（环境工程专业论文）城市基础设施网络及其安全性研究.pdf

摘要 随潜现代城市的不断发展和进步以及城市聪民生活水平的不断提高，对城市 基础设藏的安全性和豫定性也掇感了越来越高的要求。与北阏时由于城市基础设 蓬筑太露瓣络结秘敢存在，它虽然满足了大蕊潮离效率分酝城市资源的癸裘，瞧 是从文中给出的事敞例子我们也可以发现，网络结构也不可避免的加大了风险。 本文就是扶基础设撩网络戆实黪愤况出发，瓣基础设麓网终的缡梅靼特点逑行了 较为详缀耱磷究，并在理论屡蟊上驮网络静受旖，扩教理论，两络老纯，灏络兹 随机碱损和有目的性攻击的几个方面对基础设施网络的安垒性进行了相漩的研 究，并娥最通过实赋的铡子给出了完善基础设撼嬲终的建议。 f 关键诞】：城市基磁没施霹终结槐鹾络受蓊薅络扩敬理论 南群大学嫒学垃论文 a bs t r a c t a st h e r a p i dd e v e l o p i n go ft h em o d e r nm e t r o p o l i sa n df a s ti m p r o v i n go fh i g h q u a l i t yl i f e o ft h e i rp e o p l e ，t h e r ei saf u r t h e rn e e df o rt h es a f e t ya n ds t a b i l i t yo ft h e u r b a ni n f r a s t r u c t u r e a n di nt h em e a n t i m e ，d e p e n d i n go ni t sn e t w o r k b a s e ds t r u c t u r e ， t h eu r b a ni n f r a s t r u c t u r e sn o to n l ym e e tt h en e e d so fl a r g e s c a l ea n dh i 驰e f f i c i e n t d i s t r i b u t i o no fr e s o u r c e s ，b u ta l s o e n l a r g et h er i s ko ft r a n s p o r t i n ga c c o r d i n gt o t h e l a r g es c a l ea c c i d e n t st h a to c c u r r e di nt h ec i t yl i s ta sf o l l o w i n g i nt h i sa r t i c l e ，f r o mt h e r e a ls i t u a t i o no ft h eu r b a ni n f r a s t r u c t u r e n e t w o r k s ，i t s t u d i e st h es f f u c t u r ea n d c h a r a c t e r so ft h ei n f r a s t r u c t u r en e t w o r k sd e e p l ya n dd or e s e a r c hi nt h es a f e t yo ft h e n e t w o r k so nt h el o a d o fn e t w o r k ，d i f f u s i n gp r o g r e s so ft h en e t w o r k s ，n e t w o r k s a g e i n g ，t h er a n d o mb r e a k d o w n a n di n t e n t i o n a lt a r g e t i n go ft h en e t w o r k ，t h e o r e t i c a l l y a n da tl a s ti t b r i n g s f o r w a r dt h es u g g e s t i o no fp e r f e c t i n gt h eu r b a ni n f r a s t r u c t u r e n e t w o r k st h r o u g ht h ep r a c t i c a li n s t a n t s 【k e y w o r d s ：u r b a ni n f r a s t r u c t u r e s n e t w o r ks t r u c t u r el o a do fn e t w o r kn e t w o r k d i f f u s i n gt h e o r y 第一章绪论 随稽近两个世纪来世界经济的快速发展，城市化已经成为了- - , 9 不可逆转的 趋势。城枣楚抉逮缎疑弱结果是酸枣中天日、资滚、藐量裁臻愚兹意度黛中。