引言

通常,城市是指以非农业产业和非农业人口集聚为主的居住点。它包括按国家行政建制设立的市和镇。一般,城市主要包括人口数量、产业构成和行政管辖3个方面的因素(谭婧婧等,2017)。从历史上看,城市是人类社会发展的产物,是人类塑造的最复杂而又最典型的社会生态系统,是人们生产和生活的重要载体,也是1个国家或地区发展和繁荣的标志。城市具有人口的密集性、经济活动的高效性、功能的多元性、发展的复杂性和动态性以及系统性等特点。城市的建设、发展和安全对国家和区域的经济发展和社会稳定有着极为重要的影响。

毋庸置疑,安全对城市的建设和发展以及人们的生活至关重要。中国的古籍中“筑城以卫君,造廓以守民”记述的就是我国春秋战国时期,各列国都城为防御外侵而普遍采用的城廓布局模式。城市自形成以来就不断受到来自于外部的自然灾害和人为灾害的袭扰,有时还受到经济危机和社会稳定问题的冲击和影响,城市发展的历史就是人类同自然灾害和人为灾害做斗争的历史。在城市所遭受的自然灾害中,地震灾害最为严重,影响最大,破坏最强,伤亡最重。本文在分析地震灾害对城市影响的基础上,总结了我国城市抗御地震灾害研究的发展与实践,详细地介绍了我国城市抗震防灾规划、防震减灾规划和建设韧性城市的技术、方法和发展历史,讨论了有关城市抗御地震灾害的若干问题,提出了这一领域今后应重点研究的若干问题。

1 破坏性地震对城市造成的影响

中国不是世界上地震最多的国家,却是世界上地震灾害最严重的国家之一。据1990年以来的统计资料,中国平均每年地震死亡失踪的人数约占自然灾害死亡失踪人数的一半以上(米宏亮等,2008);地震灾害每年造成的直接经济损失占各种自然灾害直接经济损失的15%左右。中国的地震具有频度高、强度大、分布广、震源浅和灾害重等特点。近百年来的地震资料表明,中国平均每年发生20次5级以上的地震;平均每5年左右就会发生1次7.5级以上的地震;平均10年左右就会发生1次8级以上的地震。中国地震动参数区划图(GB 18306—2015)(中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局等,2015)显示,中国有58%的国土面积处于地震峰值加速度0.1g(相当于地震烈度Ⅶ度)及以上地区;0.2g(相当于地震烈度Ⅷ度)及以上地区的面积占18%;50%以上的城市和70%百万人口以上的城市位于地震动峰值加速度0.1g及以上的高烈度区;包括台北、香港和澳门在内的34个省会级大城市,位于地震动峰值加速度0.1g及以上的城市28座,占总数的82%;位于0.2g及以上的城市12座,占总数的41%。可见,中国城市面临地震灾害的危险十分严重,风险极高。对一座城市而言,尽管破坏性地震的发生是小概率事件,可是一旦发生往往产生巨灾,损失极为惨重。

城市是地震灾害的承载体,地震是影响城市可持续发展的致灾要素和主要灾害源之一。从美国旧金山特大地震、日本关东大地震、中国的唐山大地震和汶川特大地震等对城市的冲击和影响可以看出,地震灾害对城市的影响主要表现在以下5个方面:

(1)毁坏建筑和基础设施。城市地震灾害的重要特征是损毁大量的抗震设防未达到要求的建筑物和基础设施,使城市陷于瘫痪。1923年日本的关东大地震造成了东京都30余万幢建筑被毁,港口、码头和道路几乎全部因损坏而停用。1906年美国旧金山特大地震将1座钢筋混凝土建造的城市毁于一旦。1976年中国唐山大地震中,唐山市的民用建筑和公用建筑遭到严重破坏和倒塌的分别占95.53%和81.08%(刘恢先,1986);基础设施几乎全部瘫痪。2008年中国四川汶川特大地震中,极重灾区城镇居民住房倒塌和严重破坏的房屋有2064.83×104m2,其中北川县城曲山镇老城区80%、新城区60%以上的建筑物垮塌毁坏,县城内交通、电力、通信、供水、供气、广播电视等基础设施全面受损;行政、卫生、教育等系统陷入瘫痪;360余家中小企业资产灭失(《汶川特大地震抗震救灾志》编纂委员会,2015北川羌族自治县人民政府,2016)。

