盧 浩，陳丹鶴，鄧樹(shù)新，熊自明，王明洋，

（1.陸軍工程大學(xué) 爆炸沖擊防災(zāi)減災(zāi)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210007；2.南京理工大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，江蘇 南京210094）

重大工程設(shè)施包括城市生命線系統(tǒng)、重要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)、戰(zhàn)略通道、能源礦山、水利等民用關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施，以及國(guó)防、人防等軍事防護(hù)工程，具有建設(shè)規(guī)模大、投資經(jīng)費(fèi)多、戰(zhàn)略地位突出等特點(diǎn)，是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的命脈，社會(huì)發(fā)展的保障，國(guó)防力量的依托。無(wú)論是針對(duì)民用基礎(chǔ)設(shè)施，還是軍事工程，爆炸均具有諸多不確定性，包括發(fā)生的可能性、位置、時(shí)機(jī)、強(qiáng)度等，這些不確定性造成了實(shí)際后果與預(yù)期防控目標(biāo)可能出現(xiàn)重大偏差，從而導(dǎo)致更大程度的不可控?fù)p失。按目前單純通過(guò)防護(hù)手段減輕災(zāi)害的設(shè)計(jì)理念，一旦這些工程面對(duì)較大強(qiáng)度爆炸災(zāi)害，往往表現(xiàn)出顯著的“一擊即潰”的脆性特征。為此，必須改變傳統(tǒng)設(shè)計(jì)理念，推動(dòng)直接抗毀傷設(shè)計(jì)向結(jié)構(gòu)安全與功能恢復(fù)并重的韌性設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變。

近年來(lái)“韌性”理論在城市防災(zāi)、工程抗震等領(lǐng)域得到不斷發(fā)展應(yīng)用，如美國(guó)舊金山灣區(qū)規(guī)劃和城市研究協(xié)會(huì)、太平洋地震工程研究中心等分別針對(duì)韌性城市提出了具體的性能目標(biāo)以及基于可恢復(fù)性能的設(shè)計(jì)框架［1-2］；美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)研究院制定了城市建筑和基礎(chǔ)設(shè)施可恢復(fù)規(guī)劃指南［3］；北加州結(jié)構(gòu)工程師協(xié)會(huì)提出了以安全性、可修復(fù)性和功能作為評(píng)估指標(biāo)的評(píng)價(jià)體系［4］；同濟(jì)大學(xué)呂西林等［5-7］提出可恢復(fù)功能抗震結(jié)構(gòu)，采用搖擺和自復(fù)位技術(shù)，并將損傷集中于可更換的耗能構(gòu)件中，避免主要構(gòu)件的損傷，使結(jié)構(gòu)具備在一定強(qiáng)度地震作用下可以快速恢復(fù)預(yù)定使用功能的能力；陸軍工程大學(xué)趙旭東等［8-9］針對(duì)城市關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施在各類(lèi)毀傷下的恢復(fù)能力評(píng)估方法開(kāi)展研究，初步建立了恢復(fù)力定量評(píng)估體系；鄭剛等［10］針對(duì)巖土與地下工程結(jié)構(gòu)韌性評(píng)價(jià)與控制進(jìn)行了研究總結(jié)，推動(dòng)了系統(tǒng)的巖土與地下結(jié)構(gòu)韌性設(shè)計(jì)理論與框架建立；軍事科學(xué)院國(guó)防工程研究院黨愛(ài)國(guó)等［11］針對(duì)韌性戰(zhàn)場(chǎng)、防護(hù)工程韌性相關(guān)原理進(jìn)行了探討。

上述成果有力推動(dòng)了韌性理論在工程防災(zāi)中的應(yīng)用，但在國(guó)家重大工程設(shè)施抗爆韌性方面，相關(guān)的研究成果較少，理論框架與技術(shù)體系尚未建立，難以滿(mǎn)足重大工程設(shè)施抗爆安全防護(hù)的迫切需求。本文擬從韌性研究的必要性、韌性設(shè)計(jì)目標(biāo)、韌性機(jī)制實(shí)現(xiàn)技術(shù)途徑、韌性評(píng)估模型等方面展開(kāi)探討，提出發(fā)展建議，為重大工程設(shè)施抗爆韌性設(shè)計(jì)與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定提供參考。

1 工程設(shè)施抗爆韌性設(shè)計(jì)的必要性

當(dāng)今世界正經(jīng)歷百年未有之大變局，我國(guó)周邊安全局勢(shì)升級(jí)，軍事威脅加劇，恐怖爆炸威脅長(zhǎng)期存在，偶然性爆炸事故時(shí)有發(fā)生。在復(fù)雜多變的安全環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)未來(lái)工程結(jié)構(gòu)的韌性設(shè)計(jì)，以及如何提升已建工程設(shè)施抗爆韌性，從而確保國(guó)家重大工程設(shè)施的安全可靠和穩(wěn)定運(yùn)行，關(guān)系到國(guó)計(jì)民生、社會(huì)穩(wěn)定和國(guó)土安全。

民用關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施是國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和國(guó)防戰(zhàn)爭(zhēng)潛力的重要保障，隨著我國(guó)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的不斷發(fā)展，逐步呈現(xiàn)出由普通環(huán)境向復(fù)雜環(huán)境拓展、由單一工程向體系化演變的特點(diǎn)?？扑魑謶?zhàn)爭(zhēng)中，北約軍隊(duì)的作戰(zhàn)指令不僅要摧毀南聯(lián)盟的軍事目標(biāo)，還包括鐵路、橋梁、醫(yī)院等基礎(chǔ)設(shè)施。俄烏沖突中，關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施已成為雙方攻擊的重要目標(biāo)。2022年9 月發(fā)生的“北溪”天然氣管道遭受水下爆炸導(dǎo)致破裂泄漏事件舉世矚目，其中三條支線一天內(nèi)均遭到破壞，據(jù)估計(jì)天然氣泄漏量達(dá)32 萬(wàn)噸，目前難以評(píng)估其修復(fù)費(fèi)用和時(shí)間，事件帶來(lái)了巨大的經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境影響和政治影響［12］；之后不久發(fā)生的刻赤大橋爆炸事件再次讓世人感受到基礎(chǔ)設(shè)施的“吸引力”，作為俄羅斯其他地區(qū)與克里米亞半島唯一的陸上連接通道，刻赤大橋具有重要的戰(zhàn)略意義，其毀壞對(duì)交通運(yùn)輸勢(shì)必造成嚴(yán)重影響。關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展多處于和平時(shí)期，相對(duì)于軍事目標(biāo)，其隱蔽性、防護(hù)性能較差，襲擊這類(lèi)目標(biāo)往往成功概率大。隨著打擊范圍由軍事目標(biāo)向民用基礎(chǔ)設(shè)施蔓延，這些基于“和平假設(shè)”的基礎(chǔ)設(shè)施往往面臨重大安全隱患。此外，部分基礎(chǔ)設(shè)施自身帶有“危險(xiǎn)”屬性，如含有燃?xì)獾牡叵戮C合管廊、油庫(kù)、輸氣管線等，在使用、管理不當(dāng)?shù)那闆r下，也會(huì)引發(fā)災(zāi)害性事故。從已發(fā)事件后果可以看出，面對(duì)戰(zhàn)時(shí)武器打擊和平時(shí)多類(lèi)型突發(fā)災(zāi)害沖擊的威脅，基礎(chǔ)設(shè)施在遭受大強(qiáng)度的爆炸后往往直接損傷嚴(yán)重，大部分失去使用功能并且修復(fù)難度很大，而一些關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施的損壞造成的間接影響甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直接影響。