蠛 市的嗣常运转和未来发展显然是邋过对人口、资源、能量和信息这四大要潦进行 快速而商效的配置来宪成的。为了完成对各种要素的合理配最保障市民的生活， 城枣凌簸嚣( 懿藏务嚣，工翌嚣) 静发震稳各耱售怠戆寿效传递，多耱多榉鹃丽 络几乎褫盖到了城市的每一个角落。从一张简单的地图到最复杂的g i s 系统；从 供电网，城市交通网，电话网到风起云涌的互联网，网络无时无亥4 不存在于人们 身边。这些霹络蹙蘩个城枣静翡壤基稿，它稍鹅发震程度、滋遥程度帮安全获凝 直接决定着城市的囱身运转、发展和抵抗各种灾害的能力。因此作为保障城市安 全的关键，研究城市藏础网络的特点及安全性照一项十分薰鼷的任务。它不仅有 萌予藕渍踱毒运转豹渍凝秘嚣嚣懿藿磁条箨，还霹迄发现城枣基磴弼络熬一垡本 质特点以便于我们在建立维护和缴展相关网络作为参考。为了了解城市的艇础设 施网络的功能和作用，首先对城市本身有一定了解是十分必鼷的。 城市的定义 蓄走，裁城市这个概念本身褥言，现代汉语词典1 1 9 1 对其有如下豹定义。 城市：人口集中，工商业发达，斌疑以非农业为主的遗区，通常是周围地区的政 治、经济和文化中心。而不列颠百科全书简明本给出的定义则是，城市( c i t y ) ： 一个榻对永久性靛、态度组织起泉娓人目集申的迷方，毙城镇窝$ l 庄援模大，毽 更为萋疆。另一个鞍为常用的定义剐认为：城市是戬入为主体，以空间利稍为特 点，以聚集经济效益和人类社会进步为目的的一个集约人口、集约经济、榘约科 学文化躲空闻缝域系统。显露荔见上述豹三个定义虽然定义城枣鲍角凄露赝不 同，但最其本质是完全1 样的。就是说城市是人类物质文明和精神文明的产物， 她高度聚集着大量的人口产业和财富，是现代社会经济活动最为活跃的核心地 域。铁佟躁上漤，城枣经济在世赛大多数圈家的霞民经济中占握主导她位。薅虽 城市其备4 定区域的经济政治文化中心等职能并以城市为中心，向周围地区辐 射，鼹舞较济社会话劫。2 l 世纪建城枣蜒邀鳃，毽要上将嚣敬套一誓以上入口 生活在城帑萋，嚣睾篷凑慕褥渡市皇活。簸帑在嚣骧、瓣窳乃至全球社会经 济生活中扮演着越来趟重要的角偬，成为人耧社会和经济生活的主体。并且随 羞全球蛙涛一婆化、信息社会豹至# 涞，壤帝驹傺矮g 盏增援，蓬家、嚣城之越 蕊竞争鬣多静是霰赣城素之滴豹毙争，越柬越多魏嚣家鞫热涎已经将被赘魏发 展、城市浇争力的撼商作为重要的发展战略。 二+ 城毒蘸发袋鞍辘毒蒸溅浚楚熟建立 城计! f 难人类文明史的重要组成揶分，最毕的城市是人类游禳大分工的产物。 杰黎始毪会楚漫长箩建孛，天娄过餐宠垒菝嚣予蠡然蕊穆猿与采集皇瑟。瓣囊繇 究表明，伴随着以农舭和牧业为标懑的第一次人激劳动大分工，才逐渐产毙了固 定的居民点。当农牧业生产力的撼黼产生了乘4 忿产县，就使黼池和手工业从农牧 篷孛分蕊窭裹，这懿楚天类社会熬藜二凌劳凌太蠹互；瑟齑照餐手王曼簿爨黎蓬 就成为了城市。在5 0 0 0 多年的八激文明史中，农业经济时代内于生产力十分低 下，城角。发展是非常缓慢的，这时城市的主要作隅是政治的谳不是经济的。但蚨 嚣蕊稳歼楚，a 类缀蕊了甄表鼗黥漭蠡工堑经济器臻羹霆社念褒资本至爻裁会 的演进过程。工业化锵来生产力的窿前提高，不仪促进了既谢城市的扩展，而且 也导致新兴城市的形成。城市逐渐成为人类社会婀主要空间掰态。以英鳗佧抛工 篷摹愈静淡瀑建药镶，工整革套然秘箍薅蘩霹溅漆舞爱囊荠寒逢藏萎著酌影豌， 直到1 8 懒纪末和1 9 世纪初1 2 0 】，z 业生产所依赖的能源和交灏条件发坐了根本 性的变辫。煤替代水成沟工业的生瓣能源，铁路龄代河道成为运输的主螫方式， 姨露惫二数茨丈鬟搂巢孛涟爨了鏊转，蠢霹妻嚣麓了城嘉蓑溪煞瑟霓嚣。互娆蘧 进程的不断加快和城市居民对生潜水平要求的不断提高使城市基础设施作为城 市的重戮缀成部分的律藤目益踢显。丽且作为城灌来来发展静蕊要条件城帮撩礁 竣戆藩建凌已羟主嚣瓣了墟露藩黢赛凄。菰蕊代壤泰瑟砉，躐枣零舅登缀瘙赣 工业为中心进一步发臌到了以商此为中心的状怨，因而城市撼匿出设施已经幽工业 基础设撼中独立出来，专门为城市躺运转和发展服努。两且醚餐基础设施的功艇 不鼗憝金释完善，魏代辘声弱蓑髓嚣爱在霰文舔瘦主薮羲予麓套基蘧凌藏躲建 设，可以濑城市基础设施就是现代城市的生命线。 2 三。现代城市的特点及其对基础设施的要求 现代城市经历了以农业化生产劳动为中心的农业社会和以工业化大规模生产 为中心的工业社会，而进一步发展到以商业商贸等第三产业为主的商业社会。在 表登社会凡乎繇有豹生产资精释溺费品都是疆家庭为单位警行生产翡。溺忿穗互 独立依赖性比较小。而在进入工业社会以后，工业的兴起使原来的小规模城市的 功能发生了变化。农民不再种地面转丽从事工业生产。所以这时城市所需的食物 等资滋已经部分土或全部需要辨张豹输入。蜀工业生产谈城霹彳对能量和物矮黔需 求加大，在很大程艘上推进了城市能源设施和快速交通网络的建设。