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        面向防疫的城市交通系統韌性特征及提升策略

        2021/7/7 10:42:30      點擊:

        寫在前面:

                 突發公共衛生事件正逐步成為全球經濟與安全的最大風險之一,城市交通系統必須具備韌性才能應對挑戰。作者根據突發公共衛生事件疫情特征,將城市交通系統的經歷過程分為5個階段,提出支持狀態有效切換的韌性城市交通系統特征。針對各個階段的差異性給出城市防疫交通系統韌性提升策略。

         

         李曄

        同濟大學道路與交通工程教育部重點實驗室 教授 博士生導師 上海師范大學副校長

         

                 城市以其完善的基礎設施、豐富的功能結構、高信息化程度促進了人口及資金等元素的聚集,同時也提高了其脆弱性和各類風險。英國醫學雜志《柳葉刀》曾報道,城市很可能是人類健康的最大威脅,是已知的最致命病毒肥沃的滋生地和溫床。隨著城市交通運輸系統的完善,日益頻繁的旅游、公務等出行增加了病原體的擴散能力。據統計,最近50年,國際旅行者數量增長了1300%以上[1],每年的航空旅行者數量約為30億人,任何新病原體可在幾小時內于世界范圍內傳播,突發公共衛生事件正逐步成為全球經濟與安全的最大風險之一[2]。

         

               新型冠狀病毒肺炎(Coronavirus Disease2019, COVID-19,以下簡稱“新冠肺炎”)具有超強的傳播性和隱蔽性,世界衛生組織(World Health Organization, WHO)已將其設定為全球高風險等級[3]。為了降低人口流動性及聚集性,全國各省份相繼啟動了重大突發公共衛生事件一級響應,采取了封鎖部分高速公路、暫停省際客運、暫停城市公共交通服務等措施,進而如何在抗疫背景下滿足居民剛性出行需求、根據疫情發展情況及時調整交通策略以維持城市正常運轉成為亟待解決的問題。目前關于如何增強城市交通系統防疫性能的理論與系統化科學應對策略研究還比較薄弱。

         

                 疫情不同發展階段的差異性較大,城市交通系統不能只適應一種狀態,而應具備韌性,在平時預防準備,在疫情干擾下可迅速從常態切換至緊急狀態,促使系統盡快恢復、優化、升級,達到更高層次的穩定狀態,以預防和應對未來更強的沖擊。每次疫情發生對于城市交通系統不是簡單重復而是螺旋式進化,每循環一次城市防疫交通系統的韌性將會有所提升。本文通過對由新發傳染病(Emerging Infectious Diseases)構成的重大突發公共衛生事件在不同階段的城市交通供給特征、居民出行需求及防疫需求等方面差異性進行分析,并基于韌性理論提出針對不同階段的提升策略,以增強城市交通系統的韌性及城市免疫力。

         

        基于傳播模型的疫情下

        城市交通系統狀態分析

                 新發傳染病不確定性因素較多,極易流行且不易控制。作為危害最大的新發傳染病之一,由病毒引發的新發呼吸道傳染病通常具有飛沫傳播、氣溶膠傳播、接觸傳播等多種傳播途徑,傳播性極強,可不受空間限制在短時間內傳播,并造成大量的確診及死亡病例[4]。根據《國家突發公共衛生事件應急預案》的分級標準,針對由高致病性新發呼吸道傳染病疫情引發特別重大突發公共衛生事件的情形下,對城市交通系統狀態進行分析。

         

                 SIR模型(Susceptible Infectious Recovered Model)作為經典的傳染病模型,已在國內外疫情預測領域得到廣泛認可和應用[5-6]。依據SIR模型,可將城市交通系統在疫情下經歷過程分為如下圖所示的5個階段。圖中縱坐標為易感者(Susceptible,暫時未感染但無免疫力具有感染風險的人群)、感染者(Infectious,已被感染且具有傳染力的人群)、移出者(Recovered,不會被再次感染的人群,指移出傳染系統的人群)占總人數的比例,橫坐標為疫情不同階段交通系統狀態。

         基于SIR模型的疫情發展階段

         

                  1)平時階段,即無疫情干擾的階段。

                 居民出行以公共交通為主,出行目的具有多樣性,既有通勤出行等剛性需求,也有娛樂休閑等彈性需求。此階段應重視交通系統多樣性建設,確保居民出行易達性,預防在疫情突發的情況下嚴重影響居民的基本生活需求。

         

                  2)疫情潛伏階段,即城市出現少量感染者,尚未形成擴散蔓延態勢的階段。此階段是防疫的關鍵時期,城市交通系統要體現防控的及時性、策略的準確性、風險可視化,決策層應積極重視,保持警惕,以免迅速進入疫情暴發階段。

