中國(guó)震害預(yù)測(cè)工作的沿革與發(fā)展

孫柏濤，李 洋

(中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所，中國(guó)地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江，哈爾濱 150080)

新中國(guó)成立后，地震對(duì)工程結(jié)構(gòu)可能造成的危害性研究在我國(guó)是始于20 世紀(jì)的50 年代。1952 年，當(dāng)時(shí)還是清華大學(xué)建筑系教授的劉恢先先生受中國(guó)科學(xué)院的委托到哈爾濱籌建一個(gè)研究所，叫中國(guó)科學(xué)院土木建筑研究所，1954 年該研究所正式建成。由于劉恢先在美國(guó)康奈爾大學(xué)(Cornell University，USA)學(xué)習(xí)和工作時(shí)曾從事該領(lǐng)域研究，在1956 年這個(gè)研究所即成立了一個(gè)“抗震組”，劉恢先兼任這個(gè)二級(jí)部門的負(fù)責(zé)人，從而開(kāi)啟了新中國(guó)地震工程學(xué)科領(lǐng)域研究的篇章[1]。當(dāng)時(shí)的研究工作還沒(méi)有找到政府和社會(huì)的需求，僅僅是研究興趣所致，按照劉恢先的說(shuō)法，叫“忙來(lái)下一步閑棋”。

1955 年在劉恢先的主導(dǎo)下，我國(guó)翻譯了前蘇聯(lián)的《地震區(qū)建筑規(guī)范》。1959 年受原國(guó)家建委的委托，我國(guó)編制了第一部抗震規(guī)范的草案稿，59 版《地震區(qū)建筑規(guī)范》(草案)。該規(guī)范在除了充分利用我國(guó)當(dāng)時(shí)的抗震研究成果外，還主要以前蘇聯(lián)57 版抗震規(guī)范為藍(lán)本，同時(shí)也參考了其他國(guó)家的規(guī)范和研究成果。此時(shí)的規(guī)范適用范圍是“一般建筑物的設(shè)計(jì)”，涵蓋的建筑物類別不多，但包含了道橋和水工工程等內(nèi)容。由于行政管理上的變化，該規(guī)范沒(méi)有得到正式的頒布和實(shí)施。

1964 年劉恢先又主持編制了我國(guó)第二部抗震規(guī)范的草案稿，《地震區(qū)建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(草案稿)是在59 版規(guī)范基礎(chǔ)上進(jìn)行了部分內(nèi)容的增減和修改。此次修編去掉了水工工程內(nèi)容。本次規(guī)范雖然沒(méi)有得到正式頒布，但對(duì)當(dāng)時(shí)的工程設(shè)計(jì)及以后的規(guī)范發(fā)展起到了積極的作用。

1966 年3 月8 日河北省邢臺(tái)地區(qū)發(fā)生 6.8 級(jí)地震，此后一個(gè)月內(nèi)該地區(qū)又連續(xù)發(fā)生了4 次6 級(jí)以上的破壞性地震，其中最大的一次是3 月22 日7.2 級(jí)地震。本次震群型的地震共造成的死亡人數(shù)超過(guò)了8 千人，由此，地震對(duì)我國(guó)人民生命和財(cái)產(chǎn)的嚴(yán)重危害性得到了中央政府的高度重視，地震預(yù)報(bào)與地震工程的研究工作也步入了一個(gè)新的階段。

抗震設(shè)計(jì)規(guī)范主要是針對(duì)新建工程結(jié)構(gòu)物的抗震能力要求而進(jìn)行規(guī)定的，那么由于各種原因，我國(guó)存在大量的既有建筑不能都拆除重建，只能依據(jù)地震區(qū)劃規(guī)定的該區(qū)域地震危險(xiǎn)性，對(duì)其進(jìn)行抗震能力的鑒定。而后，對(duì)不符合其抗震能力要求的工程結(jié)構(gòu)要進(jìn)行加固。邢臺(tái)地震后，由當(dāng)時(shí)的國(guó)家建委推動(dòng)，出臺(tái)了一系列不同結(jié)構(gòu)類型的抗震鑒定的標(biāo)準(zhǔn)[2]，但基本都是草案稿，或者是試行稿。也在京津冀等我國(guó)部分地震風(fēng)險(xiǎn)高的地區(qū)(當(dāng)時(shí)稱之為地震區(qū))開(kāi)展了相關(guān)工作。