(2)造成重大的人员伤亡和经济损失。唐山大地震造成242419人死亡,164581人受重伤,轻伤仍需治疗者达36万人之多;其中唐山市人口伤亡最重,死亡135919人,占总人口(1061926人)的12.8%,经济损失约为54.48亿元人民币,按1990年可比价格换算约为2831.558亿元人民币,损失大体上为城乡各半。汶川特大地震共造成69227人死亡,17923人失踪,其中城镇人口约占三分之二;地震造成的直接经济损失为8523.09亿元人民币。

(3)严重破坏城市的生态环境和自然资源。强烈地震会严重破坏自然生态环境,特别是在山区,强震会引发大量的地质灾害。汶川特大地震使四川灾区17个县(市)的地表覆盖破坏达1356.63km2,造成了严重的水土流失。震后的9月23日北川县城遭受暴雨引发泥石流,汹涌的泥石流狂泻而下,将大半个县城吞没,地震遗迹受到了严重的损毁。

(4)城市社会管理面临巨大的压力和挑战。地震可造成1座城市在短时间内处于混乱状态,交通通讯可能中断,服务业可能瘫痪,商品供应可能短缺,居民生活面临着困难,社会处于不稳定状态。破坏性地震发生后,短时间内需要安置伤员,调配救灾物资,调集救灾力量,城市灾区各级政府面临着地震应急和社会管理的巨大压力和挑战,如管理和处置不当将会产生和遗留若干的社会问题。

(5)对城市居民造成严重的心理创伤。地震给人类造成的灾害既有物质上的伤害,也有精神上的伤害。后者可能在震后相当长的一段时间内影响着灾民的生活。地震使灾民在短时间内改变正常的生活状态,失去家庭和亲人,对人的心理伤害巨大。同时,震后家庭重组、伤残者、地震孤儿和长期的心理创伤等,都会造成震后特殊的城市社会问题。

地震对城市的影响是巨大的,甚至是毁灭性的。研究表明,城市地震灾害主要源于建筑物和各类基础设施的破坏、地震次生灾害以及震时和震后的社会管理薄弱等方面,主要原因是:①建筑物和各类基础设施的抗震设防标准过低,抗震能力不强;②建设场地选择不利,没有避开活动断层和地震地质灾害等抗震不利的地段,场地抗震适宜性评价不够充分;③城市抗御地震灾害的准备不足,政府和公众的防震减灾意识不强,防震减灾知识宣传不够。提高城市防震减灾能力的任务艰巨,道路漫长,学术界和工程界一直在不断进行探索。本文认为,开展城市防震减灾规划是减轻城市地震灾害的重要途径之一,中国从唐山地震后,开展了城市抗震防灾规划的编制工作,并取得了显著效果。本文着重讨论防震减灾规划的编制,并探讨韧性城市建设等城市抗震防灾工作。

2 城市抗震防灾规划在中国的研究与实践

城市抗震防灾规划是城市总体规划中的专业规划,也是城市防灾规划的重要组成部分。它是在充分考虑城市的地震和地震地质背景、场地条件、城市的规模与现状的基础上,确定城市抗震防灾规划的目标和抗震设防标准。在城市总体规划中,通过对各类建设工程科学的空间布局、合理的土地利用和有效的抗震防灾措施来规避、抗御和减轻地震灾害。实践证明编制城市抗震防灾规划并组织实施是减轻城市地震灾害的重要举措。