         

                  3)疫情暴發階段,即確診病例數迅速增加,交叉感染的風險急速增長的階段。居家隔離阻斷成為控制疫情的重要舉措,城市交通主要面向社區進行防控。居民出行頻率總體將下降;出行目的集中于基本生活物資采購等剛性需求,彈性需求將大幅度減少;出行距離也以短途為主,出行范圍主要集中于居住地附近;交通方式上,公共交通交叉感染風險較高,居民更傾向于選擇同行人員少、私密性更高的個體交通工具出行,無車人員出行難度增加;應急保障物資的需求將增加,城市物流系統的儲存和配送難度較高。居民的生活需求及醫護人員、城市生命線運行人員的通勤出行是該階段的保障重點。

         

                  4)后疫情階段,此階段新增感染者數量將逐漸減少,現存感染者比例達到峰值后開始下降,移出者比例全面增加,但疫情尚未完全結束。如果繼續執行封鎖和阻斷等交通措施,會因長時間停擺付出更大的社會經濟代價。此時城市交通系統應綜合考慮城市間返程和城市內人員復工、復產、復學等因素,逐步由面向社區防控向面向流動性防控轉變,其特點在于:①居民出行需求逐漸增加,且以通勤交通為主;②公共交通將成為城市居民主要的交通方式;③乘客眾多的公共交通場所成為易感場所。兩種防控方式的具體對比如下表所示。

         

        兩種防控方式的特點對比



                  5)恢復提升階段,此階段疫情已得到控制,但難以確定是否還具有無癥狀感染者,所以需繼續保持警惕,防止疫情反彈。同時城市內居民出行及日;顒訉⑷婊謴,彈性需求頻次等將全面增加。要繼續重視客流密度控制,繼續確保應急物資運輸通道的通暢,并及時依據現有問題優化升級交通系統,提升城市免疫力。

         

        支持城市防疫交通系統狀態

        有效切換的韌性分析

         

                  一、韌性研究現狀

                  大衛·亞歷山大(David Alexander)從語源學角度分析出韌性(Resilience)一詞最早來源于拉丁語“resilio”,其本意為恢復到原始狀態[7]。1973年文獻[8]首次將韌性理念應用到生態學中,提出生態系統韌性,此后韌性的內涵及應用持續豐富。2009年聯合國國際減災戰略署(United Nations International Strategy for Disaster Reduction, UNISDR)提出“韌性是系統、社區或社會在受到干擾時,能夠及時通過有效的方式抵抗、吸收,適應外部變化,并從其影響中恢復的能力”[9]。韌性通過工程韌性(Engineering Resilience)、生態韌性(Ecological Resilience)、演進韌性(Evolutionary Resilience)的發展演變后,已從簡單追求單一線性穩定狀態轉變為強調持續適應的網絡性多平衡狀態(見下表)。

        韌性理論的發展

         

         

                  對城市防疫規劃重視不夠,會使城市向快速蔓延的封閉程度較高的“單位制”空間結構發展,增加居民出行距離及疫情傳播風險[12]。從20世紀90年代開始,韌性城市(Resilient Cities)作為防災及降低城市風險的新思路被許多學者研究。文獻[13]定義韌性城市為“在環境變化后,城市能夠恢復并擁有與環境變化之前相同的功能與結構”。國際韌性聯盟(Resilience Alliance)將其定義為“ 城市系統能夠消化及吸收干擾的能力”[14]。而交通作為連接城市模塊化用地的重點規劃內容之一,韌性城市交通的研究隨之興起。文獻[15]認為韌性城市交通應富有彈性,具備較強的抗沖擊能力,并要滿足多樣化、模塊化、高通量、需求側管理及智慧化五準則。文獻[16]根據中國交通特點提出韌性交通要在干擾事件發生的前、中、后期能夠靈活動員或調配資源以迅速應變并復原,且需具備剛性、彈性、自組織性、整體協調性四種特性。在國外,文獻[17]提出韌性交通是指在外界干擾下,交通系統恢復到原狀態的速度及所需援助等,但該研究忽略了對交通干擾因素的分析。

         

                 二、面向防疫的韌性,城市交通系統特征分析

                 根據韌性交通的概念及疫情下城市交通系統的動態性和復雜性,城市交通系統必須具備韌性是提升其防疫性能及城市免疫力的關鍵。面向防疫的韌性城市交通系統需具備如下圖所示的特征。


         面向防疫的韌性城市交通系統特征

         

