一、基础设施系统关联性建模与仿真

基础设施系统并非独立存在，而是相互关联。例如供水系统需要电能控制水压，电力系统需要水进行设备冷却，同时供水系统与电力系统的控制需要通讯系统的辅助等。系统之间的关联提高了整体运行效率，但是世界范围内不同类型的重大事故，都显示局部故障不仅会在单个系统内扩散，还会蔓延至与其关联的系统，对区域乃至整个国家的经济和人民生活造成严重影响。可见，系统之间的关联性极大地增加了基础设施系统的风险。如何建模基础设施系统之间的复杂关联机理，是城市安全、风险与韧性研究领域的核心科学问题之一。

 二、 面向自然灾害的基础设施系统统与城市韧性研究

在人类面临的各类突发事件与灾害之中，自然灾害风险最高。我国50%的城市、67%的特大城市位于地震烈度7度以上区域；62%的城市受洪涝灾害威胁，平均两年发生一次大水灾；50%的城市受台风影响严重，平均每年有7场台风登陆；40%的城市位于地质灾害易发区域，每年发生各类地质灾害上万起。据统计，我国每年因自然灾害而引起的经济损失为2360~11750亿，占全世界总损失的1/3~1/2，且近些年呈现指数增长的趋势。建设韧性城市，是面向我国防灾减灾救灾重大需求、保障现代经济社会可持续发展的重大、紧迫科学问题，也是涉及工程、管理、经济、社会、人工智能等多学科交叉的国际前沿热点。如何评估与提升基础设施系统与城市应对自然灾害的韧性，是城市安全、风险与韧性研究领域的核心科学问题之一。

 三、面向最坏受损情景的基础设施系统统与城市韧性研究

最坏受损情景是指能够造成最大系统损失的组件受损情形，可以模拟蓄意破坏事件，其在全球风险图中的风险级别属于中等偏上。此外，基础设施系统也是国家应对战争和各种突发事件的重要依托，军事物资运送、军事通讯以及军事工程设施等都依赖于这些系统。基础设施系统的军、民两用特性使它们容易成为敌人攻击的目标。研究基础设施系统应对最坏受损情景的韧性，从军、民两用视角识别这些系统的薄弱环节并找到最佳的防御策略，不仅有助于提高系统自身的抵抗能力与快速恢复能力，还有助于保障基础设施系统的军事服务能力，实现基础设施建设的深度军民融合。此外，考虑最坏受损情景，还可以作为一种鲁棒优化算法，求解面向自然灾害、重大事故等突发事件的韧性提升优化问题。如何求解最坏受损情景、设计最优防御措施，也是城市安全、风险与韧性研究领域的核心科学问题之一。