城市建築減災(2)(2 / 3)

(2)推廣防災減災高新技術

目前,世界各國有關減輕地震災害的科學工作者所進行的研究工作主要有以下三方麵:一是抑震。就是從研究發生地震的根源著手,使地震盡量不發生或使它逐步地釋放出能量。目前,在這方麵還沒有突破性的進展。長遠地看,也難以達到預想的效果。二是地震預報。這個方麵雖然取得了不少的可喜成績,但就整體而言仍處於研究的初級階段。震源位置,地震發生時間,地震等級均難以預報準確,最終還是造成極大損失。即使預報準確,也難免建築物不倒塌。三是抗震防災。通過工程和技術措施,保證地震時建築和工程設施不遭受破壞或破壞較輕,以達到從根本上減輕和避免地震災害的目的。

以依靠結構本身的強度和延性來抵抗地震作用為抗震設計理論基礎的研究,主要是采取加強建築物的整體性,加大空間剛度,高置剪力牆、圈梁、結構柱,改善支撐體係,改進節點構造,提高建築材料的強度、延性等措施。隔震是建築結構抗震防災的另一種科學的選擇,已引起世界許多國家的關注,它包括基礎隔震和層間隔震。基礎隔震是在建築物與基礎之間設計一層具有足夠可靠性的“隔震係統”,控製地麵運動向上部結構傳遞,使得上部結構處於彈性狀態,以達到抗震目的。層間隔震即是在原有建築物與上部所設質量塊(加層、隔熱層及水箱等)之間加裝“隔震係統”,利用上部質量來有效地控製下部建築物結構的地震反應,以達抗震目的。基礎隔震與層間隔震均離不開性能優良的隔震裝置。

隔震作為建築物抗震的一項措施來說,早在古代就已使用,盡管不如現在這樣係統、先進。例如紫禁城地下的“煮過的糯米拌石灰”,又如日本的“橫豎交錯的多層圓木”等都是所謂的隔震裝置。近代大規模使用隔震裝置是在橋梁建設方麵。在20世紀60年代之前,幾乎全部橋梁支座都是鋼支座。隨著化學工業的發展,出現了橡膠支座、聚四氯乙烯板的平麵滑動支座、球型支座及盆式橡膠支座,並相繼得到廣泛的應用。目前新建的公路橋梁,幾乎百分之百地使用板式橡膠支座和盆式支座,跨度在32米以上的鐵路砼橋幾乎全部采用盆式橡膠支座。當今我國橋梁文座的加工水平已達到並接近國際先進水平。在上海南浦和楊浦大橋的引橋上均采用最先進的盆式橡膠支座。我國自60—70年代隔震裝置才開始被著手研究,並正式用於建築物的隔震、減震上,80年代至今逐步形成抗震方麵的熱點,一方麵加強各種隔震裝置的研製開發;另一方麵研究如何將隔震裝置有效地應用到抗震工程上。

隔震裝置係統由隔震器、阻尼器、地基微震動與風反應控製等部分組成,作為係統必須具備各方麵的功能,必要時還要設置安全保險構造,且成本要低。隔震器的作用是一方麵支承建築物全部重量;另一方麵應有相當的變形能力和良好的恢複力。阻尼器的作用是吸收地震能,抑製地震波中長周期成分可能給僅有隔震器的建築物帶來大的變位,並且在地震終了時幫助隔震器迅速恢複到原位。設置地基微震動與風反應控製裝置是為了增加隔震係統的早期風度,使建築物在風荷載與地震作用下能夠保持安全。

考慮到萬一出現個別隔震器失效情況,需要立即、自動地提供支承以替代失效的隔震器工作,保證建築物仍然處於安全狀態,等待替換新隔震器,可設置安全保險構造。

一般的隔震器和阻尼器有:

總之,建築結構隔震、減震技術已是當今地震工程研究和實踐中的熱點之一,很多專家將其研究重點從傳統的依靠結構本身的強度和延性來抵抗地震作用,轉向設置隔震、減震機構來消耗地震能量的主要原因有二點:①人們已不滿足“小震不壞,設防烈度不修,大震不倒”的設計思想,渴望使結構具有更高的抗震安全可靠度,在強烈地震中不發生較嚴重的損傷。②由於強震地麵運動因有的複雜性和預測工作的高難度,使人們逐漸認識到在結構抗震設計中,以人為確定的地麵運動強度和譜特性為設防目標的傳統抗震設計方法,包含著由於地麵運動不確定性可能引的風險,為了降低這種風險,除了應加強地震研究以外,更為現實的途徑是使結構具有抗禦不同地麵運動特性的能力,使類似於共振的現象在地震中不可能出現。

建築結構采用隔震、減震技術的抗震方法有以下特點:

1)由於隔震、減震裝置的承重構件與承受水平地震的構件分開,使承重構件受到較小的水平力,避免其在強地震作用下進入塑性狀態,從而可靠地提高了地震作用下結構的安全度和可靠度。