1976 年7 月28 日唐山發(fā)生了7.8 級(jí)大地震，死亡人數(shù)達(dá)到了24 萬(wàn)余。按照1956 年頒布的我國(guó)第一代全國(guó)地震區(qū)劃圖，《中國(guó)地震區(qū)域劃分圖》，當(dāng)時(shí)唐山地區(qū)是屬于Ⅵ度區(qū)，而唐山大地震的市區(qū)的實(shí)際烈度達(dá)到了Ⅺ度。因而，該區(qū)劃圖的主編李善邦、鄧啟東等地震學(xué)家意識(shí)到，由于人類對(duì)已有地震資料的積累和地震本身發(fā)生機(jī)理的認(rèn)識(shí)還不充分，地震的中長(zhǎng)期預(yù)測(cè)有很大的不確定性，僅按照區(qū)劃圖中所確定的烈度進(jìn)行鑒定和加固工作會(huì)帶來(lái)相應(yīng)的風(fēng)險(xiǎn)，建議按照地震危險(xiǎn)性分析的基礎(chǔ)上給出不同烈度下對(duì)工程結(jié)構(gòu)的安全性鑒定。

1 震害預(yù)測(cè)的發(fā)展歷程

1.1 震害預(yù)測(cè)和抗震鑒定的關(guān)系

地震災(zāi)害預(yù)測(cè)一般是泛指在未來(lái)某時(shí)間地震危險(xiǎn)性下，可能產(chǎn)生災(zāi)害程度的估計(jì)，應(yīng)該涵蓋的物項(xiàng)和災(zāi)害內(nèi)涵更廣泛。但是多年來(lái)的用法習(xí)慣，地震災(zāi)害預(yù)測(cè)是特指對(duì)工程結(jié)構(gòu)可能造成的災(zāi)害程度的估計(jì)，簡(jiǎn)稱震害預(yù)測(cè)。

抗震鑒定是需要在烈度確定的前提下(一般是基本烈度)對(duì)單體結(jié)構(gòu)逐個(gè)進(jìn)行符合性檢驗(yàn)的詳細(xì)工作，如果按照各個(gè)烈度對(duì)大量工程結(jié)構(gòu)開(kāi)展這項(xiàng)工作幾乎難以完成。由此，按照不同烈度或者按照不同地震概率水準(zhǔn)對(duì)大量工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行可能造成的災(zāi)害預(yù)測(cè)產(chǎn)生了。

原國(guó)家建委根據(jù)1975 年國(guó)家地震局給出的中長(zhǎng)期地震預(yù)報(bào)結(jié)果，在1976 年上半年正在推進(jìn)，并準(zhǔn)備實(shí)施對(duì)唐山等地進(jìn)行抗震鑒定，此時(shí)唐山大地震發(fā)生了，原定的鑒定工作由此擱置[3]。國(guó)家適時(shí)的轉(zhuǎn)變了抗震減災(zāi)策略，1980 年開(kāi)始，十六家單位赴河南的安陽(yáng)、新鄉(xiāng)、焦作和鶴壁等開(kāi)展了較小范圍的震害預(yù)測(cè)試點(diǎn)工作，是因?yàn)楹幽?、山西和河北等地連續(xù)多年被劃定為重點(diǎn)監(jiān)測(cè)地區(qū)，也就是認(rèn)為是地震危險(xiǎn)性高的地區(qū)。

1966 年邢臺(tái)地震后，我國(guó)就制訂了房屋建筑抗震鑒定標(biāo)準(zhǔn)(草案)等，其工作內(nèi)容和方法得到了大家的共識(shí)，使得抗震鑒定工作是有據(jù)可循?？墒?，在1980 年開(kāi)始的震害預(yù)測(cè)工作初期，科技人員只是開(kāi)始探索不同結(jié)構(gòu)類型震害預(yù)測(cè)的方法。四十年來(lái)，針對(duì)各類結(jié)構(gòu)的震害預(yù)測(cè)的方法逐步得到發(fā)展、完善和延伸。但是，至今針對(duì)某一類結(jié)構(gòu)做震害預(yù)測(cè)時(shí)必須采用哪種方法并沒(méi)有達(dá)到統(tǒng)一，僅是約定俗成。我國(guó)2003 年第一版和2014 年第二版頒布的《地震災(zāi)害預(yù)測(cè)及其信息管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 19428?2003)(GB/T 19428?2014)[4]中也沒(méi)有具體規(guī)定不同結(jié)構(gòu)類型所必須采用的方法，僅對(duì)單體結(jié)構(gòu)在做不同級(jí)別(甲、乙、丙、丁)的工作所采用的單體結(jié)構(gòu)分析方法的繁簡(jiǎn)程度進(jìn)行了規(guī)定。

