季小妹，聂智磊，梁洪艳

（齐鲁工业大学（山东省科学院）山东省科技发展战略研究所，山东 济南 250014）

0 引言

当前随着绿色城市、智慧城市的逐步发展与成熟，韧性城市、弹性城市已成为城市规划学、城市地理学新的研究热点。韧性（resilience）思想由加拿大生态学家霍林（Holling）从工程学引入并首次应用到系统生态学领域，他认为韧性是系统能较快恢复到原有状态，并保持其结构和功能的能力。自20世纪90年代以来，韧性的内涵逐渐丰富，学者对韧性的研究逐渐从自然生态学向人类生态学（human ecology）延展，并经历了两次转型，从最初的工程韧性（engineering resilience）到生态韧性（ecological resilience），再到演进韧性（evolutionary resilience），而演进韧性事实上是城市韧性在经济、社会维度的拓展和应用，又被称为社会-经济韧性。21世纪以来，城市韧性的研究逐渐从理论层面向实践层面过渡，研究成果日益丰富，侧重于城市韧性的特征、发展过程以及推广案例研究。如韧性联盟 （resilience alliance）将管治网络构建（governance networks）、代谢流（metabolic flows）、建成环境 （built environment）和社会动力机制 （social dynamics）四个方面作为韧性城市研究的主体框架，进行了城市韧性评价；修春亮等依据地理学和景观生态思想方法，构建基于“规模-密度-形态”的三维城市韧性研究框架，评估大连市城市韧性的动态变化；钱少华等基于经验分析与案例分析，分析上海韧性城市的目标和策略，从宏观的城乡空间格局、中观的基础设施体系、微观的韧性社区层面开展韧性城市建设；赵民等利用ArcGIS方法从城市灾害综合风险的角度对济南市城市韧性进行评估；王文瑞等基于规模-密度-形态的三维韧性分析框架分析了1990—2017年兰州市的城市韧性时空特征，并讨论了区县尺度的韧性变化。

综合来看，对于城市韧性的内涵认识逐步深入和提升，尤其是对于单一城市的研究，韧性内涵的广度和深度在不断拓展。然而，目前国内对于单一城市的韧性研究与区域层面的研究相比还较少，缺乏从综合层面深入分析城市韧性的动态变化。研究从单一城市视角出发，构建城市韧性综合评价指标体系，分析山东省济南市2001年以来基础设施韧性、生态环境韧性以及社会经济韧性的动态变化，并利用时间序列分析模型预测未来城市韧性的变化，进而构建耦合度指数模型分析人力、资本、科技因素对济南市城市韧性的影响，整体从时间纵向尺度将济南城市韧性的动态变化与影响因素分析条块结合，找出提升城市韧性的着力点，为城市建设与可持续发展提供依据。

1 城市韧性评价指标体系的建立

城市韧性即城市或城市系统能够消化并吸收外界干扰，并保持原有主要特征、结构和关键功能的能力，具体体现在以下方面：

1.1 基础设施韧性

即 工 程 韧 性， 根 据 Wildavsky、 Holling、Bruneau、MCEER、邵亦文等学者的理解，指应对不可预期的灾难能恢复到正常水准的能力，反映系统受到扰动偏离既定稳态后，恢复到初始状态的速度。包括城市系统受到干扰或灾害后的适应力、恢复力，系统的效率、稳定性，基础设施的强度、坚固性和冗余能力。受可获取的统计数据限制，分别从城市基础设施保障上选择供水、排水、供热以及城市交通相应指标，衡量基础设施韧性特征。

1.2 生态环境韧性

指城市生态系统在重新组织且形成新的结构和过程之前，所能化解变化的程度，可提升城市系统应对不确定性、非线性的外来冲击的能力。从生态韧性和环境韧性两个方面看，生态空间水平可反映城市生态系统的抵抗能力，城市对环境的影响与改善程度反映环境韧性的高低。

1.3 社会经济韧性

城市社会经济韧性指城市经济系统受到外来冲击的响应与适应能力，城市社会韧性指城市社会系统应对由社会、政治和环境变化带来的外来压力的能力，一般从教育、医疗、财政、收入、社会安全等方面综合衡量。

基于城市韧性的内涵，国内学者一般从经济、社会、生态环境、工程等几个方面加以测度，例如王光辉等从经济条件、社会发展、生活水平、生态环境和自然灾害5个方面评价城市韧性，朱金鹤等对中国三大城市群的城市韧性进行评价，该评价体系反映了韧性城市的基本构成要素，可以刻画城市发展的动态过程，数据易获取，可纵向比较，研究沿袭此思路建立指标体系如表1所示。

