自然災害下不可移動文物脆弱性評估方法簡述

孫延忠 喬云飛

摘? 要：自然災害下不可移動文物脆弱性評估是文物保護領域研究的新方向，是災害風險評估的基礎。文章通過總結常用且經典的脆弱性評估方法及評估模型，分析探究了各個評估方法的優勢和劣勢；結合不可移動文物自身的特點及特殊性，分析脆弱性影響因素，選取適合不可移動文物的脆弱性評估方法，旨在為不可移動文物脆弱性的評估研究、文物防災減災及預防性保護提供一定的指導。

關鍵詞： 不可移動文物；脆弱性；評估方法；自然災害

中圖分類號：G122? ? ? ? ?文獻標志碼：A

DOI：10.19490/j.cnki.issn2096-698X.2023.05.027-032

Abstract： Vulnerability assessment of immovable cultural heritage under natural disasters is a new research direction in the field of cultural heritage protection and the basis for disaster risk assessment. By summarizing the commonly used and classic vulnerability assessment methods and assessment models， this paper analyzes and explores the advantages and disadvantages of each assessment method. At the same time， combining the characteristics and particularity of immovable cultural heritage， the paper analyzes the influencing factors of vulnerability， select suitable vulnerability assessment methods， and provides guidance for the vulnerability assessment of immovable cultural heritage， disaster prevention and mitigation， and preventive protection of cultural heritage.

Keywords： immovable cultural heritage；vulnerability；assessment methods；natural disasters

近些年，隨著全球氣候的變化，自然災害頻繁發生，給不可移動文物帶來了重大損失。不可移動文物承載著各個時代的人類文明，具有重大的歷史、藝術、科學及社會文化價值，減輕自然災害對其影響，保護與傳承文化遺產是文物領域長久的奮斗目標。自然災害風險是致災因子危險性、孕災環境敏感性與承災體脆弱性綜合作用的結果[1]，不可移動文物脆弱性作為災害風險中的一環，成了有效降低災害風險的手段。

脆弱性評估的研究較成熟，而不可移動文物脆弱性評估的研究相對較少。自然災害下不可移動文物的脆弱性，是將不可移動文物作為承災體，表示不可移動文物在自然災害下可承受災害破壞程度的能力[2]。不可移動文物災害脆弱性的評估作為風險評價的一環，在文化遺產保護領域起著十分重要的作用。從預防性保護的角度分析不可移動文物脆弱性的影響因素，將脆弱性因素分為文物本體影響因素、文物賦存環境影響因素以及保護管理影響因素[3]19作為脆弱性評估的依據。傅政杰等人[4]在古建筑臺風脆弱性評估中應用了PTVA模型（海嘯脆弱性評估模型），該模型集合了指標加權與專家打分法。PTVA模型與海嘯相關，更多適用于與水有關的氣象災害，而對于地震地質災害無法應用。梁龍等人[5]和汪怡等人[6]在對古遺址洪澇的風險評估研究中采用綜合指數法評估古遺址的脆弱性。為了實現不可移動文物脆弱性定量化評估，且能夠表達不同災害類型和不同文物間的影響，本文整理了各領域的脆弱性評估方法，圍繞其評估的特點、方法和優劣勢展開分析，對各個方法進行分析比較，并結合不可移動文物自身的特點選取一種適合應用于文物的脆弱性的評估體系。

1? ?脆弱性評估方法分析

隨著脆弱性研究的不斷深入，脆弱性評估在自然災害、生態環境、地下水等領域取得豐碩成果，定量、定性及定性與定量相結合的脆弱性評估方法被建立并應用，綜合各領域脆弱性評估方法，主要可分為綜合指數法、圖層疊置法、函數模型評價法、模糊物元評價法、歷史數理統計法以及危險度分析法6類[7]。

