、建筑、

表1 寧夏大武口區(qū)現(xiàn)有地震應(yīng)急避難場(chǎng)所基本信息表

假山等景觀設(shè)施，體育用地需要剔除娛樂(lè)設(shè)施、道路等用地，故現(xiàn)有地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的有效避難面積約為58070m2，實(shí)際可容納避難人數(shù)為1.16萬(wàn)人，僅占總?cè)藬?shù)的9.58%。所以，大武口區(qū)現(xiàn)有固定地震應(yīng)急避難場(chǎng)所較少，可利用空間較小，人口容納能力不足，同時(shí)部分地震應(yīng)急避難場(chǎng)所用地被商業(yè)用地侵占。以青山公園為例，青山公園東接建設(shè)西街，西臨游藝西街，北臨青山北路，南臨賀蘭山北路，占地面積約69964m2，其中水域、綠地、建筑和道路占地面積為60173m2，青山公園地震應(yīng)急避難的有效面積僅為9791m2，實(shí)際避難可容納量為1958人。由此可知，青山公園固定避難地震應(yīng)急避難場(chǎng)所容納空間不足，無(wú)法滿足應(yīng)急避難的需求[2]。

2.2 城市地震應(yīng)急避難場(chǎng)所需具備的條件

地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的建設(shè)需要足夠的人口容納量、良好的人員可達(dá)性、就近性、最好具備平災(zāi)結(jié)合性，結(jié)合當(dāng)?shù)刈杂袟l件，使地震應(yīng)急避難場(chǎng)所在時(shí)間和空間上均滿足應(yīng)急需求，例如避難場(chǎng)所的數(shù)量和面積一定要能夠容納服務(wù)區(qū)內(nèi)的人口需求，周邊沒有重大危險(xiǎn)源，可以解決避難人員最基本的生存問(wèn)題等。本文就以上需求提出固定地震應(yīng)急避難場(chǎng)所和公共用地（公共用地包括綠地公園、廣場(chǎng)、學(xué)校操揚(yáng)等）相結(jié)合的方式，共同組成地震應(yīng)急避難模式，由此構(gòu)建區(qū)位配置模型，同時(shí)結(jié)合大武口區(qū)綠地和學(xué)校分布的特點(diǎn)，在滿足表2要求的同時(shí)，提出以下地震應(yīng)急避難場(chǎng)所所需條件。

表2 地震應(yīng)急避難場(chǎng)所分類及各項(xiàng)指標(biāo)

2.2.1 平災(zāi)結(jié)合

利用居民地就近的公共用地，例如公園綠地、學(xué)校操場(chǎng)、停車場(chǎng)等基礎(chǔ)公共設(shè)施場(chǎng)所作為臨時(shí)避難場(chǎng)所的備選，不但可以實(shí)現(xiàn)公共資源利用最大化，還可以有效解決避難場(chǎng)所容納能力不足的問(wèn)題，需要注意的是，在選擇臨時(shí)避難場(chǎng)所時(shí)需要考慮備選地的有效使用面積和其他情況。

2.2.2 可達(dá)性

寧夏大武口區(qū)人口空間分布密度呈現(xiàn)非均勻化、居民聚集區(qū)域散布化，構(gòu)建臨時(shí)性地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的可達(dá)性十分重要，居民能否在震后順利到達(dá)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，是對(duì)避難場(chǎng)所的基本要求。

2.2.3 就近性

地震災(zāi)害具有不確定性，發(fā)生過(guò)程非常突然且劇烈，事后破壞程度大，所以地震應(yīng)急避難場(chǎng)所災(zāi)難發(fā)生時(shí)，需要確保居民都可以快速到達(dá)避難地點(diǎn)，且要盡量避免差異過(guò)大。

2.2.4 容納性

地震應(yīng)急避難場(chǎng)所服務(wù)能力要具有一定的容納量，能夠滿足人員對(duì)避難空間的需求，且避難場(chǎng)所要有一定的便利性，在震后政府相關(guān)部門可以對(duì)避難居民地安置、物資供應(yīng)和救援等工作順利開展[3]。

3 寧夏回族自治區(qū)大武口區(qū)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所區(qū)位配置模型構(gòu)建