2 济南城市韧性的动态变化及趋势预测

2.1 研究过程

（1）以2001—2019年为行向量，以16项指标为列向量，建立济南市城市韧性评价矩阵。对正、负向指标按照下面公式分别进行标准化，得到各项指标的标准化得分。

（2）利用熵权法计算城市韧性各项指标权重。熵权法是客观评价法中比较常用的方法，它能够根据各项指标所含信息量的多寡以及在不同年份的分布情况确定指标相应的权重，弥补主观评价存在的不足。计算结果具有较强的客观性，不受评判者偏好的影响。

（3）将各年份各项指标标准化得分与指标权重相乘，得到指标加权后的得分。并基于下述公式计算不同条件组合下基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性所构成的矢量模型｜｜，依次为｜｜，｜｜，｜｜。

（4）根据上述结果，从时间纵向上分析济南市基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性矢量模的动态变化情况，并利用时间序列分析模型、多元回归分析模型预测城市韧性的变化趋势。

2.2 城市韧性的动态变化

熵权法计算得到济南市基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性三者权重分别为0.45、0.15、0.40（见表1），研究结果显示（图1），生态环境韧性在不同年份的分布差异相对较小，导致指标综合权重低于其他两项韧性，这也反映出：基础设施韧性和社会经济韧性对济南市城市韧性作用显著，生态环境韧性在城市韧性中的作用还需要提升和加强。

图1 2001—2019年济南市城市韧性变化

表1 济南市城市韧性综合评价指标体系及权重

将不同类型韧性得分与权重相乘，得到城市韧性综合得分，各类韧性在“十五”至“十三五”不同时期增长率变化如表2所示。

表2 不同时期济南市城市韧性增长率（%）

（1）城市韧性整体上除“十五”时期有略微下降外，整体呈现变速增长的态势，在“十一五”时期增速最快，之后增速下降，由33%下降为11.5%左右，趋于缓慢增长，总体平均增速14%。济南城市韧性由高速增长转为平稳增长，总体上是济南市社会经济发展水平、基础设施建设水平和生态质量环境提升水平的综合反映，其中与社会经济韧性的变化趋势最为相似，反映出社会经济发展对于城市韧性的突出作用。

（2）基础设施韧性得分在“十五”时期下降，降速为-16%，在“十一五”时期快速反弹增速最快，高达53.5%，之后趋于平缓；生态环境韧性总体保持正增长，在“十五”时期增速最快，但之后增速下降；社会经济韧性也一直处于增长态势，在“十一五”和“十二五”时期增速最快，达到20%以上，“十三五”时期增速下降。

（3）总体上，三类韧性在不同阶段增速差异较大。基础设施韧性增速保持上升态势，在“十三五”时期仍然高于其他两类韧性，是济南市城市韧性的优势所在。然而，生态环境韧性和社会经济韧性的增速却有下降趋势，尤其是社会经济韧性下降趋势明显。

济南市城市韧性优势主要体现在基础设施韧性“十一五”时期以来的高增长性，但生态环境韧性在经历了一次高增长以后， “十二五”以来增速一直不高，社会经济韧性增速的下降趋势更是明显。其中，（1）基础设施韧性在“十一五”时期的迅速增长得益于基础设施建设水平的提升与网络的完善，在此期间济南市形成了“六横六纵”的供水格局，城市道路设施建设投资不断增加，交通路网日益完善，实施供热设施改造，发展集中供热。（2）社会经济韧性的提升与山东省大力发展省会城市、提升省会城市首位度紧密相关。“十二五”期间，济南加快省会城市群经济圈建设，推进省会经济战略构想，向现代经济中心城市推进。“十三五”期间，受复杂的国内外经济形势影响，济南市社会经济韧性增速有所减缓。（3）生态环境水平上，济南市2019年PM年均浓度较2015年下降约39%，整体得到改善，但近年来变化不大，生态环境韧性增长速度有待提升。整体上，济南市应着重发力生态环境保护与社会经济发展的投入与产出，提高城市综合韧性及竞争力。

2.3 城市韧性变化趋势预测

基于SPSS20.0数据分析软件，根据济南市不同类型韧性数值创建时间序列模型，首先对基础设施韧性进行基于多函数叠加的曲线估计（curve estimate），见图2，以线性函数和对数函数相关性最高，见表3。以此类推，分别对三类韧性和城市韧性做时间序列预测，预测方法基于指数平滑方法和ARIMA模型（差分自回归移动平均模型），得到预测值置信区间的下限（LCL）和上限（UCL）。增长趋势除社会经济韧性下限有降低的可能（图3），基础设施韧性与生态环境韧性上限、下限均呈现正增长。