1.1? ?綜合指數法

綜合指數法是一種可以反映系統脆弱性中多種指標因素不同權重系數的分析法。根據脆弱性的影響要素，通過分析脆弱性的發生原因、表現特征等因素，選取脆弱性指標并構建脆弱性評估指標體系，利用數學統計等方法進行脆弱性評估，將各項指標綜合量化為脆弱性指數，得到評估對象相對脆弱性大小。涉及的數學方法包括加權平均法、層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評價法等[8]15。

綜合指數法的優點是原理簡單、便于理解和實際操作[9]16，因此應用范圍十分廣泛，目前國內外許多專家學者利用綜合指數法進行自然災害脆弱性評估的相關研究，其研究對象往往是以承災體的角色被評估，包括城市地鐵、城市建筑、城市天然氣管道、某座城市整體等。綜合指數法是半量化評估過程，適用于缺少定量數據或數據有限的情況下的脆弱性評估。其缺點也較為明顯，其中最主要的問題是賦予指標權重時多采用專家打分法，理論基礎不夠系統和準確，主觀性較強[10]45，缺乏客觀科學性。

1.2? ?圖層疊置法

圖層疊置法是伴隨GIS技術發展的脆弱性評估方法，利用空間差異將脆弱性要素分布圖或多形式擾動的不同脆弱性圖層進行疊置，并分層設色將評估結果繪制成彩圖，從而形成一張復合型脆弱性的空間分布圖[11]16，以此來分析某一區域的特征及脆弱性，該方法多用于災害系統的脆弱性評估。根據評估思路可選取2種不同的圖層疊置方法：一是承災體脆弱性構成要素圖層的疊置，適用于單災種影響時的脆弱性評估；二是不同擾動的承災體脆弱性圖層間的疊置，適用于多災種共同作用時的脆弱性評估[8]15。

圖層疊置法的優勢在于：可以提供較為客觀的科學依據，且可同時考慮多種擾動因素進行定性和定量分析，能夠直觀地反映脆弱性的空間分布及差異，較適用于災害系統下區域的脆弱性評估。在災害時應用此方法評估脆弱性的研究中，應用于雷電災害的研究相對較多，如張雷等人[12]利用圖層疊置法對莆田市雷災進行了脆弱性分析；孫蔡亮等人[13]基于GIS圖層疊置法建立了雷災下的區域脆弱性評價精細化模型。

圖層疊置法便于做宏觀分析，但其定量程度較差，尤其在針對多擾動的脆弱性圖層疊置上，很難反映不同擾動的影響差異，也不能實現脆弱性的動態預測。

1.3? ?函數模型評價法

函數模型評價法是反映脆弱性要素之間關系的定量分析法，界定系統脆弱性的構成要素，通過分析各要素間的相互關系，運用數學手段構建函數表達式，反映指標與脆弱性之間的關系，讓每一個要素通過數學手段都能對應出其脆弱度。史培軍[14]院士提出脆弱性評估函數模型有如下2種。

（1）廣義模型如式（1）所示。

V1=VSE∩VE∩VST=f（H，E，φ，λ，h，t）? ? ? ? ? ? ? ?（1）

式中：VSE為區域脆弱性；VE為孕災環境脆弱性；VST為承災體脆弱性；H為人類系統；E為環境系統；φ為緯度；λ為經度；h為高度；t為時間。

（2）狹義模型如式（2）所示。

V1=VE∩VSH∩VP=f（E，S，H，P，Δφ，Δλ，Δh，Δt）? ? （2）

式中：VE為經濟脆弱性；VSH為社會與人文脆弱性；VP為政治脆弱性；E為經濟因素；S為社會因素；H為人文因素；P為政治因素；Δφ為單元緯度；Δλ為單元經度；Δh為單元高度；Δt為時間段。

函數模型評價法是科學客觀并能夠準確反映指標與脆弱性關系的方法，其評估過程簡單。缺點在于：構建函數模型需要大量的理論研究和實踐檢驗進行修正[9]15，此過程十分專業復雜，因此該方法的通用性較差。