1.2 震害預(yù)測(cè)的對(duì)象和服務(wù)功能的演化

20 世紀(jì)80 年代的震害預(yù)測(cè)工作主要是以建(構(gòu))筑物單體為對(duì)象展開(kāi)的。因?yàn)橥ㄟ^(guò)邢臺(tái)、通海和唐山等地震深刻認(rèn)識(shí)到建筑結(jié)構(gòu)的倒塌是造成大量人員傷亡的主要原因。對(duì)重要結(jié)構(gòu)的單體進(jìn)行分析是為了了解該結(jié)構(gòu)的抗震能力，對(duì)普適性結(jié)構(gòu)是選取一定的樣本進(jìn)行分析，搞清楚不同類型結(jié)構(gòu)的抗震能力差異。主要目的是為政府對(duì)建筑結(jié)構(gòu)減災(zāi)規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

20 世紀(jì)90 年代，群體和生命線工程的震害預(yù)測(cè)得到了更多的關(guān)注。由于聯(lián)合國(guó)推動(dòng)“國(guó)際減災(zāi)十年”的科研與行動(dòng)計(jì)劃，呼吁科學(xué)家和各國(guó)政府，學(xué)術(shù)團(tuán)體于本世紀(jì)最后十年在世界范圍內(nèi)開(kāi)展減輕災(zāi)害工作。美國(guó)、日本等國(guó)家分別開(kāi)展了重點(diǎn)城市的“未來(lái)地震災(zāi)害預(yù)測(cè)與損失評(píng)估”工作，促進(jìn)了我國(guó)政府對(duì)該項(xiàng)工作的重視。由此，震害預(yù)測(cè)的對(duì)象拓展到了對(duì)一個(gè)城市或區(qū)域可能造成的震害損失估計(jì)。如果對(duì)城市或區(qū)域逐個(gè)單體做震害預(yù)測(cè)的話，其工作量浩大。因而，建筑物的群體震害預(yù)測(cè)和城市生命線工程中單體預(yù)測(cè)的研究工作得到了進(jìn)一步的重視。這個(gè)階段，烏魯木齊的天山區(qū)、黑龍江省大慶市、海南省?？谑泻瓦|寧省鞍山市等部分區(qū)域分別開(kāi)展了試點(diǎn)工作。

本世紀(jì)前10 年，震害預(yù)測(cè)工作的實(shí)施和應(yīng)用得到了較大的進(jìn)步。國(guó)家地震局從政府層面成立了“若干城市震害預(yù)測(cè)和防御對(duì)策專家組”，鼓勵(lì)并指導(dǎo)各省、市等地方政府大力開(kāi)展這項(xiàng)工作。并在1990 年《震害預(yù)測(cè)工作大綱(試行稿)》的基礎(chǔ)上，2003 年頒布了我國(guó)第一版《地震災(zāi)害預(yù)測(cè)及其信息管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 19428?2003)。此時(shí)的該項(xiàng)工作不僅是針對(duì)城市和區(qū)域震害損失估計(jì)和分布，而且延展到了城市生命線系統(tǒng)中的管網(wǎng)、電力、交通和通訊等子系統(tǒng)中的單體結(jié)構(gòu)震害，并初步考慮了單體震害對(duì)子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能的影響。同時(shí)，將地理信息系統(tǒng)(GIS)融入到了管理軟件平臺(tái)是當(dāng)時(shí)的一個(gè)亮點(diǎn)，因?yàn)槟芨庇^的展示所分析的結(jié)果，更好的服務(wù)政府、行業(yè)的規(guī)劃和決策。這個(gè)階段，震害預(yù)測(cè)作為地震工程學(xué)研究中的一個(gè)分支逐步走到了前臺(tái)，受到了科技管理者和科技人員更多的關(guān)注，從而本學(xué)科的研究得到了更多的資助和實(shí)際應(yīng)用。