                  1)動態性。城市交通系統通過在平時和疫情不同階段迅速切換應對策略,有效避免疫情對城市經濟及居民生活造成較大沖擊。其并非一蹴而就的靜態系統,而是可依據疫情發展、城市風險等級及居民出行需求等多因素變化及時調整應對策略、多狀態的持續優化系統。

         

                  2)易達性。以人為本,通過縮短居民出行(通勤出行、休閑出行等)距離,實現日常出行的便捷性及步行友好性。在平時提升居民生活質量,疫情下保障居民的基本出行需求。

         

                  3)多樣性。城市交通系統需具備多種功能相似的設施,一種設施崩潰,另一種設施會及時補充,從而避免整個系統失靈,盡可能滿足居民在突發事件下的剛性出行需求。

         

                  4)智慧性。通過人工智能、大數據技術等智慧手段實現疫情數據化和精細化管理,通過交通系統管控與城市大數據對接,達到智慧城市交通管控的目標。

         

                  5)資源性。交通需求及供給隨著疫情的發展而變化,通過對不同情形下的交通供給進行動態調整,在其適用期間進行彈性擴充可提升城市交通的韌性。

         

        以提升韌性為核心的城市

        防疫交通系統規劃與管控

         

                  一、平時階段

                  城市交通系統應加強15 min 生活圈和交通系統多樣性的建設,應注重出行易達性和系統多樣性,構建以人為本、可在任何時期滿足居民基本生活需求的多狀態韌性系統,避免向單一、脆弱、粗放的方向發展。

                  (一)15min生活圈提升易達性

                  過去對城市防疫規劃思考較為欠缺,使得城市規模持續擴大、空間形態過于密集,延長了居民出行距離,出行易達性大打折扣,在疫情下由于隔離等措施,居民基本物資采購等剛性出行難度將進一步增大。

         

                  韌性系統應是分散而非集中的,應由小的、半自治單元、標準化作業構成[18]。15 min生活圈,即在居民15 min 步行可達的范圍內,配備生活所需的服務功能和公共場所空間(見下圖),其不僅為居民提供豐富、便捷可達的社區服務和更多的就近就業機會[19],且將城市離散化,使社區變為城市最小單元,有效提升居民出行的步行友好性和出行便捷性。從而既可有效減少平時階段居民的中長距離出行,體現綠色環保特性,又可保證疫情期間居民的基本生活不受影響,同時對疫情傳播有一定隔離作用。

         15min生活圈


                  (二)交通系統多樣性

                  城市交通系統載運工具多樣性可提升其韌性和防疫性能。雖在平時階段倡導環保高效的公共交通,但對其他交通工具不能忽視或歧視,每種交通工具都有其相應的優勢及適用場景。在疫情下,可根據是否直接接觸將交通工具分類,并根據出行距離為居民通勤出行推薦相應優先出行方式[20](見下圖)。因此,在平時階段應對其他交通工具積極引導,促使其向綠色環保、安全高效的方向發展。此外,在道路規劃時要重視對各類交通工具的友好性,一種交通工具癱瘓其他交通工具可及時順利上路作為補充。

         疫情下通勤出行方式的優先級別

         

                  通過提升城市交通路網的通達性提升城市交通系統的韌性[15]。如疫情下既可在低客流密度時期利用軌道交通等出行,也可在地鐵等停運的情況下利用城市道路出行,在出行距離較近時可利用非機動車道出行。

         

                  二、疫情潛伏階段

                  (一)構建城市疫情風險評價體系

                  疫情潛伏階段是防疫關鍵期,城市交通系統應迅速與公共衛生等機構實現數據資源共享,建立城市疫情風險評價體系,通過繪制實時更新的風險地圖供市民及社會服務機構參考,有效引導市民避免高風險出行,減少不必要出行,避免人流聚集,提升城市防疫效力和交通系統韌性。

         

                  為了全方位掌握疫情發展狀況,城市疫情風險評價體系需涵蓋區(縣)、社區、人員( 包括流動人口)、重點場所( 如地鐵車站等)、交通工具、出行路徑等,要重點關注客流密度及人口流動性等指標,建立全面完善的疫情風險評價體系(見下圖),以支持城市交通決策。

         城市疫情風險評價指標體系

         

                  在新冠肺炎疫情期間,許多城市通過不同指標對不同實體進行了風險評估,如銀川市、金華市、武漢市等通過風險評估分別識別出疫情高風險人群、區域和社區,并將風險可視化以支持實際防疫決策。然而,評估體系不夠完善全面,尚未形成完整體系,無法全面掌握風險空間分布,無法實現以可視化風險為導向的智慧化出行目標。


