都市的設施系統模型

Essential Facilities and Services

政府(GOV)、醫院（HSP）、警察局（POL）、消防 Transportation Systems

公路（HWY）、鐵路（RAL）、捷運（TRA）、公車 系統（BUS）、港口（POR）、船運（SHP）、機場 (APO)、橋梁（BRG）

維生系統 Lifeline Utilities Systems

電力系統（PWR）、自來水系統（WAT）、通訊系 統（CUM）、燃料油（OIL）、天然瓦斯（GAS）、

污水系統（SEW）

基於系統與系統間的相互關聯係數為都市系統運作關聯矩陣的重要基礎，

在資料建立的可靠度上，人為研判與評估因素頗為重要，需要依賴了解系統 的專家評分給定，或是由可靠的損毀或維修紀錄資料，做最好的假設與估計；

亦可由過去的災害經驗加以推算設定與修訂之。本文以大型都會區為例，依 照表18 中的基礎設施項目，據以建置其都市系統運作的關聯矩陣，如表 19。

支持都市系統運作的關鍵設施可由系統關聯矩陣中的主、被動影響性關 係得知，一般而言，主、被動影響性均高者，因影響層面擴大，其失效的衝 擊後果會較大，即為系統中的關鍵設施。特別是其中主動影響性高者尤其重 要，因此需要加強防護與持續營運，一旦失效需能迅速復原，方能使系統的 衝擊與損失降低。由表19 中可知，都市系統運作系統的主動影響性依數值高 低排列分別為：電力系統、自來水系統、橋梁、通訊系統、燃料油等五項子 系統；其系統的被動影響性依數值高低排列分別為：醫院、重要工業區、機 場、銀行金融、消防隊、電力系統等六項子系統，其中電力系統無論主、被 動影響性均屬重要的設施系統，故可將電力系統視為都市系統運作的關鍵設 施，因為其主、被動影響性皆高，因此一旦電力系統失效將造成都市系統在 經濟與社會等各面向的嚴重衝擊與後果，甚至造成骨牌效應，影響都市系統 的正常運作。

表19 都市系統運作之基礎設施系統模型的關聯矩陣 行模擬分析，例如採用蒙地卡羅方法（Monte Carlo Method），進行大數量可 能情境的分析，可以找出該系統在何種外力情境下會造成最大的衝擊後果，

(RSV) 0.5 0.022

軍事設施

影響性 0.022 0 0.026 0.013 0 0 0.048 0.009 0.03 0.043 0.061 0.013 0.078 0.009 0.03 0.022 0.117 0.03 0.263 0.613 0.372 0.233 0.187 0.085 0.078

對大規模災害管理的需求，災防中心過去積極在基礎設施的災害衝擊評估進 行方法與技術的開發，但在跨設施系統間的衝擊分析上目前仍待開發。本子 項工作以大台北地區為例，運用基礎設施系統相依性的關聯矩陣，探討都市 系統中支持居民生活品質所需的基礎設施的運作模型，一旦設施系統受到災 害衝擊而失效，引起都市基礎設施系統的混亂與相互影響性，可提供都市綜 合衝擊的情形。

對於設施個別子系統也會受其他設施的停止運作的衝擊影響，例如醫院 的持續營運就需要供水與供電，若供電系統停止運作，就會對醫院運作有所 影響，如圖20 所示。

都市運作系統模型是以多項個別子系統所組成，以表19 中 25 項基礎系 統為個別子系統，進行都市系統的運作水準評估，運用都市系統運作之基礎 設施系統模型的關聯矩陣，將個別子系統的運作水準作為輸入，經過矩陣運 算可求得都市系統的整體運作情形。如圖62 所示。

都市系統的管理者可綜合各項設施系統的運作水準，將此資訊應用於災 前的減災評估，可進行都會區大規模災害的評估與減災對策研擬的重要參 考。

表20 個別子系統的運作水準以醫院系統持續營運為例

都市的運作系統模型範例 圖62

珊迪颶風在2012年 10月底重擊美國東北部，造成沿海各州 140人死亡，

受創最嚴重的區域包括紐約、紐澤西及康乃狄克州等，分析其原因最主要為 颶風造成暴潮侵襲沿海城市，暴潮溢淹導致低漥地區淹水，尤其以地下鐵、

隧道等最為嚴重。此外，由於變電所爆炸導致大規模停電，衝擊影響包括：

華爾街股市交易休市暫停、各式由電腦控制的系統無法正常運作、通訊及網 路系統中斷，導致醫院因為停電、淹水等必須撤離，各式經濟損失概估500 億美元以上。

以紐約市為例，珊迪颶風在紐約市區造成850 萬戶停電，紐約證交所停 市2 天，第 3 天起才恢復交易，已嚴重影響全球股市交易。珊迪颶風造成紐 約地區嚴重的災害衝擊，風暴侵襲紐約海水暴漲，灌進曼哈頓下城區，沿海 與低窪地區逾百萬人因此必須撤離。造成紐約7 個地下鐵和 6 個巴士停車 廠全都遭大水淹沒，造成交通重要樞紐中斷，4 天後部分區域才得以陸續搶 修復原。