近十年來(lái)，震害預(yù)測(cè)針對(duì)各種需求以不同精度向區(qū)域、城市和鄉(xiāng)村等更廣闊區(qū)域延展。隨著計(jì)算技術(shù)和應(yīng)用軟件的高度成熟和空間技術(shù)的普遍應(yīng)用，對(duì)單體工程的震害預(yù)測(cè)多采用基于大量樣本的模糊數(shù)學(xué)判別和有限元建模的易損性分析，從而替代了利用實(shí)際震害統(tǒng)計(jì)分析、半理論-半經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)化方法和簡(jiǎn)化的抗震分析方法等；對(duì)城市或區(qū)域的群體震害預(yù)測(cè)和損失評(píng)估網(wǎng)格化表征和城市或區(qū)域的地震災(zāi)害模擬與3D 動(dòng)態(tài)展示[5?6]已成為研究工作和實(shí)際應(yīng)用的增長(zhǎng)點(diǎn)，使得預(yù)測(cè)的結(jié)果更直觀，更易于得到政府和民眾的接受。尤其是近幾年，群體震害預(yù)測(cè)和損失評(píng)估的結(jié)果作為區(qū)域?yàn)?zāi)害風(fēng)險(xiǎn)分析的基礎(chǔ)和韌性城市評(píng)價(jià)的依據(jù)之一，展現(xiàn)了其更廣闊的應(yīng)用前景。

2 震害預(yù)測(cè)的關(guān)鍵指標(biāo)和方法解讀

2.1 建(構(gòu))筑物地震破壞等級(jí)由來(lái)

建(構(gòu))筑物地震破壞等級(jí)是度量地震作用下其破壞程度的尺子，在震害預(yù)測(cè)工作中描述房屋等工程結(jié)構(gòu)時(shí)所選用的5 個(gè)破壞等級(jí)是源自于由地震工程學(xué)家編制的地震現(xiàn)場(chǎng)烈度評(píng)定規(guī)范。

早期的宏觀烈度的劃分是服務(wù)于地震學(xué)研究的，由于地震學(xué)家在編制規(guī)范時(shí)對(duì)土木工程專業(yè)理解上的局限性，很難將工程結(jié)構(gòu)的構(gòu)造和震害特點(diǎn)描述更翔實(shí)和具體，多數(shù)把房屋等震害程度分成3 個(gè)等級(jí)，即完好、破壞和毀壞。后來(lái)，在地震工程學(xué)家主導(dǎo)編制該規(guī)范后[7]，為了能夠更科學(xué)的劃分地震發(fā)生后的宏觀烈度等震線，將結(jié)構(gòu)破壞程度的3 個(gè)破壞等級(jí)擴(kuò)展到了5 個(gè)破壞等級(jí)，即完好、輕微破壞、中等破壞、嚴(yán)重破壞、毀壞，且不同工程結(jié)構(gòu)的各個(gè)破壞等級(jí)對(duì)應(yīng)的構(gòu)件破壞狀態(tài)和破壞數(shù)量的百分比均有較為詳細(xì)描述。

1970 年通海地震后，胡聿賢和劉恢先等將震害指數(shù)的概念，即采用[0.0, 1.0]的實(shí)數(shù)表征工程結(jié)構(gòu)不同的震害程度，引入到了在地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查時(shí)對(duì)不同工程結(jié)構(gòu)破壞等級(jí)的劃分中，這樣大大便利了后來(lái)相關(guān)學(xué)科之間的相互銜接和應(yīng)用，如表1。而后，在地震現(xiàn)場(chǎng)房屋安全鑒定規(guī)范制定中，孫柏濤等沿用震害指數(shù)的思路，將房屋的震后損傷狀態(tài)的表征采用了“震損指數(shù)”。主要為的是區(qū)分在地震現(xiàn)場(chǎng)劃分烈度時(shí)所采用比較“粗獷”的做法判斷房屋或其他工程結(jié)構(gòu)的“震害指數(shù)”。而房屋安全鑒定主要是關(guān)注在既發(fā)地震后，小于“中等破壞”等級(jí)的房屋在“預(yù)期”地震時(shí)的安全性，所以采用了比較“細(xì)膩”的做法。

表 1 震害指數(shù)Di 與地震破壞等級(jí)Table 1 Seismic damage index and damage degree

而后的結(jié)構(gòu)易損性分析時(shí)，通常人為的劃定5 個(gè)破壞等級(jí)和采用的震害指數(shù)限值等也就是對(duì)應(yīng)上述規(guī)則沿用而來(lái)的，如圖1。不同類型結(jié)構(gòu)，依據(jù)其延性、抗力等指標(biāo)所劃定的各個(gè)破壞等級(jí)所包涵的范圍也是不同。

圖 1 結(jié)構(gòu)破壞狀態(tài)與結(jié)構(gòu)變形關(guān)系示意Fig. 1 Relationship between structural failure state and structural deformation