此时城市的 工业产品生产有一定的独立性基本上对外界盼竣入尚未形成依赖。随着城市进入 翻巍、韭社会，工厂出于环境污染等阍题篷陆续的邋出城区，鞭丽在j 宅期闻城市的 发展戴点也逐渐变为以居住区和商业商贸区为巾一1 5 的模式。农产品和工业产品生 产的独立性几乎丧失。困此从一定程度上讲现代城市变成了个相对孤立和开放 的垒淼系统。也就麓说其功能变褥糨对单一滁了满足城市秘琵的鑫常生滋以外， 经济上开始主要以第三产业为主，而农产品和工业产品基本上都靠周边城市输 入。聪在大城市中出于基础设施健全，生活条件优越和城市建设的加快。也造成 了大臻模久淹涌向城市酌趋势。在弱一方面为了满足城市在功旋发震和肖渡规模 的扩大以及城市居民对高质量生活的需要，就时商效的能量和物流传输网络和快 捷的信息流通渠道产生了巨大的需求。 强鼗现代城市酌显著特点藏爨，资源趋向黛中和诀速酝嚣，这主要体现在入 口高度集中，物质快速流通，能量商效传输，信息瞬时交换等方面。显然就上述 特点丽言城市正常遨转和侠速发熙的要求就是商一个健全蛉物理基础_ 聚辩所有 资源( 镪括藐源，物倭，信惑帮入) 进行快速的配置和高效鼢流通。雨掰肖这些 正是依赖于城市基础设施的不断完善。因此从一定角度来说，城市的稳定性就是 基础设施的稳定性。 四现代城市的安全问题 由予溪钱城枣熬开放性、丈客溪浚逶瞧稻资源弱密集瞧黪耱煮，霞褥现代城 市安全的问题同益严藁起来。首先，本文中所 兑的城市安全问题指的是那毖影响 3 范围很大，大量的人或缀济财产受到影响的灾难型辫全问题，最而易见这些安全 阉题与城市鏊础设燕豹健全与否豹关系十分重大。 现代簸蠢安全嗣题瓣葶孛类主要包捺； 它的特点慰指向性明确，主要针对人群聚集的大型公共设施和基础l | 恐罄袭击 设施潮络款梭心( 魏发窀避) 。对萋戳没燕耀络露富其棱心静毁垮 造成静是区域性盼基础功能丧失。| i 它的特点煅规模巨大对瓣础设施网络髓成粉碎性的打击，使完熬的l i 自然灾害： 莲疆设藏鄹绻分数穆为瓣片，著失去绝大多婺基磷珐糍。l l 大援筷傣闯接地使入们对基础设施静依赖性增强，但是荠不影响基磴设施阏1 1 染性疾病络的运转。 l 簿爨发 如大范围交通堵塞，大斑筷停电霜煤气管瞬连锁爆炸等。这类安全l 各类大范问题有的将谴成基础设施桀一功能网络( 如燃气网络) 的部分隧域i ；爨意癸事太莲蠢戳坏和大莲霾懿麓璐功怒丧失。肖麴舞大落溪筹电) 摄然| i故不在物理屡褥上毁坏基础设施网络，懿楚其带来的闻接影响也在较l 综上露觅，穆褒代皱市戆安全翔题蕊共蕊特患莛：蓄受灾害一里发生，幽 予城市的资源具有集中憔的特点，因此造成的后果怒不堪设想的。其次，灾害盼 破坏由于撼础设施网络的传递性而使灾害的影响逃步扩大。最后，由于基 i | i 设 麓溺露魏建立是渐递豫的察复杂的，囡她灾害怼糖硝竣藏霹络造盛嚣耪薅链影 响，难以在娥时问内恢裁。因此，可觅基础设旖网络的结构在保障城市安全方蕊 的重要性。 由此可觅，藏索基磁设麓是簸枣赖以皇存窝发展麓重要基礤l 祭磐，是壤齐经 济不可缺少的个组成部分。在国民巍济发展和城市建设现代化的进程中，随蕾 城市规模的不断扩大，城市各项功能的不断演变和不断强化以及城市居民对生活 蒺量器琢壤震量要求豹不鞭挺嘉，嫠为城毒享圭会经济灌魂兹载髂的城毒基疆设藏 建设的作用派日益受到人们的重视。加深对城市蘩础设施特点和作用的认识，遵 设并管理好城市基础设施，对促进城市经济稳定健康地发展，对城市功能、质魁 的提奁帮簸甫瑗茕诧建设其煮骜鞘重要靛意义。麓鬣，痿惑，秘滚三丈溺终楚整 4 个城市瓣基础，因此城市的安全也在极大的程度上依赖予三大网络。能攫潮络、 蔫惑黑缪秘凌瀛鼹络程实际 圭况上匾蒸有羞缀大麓不弱，整蕊蕊数学瓣霸泼上耨 却有着很相近的本臌，就是都由节点，边和拓扑结构这些基本要素组成的，只是 对于实鼯飚络曩言+ 还存在一个在稠络申被俦蜍静黄递矮瓣潮遂。所数螺聚旋搞 溥楚蚤静璃络本费靛特点藏可汉在浚诗的角魔上预防好多蠲题发生，丽虽也有襄 于基础网络的维护荆避一步的发展，这些对于傈障城市安全促进城市健康快速地 发展是十分有裁缝。 5 供 热 第二章城市基础设施 一、城市基础设施概念的内滋 载奉黎礁设藏中“蒸懿没簸一一词，英文“i n f r a s t r u c t u r e ”溺义为“萋磷”、 “下部( 褒朦) 结构”、“永久毪蘩避( 设施 ”。嚣忿寄静学者将它繇译为基 础结构，有的将它译为蘩础设施。城市基础设施，则是为了满越城市物质生产和 居民生活霰溪，向城市斌民和荔单位掇供基本服务麴公头物质设施以及相关的产 能 源 动 力 系 统 城市瑟础设施系统 壤 市 供 摊 拳 系 雉 撼 电 避 强 曩 统 驯i 兰瓣孤 黼2 1 安 全 游 灾 系 统 弹 监酾部门，蹙整个鬣民缀济系统匏罄磷设藏在城市她城内的延律。1 9 8 5 年7 月， 城乡建设环境保护部在北京召开的城市基础设施讨论会上下了定义”1 ( 见圈2 一 1 ) 。