相對(duì)于民用基礎(chǔ)設(shè)施，軍事防護(hù)工程具有預(yù)定的抗武器打擊能力，根據(jù)抗力水平，大致可將軍事防護(hù)工程分為兩類(lèi)，一是抗大當(dāng)量武器打擊的高抗力工程，以首腦指揮工程、戰(zhàn)略防護(hù)工程為代表，這類(lèi)工程通常采用深地下方式設(shè)置；二是抗空爆或小型武器打擊的低抗力工程，以淺埋工事、地面軍事設(shè)施、人防工程為代表。目前在軍事防護(hù)工程防護(hù)設(shè)計(jì)時(shí)往往以一定威脅水平下一次打擊不破壞為主要原則，然而相對(duì)于武器更新?lián)Q代速度，防護(hù)工程往往建設(shè)周期很長(zhǎng)，在打擊威脅快速升級(jí)換代的情況下，很難短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)工程的防護(hù)升級(jí)，在面臨更大當(dāng)量武器打擊的情況下只能被動(dòng)挨打，造成嚴(yán)重的功能損失，導(dǎo)致工程不可用或難以恢復(fù)，且在一次打擊后面對(duì)后續(xù)打擊時(shí)難以及時(shí)恢復(fù)其防護(hù)功能。即便對(duì)于高抗力深地防護(hù)工程，也存在如出入口、通風(fēng)口等易暴露、防護(hù)能力有限的薄弱環(huán)節(jié)，在戰(zhàn)時(shí)這些防護(hù)設(shè)施的損壞不僅嚴(yán)重降低其防護(hù)能力，還可能造成結(jié)構(gòu)坍塌封堵等影響工程通行能力的情況。相對(duì)于高抗力工程，考慮到經(jīng)濟(jì)與時(shí)間成本，人防工程、淺埋工事、地面工程難以實(shí)現(xiàn)抗大當(dāng)量打擊能力，這類(lèi)工程在打擊強(qiáng)度較大的情況下也會(huì)呈現(xiàn)出脆性特征，工程使用功能與防護(hù)功能往往同時(shí)損失。

國(guó)家總體安全體系中提出了包括政治安全、國(guó)土安全、軍事安全、經(jīng)濟(jì)安全等在內(nèi)的“11種安全”，重大工程抗爆安全與國(guó)土、軍事與經(jīng)濟(jì)安全密切相關(guān)，發(fā)展重大工程抗爆韌性設(shè)計(jì)理論與方法也是落實(shí)國(guó)家總體安全觀的重要體現(xiàn)。

2 重大基礎(chǔ)工程設(shè)施抗爆韌性概念與設(shè)計(jì)目標(biāo)

2.1 工程抗爆韌性概念與表征

最初在生態(tài)系統(tǒng)中應(yīng)用的韌性概念被描述為：“韌性決定一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)在關(guān)聯(lián)的持久性，同時(shí)也是系統(tǒng)吸收狀態(tài)變量、驅(qū)動(dòng)變量和參數(shù)變化并維持自身能力的一種衡量”［13］。由于各學(xué)科背景不同，韌性被給予了不同的定義［14-16］，但就內(nèi)涵來(lái)說(shuō)，通常是相似的，其基本功能就是保護(hù)和恢復(fù)。因此，工程設(shè)施抗爆韌性可被定義為：工程設(shè)施具備抵抗、吸收和適應(yīng)爆炸災(zāi)害以及從爆炸災(zāi)害中迅速恢復(fù)的能力。

爆炸是能量快速釋放的復(fù)雜過(guò)程，爆炸災(zāi)害具有局部突發(fā)性、不確定性、連鎖型等特點(diǎn)，工程抗爆韌性特征歸納為以下幾個(gè)方面：

（1）魯棒性，指工程設(shè)施在爆炸災(zāi)害下維持自身功能、減輕災(zāi)害導(dǎo)致各方面損失的能力。

（2）快速性，指工程設(shè)施在遭受爆炸災(zāi)害后能快速恢復(fù)自身結(jié)構(gòu)與功能的能力。

（3）適應(yīng)性，指工程設(shè)施在爆炸災(zāi)害威脅前后根據(jù)外部環(huán)境變化而靈活調(diào)整的能力，包括爆炸前預(yù)防措施的靈活調(diào)整、爆炸后次生災(zāi)害的智能阻斷等。

（4）冗余性，指工程在應(yīng)對(duì)爆炸災(zāi)害時(shí)通過(guò)增加冗余結(jié)構(gòu)或設(shè)施提升工程魯棒性的能力，冗余性越高，系統(tǒng)災(zāi)害后果越小。

（5）資源性，指工程在遭受爆炸災(zāi)害后防災(zāi)減災(zāi)與恢復(fù)相關(guān)資源儲(chǔ)備與調(diào)度的能力，通過(guò)及時(shí)補(bǔ)充和調(diào)度資源降低或延緩災(zāi)害后果，提升系統(tǒng)恢復(fù)速度。

（6）學(xué)習(xí)性，指工程在爆炸災(zāi)害中獲取有效信息、學(xué)習(xí)相關(guān)經(jīng)驗(yàn)并更好地應(yīng)對(duì)未來(lái)災(zāi)害的能力，通過(guò)學(xué)習(xí)，若能在修復(fù)過(guò)程中克服原有結(jié)構(gòu)缺陷，還能使工程抗爆性能得到提升。