其中： xy為 結(jié)構(gòu)屈服變形； Ry為 屈服荷載； R、x分別為作用荷載和結(jié)構(gòu)變形。

在第二版《地震災(zāi)害預(yù)測(cè)及其信息管理系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》(GB/T 19428?2014)中對(duì)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、農(nóng)村和偏遠(yuǎn)地區(qū)的簡(jiǎn)易農(nóng)居，如簡(jiǎn)易磚木房屋、土坯房、穿斗木房屋和石砌(壘)房屋等改回3 個(gè)破壞等級(jí)，是由于其構(gòu)件的破壞特征難以詳細(xì)劃分，破壞的過(guò)程屬于脆性破壞等原因。

在遭受或預(yù)期遭遇的地震時(shí)，對(duì)整體結(jié)構(gòu)和對(duì)結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件破壞程度(或狀態(tài))的表述在書(shū)寫(xiě)中經(jīng)常容易混淆，采用“破壞等級(jí)”、還是“震害等級(jí)”經(jīng)常得不到統(tǒng)一。通常情況，整體和構(gòu)件的破壞程度分別討論時(shí)均采用“破壞等級(jí)”或“地震破壞等級(jí)”來(lái)表述。但在同時(shí)描述構(gòu)件和整體破壞時(shí)為了區(qū)分起見(jiàn)，宜將構(gòu)件破壞表述為“破壞等級(jí)”，整體結(jié)構(gòu)破壞則表述為“震害等級(jí)”。目前“震害等級(jí)”、“地震災(zāi)害等級(jí)”更廣泛應(yīng)用于對(duì)一次地震災(zāi)害大小的宏觀定性，或者對(duì)一個(gè)城市或區(qū)域抗震能力的宏觀表述。

2.2 實(shí)際震害預(yù)測(cè)工作所應(yīng)用方法的沿革

迄今為止，研究不同工程結(jié)構(gòu)和設(shè)施(設(shè)備)震害預(yù)測(cè)方法，并發(fā)表成文的成果有數(shù)百計(jì)。與抗震鑒定不同的是針對(duì)同一類結(jié)構(gòu)或設(shè)施(設(shè)備)也許會(huì)有多種預(yù)測(cè)的方法，由于結(jié)構(gòu)、設(shè)施(設(shè)備)的種類繁多，不同方法需要的參數(shù)和數(shù)據(jù)精度也各異。所以，在2003 版和2014 版的“震害預(yù)測(cè)”國(guó)標(biāo)中沒(méi)有對(duì)某種結(jié)構(gòu)應(yīng)采用的預(yù)測(cè)方法進(jìn)行明確規(guī)定。本文不對(duì)各種方法科學(xué)性、適用性等進(jìn)行評(píng)述，僅對(duì)在實(shí)際震害預(yù)測(cè)工作實(shí)踐中較為廣泛使用、并有一定共識(shí)的方法，及其發(fā)展的過(guò)程進(jìn)行簡(jiǎn)單描述。

20 世紀(jì)60 年代和70 年代的幾次破壞性地震發(fā)生后，尤其是唐山地震后，從80 年代起各種建筑結(jié)構(gòu)單體震害預(yù)測(cè)方法就集中的出現(xiàn)了，見(jiàn)表2。那時(shí)的方法是有很強(qiáng)的目標(biāo)指向和實(shí)用性的，就是針對(duì)在歷次地震中破壞較為突出的結(jié)構(gòu)類型[3]，做震害預(yù)測(cè)目的是為各類型結(jié)構(gòu)的抗震加固和編制抗震防災(zāi)規(guī)劃提供基本依據(jù)。

早期的建筑結(jié)構(gòu)單體震害預(yù)測(cè)方法多是以實(shí)際震害為參照依據(jù)，并以單體結(jié)構(gòu)震害預(yù)測(cè)為主。通過(guò)分析其破壞機(jī)理，找出主要承載構(gòu)件(或震害多發(fā)生承載構(gòu)件的位置)的承載能力和所遭受荷載(烈度)與結(jié)構(gòu)震害狀態(tài)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給出預(yù)測(cè)的方法，即統(tǒng)計(jì)分析的方法、或半理論-半經(jīng)驗(yàn)的方法。對(duì)震害現(xiàn)象樣本較少的結(jié)構(gòu)(如鋼筋混凝土框架)采取簡(jiǎn)化的動(dòng)力學(xué)分析方法。