1.4? ?模糊物元評價法

模糊物元評價法是一種對比參照單元和研究單元相似度，從而確定研究單元脆弱程度的定量分析法。先選擇參照單元，并確定出參照單元的脆弱性最高或最低，然后以此為參照標準，通過計算評估單元與其相似程度來判斷研究單元的脆弱程度，其中相似度與模糊數學中貼近度的判斷方法一致。

模糊物元評價法無須將多指標合成一個綜合指數，可充分利用原始變量的信息，因此不用考慮變量間的相關性。該方法簡單易懂、應用較多。但此法存在參照單元選取困難及缺乏科學依據等特點，若參照物選取不科學，其評估結果與實際情況存在較大偏差[11]16，因此該法只用于較簡單的評估。模糊物元評價法多應用于研究水資源的脆弱性，如水資源脆弱性評估、地下水脆弱性研究、河流脆弱性研究。

1.5? ?歷史數理統計法

歷史數理統計法是利用自然災害數據庫、統計年鑒等歷史資料對數據分析和承災體脆弱性評估，或者依據實地調查數據評估脆弱性的一種定性分析法。采用歸納、演繹、比較等方法，從歷史演變、現實情況和未來發展等對評估對象進行定性的預測與評估[15]。以經驗知識為依據，與脆弱性相關的評估指標數據進行比較分析，評價其發展規律，分析預測其發展趨勢。

目前歷史數理統計方法使用較少，其操作簡便，大部分依靠查閱數據資料。其缺陷也較為明顯，因采用歷史數據，忽視當前與歷史的差別，該方法不適用于大部分自然災害的評估。

1.6? ?危險度分析法

危險度分析法是定量的脆弱性評估方法，采用向量算法計算評估對象現狀矢量與標準矢量之間的歐式距離，以此代表評估對象的脆弱性程度，通常認為歐式距離越大，則評估對象越脆弱[9]18。因此是一個相對的且為假設的理想狀態，可能存在一定的誤差。

2? ?不可移動文物自然災害脆弱性評估方法選擇

2.1? ?不可移動文物特點

不可移動文物是先民在歷史、文化、藝術上的具體遺產或遺址，主要包括古建筑、石窟寺及石刻、古遺址、古墓葬、近現代重要史跡及代表性建筑5類。不可移動文物從管理視角或層級，可分為世界文化遺產、國家級、省市縣級以及未定級的文物保護單位等類型[16]。古建筑以木結構和磚石結構為主，包含居住房屋、宮殿、寺廟、橋梁、塔等，單體造型居多，建造規模一般為1～2層。古遺址是古代人類活動留下的遺跡，包括為不同用途所建造的建筑群體，或范圍更大的村寨、城池等的殘跡，以夯土結構為主。石窟寺及石刻是古人依山勢從崖壁面開鑿的廟宇或題刻。近現代重要史跡及代表性建筑是近現代的學校、舊址、建筑群等優秀文化遺產。

不可移動文物具有種類繁多、結構不一、價值難以評定等特點，其露天建構，現世于千百年，歷經風雨侵襲，且大多都受到過自然災害的破壞。對于古建筑和近現代代表性建筑而言，地震災害、暴雨洪澇災害和大風災害是對其有主要影響的災害；古遺址和古墓葬多埋于地下，由此暴雨洪澇災害對其的危害最大；石窟寺及石刻多建于崖壁，故受地震、滑坡的災害影響比較大。