                  (二)依據風險等級精細化管理

                  不同風險等級的實體應實施不同的管控措施,避免一刀切的脆弱化交通管制,實現精細化管理。通過引導居民避免選擇高風險交通工具、出行路徑前往高風險區域等,變被動防疫為主動預防。同時對高風險區域客流及時疏散,以免人群聚集造成交叉感染,對于中低風險區域實行動態監管,避免轉為高風險區域。

         

                  三、疫情暴發階段

                  市民居家隔離和各地區合理的交通阻斷、減少居民不必要出行是防止疫情進一步擴散的重要途徑,同時也要動態調整城市交通供給,做好必要出行人員的出行保障工作。

                  (一)阻斷信息化

                  隔離阻斷作為必要措施,可融合社區數據、居民基本數據、GPS軌跡數據等多源數據,引入信用機制促進多系統共同合作,通過必要性審核限制出行頻次,通過信息交叉驗證確保出行信息真實性和可追溯性,從而提升城市交通韌性。所需城市交通防疫各子系統功能關系如下圖所示。



        疫情暴發階段城市交通防疫各子系統功能關系

         

                  1)疫情信用系統主要根據社區居民及車輛在疫情期間的出行申報情況與實際出行匹配度的高低,對居民及車輛的信用等級進行評級和更新。

         

                  2)基于被動申報的出行信息獲取審核系統主要用于收集和審核居民出行需求。所有準備出行的社區居民都需在信息平臺提供健康情況、出行信息(出行目的、交通工具、路徑、起訖點)等數據,系統社區端需及時審核,從源頭減少不必要出行和高風險出行。

         

                  3)基于主動定位的交通監控系統可對社區高風險人群進行實時監控,并對出行居民進行詳細的出行數據采集,然后結合出行信息獲取審核系統進行信息對比并實時反饋給疫情信用系統,確保真實性。

         

                  4)感染者出行軌跡追溯系統可通過交通監控系統提供的數據建立居民出行數據庫,當出現感染者時,通過對其移動軌跡、到訪區域及交通工具及時進行回溯追蹤,確定高風險區域和密切接觸者,實現可追溯性。

                  (二)保障動態化

                  在交通阻斷期間,城市公共交通系統大多處于停擺狀態(見下圖)。通過在線問卷調查,在全國范圍內收集了2268份有效問卷,統計新冠肺炎疫情暴發階段(調查時間2020年2月5—10日)居民出行方式選擇。更多的受訪者表示私人小汽車和步行為其主要出行方式[21]。平時依靠公共交通出行的居民出行風險及難度較大,無車醫護人員和患者就醫等出行更是難以滿足。



        新冠肺炎疫情暴發階段出行方式選擇

         

                  通過動態調整城市交通供給可緩解上述問題。疫情暴發階段居民整體出行頻率變低,城市道路狀況變好,可通過適當放寬小汽車限行、適當減免城市停車費用等措施擴大小汽車等出行的供給,從而保障居民基本需求。到后疫情階段隨著公共交通系統恢復,再逐步收緊限制轉至公共交通主導階段,從而實現對疫情下缺失的交通供給進行有效補充,維持城市正常運轉和居民正常生活(見下圖)。在新冠肺炎疫情暴發期間,河南洛陽就率先推出7座及以下小型客車在市區內不執行尾號限行政策,此后,開封、南陽等地也紛紛執行尾號不限行措施。



        疫情下的交通供給側動態調整

         

                  疫情暴發階段要重點保障醫護人員正常通勤,及時將患者安全運輸到醫院等地隔離、治療。此運輸過程交叉感染風險較高,而閑置出租汽車、網絡約租車等交通工具良好的封閉性具有適宜的應用場景?膳c相關企業協調合作,暫時將車輛提供給醫院等部門進行調配,甚至可將其交由政府合理征用,統一調配,提升運行效率,最大限度保障醫療出行。政府機構也可考慮車輛儲備機制,雖在常態下不予使用,但在突發事件等非常態情況下或可發揮重要作用。

         

                  四、后疫情階段

                  此階段防疫管控轉為面向流動性的管控,應快速甄別健康人群,保證健康人群的正常復工和流通。為了了解后疫情階段公共交通方式的選擇情況,通過在線調查獲得1146份有效問卷,覆蓋中國各行政大區及疫情嚴重程度不同的城市。經過分析得知,在新冠肺炎后疫情階段(調查時間2020年2月13—19日),公共汽車及地鐵等聚集性交通工具在公共交通中占比依然較高[22](見下圖),因此要重視客流聚集和交叉感染的問題。