2)隔震方法能夠較為準確地控製傳到上部結構的最大地震作用,且受力明顯,從而克服了傳統抗震方法中設計結構構件難以準確地確定其荷載的困難,降低了地震作用的不穩定性。

3)隔震方法把結構的變形局限在隔震層上,結構自身的相對變形大大減小,甚至在強震時仍保持在彈性範圍內,可以保護非結構構件(如昂貴裝飾、貴重儀器、設備等)不受地震的損壞,從而適合第三次工業革命對建築的要求。

4)隔震、減震裝置即使震後產生較大的永久性變形或損壞,其複位、更換、維修也要比更換、維修結構構件方便、經濟,隔震結構的修複也比修複傳統結構要容易得多。

5.5城市綜合減災安全風險評估體係

現代災害風險分析是對風險區遭受不同強度自然災害的可能性及其可能造成的後果進行定量分析和評估。它涉及到以下三個主要方麵:

1)致災因子風險分析。在自然災害係統中,災源稱為致災因子。例如,地震、洪水均稱為致災因子。致災因子風險分析的主要任務是,研究給定區域內各種強度的自然災害發生的概率或重現期。

2)承害體易損性評價。a)風險區確定:研究一定強度自然災害發生時的受災範圍;b)風險區特性評價:對風險區主要建築物、其他固定設備和建築內部財產,風險區內的人口數量、分布和經濟發展水平等進行分析和評價;C)抗災性能分析:對風險區的財產進行綜合性能分析。

3)災情損失評估。評估風險區內一定時段內可能發生的一係列不同強度的自然災害給風險區造成的可能後果。在國內,通常說的自然災害風險,主要是致災因子(hazaxd)風險,側重於自然係統,因此,在地震工程領域,也叫危險性分析。事實上,致災因子是導致自然災害風險的要素之一,易損性和社會經濟特性決定了是否成災。經濟要素與損失大小關係密切,這方麵的工作,國內一直研究得很少。所以,我們傾向於將自然災害風險譯成Riskofnaturaldisaster,這與“國際減災十年”的英文說法InternationalTenYearsforNaturalDisasterReduction相一致。因此,自然災害風險分析應歸結計算出Riskofdisaster,而不是Riskofhazard。這就決定了自然災害風險分析的基本原則是:由各災種的專家提供該區域內自然致災因子發生時、空、強的可能性數值,由防災減災工程師依據致災因子強度,提供人類社會係統各種破壞的可能性數值,由經濟學家和社會學家們依據破壞程度,推測各種損失的可能性數值,最後,由自然災害風險分析人員將三個環節的可能性數值組合起來,給出損失風險。

根據國家減災委的部置,在北京市計委的指導下,北京減災協會在1995年上半年組織編寫了《北京市1995—2010年減災規劃綱要》,提出了北京市“九五”和2010年防災減災規劃的基本思路。根據國務院對《北京城市總體規劃(1991年至2010年)》批複的要求,從全國政治文化中心的地位和市情出發,與2000—2010年社會經濟發展的戰略目標相銜接,最大限度地減少災害損失和人員傷亡,保證安全生產,保持社會穩定,保障首都社會經濟的持續發展和現代化城市的建設。

①減災與社會經濟發展戰略緊密結合,以防為主。②從國情和市情出發,主要依靠北京市的多渠道投入,同時積極爭取國家對重點減災工程的支持和國際減災技術合作。③根據城鄉一體化的原則,以規劃市區為減災重點設防地區。④充分注意到北京的減災工作對全國和世界的影響,特別注意加強中央領導機關和涉外機構集中地區、人口密集的繁華商業區和集中居民區、重點經濟開發區、重要名勝古跡、科技文化設施以及城市生命線係統的防災保障。⑤減災總體規劃與行業減災規模結合,減災重點工程優先項目與示範項目、示範區建設相結合,工程項目與非工程項目相結合。③體現科技是第一生產力,減災首先要依靠科技的思想。

根據對城市災害指標體係建立的上述總體思路,我們將評價指標集劃分為城市災害危險性評價指標子集、城市易損性評價指標子集和城市承災能力評價指標子集。具體講:

其一,城市災害危險性評價指標子集。城市所處的地理位置、地質條件、氣候條件和人為影響程度構成了城市特有的災害環境。不同城市由於災害環境不同,其所可能發生的災害種類和強度都會有所不同;而城市減災管理的直接作用對象是城市災害,隻有針對城市實際的災害環境,分析各種致災因子,有的放矢地采取管理措施,才能達到減少災害的目的。因此,對城市災害危險性的評價是必要的。這裏需要指出的是,本減災管理評價指標體係中的“災”,主要考慮對我國城市危害較大的地震、洪水、風災和火災。據此,我們選擇了以下的評價指標:

a)自然災害綜合危險性評價指標:自然災害綜合分區等級;

b)地震災害危險性評價指標:地震基本烈度;