20 世紀(jì)90 年代，生命線工程系統(tǒng)中一系列建(構(gòu))筑物、設(shè)施(設(shè)備)的單體震害預(yù)測(cè)方法涌現(xiàn)出來(lái)[8]。由于生命線系統(tǒng)的構(gòu)筑物、設(shè)施(設(shè)備)類型繁多，各系統(tǒng)僅選取了幾種典型的物項(xiàng)給出了方法，見(jiàn)表3。后期對(duì)水工構(gòu)筑物、各種電力、通訊室內(nèi)設(shè)施(設(shè)備)、支撐塔架等，以及生命線系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)功能的連通性有了較為深入的研究。生命線工程中的建筑物基本采用已有的建筑物震害預(yù)測(cè)方法。

表 2 80?90 年代出現(xiàn)的單體建(構(gòu))筑物震害預(yù)測(cè)方法Table 2 Earthquake damage prediction method of single building (or structure) from 1980s to 1990s

表 3 早期生命線工程震害預(yù)測(cè)方法包括的內(nèi)容Table 3 Contents of earthquake damage prediction method for lifeline systems in early stage

對(duì)擬工作區(qū)域的某種結(jié)構(gòu)類型抽取一定量的單體樣本進(jìn)行計(jì)算，給出該單體結(jié)構(gòu)的震害指數(shù)Di，對(duì)應(yīng)表1 可以得到該單體對(duì)應(yīng)的震害程度。然后，將該類結(jié)構(gòu)的樣本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析得到震害矩陣，表4 為一個(gè)范例。如果樣本數(shù)足夠大，震害矩陣中的單項(xiàng)數(shù)值就表示了在不同烈度下(6 度、7 度、8 度、9 度和 10 度)該類結(jié)構(gòu)各等級(jí)的破壞概率。

表 4 晉江市區(qū)多層砌體房屋震害矩陣 /(%)Table 4 Seismic damage matrix of multistory masonry buildings in Jinjiang City

一般來(lái)講，通過(guò)計(jì)算分析得出的矩陣應(yīng)該稱之為“易損性矩陣”，但是多數(shù)的震害預(yù)測(cè)文獻(xiàn)都沿用了地震現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查得到的地震破壞等級(jí)矩陣的名稱，即震害矩陣。

群體震害預(yù)測(cè)概念已經(jīng)提出有很多年了，近十幾年得到了較好的推進(jìn)。因?yàn)樵谝粋€(gè)城市或區(qū)域進(jìn)行抽樣單體震害預(yù)測(cè)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)工作量很大，還需要調(diào)查人員具有一定的專業(yè)背景。現(xiàn)在越來(lái)越少采用單體抽查的工作方式，而直接采用已有的震害矩陣，通過(guò)已有單體樣本結(jié)構(gòu)構(gòu)造與擬工作區(qū)域的結(jié)構(gòu)構(gòu)造的相似性來(lái)模擬工作區(qū)的震害矩陣。

2.3 人員傷亡、經(jīng)濟(jì)損失預(yù)測(cè)與震害預(yù)測(cè)

1989 年 10 月 18 日大同-陽(yáng)高發(fā)生了 6.1 級(jí)破壞性地震，震后中國(guó)政府向世界銀行申請(qǐng)貸款對(duì)受災(zāi)區(qū)進(jìn)行恢復(fù)重建。按照國(guó)際慣例，中方需要對(duì)災(zāi)區(qū)所受地震災(zāi)害的直接經(jīng)濟(jì)損失進(jìn)行評(píng)估，提供科學(xué)的評(píng)估結(jié)果。這是我國(guó)首次對(duì)一次地震在政府層面進(jìn)行的直接經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估。

20 世紀(jì)90 年代左右，美國(guó)等幾個(gè)城市先后出版了未來(lái)地震經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估報(bào)告，由此促進(jìn)了我國(guó)震害預(yù)測(cè)工作的發(fā)展和延伸。預(yù)測(cè)城市和區(qū)域在不同地震危險(xiǎn)性作用下，可能造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失結(jié)果是為了給政府、企業(yè)和行業(yè)如何做好防災(zāi)減災(zāi)規(guī)劃、防災(zāi)準(zhǔn)備和震時(shí)應(yīng)急決策提供最直觀和現(xiàn)實(shí)的科學(xué)依據(jù)。

地震災(zāi)害直接損失的評(píng)估與工程結(jié)構(gòu)震害預(yù)測(cè)結(jié)果有著直接的聯(lián)系。在預(yù)測(cè)某類建(構(gòu))筑物在某烈度地震荷載作用下的直接經(jīng)濟(jì)損失一般采用下述公式[9]：

