《Sustainability》：Towards a Common Taxonomy for Risk and Resilience Assessment in Road Transport Networks: A Conceptual Multidisciplinary Framework from the DATAGRAM Project
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道路运输网络的风险与韧性评估一直由结构工程师和交通工程师各自独立推进，两个学科各自发展出自身的定义、方法与指标。尽管面对的是同一物理系统，这两个学科却缺乏共享的概念框架，这限制了综合评估工具的开发。本文针对这一空白展开研究，聚焦地震风险，将其作为更广泛的多灾种
道路运输网络的风险与韧性评估一直由结构工程师和交通工程师各自独立推进，两个学科各自发展出自身的定义、方法与指标。尽管面对的是同一物理系统，这两个学科却缺乏共享的概念框架，这限制了综合评估工具的开发。本文针对这一空白展开研究，聚焦地震风险，将其作为更广泛的多灾种问题的典型范例。研究依托DATAGRAM项目——一项由四所意大利大学参与的跨学科计划——从四个维度对相关定义及其操作化方式进行比较：分析对象与尺度、性能指标、概率的处理方式以及参考时间尺度。在所考察的十个构念中，有八个（脆弱性、暴露度、风险、鲁棒性、冗余性、适应性、可恢复性和韧性）在概念上趋于收敛，足以支撑协调一致的工作定义；其余两个（危险性Hazard和易损性Fragility）为结构工程所特有，未提出共同定义，这一不对称性本身也被作为一项研究发现予以报告。一个简化的算例展示了从结构到交通的衔接过程，将桥梁易损性Fragility与路段封闭概率相关联，并将其转化为网络层面的出行时间增加和干预优先级排序。所提出的映射关系旨在作为综合韧性评估的概念基础；所提出的分类体系是一种理论支撑的概念综合，仍有待外部独立验证。
论文解读
一、研究背景与问题
基础设施系统很少孤立地失效。近年来意大利的多起桥梁垮塌事件生动地说明了这一点：2018年热那亚Polcevera（Morandi）高架桥垮塌造成43人死亡，并使一条战略性的高速公路连接中断数月；此前的Annone（2016年）和Fossano（2017年）桥梁垮塌事件同样表明，单一资产的丧失可以迅速将交通系统或其一部分从正常运营状态推向应急状态。当桥梁垮塌、隧道被淹或路面退化至超出可服务状态时，后果会向外扩散：可能造成人员伤亡、出行时间增加、应急车辆改道、供应链中断，以及社区暂时性隔绝。要理解交通网络如何应对这些扰动——即它们对损害的敏感程度，以及吸收、适应和恢复的能力——需要同时评估单个资产的结构完整性和整个网络在时间维度上的功能表现。
一个核心困难在于基础设施固有的多尺度特性：结构工程通常在单个资产或类型学类别层面评估损伤和结构性能，而交通工程则在网络尺度上评估功能的退化和恢复。然而，这两个分析尺度是相互关联的。整合这两种视角不仅需要方法上的兼容，还需要能够在物理损伤机制与系统级出行后果之间建立联系的概念纽带。然而，结构工程和交通工程两个学科已经发展出平行且大体分离的知识体系，各自拥有自己的时间尺度和参考情景、自己的测量方法和指标集，且常常使用相同的术语表达微妙不同的含义。
从结构工程角度看，一个基本已趋成熟的方法是基于性能的地震工程（Performance-Based Earthquake Engineering, PBEE）。PBEE提供了地震风险评估程序的分析表达式，其中地震危险性、结构响应和暴露度等项基于全概率定理加以组合。例如，根据该方法，所分析桥梁（或更一般地，结构）的易损性函数Fragility构建了强度-损失关系，提供在给定地震强度指标下超过某一损失阈值的概率。而交通工程师使用相同的术语“脆弱性Vulnerability”时，通常指的是交通网络在自然或人为灾害发生时经历性能退化或损伤的倾向。从交通角度看，脆弱性是一个复杂的主题，基础设施的技术和功能方面（如拓扑结构、需求特征和活动系统）相互作用，其目标还包括捕捉服务水平的退化而不仅仅是物理损伤。两种表征都合理且有用，但它们不可直接比较；缺乏共享的概念基础，将它们整合到连贯的评估框架中仍然困难。