2.2? ?不可移動文物脆弱性影響因素

不可移動文物的脆弱性影響因素眾多，主要可分為自身屬性和保護狀態2類[3]19。文物本體屬性包含面積、高度、年代、類型、結構、價值等；保護狀態指的是保護設施、監測系統、保護工程和日常的養護情況。面積是影響文物脆弱性的重要因素，不同的文物之間面積差異較大，大至一座城池，小至一間房屋。不可移動文物的面積越大，在自然災害發生時的受災面積便越大，脆弱性也越高。文物單體的高度也是影響脆弱性大小的因素，有些較高的文物，如塔或較高的房屋，在受到大風災害或在暴雨洪澇的沖擊下，損毀的可能性就會更大一些，在地震災害中也更易倒塌。文物的建造年代是衡量文物脆弱性大小的一個十分重要的因素，不可移動文物建筑的年代不同，其受到環境和災害影響的時間就不同，自石器時代至元、明、清，距今越久的文物越飽受風霜，其脆弱性也越高。不可移動文物的類型眾多，各類型又可以進行細分，根據古建筑的類型可以分為砌體古建筑、構架古建筑、廳堂古建筑、殿堂古建筑、樓閣；古遺址可以分為洞穴遺址、陶瓷遺址、建筑遺址、城址、聚落遺址；而石窟寺及石刻可以分為摩崖造像與題刻、洞窟與摩崖共存、洞窟造像或壁畫泥塑類洞窟。每種類型之間均存在差異，對脆弱性的影響也不同。文物結構亦是影響文物脆弱性的重要因素之一。文物的材質結構不同在面對不同類型災害時的抗災能力也存在差異，如：磚石結構較土結構而言，在面對暴雨洪澇災害時更不易被損毀。文物的保護狀態對脆弱性的影響很大，建設過保護設施、擁有保護工程和監測預警系統的文物，抗災能力相對更強，且防災減災措施越多、越好，文物的脆弱性就會越低。

2.3? ?不可移動文物脆弱性方法分析

由于本文研究的是自然災害下文物的脆弱性評估方法，因此從前人的脆弱性評估方法中總結出了3類適合災害領域的脆弱性評估方法。自然災害領域常用脆弱性評估方法大致分為基于歷史災情數理統計、基于指標體系、基于災損曲線3類評估方法。

2.3.1? ?基于歷史災情數理統計的脆弱性評估方法

基于歷史災情數理統計的脆弱性評估方法采用歷史數據統計法，其針對存在歷史災情記錄區域，明確該區域主要自然災害及不可移動文物承災體，根據相關指標的歷史數據來評估承災體的脆弱性，利用數理統計方法，對區域脆弱性進行分析和比較[10]54。此種方法能夠實現區域間直接進行比較的目的，常用于地震、洪澇等能夠涉及大區域的災害評估中；但同時對研究區的歷史災情數據要求較高，需要基于大量的數據來完成，如果數據欠缺或數據采集方式的嚴謹度和科學性較差，會造成結果有較大的偏差。另外，該方法選取的歷史數據為承災體面對擾動時的結果數據，只能通過結果來進行區域間的比較分析，難以對脆弱性的影響因素和形成機制進行研究。

2.3.2? ?基于指標體系的脆弱性評估方法

基于指標體系的自然災害脆弱性評估方法屬于脆弱性評估方法中的綜合指數法，該方法是將脆弱性作為一種可以被度量的概念，包括多個維度，如敏感性、暴露性、應對能力和恢復力等，通過分析承災體特點，選擇適當的維度對其進行進一步分析，將這些維度的指標綜合評估后進行合成，以綜合反映承災體的脆弱性。

指標體系操作方法簡單，且其作為半量化脆弱性評估方法，適用于缺少定量數據或者數據有限情況下的評估[17]?；谥笜梭w系的評估方法能夠全面且具體地考慮影響承災體脆弱性的因素，對承災體的類別和形式沒有特殊要求，應用廣泛。但指標體系法也存在不足：一是該方法的主觀性強，會影響評估結果的準確性；二是數據的可得性和代表性之間存在矛盾，有的脆弱性維度指標單一，不具有代表性，導致最終的脆弱性結果準確度不夠；三是當評估對象的空間尺度較大時，所得結果較為宏觀，在實際操作時可能存在結果的偏差。

2.3.3? ?基于災損曲線的脆弱性評估方法

災損曲線即脆弱性曲線，基于災損曲線的脆弱性評估是災害領域特有的脆弱性評估方法，在歷史災情數據不充足或指標方法不夠規范化的情況下，脆弱性曲線能夠提供新思路。災損曲線主要評估災害強度與各種承災體受損程度的關系，用表格或者曲線表示。此方法通過個體的損傷程度推斷評估整個區域、承災體的脆弱性結果，更為精細，并且適用于災情模擬的情景當中。