將工作區(qū)內(nèi)各類建(構(gòu))筑物在 I 烈度下的損失疊加就是該烈度下工程結(jié)構(gòu)損失的總和。此外，地震的直接經(jīng)濟(jì)損失還應(yīng)包括生命線工程、室內(nèi)外財(cái)產(chǎn)、裝飾裝修等的損失，同樣與預(yù)測(cè)的結(jié)構(gòu)主體破壞程度有關(guān)。

式(1)有著較為明確的物理意義，也是目前《地震現(xiàn)場(chǎng)工作 第4 部分：災(zāi)害直接損失評(píng)估》(GB/T 18208.4?2011)等規(guī)范所采用的方法。當(dāng)然，陳颙等[10]亦采用經(jīng)濟(jì)學(xué)算法或其他方法來(lái)計(jì)算未來(lái)地震經(jīng)濟(jì)損失。

同樣，地震人員傷亡預(yù)測(cè)也與工程結(jié)構(gòu)震害預(yù)測(cè)結(jié)果有著密切的聯(lián)系。在地震人員傷亡評(píng)估中經(jīng)常采用下述公式：

從20 世紀(jì)90 年代初至今，我國(guó)有數(shù)十種地震人員傷亡的評(píng)估方法，多是從實(shí)際地震中統(tǒng)計(jì)回歸得到的。研究人員的共識(shí)是90%以上的人員傷亡是由工程結(jié)構(gòu)破壞造成的，因而眾多方法都考慮了地震時(shí)建(構(gòu))筑物的破壞程度。

3 震害預(yù)測(cè)與地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

地震災(zāi)害的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估源于保險(xiǎn)業(yè)。2007 年我國(guó)發(fā)布了首個(gè)地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，該模型的目標(biāo)是為保險(xiǎn)業(yè)厘定保險(xiǎn)投保額而建立的。2018 年我國(guó)又頒布了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的“地震巨災(zāi)模型”。

2018 年我國(guó)政府提出“從減少災(zāi)害損失向減輕災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)變，全面提升全社會(huì)抵御自然災(zāi)害的綜合防范能力”。由于政府的全力推進(jìn)，區(qū)域的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和風(fēng)險(xiǎn)治理受到了全社會(huì)的廣泛重視。在不同概率地震危險(xiǎn)性作用下，區(qū)域的震害預(yù)測(cè)、經(jīng)濟(jì)損失評(píng)估和人員傷亡評(píng)估結(jié)果原本就是區(qū)域地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估的基礎(chǔ)。因而，群體震害預(yù)測(cè)工作的應(yīng)用得到了進(jìn)一步的延伸。

由于我國(guó)地域廣闊，受氣候條件、地理環(huán)境、經(jīng)濟(jì)狀況、國(guó)家發(fā)展的歷史進(jìn)程和政治因素等的影響，各個(gè)地區(qū)建筑結(jié)構(gòu)的類型和結(jié)構(gòu)構(gòu)造差異很大，即便是在同一座城市，老舊城區(qū)與新建城區(qū)的建筑結(jié)構(gòu)由于建筑年代和采用不同規(guī)范版本建造等，其抗震能力也有較大的區(qū)別。所以目前風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估所采用的技術(shù)思路是[11]：

1) 以公里網(wǎng)格為單位，將區(qū)域的抗震能力劃分成 1 個(gè)～12 個(gè)等級(jí)；

2) 分別給出每個(gè)抗震等級(jí)區(qū)域內(nèi)各類結(jié)構(gòu)的震害矩陣[12]；

3) 采取調(diào)查、遙感等方式得到不同公里網(wǎng)格區(qū)域內(nèi)各類結(jié)構(gòu)的建筑面積；基礎(chǔ)設(shè)施的地震損失計(jì)算亦可以按照建筑結(jié)構(gòu)地震損失與基礎(chǔ)設(shè)施地震損失對(duì)應(yīng)的函數(shù)關(guān)系得到[14]。總地震損失等于建筑物的損失與基礎(chǔ)設(shè)施損失的疊加，圖2 所展示的即為在基本烈度作用下，以公里網(wǎng)格為預(yù)測(cè)單元的北京市地震損失的分布。由圖2 可知，不同行政等級(jí)區(qū)劃范圍內(nèi)的地震損失即為其所包含多少公里網(wǎng)格損失的疊加。