这一语言鸿沟具有实际后果。意大利《既有桥梁风险分类与管理指南》将网络级韧性评估置于最高分析层级，要求对网络中具有重要意义的桥梁实施。这些评估涉及资产所属的道路网络区段和/或交通系统，考虑其交通重要性、结构与周边路网的相互作用，以及桥梁运营中断的潜在社会经济后果。然而，目前尚无成熟的程序能够以结合结构和交通视角的方式实施这一评估。问题的规模相当可观：意大利公路网包含数万座公路桥梁和高架桥，其中很大一部分建于1950年代至1970年代，设计规范未考虑现代抗震要求，目前正接近或超过其标称使用寿命。这一老化资产存量，加上国土大面积区域的地震活动性，使得结构和网络性能的综合评估成为迫切的实践需求，而非纯粹的学术练习。
正是在这一背景下，DATAGRAM项目（DATa and strAteGies for Resilience AssessMent of existing road networks: a bridge-based application in Italy，PRIN 2022，MUR Prot. 2022MYSNTT）应运而生，旨在弥合这一鸿沟。项目汇聚了四所意大利研究单位——那不勒斯费德里科二世大学（结构工程、地震风险）、墨西拿大学（桥梁工程）、坎帕尼亚大学“Luigi Vanvitelli”（交通规划）和Mercatorum大学（交通需求建模）——共同目标是开发面向既有公路网主动式韧性管理的决策支持系统（Decision Support System, DSS），重点关注意大利的桥梁基础设施。
比较性概念映射是这一跨学科努力的第一个成果。在指标比较、模型整合或DSS开发之前，参与学科必须澄清它们所说的危险性Hazard、易损性Fragility、脆弱性Vulnerability、风险Risk和韧性Resilience的含义，以及这些含义之间的相互关系。本文正是呈现这样一种映射。
二、研究内容与主要结论
本文开展了一项基于综述的概念性比较研究。研究首先分别梳理了结构工程和交通工程两个学科对危险性、易损性、脆弱性、暴露度、风险、鲁棒性、冗余性、资源fulness/适应性、快速性/可恢复性和韧性等构念的定义与操作化方式。在结构工程领域，由于概念和方法已较成熟，研究人员基于专业知识选取了最具代表性且被广泛认可的文献；在交通工程领域，研究人员在Web of Science（WoS）核心合集上进行了系统检索（2003–2024年），并结合Scopus上的定向检索，经过两阶段筛选后保留了明确定义或操作化相关构念的文献。
在此基础上，研究人员沿四个维度对两个学科的定义和操作化方式进行比较：（i）分析对象与尺度（资产/类型学类别vs.网络）；（ii）性能指标类型（物理/损伤型vs.功能/服务型）；（iii）概率与不确定性的处理方式（完全概率化vs.基于情景）；（iv）参考时间尺度（年发生率和服役寿命vs.规划期和网络状态）。基于比较结果，对每个构念应用二元编码规则，将其归为跨学科兼容或不兼容两类。只有当两个学科的含义在上述维度上兼容时——即同一潜在概念能够以不扭曲任一传统的方式用适用于双方的术语表达——才提出协调一致的工作定义。
研究得出的核心结论是：在所考察的十个构念中，有八个（脆弱性Vulnerability、暴露度Exposure、风险Risk、鲁棒性Robustness、冗余性Redundancy、适应性Adaptability、可恢复性Recoverability和韧性Resilience）在概念上趋于收敛，足以支撑协调一致的工作定义；其余两个（危险性Hazard和易损性Fragility）为结构工程所特有，直接转置到交通领域目前是人为的，因此未提出共同定义，这一不对称性本身被作为一项研究发现予以报告。
研究指出，两个学科之间最重要的分歧涉及建模传统、分析尺度和性能指标。结构工程通常依赖概率化的危险性-需求-损伤-损失链条，以及基于物理损伤/损失变量的构件、资产或类别级评估；交通工程通常采用基于情景的网络级分析，聚焦功能服务退化。这一结果表明，整合不是调和根本不同的世界观，而是在兼容框架之间建立可操作的转换函数。两个视角之间的关键接口在于结构损伤、损失与交通服务之间的关系：在这一接口处，桥墩损伤或桥面退化不仅是结构问题，也是出行问题，对依赖该网络的人员、货物和经济活动产生后果。
三、主要技术方法