图3 2001—2030年济南市城市韧性预测值趋势变化

表3 济南市基础设施韧性曲线估计相关参数

图2 济南市基础设施韧性多函数叠加的曲线估计

根据预测值显示（表4）：济南市城市韧性增速“十五五”时期将低于“十四五”时期，即城市韧性的增速按照现行发展条件未来将趋缓，社会经济韧性的预测值增速最快，而与此同时其预测值减速也是最快的，基础设施韧性和生态环境韧性的预测值增速相似，“十四五”时期增速在4.3%左右，“十五五”时期增速在3.5%左右。预测结果表明：

表4 基于时间序列模型的济南市城市韧性预测

（1）为推进济南市城市韧性的稳定、持续、快速增长，社会经济韧性是其中关注的重点，社会经济韧性的提高可提升居民幸福指数，可预防突发事件对社会经济发展带来严重冲击，应努力避免其下行的趋势。（2）未来基础设施韧性和生态环境韧性将按一定速率增长，与济南市城市发展战略相吻合。2025年，济南市将结合新一代信息技术深度提升城市基础设施、生态环境设施运行效率和服务能力， “十四五”时期基本建成生态济南，继续深化污染防治攻坚战，推动绿色低碳发展。只有将基础设施韧性、生态环境韧性以及社会经济韧性协同增强，才能使济南城市韧性强度更加稳健。

3 济南城市韧性变化影响因素分析

借鉴经济学投入产出分析方法，城市韧性的动态变化事实上是城市综合系统的外在产出，其影响因素来自于城市的内在投入，包括人力投入、资本投入和科技投入，根据衡量指标的内涵和数据的可获得性，采用表5中的指标来测度城市韧性的影响因素。

表5 济南城市韧性的影响因素指标

3.1 对总体韧性的影响

对各项影响因素二级指标标准化后，进行平均加权，得到城市韧性投入得分，与城市韧性进行相关性散点分析得到：二者呈现线性相关，相关性系数达到0.98（图4），并且在0.01水平（双侧）上极显著，说明济南市一定程度的人力、资本与科技投入能获得一定的城市韧性正反馈，然而这种反馈的收效并非保持正向增长。将城市韧性得分与投入得分相除，作为城市韧性投入效益，2001—2008年效益高于投入，2008年之后投入快速增长远高于效益，二者之间的差距越来越大，而效益整体保持较稳定的状态（图5）。因此济南市在保持城市韧性投入不断提升的基础上，要关注基础设施、生态环境以及社会经济韧性的综合产出，从关注投入向关注投入对于产出的转化率转变，重视产出效益的提升。

图4 济南市城市韧性与其投入相关性散点分析

图5 济南市城市韧性、投入及效益趋势变化

3.2 对各类韧性的影响

2003—2019年各类韧性与投入的耦合度均值如表6所示，基础设施韧性与科技投入的增速耦合度更加接近于1，二者的趋同性比较显著；生态环境韧性与各类投入的耦合度相对比较平均，与科技、人力投入的趋同性更强，与资本投入的趋同性更弱；社会经济韧性与科技投入、资本投入的增速耦合度更加接近于1，科技与资本对济南社会经济韧性的影响更加显著。综合得到：科技投入与基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性的耦合度均较高，显示出科技要素对于济南市城市韧性提升的显著作用，应持续深入实施创新驱动战略，提升济南市城市竞争能力。

表6 城市韧性与投入增速耦合度分析

4 济南城市韧性的提升措施

城市韧性可解译为：基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性，三者共同支撑城市综合系统的运行。根据城市韧性综合评价指标体系与熵权法分析结果，济南市城市韧性主要体现出基础设施韧性和社会经济韧性的显著作用，生态环境韧性的作用稍弱，在城市系统中的作用还需要加强。

从城市韧性不同时期的增长态势来分析，济南市体现出基础设施韧性从“十一五”时期以来的高增长性，但生态环境韧性与社会经济韧性却体现出增速下降的趋势，对于一个城市特别是省会城市，若要提升其在区域中的地位与作用，生态环境韧性与社会经济韧性需要加强。

从城市韧性的发展趋势预测来看，济南市社会经济韧性有下行的可能，而基础设施韧性与生态环境韧性尽管预测不会下行，但增速也可能会放缓，未来需要关注城市韧性的稳定性与可持续性。