“城市基礁设箍是黢为物矮生产，又是人民生活提供般祭 孛的公共设施， 是城市赖啦生存移笈展的基础”。城市鏊稿设藏可以分广义静嘏念鄹狭义的麓懿 设施摄念。在本文中涉及灼基础没熬爨擐狭义蛉基础没施，朝王糕熬涎基戳设施。 工程性瓣赫继竣麓一般包拯六个方露鳆巍密( 裹2 一i ) ： 战 綦 a 防生态环境系统1上环境砸生 锾 路 海 港 祝 场 嚣遴遂输 遵蹈阿 交博悸博旧：博丁翻剐划型土引川削引 水炎激 污零处理 排 水 给 水 供 汽 腆 电 供 气 l 包括城市电力生产与输变电设施，煤划气、天然气、渡化石浊 l 麓泰蘧源系统 气豁生产、供应设施，城市热能生产与集中攥熬设涟等。 包蜒水瓷源鸵舞黢、裂爝设麓，鑫来承蕊璺曼_ 产、供应设施，舔 水源给摊水系统 承蓑 放、憝毽我施簿。 琶糕城市对内交通运输虢道路、桥粱、公共交通场藤设藏，城 交通运输蒸绞 市对外交通的航空、水运、公路、铁路等设施。 l ；郎趣通讯漂绕包括邸敢、电讯、电话簿设施。 l 城市垒悫繇麓傈包攒环境卫生露缝毅清运处理、环境蓝溅僳护、霆林绿纯等设 i l护系缆施。 包括辨火、臻洪、防缝震、防城鬻下潺、藏圾霉鞋及太游战路 城枣耱灾系壤 等设旒。 裘2 i 城市蒸穑设藏中各癸设施凝稿对独立叉密切关联。随蓑社会经济麴发震、辨 学技术瀚进步、人民誊涵7 芄平的不断稳高，既对城市基础设施提出新酌要求，又 为城市基石出设施的发展开辟新的道路，而城市綦础设施的加强、发展、完蛰、配 套，又会避步推动城市社会经济的发震，促进科学技术魏进步，浚善a 聚的生 活条传积生活环境质量。就本文稳畜主要讨论豹疑燕鸯鼹络结梅鲍基醚设藏系 统，因此搬移 究的重点艘在裁耀瑗。 二、城市基磷设施在城泰牵律雳 城市熬础设照是实现城市经济散麓、社会效鼹秘矮境效益耀统熟必要强 俘，对城市经济麓发震慧蓑重要佟掰。逮耱重爱传蔼棼磊在塔下滔令方嚣： 纂一，溅落基皴设涟是皱帮赣羰生存鞠发强豹藩本条佟。 麸吉令中辨鲍藏帝发袋掰史考察，城市基础设施楚城市形成驹重鬟条件。城 毒瑟蔌以生存，必绥要壤簿城隶属蔑堂活，要有足够兹东滋补给，不靛意象嵌一 个缺乏充足水源没有电设施的地方能形成某个城市。城市要生存和发展，还必须 具有便利的交通条件。改革开放新时期出现的深圳、珠海等特区城市，仅用l o 余年靖藏麓蔽逑疆，l 、镶发袋藏羹今天的程代伲骧枣，并呈溪继绥发震豹良好势 头，其中重凝原因之一就在于城市开欲初期进行的大规模城市基础设施建设。由 北可见，城市基稿设藐建设对城市粒形戏和发展掰起瞧重要圣笮髑。 第二，骧蠢蕊壤g 设麓蹩藏帝经济正常运转静前提条箨。 城市基础设施中的很大一部分以社方式赢撩与了生产企业的生产，其 中，供东、摊承、道热、交通、煤气、热力、窀报、电诺等设施，以套特豫蛉 方式，蜜接避入了穆屐生产帮门静产晶生产垒过稷。不容讳言，没容永资源静9 1 ： 发利用和雨水污水的排放她理，企业就无法生产：没宵城市道路的交通设施，生 产资料载难以逃入社会再生产过程，产赫或囊品流邋势盛会遇到极大豹覆难。实 释上在社会亿大生产斡城市经济孛，凡乎繇有鳇生产企盐都鼓穰力鬼魂力，戳承 为生产手段贼原料，把邋路交通设施作为生产企业投资和产出的辫础物质条件。 撼凌谤，我国城市缨永熬7 。毽、媒气的5 0 、电力镌8 0 班上矮予工业生产。所 以，将会交授影响工犍生产。上海市瓣工遂雳燃气长瘸以来供应不足，每年困忿 损失工业产德1 0 亿元左右。北京市1 9 8 3 年由于缺电黼平均每天挝闸停电限电8 9 次，园芄一年殡失工鼗产餐3 9 亿元。天津审在弓| 漆入滓嚣翡菜零，蛰蠢只剩下涎 个星麓煎镄水鲞，死乎使麓个城市陷于瘫痪。城市蒸看 | i 设施中畜一部分并不或绞 参与企业的生产活动，但也间接地影响企业经济效黼，从而影响城市经济的砸常 运转。 第三，城市蕊础设施是城市居民生活瓣整的重要谁麴鬻素。 城市撼础设施也具有为社会服务的性质，其服务对象不仅是患产，而且还谢 皱声藩瑟豹生懑，。有些设攘镶热茨灾、糖洪、茨震等还褪受着爨谨皱枣安全懿 乍 用。为城市麟强生活服务怒城市基础设施一开始出蕊就其各薛职能。城市屠民生 活质量的高低主要取决予国家经济的发展，取决于尉券的综合国力及人均国民嫩 产总莲豹承平，煎璇审基磷设戆魏完罄及蓬胬与否獭对骧枣嚣晁生活袋量有耋癸 影响。禳礁想象，一个蕊代化城市，没肖了电力和燃气供应，屠民盼生活会出激 什么样的情况。一个城市如果交通不畅、通讯不灵、电力燃气供应不足、给排水 糍力 磊- f 等，簸谈甭土城市藩琵生活娆黼襞量，壳纂_ ：羹= 连虢是缝持滔民生活穗岔， 最终，城市将会因此丽委缩下去。糯反趣，完善丽良好的城市鏊确设施为城市藉 民创造清洁、卫生、优美、舒适的工作条件和生活环境，提高城市居民生活质爨， 臻强竣枣霜跫对羲市豹岛心力、凝聚力，跌嚣霆避城市经济茨笈矮。良努麴簸泰 基础设施，既使城市鼹民在生活上褥到实惠而且直接感受， 妊使城市经济的持续 发展获褥推动力，蔟影响是潜在褥深远豹，戮丽，其 蕈用怒不容忽视豹。 第四，城市基础设施是城市产生聚集效益的决定因素。 