其中，魯棒性、快速性是工程抗爆韌性的基本目標(biāo)，適應(yīng)性、冗余性、資源性、學(xué)習(xí)力是抗爆韌性提升的重要手段，可以通過(guò)提升工程適應(yīng)性、冗余性、資源性、學(xué)習(xí)力增加體系的魯棒性、快速性。為了更好地說(shuō)明韌性特征，通常采用系統(tǒng)性能曲線來(lái)表征系統(tǒng)韌性發(fā)展。本文結(jié)合爆炸災(zāi)害特點(diǎn)，給出了工程抗爆韌性的表征示意圖，如圖1所示，圖中橫坐標(biāo)為時(shí)間維度，縱坐標(biāo)為系統(tǒng)性能指數(shù)，用來(lái)衡量總體性能保持程度。在爆炸直接作用后，可能有4種結(jié)果，分別對(duì)應(yīng)曲線a、b、c、d。曲線a表示爆炸災(zāi)害后工程完全毀壞，無(wú)修復(fù)必要；曲線c表示爆炸災(zāi)害后工程局部破壞（性能降至Q1），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的修復(fù)，逐漸達(dá)到功能完全恢復(fù)；曲線b 表示爆炸災(zāi)害后導(dǎo)致局部破壞后接著又發(fā)生了次生災(zāi)害（性能降至Q2），經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的修復(fù)，逐漸達(dá)到功能完全恢復(fù)；曲線d表示爆炸災(zāi)害后，經(jīng)過(guò)對(duì)災(zāi)害的學(xué)習(xí)總結(jié)，修復(fù)后的工程性能（Q3）高于原來(lái)工程。t1表示爆炸災(zāi)害發(fā)生時(shí)刻，其對(duì)應(yīng)的Q1表示爆炸災(zāi)害直接影響后系統(tǒng)性能剩余指數(shù)，由于爆炸作用時(shí)間很短，可忽略爆炸直接影響過(guò)程所需時(shí)間；t2表示存在次生災(zāi)害下，次生災(zāi)害進(jìn)一步降低系統(tǒng)性能，其對(duì)應(yīng)的Q2表示爆炸次生災(zāi)害影響后系統(tǒng)性能剩余指數(shù)；t3表示修復(fù)程度開(kāi)始起到效果的起始時(shí)刻；t4表示系統(tǒng)性能完全恢復(fù)時(shí)刻。圖中Q1、Q2代表魯棒性，t3、t4分別與t1、t2之差代表快速性。適應(yīng)性和冗余性影響Q1值，通過(guò)次生災(zāi)害的智能阻斷影響Q2值；冗余性影響t3、t4的值；學(xué)習(xí)力影響Q3的值。

圖1 工程抗爆韌性系統(tǒng)性能曲線Fig.1 Performance of engineering anti - explosiontoughness system

2.2 工程抗爆韌性3個(gè)層級(jí)

工程韌性設(shè)計(jì)通常不能局限于單體結(jié)構(gòu)。基于爆炸巨大的破壞性以及經(jīng)濟(jì)性考慮，在工程中，特別是民用工程中通過(guò)增加大量的經(jīng)費(fèi)去提高結(jié)構(gòu)的抗爆韌性顯然是不經(jīng)濟(jì)的，應(yīng)至少將結(jié)構(gòu)、工程、體系3個(gè)層級(jí)聯(lián)系起來(lái)考慮，在韌性分析時(shí)往往由體系到結(jié)構(gòu)，而韌性實(shí)現(xiàn)是從局部到系統(tǒng)，首先考慮局部韌性，在局部結(jié)構(gòu)韌性難以實(shí)現(xiàn)的情況下力圖取得整體工程韌性或體系韌性，如圖2所示。

圖2 韌性設(shè)計(jì)3個(gè)層次Fig.2 Three levels of toughness design

以城市輸氣管網(wǎng)為例進(jìn)行說(shuō)明，其中某段輸氣管結(jié)構(gòu)、某條輸氣工程、城市輸氣管網(wǎng)分別對(duì)應(yīng)圖中的結(jié)構(gòu)、工程、體系3 個(gè)層次，往往從上到下開(kāi)展分析，而實(shí)現(xiàn)卻是從結(jié)構(gòu)到工程再到體系。對(duì)于城市輸氣管線來(lái)說(shuō)，綜合爆炸事故概率、建設(shè)成本等因素，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)通常僅考慮平時(shí)使用功能，不考慮抗爆設(shè)計(jì)，因此抗爆韌性設(shè)計(jì)需要從工程整體韌性的角度考慮。在韌性工程設(shè)計(jì)時(shí)，雖然爆炸災(zāi)害下某一段管線必然會(huì)破壞，但還可以通過(guò)降低次生災(zāi)害，提高修復(fù)效率來(lái)提高整個(gè)工程的韌性。即便不考慮韌性工程，也可以通過(guò)降低工程之間的依存性，以及提高體系的冗余性來(lái)提升體系的韌性。

2.3 工程抗爆韌性設(shè)計(jì)目標(biāo)

傳統(tǒng)的確定性設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)都是以單維度的安全狀態(tài)或功能性能水平為設(shè)計(jì)目標(biāo)，相比之下，工程抗爆韌性設(shè)計(jì)的特點(diǎn)是工程安全與功能恢復(fù)并重，要求結(jié)構(gòu)在爆炸災(zāi)害發(fā)生前后能夠保持一定的性能穩(wěn)定性，并可以快速地恢復(fù)功能，盡量減少對(duì)正常秩序的影響。

抗爆韌性設(shè)計(jì)是在傳統(tǒng)抗爆設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上提出的一種具備更高性能的設(shè)計(jì)體系，比如對(duì)于結(jié)構(gòu)抗爆設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的方式往往采用工程主體結(jié)構(gòu)變形去消耗、吸收爆炸能量，而這些構(gòu)件同時(shí)也承擔(dān)著承載功能，一旦出現(xiàn)損傷，結(jié)構(gòu)不僅失去防護(hù)能力而且基本的支撐功能也將大大降低，難以保護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的防護(hù)對(duì)象，并且恢復(fù)難度大。而韌性設(shè)計(jì)不同，重點(diǎn)考慮功能的保持和恢復(fù)，對(duì)于同時(shí)具備防護(hù)功能和支撐功能的抗爆結(jié)構(gòu)，可通過(guò)防護(hù)設(shè)施與主體結(jié)構(gòu)相分離的設(shè)計(jì)理念，主要采用防護(hù)設(shè)施的變形去吸收、抵抗爆炸能量，即便爆炸荷載超過(guò)防護(hù)抗力，在防護(hù)設(shè)施破壞時(shí)，主體結(jié)構(gòu)基本功能仍然能夠保持，結(jié)合模塊化、裝配式以及先進(jìn)連接技術(shù)，實(shí)現(xiàn)已損壞防護(hù)設(shè)施的快速更換與恢復(fù)，快速恢復(fù)后的工程具備抵抗再次爆炸沖擊的能力。因此，就控制支撐構(gòu)件損傷和包括整體功能快速恢復(fù)方面，韌性設(shè)計(jì)具備實(shí)現(xiàn)更高抗爆性能的能力。

