面向價值保護的不可移動文物自然災害應急路徑規劃算法模型研究

摘要：自然災害中我國不可移動文物面臨的安全形勢極為嚴峻。在區域突發性自然災害到來時，合理的應急規劃和路徑選擇，是有效減少不可移動文物價值損失的必要手段。本文從災害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個維度進行研究，采用層次分析法構建面向價值保護的不可移動文物自然災害應急路徑規劃算法模型。該方法的研究是基于1976年唐山大地震、2021年河南特大暴雨等自然災害中不可移動文物損失情況調查和分析完成的，可通過歷史災害數據驗證其科學性。該方法嘗試填補我國不可移動文物應急管理工作理論研究的空白，為文物機構開展不可移動文物自然災害應急管理工作提供技術支撐。

關鍵詞：文物價值；不可移動文物；自然災害；應急路徑；算法模型

自然災害具有突發性、區域性的特點，所以對不可移動文物的破壞也具有區域性。如1976年唐山里氏7.8級地震，從渤海灣到內蒙古、寧夏， 從黑龍江以南到長江以北地區均有震感。據調查當時京津冀地區共有75處文物保護單位受到不同程度破壞，其中包括北京市的北海白塔、妙應寺白塔、真覺寺金剛寶座塔、天寧寺塔、北京孔廟、頤和園、鼓樓、十三陵、八達嶺長城等多處全國重點文物保護單位[1]；2008年汶川里氏8.0級地震， 波及大半個中國以及亞洲多個國家和地區，國內169處全國重點文物保護單位、250處省級文物保護單位受到不同程度損害；2020年汛期，江南、華南、西南多地發生暴雨導致的洪澇災害，也是2000年以來汛期文物受損最為嚴重的一年，其中江西160處、安徽144處、湖南62處、四川41處、廣西35處、湖北31處文物保護單位遭受不同程度損壞，以長江流域省份文物受損情況最為嚴重。受損文物中，古橋梁被沖毀、古城墻坍塌和文物建筑垮塌情況較為嚴重①。因此，在加強文物日常維護工作之外，當區域突發性自然災害到來時，合理的應急規劃和路徑選擇，也是有效減少文物價值損失的必要手段。

區域突發性自然災害到來時，由于各級文物管理部門不可能同時對所轄區域內的所有文物投入同等級別的應急力量（人員、技術、物資等），那么孰先孰后就面臨決策，需要制定應急救援計劃， 以確定應急救援對象的順序和應急力量分配，這便是應急路徑規劃的意義所在。

一、國內應急路徑研究現狀

（一）關于救援路徑的研究

程國萍等針對地震應急救援的特點，引入不確定理論，在地震災害的背景下，研究了震后動態網絡環境下的應急救援路徑選擇問題[2]；段滿珍等通過定義路網疏散連通度和安全行駛路線，針對不

確定信息條件下救援疏散和路徑選擇問題，以及不確定通行能力的約束條件，確立了以公交疏散問題為基礎的應急救援車輛路徑選擇模型[3]；慕安冬等開展了震后應急期最優路徑評估方法研究[4]。

（二）關于應急救援物資的配送路徑研究

劉長石等從系統集成優化的角度，綜合考慮救災點所在地理位置和地形導致的應急車輛行駛時間的隨機性、救災點應急物資需求量的不確定性與應急物資配送的時間緊迫性，以應急物資總運達時間最短與總配送成本最小為目標，構建了基于機會約束規劃的多目標模糊LRP優化模型[5]；蔣杰輝等針對多目標應急物資配送中車輛路徑優化問題，提出了基于改進智能水滴算法的多目標應急物資路徑優化方案[6]；李卓等考慮需求點和運輸商的不同利益訴求，以系統滿意度最大、系統配送時間和總成本最小為優化目標，建立了帶軟時間窗的多目標混合車輛路徑優化模型[7]。

（三）關于應急疏散順序和路徑研究

董皓南等利用層次分析法和熵權法的組合賦權法建立了綜合考慮人數、火災情況和火災隱患的賦權模型[8]。

除以上三方面，還有一些針對特定災種應急管理路徑和綜合應急管理路徑及策略的研究。如李紅艷根據水災發生、發展特點所開展的非政府組織參與突發水災害事件應急管理路徑分析[9]；李瑞昌的技術賦能城市綜合應急管理路徑研究[10]。但對于文物自然災害應急規劃路徑研究目前仍是空白。