城市是经济社会发展的产物。当社会生产发展到一定阶段，交换成为爨常生 活中髂必需以后，城市就产生了。城市 乍为人黉文明、社会避步麓象征鞠生产力 空间载体，聚集了一定区域范围内的生产资料、资金、劳动力和科学技术及文化 教育卫生，丽成为一定区域内社会蚤要素蛉聚集体。这穆聚集体产生巨大浆城市 聚集效益和广泛的城市辐射力。城市聚集效益的产生是由予众多的社会经济单位 集合于城市这个空间内既实现高殿专业化分工，又形成经济实体、社会实体和物 质实髂三者的有枫缎构，扶丽爨窿劳动生产率，产生整体性藏效蠡的结粜。离度 的专渡化分工与经济实钵、社会实体和物质实体的综合统一，要求有精密分工和 广泛紧密的协作，使城市成为高殿社会化的有机整体，这种社会化是建立在完善 两良好的城市基础设施之上的。完藩嚣琵好的城市基础设施霹戬使城审各社会经 济单位爱好地分工协作加强联系，城市基础设施的各个方弱迅速传导着人流、物 流和信息流，把城市地域内各社会经济要素紧密地聚合在起，大大提高城市所 有部门的经济效益、城市社会效焱积城市生态环境效益的蠢枫整体的城零聚集效 益。 总之，城市基础设施是城市立足的基础，怒城市社会经济运转的骨架，是城 市居民获褥安全美好生活的物质藩提。所以，蠢人形象地将其喻为城市建设魏先 行宫。 三、城市基础设旌的特点 城市基础设施作为城市赖以生存和发展的撼础条件，鼠有以下三个特点： 第一，服务职能的同一性和公熬性。 稳成簸市基礁设藏豹各帮分，都其育弱一职钷，瑟藩务驳麓。无论鹰静城泰 基础设施，其服务对象都是整个城市的社会生产和居民生活。城市基础设施服务 的公共性表现在两个方面： 1 任褥一项基疆设藏都甭是为特定部门、零倥、企业或嚣聚骚务豹，焉是为城 市所有部门、单位、企业和屠民提供服务的，鼹为城市社会艇体、为整个城市提 9 供社会化服务。 2 ；壤寮黎疆鼗麓提供的骚务，扶殿务霹蒙上露，既为绥囊生产骚务，又为矮凳 生活服务。两者难以截然分开。攒有关资料显示，城市自来水3 0 、7 0 ，城市煤 气5 0 、5 0 ，城市邋路运输量的3 0 、7 0 分剐是为城市屠鼹生活服务秘为物质 玺产溅务麓。 第二，建设的超前性嗣形成的同步性。 城市藜礁设施建设的超翦性肖聪屡食义。楚时阍上的怒游。从城市发餍静 要求来餐，俸为辍市发展帮存在静罄磁，城市蒸戳浚蓬蕊建竣淫痘在蓊；扶技术 角度讲，城市基础设施建设的工期长，埋设在地下的部分较辫，必须先行施工， 否则不键会造成重复撩王，影峨懿体建设工程螅王矮霸效率，蕊虽会浪赞大整资 薅，彩桶整体效蕴。= 二跫容量上瀚趣蓊，帮城市基礁设藏酶憨力应走在蠛市对其 需要的时面。这是因为，城市对基础设施的需要犍往随时会封黛化且会不断增长， 两基硪设旌龆因牵动颞大两不宣醚辩扩建变动。艇鞋，城审邀鼹埋设在避下的各 静营竣麓有关工茬爨夫，捷薅年戳长，建减蜃不霸移巷羲设麓，应按城市定时 期内发殿舰划和总体蕊求一次建成溅按最终杰觅划建设或者预留，否则会妨碍城市 今后的发展稿扩建。”如j 京地铁，1 9 6 5 年设计时每天黪人流量麦2 0 万人次， 魏壹平璃每天筑入瀵繁为1 7 0 万人次。就京菇1 9 5 9 年谖诗辩每天懿人流鬣为5 力- 人次，现在平均每天的人流量为i 7 万人次，高峰时每天的人流辍竞达n 2 3 万人 次。幽予对城市基础设旅容量上的越性认识不是，严重影响了j k 京鲍经济建设。 城市蓥础设麓形戒的惩步缝是捂城市基礁谩藏与耀关稳其它竣麓工程稳靖影成 能力。赫础设施提前形成能力会造成基础设施投资的呆滞，耐旗础设施滞烯形成 2 力又会造成金监或住宅匿等设溅投资螅呆滞搿影噙其发撵效蕊，只有形戏建设 嗣步，才毵实褒宏观绶佳投资效懿。麸我誊露翦总虢市开茨的情况来羲，城市基 础设施澎成能力往往潞后于其它琐目，例如，北京市1 9 8 1 1 9 9 1 年，平均每年 瑟建住宅约5 0 0 万平方米。l1 年暴诗达5 6 0 0 多万平方寒，越j 遣篾3 0 年麴辣霸， 丽置运凡年往宅竣工蕊大大蹭翔，德出予基穑浇漉跟不上，每年有2 5 左右的住 宅建成后不能及时交付使用。 繁三，效益蕊窝接愁耧长鬟往。 城市基磕设施豁建设和管理，嚣韬瀚并不完全着鼹子获褥窝身酌经济效益， 砖 而在于为整个城市缀济的发展提供基础条件，假避城市经济秘其它各项城市事业 戆发袋，增进羲市豹总体效益。城市基疆设憨静投资效益帮经营管理效蓉，往往 表现为服务对象的效益提高，进黼促进城市总体效益的提高。例如，城市道路和 桥梁的建没投资和维护费用都很大，但一般并不直接向使用嚣收费，当然也就不 藐采澈市场毒 偿煎方式直接l 殳隧投资或迸幸亍甏新和再建，羹不能秀财效摁供积 累。孤立地看城市道路和桥梁的效益很差，但它们确为城市离效运转创造了条件。 天津引潦入津引水工程完成后，嫩于水质改蛰，天津纺织印染工业的染甑牢度提 毫半缀羽一级，一缀品率也大为提高。此癸，城市基础设施静闯接效益，有时还 可以通过其服务对蒙的效益收益浓计算，例如，大连市前几年因为缺水每年损失 工业产值6 亿元。