3.1 配置模型

本文采用LA模型（Location AI-location model，公共設(shè)施區(qū)位配置模型）來(lái)構(gòu)建地震應(yīng)急避難場(chǎng)所區(qū)位配置模型，此模型運(yùn)用中值問(wèn)題、中心問(wèn)題、集合覆蓋問(wèn)題及最大覆蓋問(wèn)題作為模型參數(shù)，緊密結(jié)合特定區(qū)域的實(shí)際設(shè)置情況，通過(guò)優(yōu)化建模和參數(shù)調(diào)整的方法，來(lái)與特定區(qū)域相適應(yīng)，從而構(gòu)建符合特定區(qū)域的設(shè)施區(qū)位模型。此模型中，中值問(wèn)題模型用來(lái)在一定區(qū)域范圍內(nèi)為固定數(shù)量的設(shè)施點(diǎn)尋求最優(yōu)區(qū)位，使需求點(diǎn)到設(shè)施點(diǎn)的總移動(dòng)距離最小化，類似于數(shù)學(xué)概念中的兩點(diǎn)之間距離最小[4]。中心問(wèn)題模型指在所有設(shè)定預(yù)設(shè)選址中給定數(shù)目的前提下，最小化所有需求點(diǎn)與其最近設(shè)施點(diǎn)之間的最大距離，以活動(dòng)預(yù)設(shè)設(shè)施數(shù)目及所在位置，最終求得最優(yōu)解。集合覆蓋問(wèn)題模型指該問(wèn)題模型是選取最少的設(shè)施點(diǎn)來(lái)完成所需求點(diǎn)的覆蓋，目的是使建設(shè)設(shè)施點(diǎn)的成本達(dá)到最小，此模型也是為了統(tǒng)籌考慮市政建設(shè)的高效化及居民日常生活便利化，一定程度上也是為了節(jié)約社會(huì)資源，優(yōu)化資源配比。最大覆蓋模型指在一定地域范圍內(nèi)對(duì)設(shè)施布局，使設(shè)施在最大服務(wù)距離內(nèi)盡可能多的覆蓋絕大多數(shù)需求點(diǎn)，依然是資源合理利用最大化的問(wèn)題導(dǎo)向。本文重點(diǎn)關(guān)注是在寧夏大武口區(qū)為固定數(shù)量的地震應(yīng)急避難設(shè)施點(diǎn)尋求最優(yōu)區(qū)位，配比最小總移動(dòng)距離，且在尋求最小化需求點(diǎn)與地震應(yīng)急避難設(shè)施點(diǎn)之間的最大距離的同時(shí)，合理分布設(shè)施點(diǎn)，從而達(dá)到以最少的設(shè)施點(diǎn)對(duì)寧夏大武口區(qū)進(jìn)行最完整的覆蓋，節(jié)約公共建設(shè)成本。

3.2 地震應(yīng)急避難場(chǎng)所區(qū)位配置模型的構(gòu)建

此次對(duì)于寧夏回族自治區(qū)大武口區(qū)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所布局的優(yōu)化構(gòu)建中，通過(guò)LA模型進(jìn)行建模的初期階段，本文做了如下假設(shè)條件:

（1）已知候選避難場(chǎng)所設(shè)施點(diǎn)和應(yīng)急避難場(chǎng)所需求點(diǎn)的位置分布，并且點(diǎn)與點(diǎn)之間都有一定的距離。

（2）已知候選避難場(chǎng)所設(shè)施到應(yīng)急避難場(chǎng)所需求點(diǎn)的距離，設(shè)施點(diǎn)和需求點(diǎn)之間的距離是以實(shí)際道路的路徑距離。

（3）應(yīng)急避難場(chǎng)所的需求點(diǎn)不能被兩個(gè)及以上應(yīng)急避難場(chǎng)所設(shè)施點(diǎn)覆蓋，在覆蓋范圍內(nèi)的需求點(diǎn)只有一個(gè)設(shè)施點(diǎn)服務(wù)[5]。

根據(jù)以上假設(shè)數(shù)學(xué)模型表示為:

i為第i個(gè)需求點(diǎn)；

j為第j個(gè)設(shè)施點(diǎn)；

r為規(guī)定的設(shè)施點(diǎn)與需求點(diǎn)之間的最大范圍的實(shí)際距離，固定應(yīng)急避難場(chǎng)所最大服務(wù)范圍為3000m；

Dij為從需求點(diǎn)Di到候選避難場(chǎng)所設(shè)施點(diǎn)Fj的實(shí)際距離（道路通行距離）；

Vi=｛j|Dij< ｝

r為需求點(diǎn)i的候選服務(wù)設(shè)施集。

如果候選服務(wù)設(shè)施Fj被確定為服務(wù)設(shè)施，則xj=1；否則xj=0。

寧夏大武口區(qū)初期的城市規(guī)劃建設(shè)相對(duì)擁擠和小型化，后期新區(qū)的城市規(guī)劃建設(shè)相對(duì)趨于合理，老城區(qū)居民點(diǎn)相對(duì)密集，建筑物零散分布且公共設(shè)施配套一般，雖然醫(yī)院、消防站、城市公園、學(xué)校、空曠場(chǎng)地錯(cuò)落分布，但是與

LA模型的需求相差略大，故而此次寧夏大武口區(qū)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的優(yōu)化以及新建選址問(wèn)題，是我們亟需解決的一個(gè)問(wèn)題，通過(guò)參考其他省市地區(qū)的合理地震應(yīng)急避難場(chǎng)所優(yōu)化布局，本文采用GIS對(duì)寧夏大武口區(qū)的社區(qū)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所進(jìn)行模型構(gòu)建和計(jì)算優(yōu)化，為寧夏大武口區(qū)提供最優(yōu)結(jié)果辦法，以供今后地震應(yīng)急避難場(chǎng)所建設(shè)所參考[6]。