基于上述分析，抗爆韌性設(shè)防目標(biāo)較傳統(tǒng)設(shè)防目標(biāo)有著明顯的區(qū)別，表1 為抗爆韌性設(shè)防與傳統(tǒng)設(shè)防目標(biāo)對(duì)比。當(dāng)威脅等級(jí)小于設(shè)防強(qiáng)度時(shí)，韌性設(shè)防目標(biāo)與傳統(tǒng)設(shè)防目標(biāo)基本相同，保證工程功能沒(méi)有損失是基本目標(biāo)；當(dāng)威脅等級(jí)大于設(shè)防強(qiáng)度時(shí)，對(duì)于防護(hù)工程來(lái)說(shuō)，韌性設(shè)計(jì)主要從使用功能的保持以及快速恢復(fù)方面考慮，對(duì)于不考慮抗爆能力的民用基礎(chǔ)工程設(shè)施，韌性設(shè)計(jì)目標(biāo)從減小次生災(zāi)害、迅速恢復(fù)功能的角度考慮；而當(dāng)威脅等級(jí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)防強(qiáng)度時(shí)，韌性設(shè)防與傳統(tǒng)設(shè)防目標(biāo)基本相同，這是因?yàn)殡m然韌性設(shè)防能在一定程度上提高工程結(jié)構(gòu)的性能，但也是有限的。

表1 抗爆韌性設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)防目標(biāo)對(duì)比Tab.1 Comparison of anti-explosion toughness design and traditional fortification target

需要注意的一點(diǎn)是，制定韌性設(shè)計(jì)性能指標(biāo)時(shí)，必須要考慮經(jīng)濟(jì)性，性能指標(biāo)將直接影響建設(shè)成本，經(jīng)濟(jì)的可行性也決定了設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)的可推廣性與可持續(xù)性，應(yīng)綜合考慮結(jié)構(gòu)功能損失與經(jīng)濟(jì)損失，結(jié)合韌性提升取得的預(yù)期效益，盡可能尋求經(jīng)濟(jì)性與韌性提升之間的平衡，建立合理可行的韌性設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3 工程設(shè)施抗爆韌性實(shí)現(xiàn)技術(shù)思考

對(duì)工程有效保護(hù)與快速恢復(fù)是韌性設(shè)計(jì)的核心目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)必須要有相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)支撐，隨著智能化、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化技術(shù)以及先進(jìn)材料結(jié)構(gòu)的不斷應(yīng)用發(fā)展，為爆炸威脅感知、毀傷預(yù)測(cè)、智能控制、快速裝配等工程設(shè)施抗爆韌性設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)提供了機(jī)遇和技術(shù)支撐，通過(guò)現(xiàn)代先進(jìn)技術(shù)與韌性設(shè)計(jì)理念的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)韌性抗爆防護(hù)機(jī)制的有效運(yùn)行。

對(duì)于民用基礎(chǔ)工程設(shè)施，在降低間接損失方面，重點(diǎn)考慮防危險(xiǎn)源連續(xù)泄漏設(shè)計(jì)、防工程結(jié)構(gòu)連續(xù)倒塌設(shè)計(jì)等，盡量將災(zāi)害破壞范圍限制在局部破壞區(qū)域附近，在迅速恢復(fù)功能方面，重點(diǎn)考慮功能構(gòu)件可快速更換設(shè)計(jì)。針對(duì)具有預(yù)定防護(hù)功能的工程結(jié)構(gòu)，從提高魯棒性、降低間接損失、迅速恢復(fù)三個(gè)方面進(jìn)行考慮，可將防護(hù)功能和使用功能分開(kāi)設(shè)計(jì)分析，在一定水平打擊下使用功能基本保持、防護(hù)設(shè)施可快速替換是實(shí)現(xiàn)韌性的重要手段；其次，針對(duì)防護(hù)功能，可以通過(guò)設(shè)置可快速布設(shè)的防護(hù)設(shè)施來(lái)靈活應(yīng)對(duì)不同強(qiáng)度的爆炸威脅，從而增強(qiáng)工程的魯棒性。

3.1 民用基礎(chǔ)設(shè)施韌性實(shí)現(xiàn)技術(shù)思考

民用關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施通過(guò)工程結(jié)構(gòu)直接抵抗爆炸荷載難度大，加之其建設(shè)規(guī)模龐大，經(jīng)濟(jì)可行性也差?，F(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中常規(guī)武器是最可能的打擊手段，爆炸作用以局部破壞為主，對(duì)于線式、面式布局的民用基礎(chǔ)設(shè)施，如城市綜合管廊、地鐵、隧道、橋梁、輸油輸氣管線等，可由防局部破壞向防連續(xù)破壞轉(zhuǎn)變，由防爆炸直接破壞向防次生災(zāi)害擴(kuò)大轉(zhuǎn)變，通過(guò)阻斷爆炸局部破壞引發(fā)的災(zāi)害鏈?zhǔn)窖莼档蜑?zāi)害影響，從而提高工程的整體魯棒性。對(duì)于點(diǎn)式布局的民用基礎(chǔ)設(shè)施，如電站、加油加氣站、水廠等，單個(gè)設(shè)施防護(hù)難度大，可通過(guò)提高冗余性，分散弱化關(guān)鍵部位，提高系統(tǒng)的抗爆魯棒性。

