近日，城市规划与设计学院赵鹏军教授和汤俊卿助理教授团队在国际知名学术期刊《自然-可持续性》（Nature Sustainability）在线发表题为“Human mobility dynamics for cost-effective flood emergency resource allocation”的研究型长文，从“人-地-灾”复杂耦合系统视角出发，探究了极端涝灾情境下大规模人群移动动态演化过程及应急资源配置空间优化。

论文截图

近年来在气候变化影响下，城市洪涝灾害频发，对城市的企业生产、居民生活、基础设施运维等带来严峻挑战。然而，传统应急资源配置策略侧重设施、场所，且多使用静态人口分布特征来指导规划，对灾害情境下大规模人群的动态移动规律考虑不足，导致资源配置常常与实际避险需求存在脱节。针对这一关键短板，研究团队构建了基于人群移动行为机制的PKU-FIM大规模智能体模型（Agent-based model），系统评估了中国21个人口超500万的大城市中官方应急避难场所及“平急两用”公共设施在极端内涝下的动态供需匹配状况。

研究表明，约43%的城市在百年一遇洪涝情景下存在严重的避难资源空间错配，单城错配面积超过2000平方公里，暴露人口达1676万。即使在SSP5-8.5高排放气候情景下，2050年整体人口有所下降，但潜在淹没范围将扩大5倍以上，资源错配格局仍将持续，11.75百万人口仍面临避难缺口威胁。这意味着，整体人口减少并不会带来风险降低。

针对这一困境，研究团队提出了一种高度集约化的优化策略：仅需优先在资源缺口最严重的前30%区域精准增设应急避难场所，便可撬动极为可观的综合效益。成本效益分析显示，该策略的“效益-成本”比超过28，人均投资仅1.39美元，每座城市可节省2亿至30.5亿美元的生命财产损失、社会救援成本与碳排放代价。这一发现为城市在有限财政空间下，实现“花小钱、办大事”的气候适应型应急资源配置与韧性城市建设提供了清晰的量化路径。

研究团队基于人群移动行为理论，利用“人-地-灾”系统中的风险约束原理，构建了PKU-FIM模型用以精准模拟内涝影响下大规模人群移动的动态时空分布特征（图1）。模型以灾害影响下的人群响应机制为基础，包括了“感知-决策-行动”的三阶段循环行为模型架构，刻画个体在洪涝风险、避难资源和周围人群影响下的动态移动过程。该模型仅需人口、建筑和水文等公开数据，即可在1公里尺度上重现洪涝期间大规模人群的动态分布。模型的有效性通过郑州2021年“720”极端城市内涝和深圳2018年“山竹”台风期间的内涝实测数据进行了验证，基于15.6亿条手机信令数据的对比分析表明，该模型能够较好地再现灾害期间人群移动的整体趋势和局部规模特征，展现出其用于极端洪涝情景下人群移动模拟的应用潜力。

图1 PKU-FIM模型示意图

通过PKU-FIM模拟，研究从“动态需求-实际供给”的视角量化了21个大城市的应急资源协调状态（图2）。结果显示，北京、昆明、哈尔滨等8个城市的单处避难场所平均负担超过500人，承载压力突出。整体上，核心城区普遍呈现资源集中性缺口，郊区则多为分散性冗余，20个城市的资源匮乏区面积远大于冗余区，反映出系统性结构失衡。

图2 中国大城市应急避难场所供需分析

研究团队进一步选取SSP5-8.5高排放气候情景，用于评估2050年我国大城市的潜在内涝淹没范围、避难资源错配程度与人群动态暴露情况。结果显示（图3），尽管到2050年城市人口规模的变化可能在一定程度上降低总体避难需求，但如果不采取进一步措施，气候变化风险仍将对城市应急资源配置构成严峻挑战。

图3 当前和SSP5-8.5气候情景下潜在淹没区域、错配区域和动态受影响人口的比较

为此，研究团队提出了定点增设应急避难场所的策略，重点面向城市中资源匮乏最突出的区域进行补充配置。成本效益分析结果表明（图4），将增设范围优先设定在资源匮乏程度最高的前30%区域，可在投入规模与风险降低效益之间取得较优平衡。该方案预计可为21个大城市带来6.88亿美元的净收益，人均投资成本仅为1.39美元；各城市的预期效益介于2亿至30.5亿美元之间，突显了基于人群移动特征开展避难资源优化配置具有较为显著的综合效益。

图4  应急避难场所增设策略的成本效益分析

《自然-可持续性》期刊3位审稿人均对文章给予了高度评价，指出“论文极具创新性，因为它试图阐明在特别严重的洪灾事件（百年一遇的洪灾）期间的移动情况，远超以往的研究工作”，同时表示“作者提出这个更具动态性的洪灾应急响应模型值得称赞”。

研究团队提出的PKU-FIM模型能够模拟极端灾时大规模人群移动趋势和规模，具备“高精度+高透明度+低数据需求”特点，可为应急部门快速提供避难需求的动态画像，识别可能出现避难场所供给匮乏或冗余的区域，为提升城市应急避难资源的精准化配置提供决策支撑，为韧性城市建设提供有益参考。

赵鹏军为论文通讯作者，汤俊卿与城市规划与设计学院学生吕薇为论文共同第一作者，主要合作者包括美国克莱姆森大学范超助理教授和英国伦敦大学学院吕秋晨教授。该研究得到深圳市科技计划资助项目（KQTD20221101093604016、JCYJ20240813181002004），国家自然科学基金项目（42376213、42525101、42130402）等资助。