从城市韧性变化的影响因素看，城市韧性投入与效益的差距越来越大，不能只关注加大投入，还应关注投入对于产出的转化效率，提升产出效益。同时，科技投入表现出与各类韧性的趋同性，加大科技投入对于提升城市韧性有显著作用；资本与人力投入的影响次之。

总体上，为提升济南市城市韧性，防止出现城市韧性下行的态势，从城市韧性的内涵出发，应注意：一是始终从提升城市经济系统、生态环境对于外界的响应与适应能力出发，从促进社会经济与生态环境相互协调的角度出发，促进城市可持续发展；二是始终从提升城市在区域中的竞争力视角出发，找准城市定位，立足城市功能，抓住城市优势，逐步实现济南市建设国家中心城市目标；三是始终从发展效益的视角开展城市韧性投入，注重产出效率，科学制定城市发展规划，有的放矢，找准城市着力点。分别从基础设施韧性、生态环境韧性、社会经济韧性三个方面提出具体措施。

4.1 基础设施与公共服务设施韧性方面

统筹推进全市交通、能源、水利等基础设施建设，促进资源优化配置、功能兼容、合理共享。进一步完善“米字型”全国路网性铁路综合枢纽，提升全国性综合交通枢纽功能。加快轨道交通、绿色交通、智慧交通等市内关键交通基础设施建设，完善跨黄河两岸交通网络体系，更好地发挥交通运输对动能要素流动的支撑引领作用。优化全市地下综合管廊网络，优化街区路网结构，优先发展公共交通，健全服务设施。推进海绵城市建设，推进污水大气治理，加强废弃物回收利用，助力我国碳达峰碳中和目标实现。

以公共服务设施引导新区建设，促进城区与乡镇公共服务设施均衡，更加有效聚集人才、资本、技术等各种要素资源。坚持综合配套、适度超前的原则，形成布局合理、功能完善、高效便捷的现代公共服务设施体系。完善居住、商业、娱乐、休闲等配套设施，提升宜居宜业宜游水平。加强城乡基础设施一体化建设，推动水电路气网等基础设施城乡联网、共建共享。统筹教育和文体、医疗卫生、就业和社会保障、科技创新、社会治理等公共服务资源在新区城乡之间、区域之间的合理配置，促进基本公共服务均等化。

4.2 生态环境韧性方面

坚持保护优先、自然恢复为主，实施生态保护和修复工程，全面提升全市生态系统稳定性和生态服务功能。采用生态景观环境引导建设（EOD）开发模式，保护现状水体、湿地、山体、林园地及生态绿地，充分发挥黄河、小清河生态廊道和景观廊道功能，建立全域生态空间基底，保护生态空间连续性。

坚持生态为先、蓝绿引领。充分考虑生态资源承载力和国土开发适宜性，在更高层次上统筹安排生态、生活、生产“三生”空间，黄河以北地区建设用地比例控制在25%以内。以永久性基本农田为基底，构建绿色生态屏障，形成多层次网络化的绿色脉络；坚持以水定城、水城交融，将农业生产、观光旅游与生态保护交织串联，打造蓝绿引领的“携河发展”新模式。

4.3 社会经济韧性方面

以建设济南新旧动能转换先行区为契机，结合济南的优势产业与区域、文化特点，借助科技创新力量，突出颠覆性创新或自主创新能力。构建以大数据、云计算、大健康为主导的现代产业体系，按照政府主导、政企共建、联合运营的模式，超前规划，稳步实施，实施智慧城市建设工程，优化提升信息基础设施，积极稳妥推进信息资源开发共享，建成智慧的城市基础设施，形成智慧的产业体系，构建智慧的服务型政府，打造智慧的民生保障体系，建设绿色生态宜居的国际化智慧先行区。推进文化休闲旅游产业发展，聚集更多人气，提升区域形象，形成区域品牌吸引力，实现一二三产业的有效融合。

促进产城融合，推进产业发展、生活配套和生态建设同步规划、同步实施和同步发展，增强城市发展动力，提升产业发展活力。促进城乡融合发展，根据《济南市国家城乡融合发展试验区实施方案》，缩小城乡发展差距，构建城乡统一的要素流动市场。实施泉城产业领军人才支撑计划，聚焦“四新”经济发展，以“高精尖缺”为导向，培养先行区重点产业领军人才和团队。创新人才流动机制、科技成果转化机制，探索建立高等院校、科研机构与企业间技术转移及人才双向流动模式，深化“政产学研”合作。聚集高层次人才，建设高端智库集群，促进产业新旧动能转换。