二、不可移動文物應急路徑規劃算法模型構建的思路

對于不可移動文物自然災害應急路徑規劃模型，可從災害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個維度進行研究（圖1）。研究總體思路是首先考慮災害危險性指標，該指標可根據相應的應急響應等級，由高至低賦值以確定優先應急區域；其次在同等應急區域內首先考慮文物重要性指標，文物重要性指標可根據文物保護級別由高至低賦值以確定優先應急對象；在同等應急級別的文物中再通過文物脆弱性指標最終確定文物應急路徑和順序，文物的脆弱性指標可根據文物類型、結構、文物本體保存情況和保存環境通過加權賦值計算獲得，該層次結構如圖1。具體算法如下：

Iem =Ih ×Ii ×Iv

Iem 為應急指數；Ih 為災害危害性指標；Ii 為文物重要性指標；Iv 為文物脆弱性指標。

三、災害危害性指標、文物重要性指標和文物脆弱性指標的確定

如前所述，災害危害性指標可根據相應的應急響應級別由高至低賦值，具體賦值見表1。根據不可移動文物特點和災害類型，從災害強度和文物的易損性兩個維度可確定各類災害的應急響應等級，水文氣象災害、地震災害及地質災害的文物應急響應等級，筆者在《不可移動文物自然災害風險管理體系研究》一文中已有詳細論述[11]。文物重要性指標可根據相應的文物保護級別由高至低賦值，具體賦值見表2。

根據災害類型首先應考慮文物的類型指標， 因為不同類型的文物在抵抗同類型災害所表現的能力有明顯的差異性，氣象水文災害、地震災害、地質災害的文物類型指標可參照表3、4、5。

其次同類型文物應考慮文物的結構類型指標，因為同類型文物不同的結構在抵抗同類型災害所表現的能力也有明顯差異性，如石結構古建筑與木結構古建筑相比，抵抗地震災害的能力要差許多，而不同類型的洞窟抵抗地震災害的能力也不盡相同。因此應針對不同災害的破壞機理，根據不同結構予以賦值。

最后再根據不同結構文物本體保存情況（結構損傷、材料劣化）和保存環境通過加權賦值計算

獲得文物保存現狀指標。該層次結構如圖2，具體算法如下：

Iv =It ×Is ×（M.ΣWi.Di+N.ΣWj.Pj）

公式中Iv 為文物脆弱性指標；It 為文物類型指標（賦值設計在0～1之間）；Is 為文物結構指標（賦值設計在0～1之間）；Wi為文物本體保存情況及保存環境情況評估單元下各影響因子的權重值；Di為本體保存情況評估單元下各影響因子的賦值（賦值設計在0～1之間）；Pj為保存環境評估單元下各影響因子的賦值（賦值設計在0～1之間），ΣWi和ΣWj均設計為1；M為文物本體保存情況評估單元的權重值，N為文物本保存環境情況評估單元的權重值，M+N設計為1。

因此，依據以上算法，應急指數Iem 將介于0～1之間，越接近1，則應急需求越高，這樣我們就可以根據應急指數高低規劃應急路徑和順序。

四、算法模型的特點及討論

（一）算法模型的兩個特點

1.災害危險性的優先級

以上的算法模型首先是基于災害危險性優先考慮而構建的。這一特點在應急路徑規劃上將具體表現在兩個方面。

一是應急路徑將依據災害路徑規劃。如2021 年河南特大暴雨（7月16—20日），河南全省出現明顯的降水過程，強降水主要集中在西部、北部和中部地區，鄭州、焦作、新鄉、洛陽、南陽、平頂山、濟源、安陽、鶴壁、許昌地區出現特大暴雨， 產生洪澇災害。其發展過程就總體表現出由北向南、由東向西的路徑態勢（見表6、圖3）。在河南省文物局7月23日上報的《關于河南省文物受災情況的報告》中，初步統計有256處文博單位不同程度遭受暴雨災害的影響。中國文化遺產研究院在在此基礎上，經現場調查核實確認本次受災文物共計563處，涉及15市101縣（區），其中全國重點文物保護單位90處，約占受災文物16%；省級文物保護單位109處，約占19%；市縣級文物保護單位215處，約占38%；未定級不可移動文物131 處，約占23%；博物館19座，約占4％。在所有受災文物中，文物建筑類共計470處，古遺址古墓葬類60處，石窟寺及石刻類14處。其中包括部分考古發掘工地等。對比分析表明，災害強度與文物受損程度相關性極高（圖3、4）。因此，對于具有明確路徑特點的災害，可依據災害路徑及相關預警機制進行應急路徑規劃，如臺風、洪澇等氣象水文災害。