中国的城市抗震工作开始于20世纪70年代末期(周锡元等,1989)。唐山地震后,为了总结地震对城市破坏的经验教训,1976年11月25日至29日,当时的国家基本建设委员会在北京召开了第一次全国抗震工作会议,提出了在城市规划和建设中必须要考虑城市的抗震防灾问题。1978年1月24日至30日,在河北承德召开的第二次全国抗震工作会议上明确提出了抗震减灾工作的重点是城市,提出了城市抗震防灾的3项要求和5项任务,并确定了乌鲁木齐等38个城市作为第一批国家重点抗震城市并要求开展相关的抗震工作,这标志着中国城市抗震工作由单体建筑抗震发展到考虑整个城市综合抗震防灾的新阶段。1979年3月22日至29日,在烟台召开的第三次全国抗震工作会议提出了编制城市抗震防灾规划的具体任务,并选定烟台和徐州2个城市作为试点,探索适合中国国情的城市抗震防灾规划编制的方法和程序。广大科技工作者围绕着城市抗震防灾规划中场地利用,建筑物的震害预测,城市抗震设防标准等若干技术问题以及管理问题等开展了深入的探索和研究工作。1984年12月24日至28日,第一次全国城市抗震工作会议在成都召开,会议总结了1979年以来城市抗震防灾工作的经验,肯定了这项工作的重要性和必要性,并且进一步明确了城市抗震防灾规划的内容、编制方法、步骤和审批程序。1985年,国务院建设行政主管部门发布了《城市抗震防灾规划编制工作暂行规定》。自此,这项工作便有规可循,并在全国的重要城镇和工矿企业全面展开,中国的城市抗震工作进入了一个崭新的发展阶段(刘本玉等,2008)。2003年,国务院建设行政主管部门在总结1985年以来若干管理办法的基础上,发布了2003(117)号部长令《城市抗震防灾规划管理规定》,明确提出了在城市总体规划时必须包括城市抗震防灾规划,还规定城市抗震防灾规划的范围应当与城市总体规划相一致,并与城市总体规划同步实施,并对规划编制的方法、目标、内容、管理权限和审批程序都做了详细的规定,为城市抗震防灾规划的实施提供了制度保证。2007年,周锡元院士主持编写的国家标准《城市抗震防灾规划标准》(GB50413—2007)(中华人民共和国建设部,2007)颁布实施,明确规定了城市抗震防灾规划编制的内容、具体要求和编写深度,为城市抗震防灾规划编制提供了重要的技术支持。这些都标志着中国城市抗震防灾规划的编制已经步入了制度化和法制化的轨道。

国外城市抗震防灾规划的发展历史和现状已有文献做了较全面的总结(马东辉等,2008王志涛等,2016)。总体上,日本开始于20世纪60年代,目前居于世界领先地位,美国起步于20世纪70年代,发展较快,代表了未来城市抗震防灾规划的发展趋势。

城市抗震防灾规划涉及城市规划、结构工程、土木工程、地震工程、岩土工程、地质工程、地下水科学与工程、地球物理学、地震学、计算机科学与技术等学科专业。规划编制的主要依据是与城市规划建设及防灾减灾有关的法律、行政法规、规范性文件、技术标准和与城市有关的基础资料。规划编制应用的技术和方法主要有地震区划和小区划(廖振鹏,1989高孟潭,2015)、活动断层探测(徐锡伟等,2011宋新初等,2014沈军等,2016)、地震安全性评价(胡聿贤,1999)、建筑物和基础设施的震害预测(赵成刚等,1994李树帧,1996尹之潜等,2004李杰,2005)、城市规划以及地理信息系统等(宫辉力等,2007戴慎志,2015)。国家标准《城市抗震防灾规划标准》(GB50413—2007)对城市抗震防灾规划的内容和总体要求做了详细的规定,对城市用地评价、基础设施和城市建筑的抗震防灾要求做了具体的规定。规划编制的主要内容可归纳为5个方面:①给出城市总体抗震要求,包括城市的抗震设防标准和防御目标;城市建筑、基础设施和其它设施的设防要求与技术指标;城市总体布局中的减灾策略等。②评价城市建设用地的适宜性,以地形地貌、岩土组成、地震地质灾害等为依据,将建设场地划分为适宜、较适宜、有条件适宜和不适宜等4个类别。③在城市抗震防灾现状调查和能力评估的基础上,给出各类建筑、基础设施、新建工程、高易损性城区改造的抗震防灾措施和要求;给出防治地震次生灾害的要求和措施;给出避震疏散场地以及疏散通道的建设与改造的要求和措施。④提出规划实施的方案和保障条件。⑤建立城市抗震防灾规划信息管理系统。城市活动断层探测、地震小区划和震害预测是城市抗震防灾规划的基础工作;重点是提出城市建设用地的适宜性评价和各类建筑以及基础设施的防灾要求和措施。