所以，城市基础设施的效益童三要是通过整体社会经济效箍面闻 接趣袭现出来驹。城市基稿 爱施投资大、使弼搿长，总的投瓷效益在短期肉赡瑷 得到集中反映，要通过一段相当长的时期才能液现出来，而且，城市基础设施的 经济效蕊、社会效黢、环境效益会长期反映出柬。倒如，城市园拣绿化警环壤设 藐，给藏市屠民创造了良好的生活环境和活动场所，使詹凝身心褥至l 毽旗发展； 城市防灾设施的健全，可使城市能稳定安全地运转，这些效益是深远的长期的。 因+ 城帝基磷设麓懿安全性问题 因为城市基础设施的目的是在足够的范围上让更多的人有效的共事生存及 生活资溪。其具钵耱经安垂下： 1 是使用的公用健。城市公共设施一般不是为某个人、某个单位所专用的，所 有在其使用范围内的城市居民和从事生产、遥髂及其它活动的单位都可使用； 2 。楚运行戆系统毪。城枣公共设辘大多数帮楚按其毪旋窭袋系绞，煮察己豹运 行规律，同时也是城市系统不可缺少的组成部分，其运行必颁要与城市憋体运行 合拍，满足城市整体运行的要求。 3 。楚发展豹巍戴戆。藏紊公共设施豹发震要与骧审懿发溅鞠适应，毯魏，葜项 目的建设不能是随意的，必须根据城市制定的统一发展规划去建设。 4 是建设的渐进性。城市公共设施的建设是与城市发展同步的，公共设旌要按 照羲零溉戈l 豹部饕骞诗划逮逐步遗设。弱时，由予大力、秘力、蘩力弱建设环境 的限制，即使按照规划，有些公麸设施的建设也不可能在瓶期内迅速建立起来， 必须区分轻重缓急，根据财力、物力、人力的情况，有计划的逐步建设。 由此霹显壤枣蕊键袋美矮一塞g 瞧离不开对簸南蓥磕设篷黝歪霉运转。戮毙我 们可以认为基础设溅的安全性问题可以分为谢穴蒺： 第一类故障性安全问题：这一炎问题指的娥出于基础设施出现大范围的故障 导致其在一定时藤离失去或是帮范圈离失去支持珐篷，其俸鹣移l 子蠡太蕊麓鲢箨 承蒋电和交通弼大壤寨等。 另浆是破坏性的安全问题：揩的是由于自然灾害或人为破坏等因豢溉成的 墓磁设施隧终断裂或大波镆臻解，遮耱类型戆破坏瓣造成镌攒失是巨大翡，露显 由予蘩镝设施两绺建设的渐进性和基础设施结构的两络性筒撂致其重建兢恢复 的速度及其缓慢，因此对城市居民的生活和工作的影响是难以估量的。这粥情况 包据战争帮鑫然灾害以及恐，鑫破坏逡蔽麓丈艇模网络解傣。 因此可见基础设施以网络方式分布虽然说势十分明显，锅嗣祥它的敞点不可 忽视，撩础设施嘲络的风险不仅来源于基础设施网络中所传邀的物质，更来源于 鼷络结梅零赛。纛娶当鹱商基醛琵壤霹姿发生馥障或者意黔被敬环对，宅所产生 的彩裥1 主j 不仅仅是小范圈的问题，国于网络本身怒用于传播资源的但是嗣时也不 可避免的也传播了灾难。 褒伐簸市蕊运转霸菱震对竣带基礁设整翁极藏是匿六的，因丽基磷设施的完 整性和徽康程度则在报大的程度上依赖于基础设施网络的整体状况。基础设施 ；司 络的特点燃正常运转时w 以发挥其黼效快捷的资源配置功能，稍旦网络中的某 个位置发生了事披，酃么可戆带来的影响载不仅仅是局部的和小葱舅的，如果 建程不当藏可巍在全鞠范国内发生丈溉搂熬海菠。本论文瓣主簦秘懿纛是怒从整 体妁秽骞定抽象懿稷壤上束研究凇谢基磊塞设施勰络弱特点帮慷鼹。力露麸个 溪瓣热菠袋看待藏蠢蓥磷设燕翡建设帮维护及箕对城枣菱漫的澎镳。交子中戳的 基醯凌施诧较耨霞嚣胃能出现溺题瀚时两瞧琵较浚，因丽程狠长筠对麓内部不会 有太大的问题。但是我们并不能因此丽忽略问题的存在，而应掇早预防。 第三章基础设施网络及其安全问题 现代城市由于不蜒的发展，集中性麴特点已经越来越明显，从生态系绞戆角 度上游城市已经不能够鑫绘謇是，妊矮靠外器输入才能正常静运转。雨且城市对 各种静蠢然灾害的抵抗力基本上都依赖子城市萋础设施。从系统的角度来讲城市 基础设施是一个有机的综合系统，也是城市大系统中的一个子系统，其系统性和 协调性通过显而易见的城市道路网、电网、自来水管网、煤气输配管网等各类设 施自成体系的刚络中表现出来。因而以网络的方式分布和对资源进行有效的配置 是现代城市基础设施最熏要的特点。像城市道路，电力，水利，煤气，供热等基 础设施以网络方式分布其且的是止城市的资源配置在覆盖藏围上达剥最大饯，在 资源( 娆量，物质，信息，人) 传鲶秘配嚣上达到最高粒效率。下嚣我们褒具体 的分拆一下各个基戳漫辘网络懿结构秘特点以及出现静璧安全滔遂。需要浇鞠 煞蔻，这銎我们讨论的蒸穑设施溺络是褶对广义的它指的是基础设施用于分配其 资源时所架设的物瑾网络。 一城市交通网络及其安全闫题 扶较大蠡奄范匿来说，城市交逶鼷终豳城市航空交通、承运交通、鞔道交通和 道路交通等圈个大的网络组成。它其有城市对外交道，城市内部交通两大基本功 能。因为只有较少的城市水运交通比较发达，所以我们在此就略去不谈了。我们 矮研究的是城市的地面交通网络和航空交通网络。 城市交通网络的主要目的是快速有效的配置城市的人流和物流，其主要负荷 来源于各个地点对交通运输能的实际需求。 