基于數(shù)字化技術(shù)的城市建設(shè)多災(zāi)害防御技術(shù)與應(yīng)用2017年度北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎

主要完成單位：中國建筑科學(xué)研究院，清華大學(xué)，建研科技股份有限公司，北京科技大學(xué)，北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司

主要完成人：李引擎、張靖巖、許鎮(zhèn)、于文、孫旋、王大鵬、陳凱、郭春雨、張孝奎、郭浩、朱立新、任愛珠、劉松濤、李顯忠、萬漢斌

1 項目背景

隨著我國經(jīng)濟和社會的快速發(fā)展，城市化進程迅猛，城市規(guī)模不斷擴張，人口日益密集，基礎(chǔ)設(shè)施錯綜復(fù)雜，建筑物（構(gòu)筑物）型式多樣。與此同時，我國城市建設(shè)面臨的災(zāi)害形勢也愈發(fā)嚴峻，災(zāi)害防御能力明顯落后于經(jīng)濟發(fā)展已成為制約我國城市發(fā)展的主要矛盾之一。切實提高城市建設(shè)多災(zāi)害防御能力對于實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展具有重大的現(xiàn)實意義。

近年來，我國城市建設(shè)的防災(zāi)減災(zāi)工作雖取得了很大的進步，但是現(xiàn)階段災(zāi)害信息和數(shù)據(jù)共享水平低，災(zāi)害監(jiān)測、災(zāi)害評估及防災(zāi)輔助決策管理等技術(shù)仍跟不上社會的發(fā)展及防災(zāi)的需求，特別是在無法滿足足量實體試驗條件下，缺乏對重大建筑工程及城市區(qū)域的防災(zāi)機理認識及有效防治手段?；谝陨犀F(xiàn)狀，中國建筑科學(xué)研究院聯(lián)合清華大學(xué)、建研科技股份有限公司、北京科技大學(xué)和北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計研究院有限公司，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢，歷時十余年，系統(tǒng)地開展了城市建設(shè)多災(zāi)害防御技術(shù)的研究與應(yīng)用。從單體建筑的防火、抗風(fēng)、抗震出發(fā)，提出了基于數(shù)字化技術(shù)及實體試驗相結(jié)合的建筑單體多災(zāi)害防御技術(shù)，為區(qū)域災(zāi)害防御提供單點分析依據(jù)；以火災(zāi)、地震、地質(zhì)災(zāi)害和地震次生火災(zāi)為主要研究對象，提出基于單體分析結(jié)果的城市區(qū)域多災(zāi)害風(fēng)險評估、規(guī)劃、防御方法，有效識別城市高風(fēng)險脆弱區(qū)，為脆弱區(qū)和單體建筑的防災(zāi)改造對策提供重要指導(dǎo)；基于以上理論研究成果，搭建基于GIS技術(shù)的城市建設(shè)災(zāi)害防御系統(tǒng)，實現(xiàn)災(zāi)害數(shù)據(jù)聯(lián)通與共享，形成系統(tǒng)化的災(zāi)害防御體系。

本項目旨在深化傳統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)理念與技術(shù)，利用現(xiàn)代數(shù)字化技術(shù)手段，提高建筑工程和城市區(qū)域的多災(zāi)害防御水平，實現(xiàn)了從應(yīng)對單一災(zāi)種向綜合防災(zāi)的轉(zhuǎn)變，為全面增強國家綜合防災(zāi)減災(zāi)能力提供有力的技術(shù)支撐。

2 項目創(chuàng)新點與科學(xué)成就

（1）單體建筑災(zāi)害防御技術(shù)與應(yīng)用——融合了數(shù)字化技術(shù)與實體實驗理論的單體建筑多災(zāi)害防御技術(shù)，從根本上解決了現(xiàn)階段大型及重要單體建筑復(fù)雜防災(zāi)機理與有效應(yīng)對難題。

針對建筑單體影響最大的典型災(zāi)害—火災(zāi)、風(fēng)災(zāi)和地震，分別提出了建筑火災(zāi)條件下結(jié)構(gòu)安全與人員安全耦合分析方法、抗風(fēng)設(shè)計方法與動力響應(yīng)仿真分析技術(shù)以及抗震性能評估方法，創(chuàng)新性地引入數(shù)字化手段，共同解決建筑單體的多災(zāi)害防御問題。本項目的災(zāi)害防御技術(shù)不僅對普通建筑單體具有適用性，而且在重要、特殊建筑單體（如北京“中國尊”、工人體育館等）中有過成功應(yīng)用，覆蓋了城市單體建筑的不同類型，為北京城市工程建設(shè)以及既有建筑的多災(zāi)害防御提供了重要的技術(shù)方法。