圖3 為某水下輸氣管線面臨爆炸災(zāi)害時(shí)傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與韌性設(shè)計(jì)對(duì)比分析。從圖3中可以看出，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)僅考慮正常運(yùn)行時(shí)結(jié)構(gòu)可靠性，一旦發(fā)生爆炸事件，爆點(diǎn)附近結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷破壞，從而造成管道內(nèi)氣體大面積泄漏，由于未考慮阻斷設(shè)計(jì)以及可恢復(fù)設(shè)計(jì)，當(dāng)管道內(nèi)氣體壓力大于水壓時(shí)，將繼續(xù)泄漏，泄漏至水面上方的氣體還可能引發(fā)火災(zāi)或爆炸，并造成環(huán)境污染，直到氣體壓力小于水壓，此時(shí)還會(huì)出現(xiàn)海水倒灌管道，導(dǎo)致管道內(nèi)結(jié)構(gòu)腐蝕。考慮韌性設(shè)計(jì)時(shí)，利用先進(jìn)感知與控制技術(shù)，安裝傳感裝置、密閉閥門(mén)，并進(jìn)行分段可恢復(fù)連接設(shè)計(jì)，通過(guò)智能感知技術(shù)及時(shí)識(shí)別災(zāi)害位置，通過(guò)控制系統(tǒng)關(guān)閉閥門(mén)可及時(shí)阻斷破壞區(qū)外災(zāi)害蔓延，并通過(guò)損傷段的快速恢復(fù)實(shí)現(xiàn)管道功能的快速恢復(fù)，從而大大降低災(zāi)害損失。

圖3 某水下輸氣管線脆性設(shè)計(jì)與韌性設(shè)計(jì)對(duì)比Fig.3 Comparison of brittleness design and toughness design of an underwater gas pipeline

民用基礎(chǔ)設(shè)施類(lèi)型繁多，實(shí)現(xiàn)韌性技術(shù)還需要更多的研究成果支撐，包括：①進(jìn)一步研究平戰(zhàn)多災(zāi)耦合下區(qū)域大規(guī)模基礎(chǔ)設(shè)施體系由初始設(shè)施毀傷引發(fā)體系多層級(jí)聯(lián)失效的內(nèi)在機(jī)理，揭示不同災(zāi)害時(shí)空耦合特征下區(qū)域大規(guī)?；A(chǔ)設(shè)施體系級(jí)聯(lián)失效蔓延演化規(guī)律，明確其動(dòng)力學(xué)傳播路徑。②針對(duì)災(zāi)前防護(hù)、災(zāi)中應(yīng)急和災(zāi)后恢復(fù)各階段防護(hù)資源統(tǒng)一優(yōu)化配置需求，以體系韌性最優(yōu)為目標(biāo)，建立多級(jí)博弈、多維協(xié)同、綜合約束下的防災(zāi)資源優(yōu)化配置理論和動(dòng)態(tài)求解算法。③采用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)和人工智能技術(shù)，構(gòu)建數(shù)物驅(qū)動(dòng)的綜合防災(zāi)資源智能優(yōu)化與動(dòng)態(tài)配置平臺(tái)。

3.2 防護(hù)工程韌性實(shí)現(xiàn)技術(shù)思考

相對(duì)于一般民用工程，防護(hù)工程通常具備一定的抗爆能力，但在爆炸強(qiáng)度大于設(shè)防強(qiáng)度時(shí)，工程結(jié)構(gòu)功能會(huì)明顯下降，防護(hù)能力、使用功能同時(shí)降低。比如對(duì)于圖4 某坑道口部爆炸，在僅有第一道防護(hù)門(mén)存在的情況下，一旦防護(hù)門(mén)所遭受爆炸荷載大于設(shè)計(jì)荷載，防護(hù)門(mén)可能出現(xiàn)大變形或損傷，不僅影響其防護(hù)效能，還可能造成打不開(kāi)需要破除的情況，加之防護(hù)門(mén)重量大、更換難，可能導(dǎo)致坑道正常使用功能難以快速恢復(fù)。為此，防護(hù)工程韌性設(shè)計(jì)需要盡可能減少爆炸荷載對(duì)工程正常使用功能的影響，實(shí)現(xiàn)防護(hù)設(shè)施可更換和快速更換。本文提出一些可能的技術(shù)途徑，包括：

圖4 坑道口部防護(hù)耗能設(shè)施Fig.4 Protective energy dissipation facilities at tunnel entrance

（1）通過(guò)增加靈活機(jī)動(dòng)的防護(hù)設(shè)施提升防護(hù)工程抗爆韌性。以坑道口部爆炸防護(hù)為例（圖4），在原有防護(hù)門(mén)的基礎(chǔ)上，在口部與原來(lái)防護(hù)門(mén)之間設(shè)置可快速拆卸、安裝的耗能設(shè)施，布置的數(shù)量可根據(jù)預(yù)估的威脅水平調(diào)整。對(duì)于常規(guī)武器爆炸加載，由于加載時(shí)間短，在近口部位置主要利用破碎耗能方式，采用可快速安裝的脆性板材與坑道結(jié)構(gòu)鉸接，脆性板破壞后消耗一部分爆炸能力，在較遠(yuǎn)位置可采用剛性板運(yùn)動(dòng)耗能機(jī)制，從而保證剩余沖擊力作用下第一道防護(hù)門(mén)在彈性變形范圍內(nèi)。對(duì)于破碎的板塊采用快速可更換設(shè)計(jì)，還可保證在一定時(shí)間范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)抗多次打擊。

（2）通過(guò)防爆設(shè)施與主體結(jié)構(gòu)分離配置，將爆炸能量集中于可更換的防護(hù)設(shè)施，減小對(duì)結(jié)構(gòu)使用功能的影響，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)防護(hù)功能的快速恢復(fù)。

（3）通過(guò)緩沖吸能介質(zhì)或材料破碎消耗爆炸能量，利用裝配式、模塊化或快速注漿等手段實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)防護(hù)功能的快速恢復(fù)。

圖5為某地面工事的韌性防護(hù)設(shè)計(jì)示意圖。圖5a為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，采用工程主體結(jié)構(gòu)抗爆，當(dāng)爆炸荷載大于設(shè)計(jì)荷載，工程主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)損傷破壞，嚴(yán)重威脅工程內(nèi)部人員安全和設(shè)備運(yùn)行。結(jié)合韌性設(shè)計(jì)理念，將防護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)分離設(shè)計(jì)，如圖5c所示，最外層是防護(hù)結(jié)構(gòu)，最里層是支撐結(jié)構(gòu)，中間是填充的耗能材料，當(dāng)爆炸荷載大于設(shè)計(jì)荷載時(shí)，相比傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，雖然防護(hù)層的抗力沒(méi)有提高，但通過(guò)防護(hù)結(jié)構(gòu)的破壞和耗能材料可吸收爆炸能量，減少對(duì)主體結(jié)構(gòu)的影響，在一次爆炸后，還可通過(guò)模塊化裝配式設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)外層防護(hù)結(jié)構(gòu)的快速更換，達(dá)到抵抗二次打擊的目的，從而提高工程的整體韌性。相對(duì)于地面防護(hù)，地下防護(hù)具有偽裝性能好、防護(hù)面積小的特點(diǎn)，通過(guò)地下空間的快速構(gòu)設(shè)實(shí)現(xiàn)地面結(jié)構(gòu)快速地下化，也是提高工程抗爆魯棒性的重要手段，如圖5b所示。地下化后也可以利用將防護(hù)結(jié)構(gòu)與支撐結(jié)構(gòu)分離設(shè)計(jì)的手段提高工程韌性，如圖5d所示。與圖5c不同的是，由于工程處于地下，結(jié)構(gòu)上方覆土的存在使地下結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性的難度要大于地面設(shè)施，還需要更多的技術(shù)手段支撐。