        后疫情階段公共交通方式選擇

                  (一)甄別健康人群

                  為甄別健康人群,新冠肺炎疫情期間,浙江杭州率先推出健康碼,實施“綠碼、紅碼、黃碼”三色動態管理。該智慧化產品得到全網一致好評,為返程及復工人員提供了便利。此后其他省市如江蘇、廣州等地也相繼推出以健康碼為核心的產品。由于缺乏統一領導,出現了“百碼齊放”的局面,存在健康碼異地不承認等現象,降低了用戶的使用體驗。因此,未來應在政府的引導下,通過城市間的數據資源共享打破數據壁壘,將城市—都市圈—城市群三級結構聯動起來,實現聯防聯控,保障健康居民復工及出行的便利性。

                  (二)減少不必要出行

                  為減少不必要出行,可利用出行信息申報系統,通過企業申請—個人健康信息確認—政府部門審核的流程,審核通過保障企業的剛性出行需求,對其他企業可采取延緩復工時間的措施。如蘇州、上海等地在新冠肺炎疫情期間,相繼實施除涉及保障公共事業運行必需、疫情防控必需、群眾生活必需等相關企業的健康員工允許復工,其他企業均延遲復工的措施。

                  (三)減小交叉感染風險

                  公共汽車作為此階段的重要出行方式可推廣實名制預約定制機制,即居民提前預約,通過掃描健康通行碼上車就座,該措施不僅有利于控制客流,且有利于城市交通系統優化,有效降低交叉感染風險。如新冠肺炎疫情期間,北京基于定制公交理念,提供線上預約、隔位而坐的定制公交通勤服務,有效控制了滿載率,提升了出行安全性。

         

                  地鐵部門要積極與鐵路等部門進行數據對接,提升與其他交通工具的銜接程度,實時檢測各個車站的客流密度和各車站運行列車的滿載率,動態調整列車運行計劃,均衡客流密度。而私密性更好的出租汽車和網絡約租車等可繼續保障醫護人員的出行,必要情況下可繼續將部分車輛交由政府統一調配,同時為避免交叉感染可前后排隔離。綜上,后疫情階段居民通勤出行的流程如下圖所示。



        后疫情階段居民通勤出行流程

         

                  五、恢復提升階段

                  此階段疫情基本結束,城市各類出行將全面恢復,但仍需繼續保持警惕,防止疫情反彈。通過提升乘客出行的安全性和公共交通系統的吸引力盡快恢復以公共交通為主導的城市交通模式,并以低密度客流和少接觸為目標,提升城市交通系統的防疫水平。

         

                  為提升公共交通系統的安全性和吸引力,且避免高密度客流,可通過增加城市預約出行比例來實現。出行即服務(Mobility as a Service, MaaS)系統全面整合了公共交通、自行車等多種交通方式,用戶可根據需求購買合適的出行服務,實現門到門出行,從而增加公共交通的便利性和便捷性[23]。在疫情期間,MaaS系統的推薦子系統可引導用戶根據其出行距離、目的等在交通擁堵或人流聚集的情況下選擇延遲出行或更換其他交通方式,從而提升城市交通的運行效率和用戶在疫情下出行的安全感。

         

                  此外,依據經驗數據,城市居民通勤、通學出行約為出行總量的50%以上,如果未來充分利用中國互聯網高滲透率的優勢,使工作性質允許的居民在家辦公,不僅可在源頭上緩解城市交通壓力,也可有效減小疫情下交通場所交叉感染的風險,提升城市交通系統的韌性。

         

        寫在最后

                  本文基于韌性理論,對在重大突發公共衛生事件不同階段下的疫情特征及城市交通系統的差異性進行分析,提出韌性城市防疫交通系統要根據疫情發展狀態變化快速實現應對策略的切換。平時階段應加強15min生活圈和交通系統多樣性的建設;在疫情潛伏階段應融合多源數據構建城市疫情風險評價體系,實現風險數據化,并依據風險等級實施精細化管理;在疫情暴發階段通過引入出行信息申報和監控系統,結合信用機制確保出行信息的必要性、真實性及可追溯性,并通過供給側的動態化調整保障剛性出行;在后疫情階段應通過智慧化手段快速甄別健康人群,并通過減少不必要出行及控制客流密度達到減小交叉感染風險的目的;最后,在恢復提升階段通過預約出行等具有潛力的智慧化手段從源頭對城市交通系統進行恢復改善,防止疫情發生反彈。如此每次循環都是城市交通系統的一次螺旋式優化升級,實現城市交通系統韌性的進一步提升。

         

                  本文針對面向防疫的城市交通系統韌性特征進行了初步探索,可作為城市防疫交通規劃及管控的理論支撐,但未對提升策略進行定量研究,未來可繼續完善。

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