（2）區(qū)域多災(zāi)害防御技術(shù)與應(yīng)用——利用信息化手段，順利實現(xiàn)了區(qū)域防災(zāi)技術(shù)由單一文本到數(shù)字化的無縫過渡，保障了區(qū)域建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展。

以火災(zāi)、地震、地質(zhì)災(zāi)害和地震次生火災(zāi)為主要研究對象，在單體建筑多災(zāi)害防御研究的基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域工程建設(shè)災(zāi)害防御的特點，提出了基于GIS技術(shù)和成本效益理論的城市消防規(guī)劃方法與技術(shù)，研發(fā)了城市抗震防災(zāi)規(guī)劃信息管理系統(tǒng)，提出了城市地質(zhì)災(zāi)害分析與土地工程能力評價技術(shù)，以及地震次生火災(zāi)蔓延評估預(yù)測方法。研究成果既為脆弱區(qū)或單體建筑的防災(zāi)改造對策提供指導(dǎo)，更為包括首都行政副中心的區(qū)域防災(zāi)規(guī)劃提供了重要的技術(shù)支撐。

（3）城市建設(shè)災(zāi)害防御系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用——城市建設(shè)災(zāi)害防御系統(tǒng)為防災(zāi)數(shù)據(jù)與資源共享搭建了一個信息化開放平臺，并在國內(nèi)首次從城市尺度提出了災(zāi)害整體防御規(guī)劃的解決方案。

基于以上建筑單體和區(qū)域多災(zāi)害防御研究成果，并遵循信息化處理和數(shù)據(jù)共享理念，搭建基于GIS的城市災(zāi)害防御系統(tǒng)，包括災(zāi)害基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫（知識庫、專家?guī)斓龋?、?zāi)害風(fēng)險評估、致災(zāi)因子遠程監(jiān)控等模塊，并成功應(yīng)用于北京2008年奧運會風(fēng)險監(jiān)控以及重點單位防災(zāi)協(xié)同工作平臺，為城市建設(shè)災(zāi)害整體規(guī)劃、防御、決策提供了可借鑒的解決方案。

3 社會效益及對推動行業(yè)科技進步的作用

（1）促進了城市建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)理念從單一向綜合轉(zhuǎn)變。

本項目提出了一系列針對城市工程建設(shè)領(lǐng)域的綜合防災(zāi)減災(zāi)關(guān)鍵技術(shù)，打破了將單災(zāi)種獨立處理的常規(guī)，符合《國家綜合防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃（2016～2020年）》中“從應(yīng)對單一災(zāi)種向綜合減災(zāi)轉(zhuǎn)變”的指導(dǎo)思想，為加快我國城市建設(shè)防災(zāi)減災(zāi)事業(yè)的進一步發(fā)展發(fā)揮了重要作用。

（2）提升了重點區(qū)域、重大工程、重大活動的綜合防災(zāi)能力。

本項目開展了北京市部分行政區(qū)和福州市、杭州市等省會城市的綜合防災(zāi)規(guī)劃，完成了我國地震8度設(shè)防區(qū)第一高樓“中國尊”等重大超限建筑的多災(zāi)害防御設(shè)計，承擔(dān)了2008北京奧運風(fēng)險評估及監(jiān)控部分工作，為確保我國重點區(qū)域、重大工程、重大活動的安全性貢獻了力量。

（3）降低了城市災(zāi)害風(fēng)險，提高了城市安全水平。

本項目構(gòu)建了城市工程建設(shè)領(lǐng)域的多災(zāi)害防御體系，有效降低城市綜合災(zāi)害風(fēng)險，也為我國災(zāi)害保險產(chǎn)業(yè)的發(fā)展奠定了重要的技術(shù)基礎(chǔ)，逐步實現(xiàn)災(zāi)害風(fēng)險轉(zhuǎn)移，完善國家綜合災(zāi)害風(fēng)險防范結(jié)構(gòu)體系。項目成果有力提升了全社會抵御災(zāi)害的綜合防范能力，切實維護人民群眾生命財產(chǎn)安全，為全面建成小康社會提供了堅實保障。

（4）帶動了我國城市工程建設(shè)防災(zāi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

本項目充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的優(yōu)勢，提出了多災(zāi)害防御技術(shù)，并在城市和重大建筑防災(zāi)中進行了大量典型應(yīng)用，展現(xiàn)了工程建設(shè)防災(zāi)領(lǐng)域全過程-多維度-數(shù)字化技術(shù)手段的先進性和實用性，進而帶動了我國城市建設(shè)防災(zāi)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為提高國家綜合減災(zāi)能力提供有力的技術(shù)支撐，使我國城市建設(shè)災(zāi)害防御工作向?qū)嵱没?、信息化、系統(tǒng)化發(fā)展邁出了堅實的一步。