圖5 地面工事抗爆韌性防護(hù)設(shè)計(jì)Fig.5 Anti-explosion toughness protection design of ground works

圖6 為某坑道主體結(jié)構(gòu)韌性防護(hù)設(shè)計(jì)示意圖，圖6a為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式，采用坑道襯砌結(jié)構(gòu)抵抗地沖擊壓力，當(dāng)爆炸荷載大于設(shè)計(jì)荷載，工程主體結(jié)構(gòu)出現(xiàn)坍塌破壞，造成坑道堵塞，修復(fù)難度大，因此，考慮采用多孔材料作為地下工程防護(hù)減震吸能填充材料，可較大幅度地提高地下工程綜合防護(hù)能力，但多孔材料壓縮性高，在一次沖擊后會(huì)產(chǎn)生大變形，在后續(xù)打擊情況下難以有效防護(hù)。圖6b 采用等粒徑混凝土填充的消波拱設(shè)計(jì)，利用混凝土破碎耗能，通過(guò)預(yù)留注漿孔快速注漿使得破碎混凝土恢復(fù)膠結(jié)狀態(tài)，一方面達(dá)到耗能目的，另一方面實(shí)現(xiàn)了消波拱防護(hù)性能的快速恢復(fù)。圖6c 體現(xiàn)了地下坑道的模塊化、裝配式設(shè)計(jì)理念，其中襯砌結(jié)構(gòu)采用裝配式，吸能設(shè)施采用模塊化設(shè)計(jì)。在一次爆炸地沖擊后，通過(guò)快速拆卸破壞范圍內(nèi)的襯砌結(jié)構(gòu)，更換吸能模塊，實(shí)現(xiàn)工程防護(hù)性能的快速恢復(fù)。

圖6 坑道結(jié)構(gòu)抗爆韌性防護(hù)設(shè)計(jì)Fig.6 Anti-explosion toughness protection design of tunnel structure

3.3 工程抗爆韌性實(shí)現(xiàn)面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)

3.3.1 爆炸威脅智能感知與控制技術(shù)

爆炸災(zāi)害威脅智能、快速感知與控制是阻斷關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施災(zāi)害蔓延、控制事故后果的關(guān)鍵手段。重大工程設(shè)施爆炸事故具有響應(yīng)時(shí)間極短、爆炸荷載大、爆源環(huán)境復(fù)雜、風(fēng)險(xiǎn)后果嚴(yán)重、貫穿工程全壽命周期等特點(diǎn)。目前針對(duì)強(qiáng)動(dòng)載災(zāi)變的感知技術(shù)手段非常有限，已有的監(jiān)測(cè)量測(cè)設(shè)備存在災(zāi)害條件下生存率低、數(shù)據(jù)自動(dòng)傳輸難度大等問(wèn)題，亟需發(fā)展可靠、智能、多方位、貫穿工程全壽命的傳感體系，形成爆炸風(fēng)險(xiǎn)智能感知與控制技術(shù)，為爆炸災(zāi)害及時(shí)應(yīng)對(duì)提供技術(shù)支撐。

3.3.2 輕質(zhì)高強(qiáng)復(fù)合材料與防護(hù)結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)工程防護(hù)主要關(guān)注混凝土和巖土材料等材料抗爆，這類(lèi)構(gòu)件存在自重大、拆卸難度高的特點(diǎn)，與工程功能快速恢復(fù)的要求不匹配。實(shí)現(xiàn)快速靈活安裝必須采用輕質(zhì)高強(qiáng)、多效一體、快速設(shè)防的高性能復(fù)合材料與防護(hù)結(jié)構(gòu)，目前尚缺乏精細(xì)的材料多效協(xié)同設(shè)計(jì)理論與多尺度精確建模方法，需要開(kāi)展高性能復(fù)合材料從微細(xì)觀到宏觀、從單一抗侵爆防護(hù)到多效一體防護(hù)、從材料尺度到組合結(jié)構(gòu)尺度的系統(tǒng)研究，建立不同復(fù)合材料的微元結(jié)構(gòu)、材料宏觀性能、抗爆結(jié)構(gòu)防護(hù)效能之間的內(nèi)在聯(lián)系，從而提高工程韌性抗爆機(jī)制實(shí)現(xiàn)的可行性。

3.3.3 多節(jié)點(diǎn)裝配式結(jié)構(gòu)先進(jìn)連接技術(shù)

快速裝配式結(jié)構(gòu)是實(shí)現(xiàn)功能結(jié)構(gòu)快速可恢復(fù)性的重要手段，但同時(shí)由于多連接點(diǎn)的存在也會(huì)降低工程的整體性、密閉性等功能，分散布置的耗能機(jī)制同時(shí)也增加細(xì)部構(gòu)筑和施工過(guò)程的復(fù)雜性，且在工程維護(hù)的過(guò)程中增加了相應(yīng)的維護(hù)成本，因此需要針對(duì)多節(jié)點(diǎn)裝配式結(jié)構(gòu)，發(fā)展創(chuàng)新新型連接模式，在不降低結(jié)構(gòu)功能的情況下實(shí)現(xiàn)快速更換與構(gòu)設(shè)，這也是需要攻克的技術(shù)難題之一。

4 重大基礎(chǔ)工程設(shè)施抗爆韌性評(píng)估方法

韌性評(píng)估是對(duì)工程保護(hù)自身與周邊環(huán)境能力以及自身結(jié)構(gòu)可恢復(fù)性的綜合評(píng)價(jià)，是開(kāi)展韌性設(shè)計(jì)、方案優(yōu)化決策的基礎(chǔ)，也是韌性研究體系中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