C)台風危險性評價指標:台風頻次(次/年);

d)洪災危險性評價指標:年平均大暴雨日數(天/年);

e)火災危險性評價指標:火災發生率(次/年·10萬人)。

其二,城市易損性評價指標子集。城市易損性是通過對城市規模、發展狀況的評價,來反映城市在遇到災害時可能受到的損失程度。對於一個城市來說,它的規模越大,發達程度越高,一旦發生災害,它所受到的損失就越大。城市的減災管理工作,必須充分考慮城市的規模、地位及建設水平,這樣,才能建立起一個與城市實際發展狀況相適應的減災管理體係。相應地,要能夠全麵地評價城市的減災管理工作,就必須考慮城市的易損性評價問題。易損性評價指標包括:

a)城市政治狀況評價指標:城市行政級別(按首都、直轄市、省會、地區級城市一般城市分為5級);

b)城市社會狀況評價指標:人口密度(人/平方公裏);

C)城市經濟狀況評價指標:經濟密度(每平方公裏麵積上的國內生產值);

d)城市交通運輸狀況評價指標:城市年貨運量(萬噸);

e)城市建築狀況評價指標:建築密度(每平方公裏上的建築麵積);

f)城市生命線狀況評價指標:單位麵積上的煤氣管道長度;城市全年用電量等。

其三,城市承災能力評價指標子集。城市承災能力是指城市對某一種或多種災害的預測、防禦、救護及恢複能力的綜合,反映了城市抗禦災害整體水平。這種能力,直接決定了城市可持續發展的能力。對城市承災能力的評價是本評價指標體係中最主要的組成部分。其評價指標包括:

a)城市災害預測能力評價指標

●地震預測能力指標:地震台網監控能力;

●氣象預報預測指標:風、暴雨、雪等突發天氣事件的出現概率;

●火災報警能力指標:119火警線和火警調度專用線達標率。

b)城市防災、抗災能力評價指標

●防震能力評價指標:建築物防震達標率;

●防洪能力評價指標:單位麵積上的下水管道長度,城市防洪標準;

●防火能力評價指標:工程消防設施達標率,城市消防站布局達標率;

●減災文化教育評價指標:減災知識教育普及率;

●減災立法普及指標:減災法規完善率。

C)城市救災、恢複能力評價指標

●通訊能力評價指標:電話普及率(每百人擁有的電話數);

●交通能力評價指標:道路麵積比例(單位麵積上的城市實有鋪裝路麵積);

●急救醫療能力評價指標:每萬人擁有醫生數;

●防災保險能力評價指標:人均承保額。

值得指出的是,在城市防災安全對策中不可忽視GIS(地理信息係統)的作用。如城市規劃與抗震設計中,以往的城市震害經驗表明,城市規劃的好壞直接影響著城市的抗震能力。近幾年來,我國利用GIS實現城市的規劃方麵有了很大的進展。在城市交通的優化。基本資源(公共服務設施和市政公用設施)配置、城市選址等方麵,開發出許多基於GIS的應用係統。這些都為城市綜合抗震能力的提高起了相當大的作用。例如,場地條件對震害有很大的影響,利用GIS的空間分析功能,結合地震危險性分析的成果,可以容易實現城市的布局優化,從而避開不利的場地。在惡劣場地中尋找“安全島”,GIS的優點更明顯:城市震後應急製度是建立在震害信息,救災人力、物力供應信息的基礎之上的,根據震害分析和救災力量的分布,利用GIS的網絡分析功能可快速實現資源的分配。由於受經濟能力、科技水平的限製,目前,對城市所有人工設施都進行抗震加固是不可能的,同時,結構易損性隨結構空間上的分布而變化。因此,在城市規劃的同時,利用地震危險性和危害分析的結果,借助GIS技術可方便地確定優先抗震加固的地域和人工設施。

5.6城市綜合減災信息係統

(1)地理信息係統概述

地理信息係統簡稱GIS,是國際上近些年發展起來的一門新興的邊緣科學,它是利用現代計算機圖形和數據庫技術來輸人、存儲。編輯、查詢、分析、顯示和輸出地區圖形和屬性數據的計算機係統。GIS以數字表示景物的空間位置,將數字和圖形結合起來,支持數字思維並與空間思維同時進行,是一種新型的地理綜合思維工具。GIS將圖形、圖像、屬性及專業模型融為一體。既可以提取空間定量信息,又可以將數字分析的結果表達為空間圖形,可以得到許多不能直接觀察到的空間特征,為空間特征之間相關的研究提供了一種有力的工具。GIS從其誕生之日起就受到世界各國的重視,許多發達國家投入了大量的人力、物力和財務對GIS技術進行研究、開發和應用。我國的GIS研究和應用起步於80年代初,經曆了準備、起步和初步發展三個階段,目前已在GIS理論、技術、方法、應用模式、地理模型、軟件係統和專家係統的建立等方麵取得了重要的進展。

地理信息係統應用於地理研究、區域規劃與決策服務,具有以下三個方麵的特征:①具有采集、管理、分析和輸出多種空間信息的能力,具有空間性和動態性;②以區域研究和區域決策為目的,以空間模型方法為手段,具有區域空間分析、多要素綜合分析和動態預測能力,進而產生高層次的決策信息;③由計算機係統支持進行空間宏觀數據管理,並由計算機程序模擬常規的或專門的地理分析方法,作用於空間數據,產生有用信息,完成人類用手工難以完成的任務。計算機支持是GIS的重要特征,使GIS得以快速、精確、綜合地對複雜的地理係統進行空間定位和過程動態分析。