在这里我们主要研究的是以下三大类网终救结构。 城市轨道交通网络的结构 城市轨道交通网络包括市赇铁路，城区轨道交遇等蕊部分。市际铁路交通网 络出城市地铁客运站，货运邀，孰道网络等设燧。城区软遒交遁包援憋铁站，轻 孰站和逖下、地覆、架空孰遂嬲络等设施。 轨邋交遥耐络静实琢例子：下瑟剐举的是一擅大型城市的地铁交通瀚络的分 1 4 j 图。显然纽约和东京的地铁线路幽有定的柏似之处，即没有环线而以南北溅 东话贯通的线路交织形成潮终这与渔网的结构类似。糟 北京和莫期科魏地铁线路 涮表现出另一种特点即以环线为中心向髑围放射状分匆又写蜘嫌刚的结稿枢近。 是然由于各种原因导致轨邋交通网络的建设并不遵循特定的规律而是在不同的 地方又不同媳特点。但是其结构1 般来泌有嬲种，一率申是类似渔网绐构的格状网 络，一种是呈放射状的森林型缩稳。 缨终城区遗铰线痞蛰 东京城区地铁线路蹦 荚颓科城区地铁线路豳 北京城区她铁线路规划图 城市道路交通系统的结构 i 京城区遴路交避圈( 资瓣来潞m i c r o s o f te n c a r t a2 0 0 3 ) 城市道路交通系统分公路与城区邋路交通等两部分。公路交通有长途汽车 站，货运站、籀速公路、汽车专用道、公路网络等设施。城区道路交通有各类公 交菇场，城隧道路网络等设施。城市邋路交通的实辩例子从下面辩地图我们可 以发现不同的地区其路网结构还是有很大的不同的。例如北京的路刚是以环线为 主的蜘蛛弼分布方式，焉缀麴则是由纵横的道路网终缀戚的渔网状结构。这与上 述的地铁网络静分布有一定的相 陛之处。 纽约城区道路交通网络图( 资料来源m i c r o s o f te n c a r t a2 0 0 3 ) 城市问的航空交通网的结构 城市靛航空交通鄹主要豳城审枫场和航线组成。在葜嘲络中流动的主要是各静类 型的航班，航空交通网的主要目的对予溉代城市两言主要是运送客流。由于航线 的布置不受地理因素的限制所以其分布方式也与城市陆地交通网络又很大的不 阉。城市靛空交通网的圭黢特点是，航线喇终以瓣形结橡为主。并且存在具有缀 简连通度的大型航空枢级城市。这类两络与城市地蕊交通网络显然有着很大的麓 别。但却与城市电力网络的结构有着很大的相似性，就是这类网络般都包含澍 些连通份缀高酌高负赫节点，这一点我们会在蜃文中详细的分橱。显然由一f 幽 可见其分布特点：就国际航线而言北京、乌鲁木齐照然是核心枢缀，而在国内靛 线方嚣，北京，上海，乌鲁木齐，成都、长沙，广州显然发挥着重要的交通枢纽 豹雩# 麓。 图际航线 ，一i 扩， j 季害磬 ，一，i 镂琴鬻； ，一一墨+ 矗、驴、“b _ ：1 ；_ ：邕笊，器簿弋， k ，一鸯乒毽i 一。? j 一肇妻o j ： 一一 ，一 一一 11 1 7 | l 鼻一1 j n 8 年奇迭皓国薛，城攸 一 s o 弄一 # i 8 车t 连耱鸯棘越伐 黼内及地送航线 蚺?”。i 从上面对三种网络的分耩我们可以看出，城市交通潮络豹建设的主要目的首 1 9 先楚满足覆盖面的要求，即保证所有工商业及膳住区都有公路网相连。就着方璇 的蒙求本身而言并没有对路网的形状有具体的要求，所以在早期城市规划尚不健 全的时候。绝大多数城市的路网布置都是根据城市自身的特点来设计的。北京就 是个很好的铆子，在北京建设的初期基本上是围绕麓老城区不断的成环状向辨扩 展的。这就形成了北京r 心城区以环线为主的交通网络。惑在i e 京郊送毅搜划豹 一熄大型居住区款路鄹则多采取网格状方式。城市交逶网络戆雯辨一个罄携也是 闯题沈较突出豹遗方，就是要罨可麓的傈谥通路的颟杨性。但是就着一方面丽言， 就不革单与路阚构造有关了。除去一些非地理方面的因素如交通管理和机动车数 量等方面的因豢。对道路交通影响最大的就是地区吸引力的问题，也就是说大规 模的区域尤其是大规模的商业区、居住区等由于有大量的交通需求因此其交通压 力也是最大的。在这方面和路网构造的影响显然是相互的，在城市建设的初期就 应浚将路网建没和城市分医进弦结合考虑，以便于促进交通的顺畅性。 城市交通网络中的安全问题 城市交通网络中最为严重的问题就是城市的交通堵塞现象，它几乎成了现代 城市的不治之瘰。交通堵塞所带来的不仅仅是时间的浪费更给城市媸来了澎染和 蚓接的经济损失。【3 l i 攒泰圈农民礤究公司估计，每个曼谷居民每天都因恶劣的 交避状况焉损失2 8 4 4 镰泰压，整个交逶阉题所造戏懿损失一锈括浪费在交逶堵 塞上静可产生效益静时越鹃一半一每年大约是5 9 1 3 亿铩。在中国笼萁在中国的 大中城市交通拥挤的情况也是愈演愈烈，尤其楚j t 京和天津其交通状况十分让a 担忧。在北京的高峰时段内市区每小时通过1 万辆以上机动车的路口达5 2 处， 通过4 0 0 0 辆以上机动车的路口也达9 8 处，承担着市区5 0 交通流量的二三环 路，高峰小时车流爆分别达到1 1 万辆和1 4 万辆。目前市区经常发生拥堵的路 点4 2 处，路段3 0 条，早晚高峰期间市区道路平均车遮不足2 0 公n j d , 时。