4.1 基于性能時(shí)程曲線的韌性評(píng)估方法

韌性概念在工程應(yīng)用之初，學(xué)者們就關(guān)注韌性如何評(píng)估這個(gè)問(wèn)題，目前最廣泛應(yīng)用的是利用性能響應(yīng)函數(shù)法進(jìn)行定量評(píng)估［17-19］，采用量綱一化的性能指數(shù)，通過(guò)對(duì)性能指數(shù)隨時(shí)間的響應(yīng)變化曲線獲得性能保持累積量，從而評(píng)估該設(shè)施的韌性，具體見(jiàn)公式（1）。

式中：R為韌性指數(shù)；toe為災(zāi)害發(fā)生時(shí)刻；tlc為從災(zāi)害發(fā)生到完全恢復(fù)的系統(tǒng)控制時(shí)間，通常取常數(shù)；Q（t）為toe到toe+tlc期間性能隨時(shí)間的變化曲線。在工程抗震韌性評(píng)估中通常采用經(jīng)濟(jì)損失表示結(jié)構(gòu)的功能損失，文獻(xiàn)［17］采用損失比與損失概率之積作為結(jié)構(gòu)功能損失評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，Cimellaro 等［20］給出Q（t）的計(jì)算方法如公式（2）所示。

式中：tre為災(zāi)害發(fā)生后的恢復(fù)時(shí)間；I為災(zāi)害強(qiáng)度；L（I，tre）為損失函數(shù)；H（t?toe）為階躍函數(shù)；fRec（t，toe，tre）為恢復(fù)函數(shù)。

上述韌性評(píng)估模型綜合考慮了災(zāi)害發(fā)生概率、結(jié)構(gòu)易損性以及恢復(fù)能力等韌性特征因素，在抗震韌性中得到較為廣泛的應(yīng)用。然而，對(duì)于重大工程抗爆韌性設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，不僅要解決韌性評(píng)價(jià)問(wèn)題，更重要的是需要基于評(píng)價(jià)結(jié)果開(kāi)展決策。相比于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，韌性設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)性能有新的提升，但同時(shí)也會(huì)帶來(lái)更大的成本，比如基礎(chǔ)設(shè)施增加傳感裝置、自動(dòng)控制裝置等都會(huì)增加建設(shè)費(fèi)用，決策者需要綜合考慮經(jīng)濟(jì)性來(lái)開(kāi)展韌性設(shè)計(jì)，此時(shí)有必要建立與經(jīng)濟(jì)性密切相關(guān)的韌性評(píng)估模型，并考慮下面兩個(gè)問(wèn)題：一是鑒于韌性設(shè)計(jì)帶來(lái)的建設(shè)成本增加，相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，韌性設(shè)計(jì)是否具有經(jīng)濟(jì)合理性；二是韌性設(shè)計(jì)方案不同，增加的成本不同，帶來(lái)的收益也不同，如何選擇合適的韌性設(shè)計(jì)方案。

4.2 基于損失計(jì)算的工程抗爆韌性?xún)?yōu)化決策模型

韌性設(shè)計(jì)的最終目的就是通過(guò)提高自身魯棒性和快速恢復(fù)性減少損失，無(wú)論是魯棒性還是可恢復(fù)性，最終還是體現(xiàn)在對(duì)損失的控制。在此，為了便于分析，假設(shè)所有的損失類(lèi)型都可以用經(jīng)濟(jì)損失等價(jià)。首先根據(jù)對(duì)象的不同，將損失分為兩類(lèi)：

（1）工程直接損失L1。爆炸是瞬間的作用過(guò)程，短時(shí)間內(nèi)就會(huì)對(duì)工程與周邊設(shè)施、人員造成巨大的傷害，為此將這類(lèi)損失定義為工程直接損失。根據(jù)損失的對(duì)象不同，分為工程自身?yè)p失L11、周邊環(huán)境損失L12兩種。工程自身?yè)p失主要是指工程結(jié)構(gòu)破壞、附屬設(shè)備損毀、內(nèi)部人員傷亡等。周邊環(huán)境損失是爆炸災(zāi)害造成的工程外的一些損失，包括周邊建筑物毀壞、人員傷亡等。初次爆炸帶來(lái)的直接損失通常與時(shí)間無(wú)關(guān)，但是在爆炸災(zāi)害發(fā)生后，可能隨時(shí)間不斷演化，會(huì)帶來(lái)更大的損失，比如某輸氣管線被爆炸破壞后，可能導(dǎo)致管線內(nèi)危險(xiǎn)氣體泄漏到外部空間，通過(guò)一定量的聚集點(diǎn)燃，引發(fā)二次爆炸，帶來(lái)更大損失，這類(lèi)損失也屬于直接損失，與次生災(zāi)害阻斷時(shí)間有關(guān)的，阻斷越早，危險(xiǎn)性越小，損失也越小。

（2）工程間接損失L2。工程設(shè)施作為社會(huì)或城市體系的重要組成部分，由于工程功能的損失，必然會(huì)對(duì)體系功能造成一定的影響，比如某橋梁毀壞對(duì)城市交通的影響，某電站毀壞對(duì)城市用電的影響，或者某軍事設(shè)施毀傷對(duì)軍事行動(dòng)的影響，這類(lèi)影響與時(shí)間密切相關(guān)，恢復(fù)時(shí)間越長(zhǎng)，影響越大?；謴?fù)能力的大小也決定了這類(lèi)損失的降低程度。

韌性指數(shù)表示如下：

式中：Ei為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度；P（Ei）為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度發(fā)生的概率；LT（Ei）為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度發(fā)生時(shí)造成的工程總損失；VT為工程總價(jià)值，包括工程范圍內(nèi)的設(shè)施、人員、內(nèi)部設(shè)備以及工程對(duì)外部系統(tǒng)的功能價(jià)值。

式中：V1為工程自身總價(jià)值；ΔV為單位時(shí)間內(nèi)該工程對(duì)外部系統(tǒng)的功能價(jià)值，可以通過(guò)工程功能完全喪失時(shí)單位時(shí)間內(nèi)造成的損失量來(lái)計(jì)算。

工程總損失計(jì)算公式如下：

式中：L1(Ei，Q1)為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度下工程直接損失，與爆炸事故發(fā)生時(shí)性能下降水平Q1有關(guān)；L2(Ei，Q(t))為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度下工程間接損失；ΔL2(Ei，Q(t))為第i等級(jí)爆炸強(qiáng)度下單位時(shí)間內(nèi)工程間接損失率，兩者都與恢復(fù)過(guò)程中性能Q(t)有關(guān)。