本研究采用的主要方法包括：（1）双轨文献遴选程序——结构工程领域基于专家经验选取代表性文献，交通工程领域在Web of Science核心合集（2003–2024年）和Scopus上进行系统检索并经两阶段筛选；（2）四维度比较框架——沿分析对象与尺度、性能指标类型、概率处理方式和参考时间尺度四个维度对构念进行比较；（3）二元兼容性编码规则——据此判定每个构念是否可跨学科协调并决定是否提出统一工作定义；（4）简化算例演示——基于西西里高速公路三角网络（巴勒莫PA–墨西拿ME–卡塔尼亚CT）的真实需求和出行时间数据，结合假设的封闭概率和出行时间价值（12 �/h），演示从桥梁易损性到网络级后果和干预优先级排序的端到端逻辑。
四、研究结果
4.1 结构工程视角的风险与韧性评估
在结构工程领域，地震风险评估以PBEE为最成熟的方法。PBEE基于概率地震危险性分析（Probabilistic Seismic Hazard Analysis, PSHA），假设主震按齐次泊松过程（Homogeneous Poisson Process, HPP）发生，通过全概率定理将地震危险性、结构响应（工程需求参数EDP）、损伤（损伤指标DM）和损失（L）组合为年超越概率。易损性函数Fragility提供在给定地震强度指标（IM）下超过某一损伤状态的概率。结构韧性则通过功能曲线Q(t)描述，以平均功能保持量R量化，包含鲁棒性、冗余性、资源fulness和快速性四个维度。
4.2 交通工程视角的风险与韧性评估
交通工程中的脆弱性Vulnerability是网络的关联属性，描述系统在部分组件受扰时对性能退化的敏感程度。研究区分了结构脆弱性、运营脆弱性和环境脆弱性三个维度。分析上通过网络图G=(N, A)建模，以总广义交通成本（TC）为性能指标，通过比较正常配置G0与退化配置G(e)的性能差异计算元素相对重要性Ie。当可估计扰动事件概率时，可扩展为网络风险公式。交通韧性同样以功能指数R量化，包含鲁棒性、冗余性、适应性和可恢复性四个维度。
4.3 跨学科比较与统一分类
比较分析表明，两个学科在概念架构上的趋同程度高于学科文献所暗示的：同一批构念以相同的逻辑关系出现在两个传统中，韧性指数的函数形式在形式上完全一致。最显著的分歧在于建模传统、分析尺度和性能指标。研究提出了八个协调一致的工作定义，并明确承认危险性和易损性的学科特异性。
4.4 算例演示
基于西西里高速公路三角网络的简化算例表明：尽管桥梁B1假设比B2更易损，但B2（墨西拿–卡塔尼亚A18高速，无替代路线）的优先级指标（132,243 �/天）是B1（39,463 �/天）的三倍以上，排名第一。敏感性分析显示，在全部测试的概率组合下B2均保持最高优先级；仅当B1封闭概率约为B2的七倍时排名才会反转。这一结果说明：冗余走廊上更易损的桥梁可能比构成两地区唯一通道的较不易损桥梁具有更低的干预优先级——这一结论仅靠结构易损性或网络拓扑都无法得出，只有综合指标才能给出。
五、讨论与结论
研究的实践和政策意义在于：基础设施管理者目前使用的评估工具主要从结构或交通单一视角开发，很少整合两者。本文提出的比较映射为开发综合评估协议提供了共同的概念基础，可支持检查与监测计划、同时考虑物理易损性和网络关键性的风险优先级框架，以及同时捕捉结构失效直接成本和更广泛的出行与经济损失的投资评估方法。在意大利背景下，国家《既有桥梁风险分类指南》将网络级韧性评估确定为最高分析层级，但缺乏可操作的跨学科语言仍是实施的具体障碍。
研究存在明确局限：这是概念性、基于综述的贡献，协调定义建立在研究人员对文献的结构化比较和DATAGRAM研究单位的内部共识之上；算例是说明性的，基于假设值；结构损伤与网络性能之间的操作转换仅原则上加以规定，其完整的数据驱动实施仍有待开发。此外，综述是结构化的但非穷尽性的，兼容性编码可能反映参与研究单位的解释性判断，未进行独立的评分者间信度评估或外部验证。
未来研究方向包括：结构损伤与交通服务之间操作链接的经验量化；两个学科韧性时间演化的整合；将比较映射扩展到洪水、渐进性材料退化等其他灾害类型；以及将环境脆弱性维度与气候适应规划相衔接。作为已规划的具体下一步，该框架和算例逻辑将在DATAGRAM项目中应用于意大利南部真实试点网络——墨西拿–巴勒莫公路走廊，将基于情景的桥梁地震易损性分析与走廊交通网络模型相结合，从说明性算例迈向完全基于数据的综合评估示范。