30多年来,中国已有近2000个县、市完成了抗震防灾规划的编制工作并组织实施,在减轻城市地震灾害、城市规划和工程建设中发挥了重要的指导作用。存在的主要问题是对城市地震和地质资料的吸收和利用不够充分;有些与城市总体规划衔接的不紧密;有些实施不到位、修订不及时;多数与城市其它灾种的关联性研究不够;与区域防震减灾规划融合不够理想等。同时,编制城市抗震防灾规划的基础理论研究应继续加强,并需要通过地震的实际检验不断地改进和提高。

3 防震减灾规划促进城市防震减灾能力的提升

防震减灾规划是国家和区域的事业发展规划,它属于国民经济和社会发展总体规划中的专项规划。这一专项规划是以防震减灾为对象编制的规划,其宗旨是提高国家防震减灾公共服务水平,完善防震减灾社会管理技术和物质基础,重点是通过规划及其实施来提高全社会的防震减灾能力。这一规划是指导防震减灾事业发展、审批重大项目、安排政府投资的依据;是各级政府履行社会管理和公共服务职能的重要内容;对各级政府开展防震减灾工作具有重要的指导作用。防震减灾规划不同于城市抗震防灾规划,但二者有密切的联系,因为保证城市地震安全也是防震减灾规划的重点内容之一。

中国的防震减灾规划已通过法律的形式规定下来,1998年施行的《中华人民共和国防震减灾法》(中华人民共和国,1998)第三章第二十二条规定:“根据震情和震害预测结果,国务院地震行政主管部门和县以上地方人民政府负责地震工作的部门或者机构,应当会同国级有关部门编制防震减灾规划,报本级人民政府批准后实施。”。2009年修订后施行的《中华人民共和国防震减灾法》(中华人民共和国,2009)中有关防震减灾规划的内容由过去的一条扩展为一章(邬福肇等,1998安建等,2009),并详细规定了防震减灾规划编制、依据、编制的责任部门和报送、审批、修改的程序。防震减灾规划编制的依据是震情和震害预测的结果;编制的原则是统筹安排、突出重点、合理布局、全面预防。这里,全面预防是要求在编制防震减灾规划时,要以大城市和城市群的地震安全为重点,实现由局部的重点防御向有重点的全面防御拓展。防震减灾规划的内容包括在全面深入分析震情形势、地震风险,并充分考虑规划区内国民经济和社会发展成果的基础上,提出可实现的防震减灾总体目标并尽可能以量化的指标进行表述;根据震情和经济承受能力,提出地震监测台网建设规划和布局的方案;根据震情形势分析和震害预测结果以及区域经济和人口等特点,提出减轻和预防地震灾害措施、完善地震应急反应体系和预案体系的意见;提出防震减灾技术发展、信息建设、资金保证和物资储备等保障措施。同时,要求编制防震减灾规划时,应当对地震重点监视防御区的地震监测台网建设、震情跟踪、地震灾害预防措施、地震应急准备、防震减灾知识宣传教育等做出具体的安排。总之,防震减灾规划编制的内容涵盖了防震减灾工作的各个方面,其目的是通过规划的编制和实施来全面提升全社会的综合防震减灾能力,以保证财产和生命安全,促进经济社会又好又快地发展。

《国家防震减灾规划(2006—2020年)》是中国地震局组织完成的第一部国家级防震减灾规划。这一规划明确了国家层面上防震减灾工作的总体布置和发展方向,是指导我国2006—2020年期间防震减灾工作的纲领性文件。这一规划在分析中国震情灾情和国情的基础上提出了1个目标、3项战略、8项任务和1个战略行动。在城市抗震方面,规划提出了到2010年,中国大城市以及城市群率先达到基本抗御6.0级地震的目标要求;到2020年,大中城市和经济发达地区的防震减灾能力达到中等发达国家水平。在发展战略中,把大城市和城市群地震安全作为重中之重,逐步向有重点的全面防御拓展。在8项任务中,提出要修订或编制城市防震减灾规划,并纳入城市总体规划;制定并实施城市地震安全方案。在战略行动中,提出了实施大城市和城市群震害防御技术系统示范工程。这些都为提高城市抗御地震灾害的能力规定了具体的要求。从近10年的情况看,自防震减灾法颁布以来,中国大部分省市编制了防震减灾规划,极大地促进了防震减灾事业的发展。存在的主要问题是进一步抓好规划的实施、落实和修订工作;加强防震减灾规划与城市抗震规划的结合,本文作者在开展西昌市防震减灾规划时在这方面做了一些探索1