圖 2 北京市基本烈度下地震災(zāi)害直接經(jīng)濟(jì)損失分布圖Fig. 2 Distribution of direct economic loss of earthquake disaster under basic intensity in Beijing

4 結(jié)論

在我國(guó)震害預(yù)測(cè)方法研究和實(shí)踐已經(jīng)有了40 年的歷史，無(wú)論是理論方法的研究深度還是在應(yīng)用的廣度上在世界上也是不落后的。具官方的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，我國(guó)已經(jīng)有120 余個(gè)城市或區(qū)域開(kāi)展了震害預(yù)測(cè)的工作。但是，這項(xiàng)工作多是在政府層面開(kāi)展的，相比較抗震鑒定，震害預(yù)測(cè)在行業(yè)和公眾的接受程度并不是很高，這是由于地震發(fā)生是小概率事件，地震減災(zāi)在短期看不到利益的增長(zhǎng)點(diǎn)；還有就是行業(yè)和公眾個(gè)體對(duì)地震可能造成的危害性還沒(méi)有足夠的認(rèn)識(shí)，沒(méi)有擺好震前防御災(zāi)害和震時(shí)承受災(zāi)害之間的關(guān)系。

該項(xiàng)工作的前十年基本上是由原國(guó)家建委推動(dòng)，以某區(qū)域典型房屋結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)為目標(biāo)開(kāi)展的。從20 世紀(jì)90 年代起，國(guó)家地震局從政府規(guī)劃、防災(zāi)準(zhǔn)備和震時(shí)應(yīng)急評(píng)估的角度，以城市或區(qū)域?yàn)閷?duì)象進(jìn)行工作。目前地震災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估融入國(guó)家的多災(zāi)種的綜合防災(zāi)體系，上升到了國(guó)家層面進(jìn)行管理，開(kāi)展工作區(qū)域的尺度可以是大到整個(gè)國(guó)家或者省份，亦可以城市、區(qū)(鄉(xiāng)、鎮(zhèn))。精度也可以多樣化，目前精度分為翔實(shí)型、標(biāo)準(zhǔn)型和普適性，這主要是取決于基礎(chǔ)數(shù)的精度和計(jì)算分析工作的深入程度。

通過(guò)多年的實(shí)踐，有以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)和問(wèn)題可供大家一起討論：

(1) 影響震害預(yù)測(cè)工作科學(xué)性和精度最主要的因素是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的可靠性，因?yàn)橐粋€(gè)區(qū)域內(nèi)大量專業(yè)性較強(qiáng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)僅在較短的工作時(shí)間內(nèi)獲取有很大的難度。計(jì)算分析模型的影響是排在第二位的。

(2) 雖然全國(guó)120 余城市或區(qū)域已開(kāi)展了震害預(yù)測(cè)工作。但是，管理系統(tǒng)采用的編制語(yǔ)言和系統(tǒng)構(gòu)架各異，且也互不兼容，使得系統(tǒng)得不到統(tǒng)一的維護(hù)和升級(jí)，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)也得不到及時(shí)的更新，目前正在發(fā)揮作用的系統(tǒng)很少。

(3) 由于所需要做震害預(yù)測(cè)的災(zāi)害承災(zāi)體種類繁多，在做具體工作時(shí)對(duì)一種結(jié)構(gòu)、設(shè)施(設(shè)備)所采取的預(yù)測(cè)方法基本都沒(méi)有得到統(tǒng)一。因而，不同科技人員所做的震害預(yù)測(cè)結(jié)果和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)僅能做到相對(duì)合理。

(4) 震害預(yù)測(cè)工作需要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)專業(yè)性較強(qiáng)，數(shù)據(jù)量大，更新速度慢是造成震害預(yù)測(cè)工作難以全面鋪開(kāi)的主要原因。可是，其所需的數(shù)據(jù)格式和內(nèi)容又與其他行業(yè)災(zāi)種的預(yù)測(cè)分析時(shí)的數(shù)據(jù)有很多交叉和重疊，如何多部門合作，不同災(zāi)種的綜合防災(zāi)是今后減災(zāi)的大趨勢(shì)。

40 年發(fā)展歷程中，從事震害預(yù)測(cè)研究和實(shí)踐的從業(yè)人員很多，成果頗為豐富。本文僅是概述了其沿革和發(fā)展的歷史，難免掛一漏萬(wàn)和出現(xiàn)評(píng)論上的謬誤，僅供從業(yè)者一起討論。