二是應急路徑將依據災害破壞程度進行規劃。以1976年唐山大地震為例，京津冀三地75處受損文物保護單位分處于Ⅵ—Ⅺ各烈度區，調查表明，烈度越高，文物破壞越嚴重，這也是地震中地面建筑破壞的基本特點和烈度劃分的主要依據。因此，這一規劃算法符合災害自身規律及對文物的破壞特點。

2.文物價值的優先考慮

由于區域性自然災害到來時，省、縣文物主管部門不可能同時對所轄區域內的所有文物投入同等級別的應急力量，孰先孰后就必然面臨一個決策，一般在同等災害強度區域內可從兩個方面進行比較決策：一個是文物的價值，一個是文物的保存情況。保護級別是價值的綜合體現，文物的脆弱性是文物保存現狀的體現。由于文物保護的目標是價值的保護，所以以上的算法模型將文物重要性前置于文物脆弱性，是基于文物價值保護的需求和行業特點而構建的。這一特點在應急路徑規劃時表現為文物價值的優先考慮。所以該算法模型是一個面向價值保護的應急路徑的規劃算法模型。同時以上的算法模型通過文物本體重要性和保存情況兩方面評估和考慮，對文物脆弱性也給與了足夠考慮。

（二）討論

2021河南特大暴雨災后文物損失調查發現， 災中文物保護級別越低，破壞越嚴重。這似乎與本文提出價值優先的應急路徑規劃理念有所矛盾。但本次文物的具體破壞現象（如屋面的瓦件破壞、漏雨，院落的積水）顯示，許多問題是長期缺乏日常維護管理導致的，即使不發生特大災害，這些問題也會產生?；谑澜邕z產自然災害風險管理理念， 不可移動文物自然災害風險管理應包括災前預防、災中應急搶險、災后修繕三項重要內容。其中災前預防是風險管理的首要任務，在風險評估和風險監測系統的支撐下，具有預見性和前瞻性。所以沒有完善的預防系統就不可能實現有效的應急處置。而應急工作是災害發生時啟動的一種管理手段，它具有緊迫性和臨時性特點。相對而言，預防系統所有工作必須在災害到來之前在足夠時間條件下完成， 具有常態和長久性的特點，這與應急管理系統災前的備災工作有本質區別。由于不可移動文物的不可移動性和暴露性，其日常維護等預防性保護措施在自然災害風險管理中就顯得尤為重要，所以必須清楚，面向價值保護的不可移動文物應急路徑的規劃只是面臨自然災害時有效減少文物價值損失而采取的一種臨時性的技術路線和技術措施。要實現不可移動文物，尤其是低級別不可移動文物的長治久安，提高其抵抗災害的能力，必須依靠常態化的文物日常維護、定期檢修制度和科學的修繕工作，以降低不可移動文物的脆弱性，提高其韌性。

五、結語

基于我國自然災害中不可移動文物面臨的嚴峻形勢及應急管理需求，本文從災害危害性、文物重要性和文物脆弱性三個維度進行了研究。提出了基于熵權法的面向價值保護的不可移動文物自然災害應急路徑規劃算法模型。該模型體現了文物價值保護的需求和行業特點，為不可移動文物自然災害應急管理工作進行了有益的理論探索，可為省、市縣級文物管理機構自然災害應急管理工作提供參考。同時，本文還闡述了風險預防與應急處置的關系，指出了風險預防的重要性，為低級別不可移動文物自然災害風險管理工作提出了建議。

[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”（2019YFC1520800）資助]

參考文獻：

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[12] 中國文化遺產研究院.河南特大暴雨災害不可移動文物受災情況調查評估報告[R].2019.

（責任編輯：孫秀麗）