4 韧性城市理念的引进提高城市的抗灾能力

韧性是物理学名词,它表示材料在塑性变形和断裂过程中吸收能量的能力。通常材料在冲击振动荷载作用下,吸收较大的能量并产生一定的变形而不破坏的性质称为韧性或冲击韧性(孙训方等,2009)。韧性的概念随着时代的演进而被应用到不同的科学领域,19世纪中叶,韧性被广泛地应用于材料科学和机械学,用来描述金属材料在冲击力作用下的抗变形及变形之后的恢复能力。20世纪50—80年代,在心理学研究领域,特别是西方心理学研究者利用韧性一词来描述人在精神创伤之后的恢复状况(Alexander,2013)。20世纪70年代,生态学家Holling.C.S首次将韧性的思想应用到系统生态学研究领域,用来定义生态系统稳定状态的特征,并对韧性的研究从自然生态学延伸到人类生态学,为韧性城市理论的形成奠定了思想基础(Holling,1973)。学术界对韧性的认知也完成了从工程韧性到生态韧性,再到演进韧性的发展进程(Jha等,2013)。21世纪初以来,韧性城市已成为以英美为代表的国际学术界在城市规划和城市防灾研究领域的热点问题。用韧性来要求城市,通常被理解为这个城市要具有抗干扰的能力和被干扰后的快速自我恢复能力。它要求城市在基础设施、经济、制度和社会等方向都要具有韧性,并要求城市系统和区域通过合理准备、缓冲和应对不确定性干扰,具备实现公共安全、社会秩序和经济建设等正常运行的能力。Godschalk(2003)认为韧性城市应该是可持续的物质系统和人类社会的结合体,而物质系统的规划应通过人类社区而发挥作用;Campanella(2006)进一步强调城市韧性在本质上主要依赖于更有韧性和智慧的广大公众;Jha等(2013)认为韧性城市是由基础设施韧性、制度韧性、经济韧性和社会韧性组成。韧性城市的概念和对韧性城市的认知是目前学术界讨论的热点话题,它被认为是城市领域应对全球变化的1种策略和方法而被关注和讨论(Agudelo-Vera,2012蔡建明等,2012Jabareen,2013Stumpp,2013西亚姆巴巴拉等,2015陈利等,2017李彤玥,2017)。在西亚姆巴巴拉等(2015)杨敏行等(2016)的文章中,以列表的形式给出了不同学者和社会组织给出的韧性城市的定义。

韧性城市应具备什么特征、如何评价1个城市的韧性以及如何建设韧性城市是韧性城市讨论的核心内容。Wildavsky(1988)提出韧性城市应具备动态平衡、兼容、高效流动、扁平特征、缓冲特征和冗余度等6个方面的主要特征;Ahern(2011)提出韧性城市应具备5个要素,即多功能性、冗余度和模块化特征、生态和社会的多样性特征、多尺度的网络连接性和有适应能力的规划和设计;Allan等(2011)提出韧性城市应具备多样性、变化适应性、模块性、创新性、迅捷的反馈能力、社会资本的储备和生态系统的服务能力等7个特征。总结和认识韧性城市的主要特征,在一定程度上也就回答了如何建设韧性城市的问题。

应该强调,目前学术界关于韧性城市的认识还不够统一。关于韧性城市的评估方法,目前还在探索中,没有公认的评估方法,学术界的研究主要集中在评价指标体系的建立和评价方法的探讨方面。美国纽约州立大学布法罗分校的区域研究所提出了大都市韧性评价体系,它包括区域经济能力、社会连通能力和社区人口状况等3个1级指标和12个2级指标,并对美国361个城市的韧性进行了评估。评估的结果划分出极强、强、中等、弱和极弱5个韧性级别。Mayunga(2011)讨论了利用社会资本、经济资本、物质资本、人为资本和自然资本等5种资本形态来量化社区灾害韧性的方法。杨敏行等(2016)对联合国环境署和澳大利联邦科学与工业研究组织提出的韧性评价体系与韧性联盟(成立于1999年,关注社会生态系统韧性研究的非营利性组织)进行了比较和评述。李彤玥(2017)总结了国外社区韧性评估的指标,并给出了城市韧性值的计算方法。从已有的文献上看,城市韧性评价指标体系和方法主要集中在针对城市抗御自然灾害方面(戴维等,2015唐波等,2017)。