珊迪颶風造成紐約地區嚴重的災害衝擊，風暴侵襲紐約海水暴漲，造成 紐約7 個地下鐵和 6 個巴士停車廠全都遭大水淹沒，造成交通重要樞紐中斷，

4 天後部分區域才得以陸續搶修復原。紐約各大機場，除了甘迺迪國際機場 外，至少關閉二天以上，遭取消班機超過1 萬 8100 架次。紐約各公立學校連 續停課 3 天以上。紐約大學醫院也受停電影響，200 多名病患必須撤離到安 全有電力的地區，其中包括20 多名新生兒。

紐約地鐵專家表示，紐約地鐵系統有108 年歷史，從來沒有遭遇這樣的 災害衝擊，導致紐約交通大幅停擺。因為地鐵系統停擺也造成公車系統嚴 重擁擠，加上多條跨河隧道也因淹水無法通行，紐約市區的聯外交通嚴重癱 瘓。

紐約曼哈頓東區「愛迪生聯合電力公司」 （Consolidated Edison Inc.）

電廠變電所爆炸及兩座地下電力網絡系統因淹水故障，造成曼哈頓隨後變成 一座黑暗之城無電可用。受停電影響所造成的二次災害，加重災區的衝擊與 搶救復原。地鐵淹水復原困難，停電更是延後修復與電車復駛時間，企業無 法正常上班工作，淹水受災區無電可用，災民苦不堪言。珊迪颶風造成的經 濟損失，估計高達 500 億美元，主要因為電力與公用事業的損失龐大，

加上運輸與道路關閉，使得許多企業停止營運時間長過預期。

珊迪颶風衝擊紐約造成多項基礎設施嚴重受損，紐約市的社會經濟幾乎 運作停擺，形成極大的混亂情境與重大的經濟損失。該案例可藉以說明發展 本評估方法的重要性 ，如圖 63 所示。

本研究現階段對於都市基礎設施系統相依性模型雖已完成理論方法架構，

限於各項單一設施系統的評估方法尚未具體完成，因此目前仍未能以不同外 力衝擊來計算整體系統受到衝擊的分析結果，僅以系統關聯矩陣說明其都市 系統運作與基礎設施間的關聯性，藉以說明支持都市系統運作的基礎設施如 何相互關聯與影響。後續仍將以關鍵基礎設施的天然災害衝擊為情境為例，

繼續進行都市系統運作在不同案例下的分析與應用。

珊迪颶風造成紐約地區嚴重災害衝擊之系統模型 圖63

4.5 小結

本（101）年度除持續完成重要工業專區為案例探討確認模式之可行性外，

並進行大台北地區之供電系統評估、都市系統運作與基礎設施模型、與系統相依 性分析技術－停止運作水準模型之應用程式等工作，其重點產出如下：

一、 大台北地區之供電系統評估

本子項工作以北部地區供電系統為示範區，配合大台北地區大規模地震 災害衝擊研究，進行單一部門之CI 系統相依性分析，並完成大台北地區供電 系統失效之災害衝擊評估，評估流程如圖43。本子項工作假定四項災害情境：

地震災害、颱風災害、系統供電危機、與人為攻擊等極端情境作為災害外力 想定，進行系統衝擊評估與可能衝擊描述。由衝擊評估結果可知，對大台北 地區供電系統整體擊最大的是供電危機，若核一、核二除役，協和關廠，北 部機組總供電量減少38.4%，北部地區供電缺口（5061.92MW）須由中送北 補足，勉強可供電；倘若再發生其他事故，如超高壓線路再發生一條線路跳 脫（N-1），則北部地區須進行限電，故供電不足是目前大台北地區供電系統 是否穩定的最關鍵因素。而根據地震、颱洪災害造成部分 E/S 或 P/S 受損，

亦會造成地區性的停電限電問題，E/S 損壞對整體供電系統之衝擊大於 P/S。

至於人為攻擊龍潭北E/S、龍潭南 E/S 之情境，雖因龍潭北 E/S、龍潭南 E/S 失效，造成中送北潮流阻斷，但藉由完善的電力調度，大台北地區供電缺口 可減至10.92MW，影響不大。

二、 系統相依性分析技術－停止運作水準模型之應用程式

本子項工作與中央大學周建成教授研究團隊合作，依照 IIM 法開發 EXCEL 版本的 IIM 分析程式，使得設施管理者可簡易輸入 IIM 法定義的設施 相依矩陣，並填入外力攻擊時設施的初始狀況，程式便可計算出設施最終平 衡時的狀態，IIM 模型操作與說明，如圖 61 所示。程式共有六個區域，三大 功能；第一項功能之「計算（單次）」功能為將第四區的外力初始向量與相依 矩陣為輸入值，計算第三區各設施最終狀態為輸出值，計算的方法則仿照IIM 法。第二項功能之「計算最大影響外力」功能，為假設外力會攻擊某一設施，

使之完全失效，並假設每個設施失效對整體系統影響程度一樣，求得哪一個 受到外力攻擊的設施，將使得系統整體失效程度最大。第三項功能「Monte Carlo」，本功能可求得保護何種設施，在各式各樣的外力攻擊下，使其可持 續運作，將使整體系統失效最小。

三、 都市系統運作與基礎設施模型

本子項工作以系統分析的概念嘗試對於支持都市系統運作的基礎設施進 行系統性研究，在災害衝擊威脅的思維下，進行都市系統運作的建模，藉以

本子項工作以系統分析的概念嘗試對於支持都市系統運作的基礎設施進 行系統性研究，在災害衝擊威脅的思維下，進行都市系統運作的建模，藉以