4 寧夏大武口區(qū)優(yōu)化構(gòu)建方案

通過(guò)為期一月的實(shí)地勘察、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量與科學(xué)評(píng)估，結(jié)合寧夏大武口區(qū)當(dāng)?shù)厝丝?、建筑物分布選取了如下地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，如表3所示，依據(jù)場(chǎng)所位置、有效避難面積等條件劃分中心避難場(chǎng)所和緊急避難場(chǎng)所。在大武口區(qū)原有的2處固定避難場(chǎng)所基礎(chǔ)上，增設(shè)了多處地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，其類型包含有公共公園用地、學(xué)校操場(chǎng)用地等。依據(jù)寧夏大武口區(qū)城市分布特性，其選用的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所都呈合理的線性分布，基本可以滿足周邊居民地震后的緊急應(yīng)急避難，且選取的此類地震應(yīng)急避難場(chǎng)所周邊交通便利，公共設(shè)施完善，利于地震后的進(jìn)一步救援安置。經(jīng)過(guò)區(qū)位配置模型優(yōu)化后，相較于之前，彌補(bǔ)了客觀上避難空間的缺失和避難場(chǎng)所布局的失衡[7]。圖2中相應(yīng)綠色點(diǎn)位為優(yōu)化構(gòu)建后的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所，由圖2可知，其地震應(yīng)急避難場(chǎng)所已經(jīng)良好的覆蓋了寧夏大武口區(qū)主要居民聚集區(qū)域。且由圖3可知，居民區(qū)到地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的平均距離僅為500m，最長(zhǎng)路程為2.0km，大部分路程不超過(guò)1km，大大緩解了居民到地震應(yīng)急避難場(chǎng)所的路程壓力，基本滿足應(yīng)急避難的需求。

圖2 寧夏大武口區(qū)通過(guò)優(yōu)化構(gòu)建之后的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所分布圖Fig.2 Distribution of earthquake emergency shelters after optimized construction in Dawukou District，Ningxia

圖3 寧夏大武口區(qū)避難場(chǎng)所服務(wù)范圍分布圖Fig.3 Distribution of shelter service scope in Dawukou District，Ningxia

表3 寧夏大武口區(qū)地震應(yīng)急避難場(chǎng)所信息統(tǒng)計(jì)表

5 結(jié)論

本文對(duì)寧夏回族自治區(qū)石嘴山市大武口區(qū)進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，收集地震應(yīng)急避難場(chǎng)所相關(guān)數(shù)據(jù)，以ARCGIS為數(shù)據(jù)分析工具，結(jié)合LA理論模型及GIS空間分析理論，對(duì)寧夏大武口區(qū)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所進(jìn)行布局優(yōu)化，經(jīng)過(guò)優(yōu)化，寧夏大武口區(qū)當(dāng)?shù)氐牡卣饝?yīng)急避難場(chǎng)所布局滿足就近性、可達(dá)性、容納性和平災(zāi)結(jié)合等基本原則，也滿足震后寧夏當(dāng)?shù)鼐用竦木o急避難需求。

對(duì)寧夏大武口區(qū)進(jìn)行地震應(yīng)急避難場(chǎng)所進(jìn)行布局優(yōu)化后，當(dāng)?shù)氐卣饝?yīng)急避難場(chǎng)所數(shù)量從此前僅有的2個(gè)擴(kuò)展為21個(gè)，且依照當(dāng)?shù)爻鞘薪ㄔO(shè)走向和居民分布特點(diǎn)，優(yōu)化后的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所均勻分布于寧夏大武口區(qū)。區(qū)位配置模型優(yōu)化后的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所可滿足89%以上的當(dāng)?shù)鼐用襁M(jìn)行有效避難。經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)分析，相較于之前，寧夏大武口區(qū)避難最遠(yuǎn)路徑從5km縮短至2km，避難平均距離從之前的2km縮短至0.58km。就避難人口而言，此前寧夏大武口區(qū)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所僅夠1.16萬(wàn)當(dāng)?shù)鼐用袷褂?，?jīng)過(guò)優(yōu)化后，其地震應(yīng)急避難場(chǎng)所可以容納12萬(wàn)人，且優(yōu)化后的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所布局合理，周邊公共設(shè)施如:醫(yī)院、公共廁所、道路、生存應(yīng)急物資等都相對(duì)充裕，既可以滿足避難居民的短暫安置，也可以滿足震后相關(guān)部門的緊急救援，完全滿足就近性、可達(dá)性和容納性原則的要求[8]。

寧夏大武口區(qū)當(dāng)?shù)氐某鞘幸?guī)劃布局及居民分布在寧夏當(dāng)?shù)鼐哂泻軓?qiáng)的代表性，此次對(duì)于寧夏大武口區(qū)進(jìn)行地震應(yīng)急避難場(chǎng)所布局的優(yōu)化，不僅可以為寧夏大武口區(qū)當(dāng)?shù)氐牡卣鸱勒饻p災(zāi)工作提供震后緊急避難幫助，也可以對(duì)寧夏其他城鎮(zhèn)的地震應(yīng)急避難場(chǎng)所設(shè)立工作提供一定的理論依據(jù)和參考價(jià)值。