国际上,有关韧性城市的研究起步较晚,成果并不很多。近几年,中国开始在学术界介绍和讨论有关韧性城市的相关问题,基本上处于学习、吸收和消化这一阶段(廖茂林,2016谢起慧,2017)。由于定位和理念的先进性以及提高城市抗干扰能力的有效性,中国学术界和政府接受了韧性城市思想。2017年6月7日,在北京召开的全国地震科技创新大会决定实施《国家地震科技创新工程》,提出通过实施“透明地壳、解剖地震、韧性城乡、智慧服务”计划,争取用10年左右的时间取得一批重要的科技创新成果,显著提升我国抗御地震风险的能力,这标志着韧性城市研究和实践已经提升为国家行动。本文认为,这一领域的研究要强调在吸收国外先进方法和技术的同时,必须结合中国的城市实际情况,韧性城市在中国的实践也将极大地提高中国城市的抗灾能力,当前的研究任务主要是评价中国城市韧性的指标和适用这些指标的新的评价方法。

5 结语

中国《国家新型城镇化发展规划(2014—2020年)》要求,到“十三五”末期,中国常住人口城镇比率将达到60%左右,可见,中国的城市变革是举世罕见的奇迹。由此,城市防灾减灾,特别是防震减灾工作显得尤为重要。考察和审视中国40余年来城市抗御地震灾害研究的发展与实践,本文认为在这一领域尚需开展如下5个方面的工作:

(1)总结和梳理城市地震灾害的特点和抗震薄弱环节。新中国成立后,若干次破坏地震袭击了我国多个城镇,已有地震的现场调查已经取得了较为丰富的震害资料。然而,对这些资料的深入总结和分析不够,还需组织专门的力量分类深入研究和剖析已有的震害资料,提炼和梳理出城市抗震的薄弱环节和城市震害的特点,为工程建设和城市防震减灾规划提供指导意见。

(2)全面总结中国城市抗震防灾工作的成功做法和经验,利用震例检验已有方法的正确性以及有关政策的合理性。在唐山大地震以后,中国在借鉴国外先进方法的基础上,创造了具有中国特点的城市抗震防灾的方法和技术,并在多个城市进行了实践,需要结合震例进行认真的检验,发现和总结存在的问题,为这些技术方法改进以及有关政策和法规的修正奠定基础。

(3)在抗震减灾规划要求的框架下,制定和修改有关城市抗震防灾规划的政策规定和技术标准。中国防震减灾法中有关防震减灾规划的法律规定是编制城市抗震防灾规划的法律依据,在制定区域防震减灾规划时,要在法律的框架下充分考虑城市抗震防灾规划的内容,在编制城市抗震防灾规划时必须满足防震减灾规划的要求,两者要做到有机的融合。

(4)深入开展多灾种综合防御的评价模型研究。在继续深入开展城市地震灾害评价模型研究的基础上,要考虑城市不同灾种同时发生的可能性以及严重的灾害链(次生灾害)的危害,并建立相应的评价模型,实现可以分开做,但不是简单地求和,倡导深入研究城市各灾种的相关性、依赖性、影响系列和恢复系列。同时,要解决好城市总体规划与城市防灾规划的有机结合,做到无缝衔接,充分发挥防灾规划在保障城市安全方面的作用。

(5)要结合中国的国情和发展现状开展韧性城市研究和建设。韧性城市的研究在中国方兴未艾,它的核心问题是城市韧性等级标准的制定、评价指标体系和评价模型的建立等,这些都涉及到城市社会的各个方面。应该指出,中国的城市韧性构建发挥的基础与西方国家城市有着显著的差别,这是因为中国城市的社会行政管理、社会制度、社会结构、经济体系、基础设施建设和自然条件都与西方有本质的区别。因此,中国的韧性城市必须结合中国的实际,因地制宜地开展研究和建设。

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