2.4? ?脆弱性評估方法對比分析及選擇

自然災害領域的3種主要脆弱性評估方法具有不同的目的、適用尺度和時間，其評估對象也不完全相同。3種方法的對比分析如表1所示。

目前來講，將不可移動文物作為承災體進行脆弱性評估的研究比較少。與其他評估對象不同的是，不可移動文物具有類型多樣、結構復雜、價值難以評估等特點，對其進行脆弱性評估需要考慮的因素非常多?；跉v史災情數理統計的方法適用于尺度較大的評估對象，通常用于區域的脆弱性評估，而區域的脆弱性高低并不能精確代表不可移動文物單體的脆弱性大小。災損曲線適用于微觀尺度的評估，所研究的是災害強度與承災體受災程度的關系。但若應用于不可移動文物，需要逐一對其進行評估，需要耗費大量的時間去獲取和計算每個文物受損與災害強度的關系。不僅如此，由于文物作為個體，每個文物個體之間又都存在差異，僅用曲線的方法評估文物的脆弱性并不準確。

目前，相較于其他脆弱性評估方法，綜合指數法應用的領域最為廣泛，也最為成熟。不可移動文物的脆弱性評估，需要考慮文物本體屬性、社會屬性、自然屬性，根據不可移動文物的不同類型，按照文物價值的高低，將龐雜的系統不斷細化后再對脆弱性因素（如暴露度、敏感性、結構脆弱性等）進行分析。除此之外，不可移動文物脆弱性評價體系的構建，最終目的是指導實踐，因此，在指標選取時應當充分考慮實際情況，因地制宜，經過認真分析遺址區的實際情況，在實地調研的基礎上，選擇可獲取性較強的數據。綜合考慮這些因素，綜合指數法是最適合用于不可移動文物脆弱性評估的方法，具有易理解和操作的特點，不僅有利于全面綜合考慮文物、社會、自然各系統以及各要素相互之間的關系[9]15，還能兼容不同的尺度研究，可操作性強，因此在本研究中選擇綜合指數法評估不可移動文物的脆弱性。

3? ?不可移動文物脆弱性評估方法應用前景

不可移動文物脆弱性的評估在當前并沒有完整通用的方法體系，本文通過分析比較提出適用于不可移動文物的災害脆弱性評估方法，彌補了前人對這部分研究的缺失。按照本文提出的不可移動文物脆弱性評估方法，構建古遺址—洪澇省域、縣域—文物保護單位3個尺度的脆弱性評指標體系，并對蒲州故城洪澇災害脆弱性進行評估示范應用，基于蒲州故城遺址特征，結合洪澇災害的危害特征，從文物屬性、文物價值、文物類型、文物結構材料及保護管理進行脆弱性影響因素分析，構建了遺址脆弱性評估指標體系。運用層次分析法和德爾菲法相結合的方法確定評估指標權重，采用等間隔劃分脆弱性等級，將遺址脆弱性指數在0～1范圍內劃分為5個等級，得到遺址脆弱性分級標準，最后根據遺址脆弱性評估指標體系的指標內容、指標賦值和指標權重，運用數理統計的方法進行脆弱值計算。經驗證，評估結果合理可行。面向不可移動文物的脆弱性評估方法，給文物保護領域提供了新思路，應用綜合指數法能夠對不同的文物類型和不同的災害類型分別處理，同時可以考慮更為全面的影響因素；獲取的文物脆弱性的定量結果，無論是在文物防災減災方面還是文物風險管理方面都能提供數據指導，從而使文物保護工作更加具備針對性，同時可減少人員和資源的浪費。

4? ?結束語

不可移動文物的脆弱性評估主要應用在文物的風險管理和評估領域，在文物的風險管理中，通過脆弱性評估了解文物本體受災害的影響大小，脆弱性高的文物在風險管理中需要加強監測和保護。在風險評估中，脆弱性為重要的一環，將文物作為承災體進行風險評估，能夠獲取文物較為精確的風險大小，并對高風險文物進行預防性保護。另外，脆弱性評估在文物災害應急處置中也十分重要，災害來臨之時，能夠通過此前的脆弱性評估，精確找到并優先處理高脆弱性文物，對其進行應急保護。

作者簡介：孫延忠（1977—），男，研究員，碩士，主要研究方向為巖土類文物保護。E-mail：yanzhongsun@sohu.com.