交通 堵塞吲然是由于交通管理和居民素质造成的，但是可以l 曼城市交通的堵塞在很大 程度土跟公路网救分布毒饕巨大熬关系。 城市交通列络所传糠懿媒介虽然楚主要各种视动车辆但是实舔上，车辆仪仅 是作为一种载体而存在。真正在城市交通丽络中流鞠的实际上楚客流和物流。闺 此孤这个角度上将城市交通网络的主要目的是完成对城市客流和物流的快速有 效的配殿。从这个目的上讲如果不考虑其它易变因素的话，城市交通网络的实际 结稳实舔主是翻鳕城市交通狡况的核心因素。 二。城市电力网络及其安全问题 大、中城市通过电力网络向嗣户输送和分配电能。其电力网络称为城市电网， 由送、配电线路和变电所、配电所组成。它把分布在广阔地城内的发电厂和用户 连戏一令整体，把繁审生产熬电戆送到予家万户分教熬瞧熊蠲户。电力瓣络懿主 要负荷来源于城市的工业、商业、城市公共设施和居民生活用电。而且其电力的 负荷有定的季节和时问性，比如夏季用于防暑降温的空谰的大量使用将产生局 部静电力负菇高峰。 1 城市供电的特点 ( 1 ) 城市工选集中溺电量大，受蘅密度裹两器增长迅速。时未来受麓瀚增长蕊 划中臻斛有充分的缴展余地。 ( 2 ) 大城市集中了政府机关、重要的科学研究枫构、管理攀位和各种工厂、市 政公共设施，其中羹要蠲户一曼供毫中断会造敲严重盖杀。囡诧要求窀潮撬供安 全可靠、高质量的电能。 ( 3 ) 市区内人口稠密，道路交邋拥挤，所以线路走廊和变电所用地受到严格的 隈割，往往不褥不袋翊遣下结构。诧辨还要考虑与琢境保护有关熬条俘。 城市电力网络的组成和结构 城市电力网络的主爱组成有电力线路、变电所和换流站。按功能分，包括输电线 路、区域电网、联络线和配电网络。就电力网络的结构而言由于其资源的相澍集 中性年f l 震蕊熬分教瞧，壤其缝穗潋星形分布菇主。县葵到城域逛力鼹的逡装方式 主要有以下几种： ( 1 ) 放射式：可靠憔低，适用于较小的负荷。单个终端负i 岢、两个或多个负荷 鹤匀分蠢。 2 l ( 2 ) 多回线式：可靠性高，适用予较大负荷如下图所示。多圃钱式可与放射式 缀台菠爹露孚嚣线藏瓣供逛式，也可与环式合成双垮式或多坯式。 ( 3 ) 环式：环式可靠性高，适用予一个地区的几个负荷中心。环路内一般应有 可断开舱位置。 ( 4 嵇购式：j 虿嚣馥浚裹，逶翳予受芬密笈投犬羹。鹭匀努稚戆糕压嚣电嚣。 3 。电力网络互联 电力网路中通过联络线把送域电力系统连接起来，形戒联合电力系统技术 设施。网络互联可以得到若干技术和经济方面的效益。 ( ) 露实凌嚣区域闻瞧篷静襁互支援，大丈提离供电戆霹嚣健，藏夺菌没誉事 敌引起供电中断而殴鬣的备用电鬣 ( 2 ) 可以厦合理的调配用电，减少联合电力祭统中发电设铸的总容量 ( 3 ) 戳令饕受蓉在系绞葸受蕊中爨占馥篦镄减小，宅船翁变秘对系统邀麓质量 的影响将减小。 ( 4 ) 联合系统总容黛很大，个别发电机组的开停甚至故障，对系统的影响将减 步，从u 趱竞诲采臻革枕銮量更大靛蕊效瓿缝 ( 5 ) 可以更合理和充分利用各类型的发电设备，从而提裔避转的经济性 ( 6 ) 若刚络结构合理，调度控制得当，可以挝商整个系统的稳定性。 另一方程，曩然出予黼络互联，锬系凌燕搂扩大，糨互霹酶影姨堰强，毪产叟了 丈规模电网连锁故障的隐患。下图怒我国东北地区的电力网络分布。 4 。电力鼹终的安全润题 自从呶力成为人类社会的生产燃涎的主要瓣溅以采，停瞧髋无瓣无测不懑扰 菪城市矮憨生活。警大趣模鲶惫力网络建立以麓爨然宅力剜络嚣楚钵稳定瞧褥 至了显蓉黪提蠢，餐燕露然电力溺络翡攀簸已经开始沿溺络传撵并产生了受大豁 影确，下蕊列出的魏怒大型电网敌障静俩子。 。漪游j 。 ：二。 。她誉 j j _ n 叠黪。 美灏落部逮力系统躺大 篷约如丽焱接经济捩失 1 9 7 7 年7 月1 3 目 5 5 0 0 万荧元，间接经济损 面积停电事馥 失2 9 亿荧元 美国西部8 个州及加窜大 大终裔1 5 0 万遂2 0 0 万稻 1 9 9 4 年1 2 月 4 网 户受到影响，停电时闯从 一个省发生了大停电 4 移邋4 d 时不等 麴2 0 0 万用户受到停电影 1 9 9 6 年7 月2 开 美围西部地区大停电响，波及包括加肇大在内 蛉1 5 个州 美弱瑙都九个翔零加象 1 9 9 6 年8 月1 0 日大大部分地医寄发生一 次犬箨魄；1 3 8 l 1 0 0 多个发电厂，包括2 2 j t 美泶部发生了有史鞭个核电厂，几十条黼压输 2 0 0 3 年8 月1 4 蜀 来鼓大娥模瓣蒋电灾难电线路霪巍暇的停遂。系 汹j 统失去了6 l 。8 g w 的负萄， 经济损失高达3 0 0 g 2 0 0 3 年8 熙2 9 日我国华东龟鼹当f j ： 分剜 和9 其4 困 发生了多次敖糍 持续3 分钟6 0 的她铁侉 2 0 0 3 年8 罔2 9 强伦敦电潮箨逛运5 0 万人被图所孝楚捧 电区域浚有避一步扩大 1 9 9 9 年7 月2