圖7給出了某工況下?lián)p失的時(shí)程變化與性能變化對(duì)比示意圖，圖7a為性能變化曲線，圖7b為累計(jì)損失變化曲線，縱坐標(biāo)為損失比，即損失量與總價(jià)值之比。假設(shè)工程恢復(fù)是間斷性恢復(fù)模式，間接損失與時(shí)間呈線性關(guān)系。在toe時(shí)刻，爆炸事件發(fā)生，此時(shí)結(jié)構(gòu)性能下降至Q1，帶來(lái)的直接損失為L(zhǎng)1，此后結(jié)構(gòu)性能逐漸恢復(fù)，間接損失L2增長(zhǎng)率k=?L/?t與該時(shí)刻的結(jié)構(gòu)性能有關(guān)，結(jié)構(gòu)性能恢復(fù)得越高，增長(zhǎng)率越小，但由于結(jié)構(gòu)沒(méi)有完全恢復(fù)，L2不斷增加，直至tre時(shí)刻功能完全恢復(fù)，此時(shí)造成的總損失比為［L1+L2（tre）］/VT。

圖7 損失的時(shí)程變化與性能變化對(duì)比示意圖Fig.7 Comparison of time history change andperformance change of loss

基于公式（3），一方面可以獲得工程韌性指數(shù)，另外一方面可以用來(lái)進(jìn)行優(yōu)化決策。第j個(gè)韌性設(shè)計(jì)方案取得的收益率可由公式（6）計(jì)算。

式中：Rj為利用公式（3）計(jì)算出的第j個(gè)韌性設(shè)計(jì)方案韌性指數(shù)；R0為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案韌性指數(shù)；Cj為第j個(gè)韌性設(shè)計(jì)方案的建設(shè)與恢復(fù)成本；C0為傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的建設(shè)與恢復(fù)成本。

公式（6）中第一項(xiàng)為韌性設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法所取得的收益（預(yù)期損失降低量），第二項(xiàng)是韌性設(shè)計(jì)相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法總成本的增加量。若Πj大于1，則表示收益大于花費(fèi)，該方案可選擇。對(duì)于多個(gè)可選擇的方案，Πj越大，表示單位成本投入取得的收益越大，選擇的可能性也越大。

5 重大基礎(chǔ)工程設(shè)施抗爆韌性發(fā)展建議

（1）加強(qiáng)重大工程抗爆韌性技術(shù)支撐體系研究。重大工程設(shè)施涉及能源、交通、制造、軍事等多個(gè)領(lǐng)域，工程結(jié)構(gòu)形式、目標(biāo)功能特性各異，爆炸毀傷機(jī)制復(fù)雜，有效分析重大工程爆炸毀傷全過(guò)程，快速精準(zhǔn)預(yù)測(cè)工程的爆炸災(zāi)害后果，智能識(shí)別毀傷構(gòu)件是推進(jìn)工程抗爆韌性實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)?？贡g性設(shè)計(jì)以控制爆炸災(zāi)害后果，提升工程功能可恢復(fù)能力為主要目標(biāo)，傳統(tǒng)整體抗力型設(shè)計(jì)難以滿(mǎn)足快速恢復(fù)的要求，需要從材料、結(jié)構(gòu)到體系進(jìn)行技術(shù)重構(gòu)，發(fā)展完善包括爆炸威脅智能感知響應(yīng)、吸能耗能自適應(yīng)自修復(fù)材料、輕量化模塊化裝配式結(jié)構(gòu)等先進(jìn)技術(shù)以實(shí)現(xiàn)工程自我保護(hù)與快速恢復(fù)能力的綜合提升。

（2）加快工程抗爆韌性定量評(píng)估方法研究。建立合理有效的韌性評(píng)估方法是韌性設(shè)計(jì)有效應(yīng)用與推廣的理論基礎(chǔ)，韌性評(píng)估涉及爆炸災(zāi)害危險(xiǎn)性評(píng)估、工程結(jié)構(gòu)易損性評(píng)估、恢復(fù)力評(píng)估等多階段多要素評(píng)估，需在充分考慮經(jīng)濟(jì)性與韌性平衡的基礎(chǔ)上，建立包括經(jīng)濟(jì)損失、人員傷亡、環(huán)境影響等多種類(lèi)型在內(nèi)的損失計(jì)算模型，提出基于多元數(shù)據(jù)的工程抗爆韌性評(píng)估方法，構(gòu)建結(jié)構(gòu)、工程、體系多層級(jí)綜合評(píng)價(jià)方法。

（3）加快重大工程抗爆韌性數(shù)據(jù)決策平臺(tái)建設(shè)。重大工程設(shè)施涉及類(lèi)型多，韌性設(shè)計(jì)需考慮材料、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)、地理等多方面因素，與技術(shù)、經(jīng)濟(jì)密切相關(guān)，亟需構(gòu)建重大工程爆炸毀傷分析數(shù)據(jù)庫(kù)，為爆炸災(zāi)害下工程目標(biāo)易損性分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。需要考慮威脅環(huán)境動(dòng)態(tài)變化、關(guān)鍵設(shè)施爆炸毀傷、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)突變、級(jí)聯(lián)失效擴(kuò)展蔓延等因素，構(gòu)建具有自學(xué)習(xí)、自適應(yīng)、持續(xù)進(jìn)化與推演等能力的群智計(jì)算空間，推動(dòng)大規(guī)模重大工程設(shè)施體系在平戰(zhàn)多災(zāi)害不確定性擾動(dòng)和復(fù)雜耦合情況下防護(hù)資源自進(jìn)化動(dòng)態(tài)配置能力的形成。

（4）選擇典型重大工程并開(kāi)展抗爆韌性設(shè)計(jì)示范應(yīng)用，推進(jìn)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范制定。鑒于重大基礎(chǔ)工程韌性設(shè)計(jì)的必要性和緊迫性，結(jié)合經(jīng)濟(jì)性考慮，可在我國(guó)重點(diǎn)城市選擇幾個(gè)典型重大工程（過(guò)江隧道、大型輸氣管線等）先期開(kāi)展研究并進(jìn)行應(yīng)用示范，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合重要經(jīng)濟(jì)目標(biāo)等防護(hù)建設(shè)發(fā)展需求，推動(dòng)抗爆韌性設(shè)計(jì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的制定。

作者貢獻(xiàn)聲明：

盧 浩：文章統(tǒng)籌，論文撰寫(xiě)。

陳丹鶴：協(xié)助撰寫(xiě)論文，分析模型，論文修改。

鄧樹(shù)新：協(xié)助撰寫(xiě)論文。

熊自明：論文修改，文件整理。

王明洋：文章統(tǒng)籌，論文內(nèi)容確定，論文修改。