基金項目：國家重點研發計劃項目“不可移動文物自然災害風險評估與應急處置研究”（SQ2019YFC150042）

參考文獻

姚蕊，楊群濤，張書亮.城市暴雨內澇災害脆弱性認知、測度與模擬[J/OL].（2022-08-01）[2023-05-20].https：//kns.cnki.net/kcms/detail/32.1356.tv.20220519.1611.008.html.

李宏松.不可移動文物自然災害風險管理體系研究[J].自然與文化遺產研究，2021，6（4）：19-23.

孫延忠.洪澇災害下的古遺址脆弱性影響因素分析[J].中國文化遺產，2021（4）：19-23.

傅政杰，郭小東，王志濤.基于PTVA模型的木結構古建筑臺風災害脆弱性評估方法研究[J].安全，2022，43（6）：24-30.

梁龍，宮阿都，孫延忠，等.不可移動文物季節性暴雨洪澇災害風險評估方法研究：以福建省國保古遺址為例[J/OL].

（2021-01-08）[2023-05-20].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=3uoqIhG8C45S0n9fL2suRadTyEVl2pW9UrhTDCdPD67Dqpioc424ye5AXlkGWCM0oQyWyblnKnnKy5YsG-slYOQDpJS84CbB&uniplatform=NZKPT.

汪怡，梁龍，孫延忠，等.山西省不可移動文物洪澇災害風險研究[J].自然災害學報，2022，31（3）：35-47.

易義湘.民族旅游社區居民生計脆弱性評價及其影響因素研究：以甘南藏族自治州為例[D].蘭州：西北師范大學，2022：15-16.

朱海燕.北京市地鐵站暴雨內澇脆弱性評估研究[D].北京：首都經濟貿易大學，2018：15.

趙秀雯.城市埋地天然氣管道的脆弱性評估研究[D].北京：首都經濟貿易大學，2010：15-18.

石勇.災害情景下城市脆弱性評估研究[D].上海：華東師范大學，2010：45-54.

張哲.承災體視角下的裝配式建筑脆弱性評估研究[D].青島：青島理工大學，2020：16.

張雷，涂慰云，孫蔡亮，等.基于GIS圖層疊置法的莆田市雷災脆弱性研究[J].海峽科學，2017，33（12）：84-86，97.

孫蔡亮，王赟，羅艷艷，等.基于GIS圖層疊置法的區域雷災脆弱性評價精細化模型[EB/OL].（2016-08-22）[2023-05-20].https：//kns.cnki.net/kcms2/article/abstract？v=kxaUMs6x7-4p_H5157itHVzbzj735XtTfF_z5peEpU-qurQdDmPu6Levvm_vsZaQMySznyxYicqQtANYP6aVah48gO5Ct2Tm&uniplatform=NZKPT.

史培軍.三論災害研究的理論與實踐[J].自然災害學報，2002，11（3）：1-9.

楊飛，馬超，方華軍.脆弱性研究進展：從理論研究到綜合實踐[J].生態學報，2019，39（2）：441-453.

趙夏，喬云飛.不可移動文物自然災害風險區劃理論基礎和案例分析[J].自然與文化遺產研究，2022，7（6）：88-96.

郭曜.淺析城市綜合防災規劃編制中的災害風險評估[C]//中國城市規劃學會.城鄉治理與規劃改革：2014中國城市規劃年會論文集（01城市安全與防災規劃）.北京：中國建筑工業出版社，2014：141-155.