玉树地震前车之鉴抗震防灾后事之师

发布时间:2020-04-13 22:00:02 来源:中国地震局工程力学研究所
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中国地震局工程力学研究所  戴君武

  倏忽十年,弹指一挥间,蓦然已是玉树地震十周年!2698人死亡(学生199人)、270人失踪的灾难瞬间尤历历在目。然逝者已矣,生者唯汲取血的教训,鉴之前车,亡羊补牢,让玉树地震灾难不再重演,方能告慰逝者,无愧于后人。

  2010年4月14日7时49分,青海省玉树地区发生7.1级强烈地震,给灾区人民生命财产造成重大损失,离震中最近的结古镇居民住房大量倒塌,学校、医院等公共服务设施严重损毁,部分公路沉陷、桥涵坍塌,供电、供水、通信设施遭受破坏。震后调查发现,震中区人口最为集中的结古镇房屋严重破坏及倒塌率达50%以上,因房屋破坏罹难的人数占全部死亡人员95%以上,与2008汶川大地震滑坡滚石致大量人员伤亡相比,玉树地震房屋倒塌破坏是造成人员伤亡和经济损失的主要原因。

  受经济欠发达以及较为恶劣的自然环境条件限制,建筑总体质量差,抗震能力低,是灾区房屋破坏倒塌率较高的主要原因。从结古镇5500栋房屋调查样本统计结果来看,一方面,当地建筑工业欠发达,钢材、水泥自产能力差,基本靠外运,成本较高,导致当地农牧民住房以及相当数量的结古镇居民房以建造成本较低的传统土木结构、砖(石)木结构为主,绝大部分未经抗震设计,严重破坏及倒塌率高达88%;同时,由于地处平均海拔高达4000米的高原,空气稀薄,当地生产的粘土砖块强度低,加之水泥、钢筋等主要建筑材料匮乏,几乎所有房屋都不同程度地存在墙体砌筑砂浆强度低、灰缝厚度严重不足,混凝土圈梁、构造柱、芯柱等强制性抗震构造措施严重欠缺的问题,导致大量多层粘土砖、混凝土空芯砌块砌体结构房屋抗震能力低下,地震中严重破坏及倒塌率高达55%。另一方面,虽然也有相当数量的学校、医院、银行、政府部门办公建筑等是抗震能力相对较强的钢筋混凝土框架结构房屋,但仍由于制备混凝土材料时大量使用了当地扎曲、结曲河谷产出的表面光滑的鹅卵石充当主骨料,导致混凝土强度普遍偏低,严重破坏及倒塌率竟也高达24%,如表1、图1所示。

  表1. 玉树地震灾区各类房屋破坏率(总样本5500栋) 图片2

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  图1. 玉树地震灾区各类房屋破坏率(总样本5500栋)

  历经十年发展,随着经济水平的快速提升和工程抗震设防要求的提高,2016年颁布实施的第五代地震动参数区划图已经取消了不设防区,我国城市房屋建筑结构主体的地震安全性在很大程度上得到了改善,历经恢复重建的玉树地区总体抗震设防能力也已明显改善。但从汶川、玉树地震以来陆续发生的2013年芦山、2017年九寨沟等破坏性地震灾害来看,与震前玉树类似的抗震设防薄弱、历史欠账较多的地区,大量城市老旧房屋建筑、生命线工程及基础设施系统,仍将是地震破坏的高风险点。占我国国土面积82%的7度(0.15g)及以下的中低烈度抗震设防区,尤其是2016年第五代区划图颁布的超过国土面积12.5%的抗震设防烈度调整地区,大量居民自建房、城市老旧房屋和基础设施系统抗震设防历史欠账和地震灾害风险更为突出

  面对地震灾害严重的基本国情,习近平总书记在中央财经委第三次会议上提出了要实施灾害风险调查和重点隐患排查工程、、地震易发区房屋设施加固工程,这是提高我国总体抗震能力,彻底降低地震灾害风险的重大举措。要实施好这两项工程需要进一步厘清问题,对症下药,政府、工程、学术、民众各界在未来相当长一段时间内密切协作、共同努力,才有可能使我国抗震防灾能力得以根本改善。

  一、存在的问题

  1.城市老旧建筑与基础设施抗震能力亟待提升,东部地区风险更为突出

  自1976年唐山大地震发生以后的44年以来,我国东部地区尚未经历6级以上破坏性地震,虽然经济相对发达,从政府到普通民众各层面对抗震问题的重视程度、以及大量城市老旧建筑的实际抗震能力都远不及地震频发的西部地区。2012年12月19日浙江宁波一栋建成仅23年的楼房突然倒塌;2014年4月4日,浙江省宁波奉化市大成路居敬小区一幢5层居民楼发生倒塌; 2019年2月16日,福建省福州仓山区盖山镇叶厦村一砖混结构自建民房发生倒塌;2020年3月7日晚,福建泉州一座非正规设计的7层钢结构酒店建筑倒塌。这些事件虽非地震造成,但充分暴露出我国东部地区部分城市房屋尤其是一些老旧房屋的安全现状已到了多一根稻草就有可能压倒的危险程度;同时,我国东部地区经济发达,全国经济运行的许多环节都依赖于东部地区,一旦发生破坏性地震,当地人员伤亡和经济损失可能比西部地区更为惨重,更大的问题还有可能导致连锁反应,灾害后果可能波及全国经济运行,解决这些地区尤其是人口密集的城市老旧房屋及基础设施抗震问题已刻不容缓。

  2.各类学校、医院建筑的地震灾害风险问题仍应当关注

  由于校舍建筑大开间的需求、医院建筑地震时承担的救灾功能需求,2008年汶川地震暴露出学校、医院建筑十分严重的抗震能力薄弱问题,2009年起实施的全国中小学校舍安全工程,以及2010版建筑抗震设计规范将校舍建筑提升为重点设防类建筑,在一定程度上缓解了校舍类建筑的地震风险问题,但与美国为首的发达国家学校医院的地震安全要求相比仍有实质性差距。特别是我国2010版抗震设计规范实施以前建造的大量幼儿园、大中专院校的校舍建筑一直没有得到应有的鉴定和加固处理,仍存在一直没有解决的抗震能力薄弱问题。2013年的7.0级芦山地震、2019年的四川长宁地震等震后科学考察发现,虽然2009年实施的全国校舍安全工程取得了一定的实效,但当地的学校建筑仍是所有公共建筑中抗震能力较差的一类建筑,医院建筑也多因破坏严重而无法发挥其应有的灾区抗震救灾医疗救助功能,这与对安全要求越来越高的现代化城市发展以及小康社会建设要求不符,彻底改变校舍、医院类建筑抗震能力薄弱的问题仍需多方共同努力。

  3.城市建筑功能性非结构设施系统抗震性能明显偏低,严重影响城市抗震防灾韧性

  据统计,在我国经济发达地区,城市建筑功能性非结构系统造价占建筑总造价平均比重约为60%~70%,大型现代化医院等建筑内的非结构系统造价占建筑总造价水平的比重可达90%以上,这些维持功能的非结构系统基本都未经过抗震设计。以2017年四川九寨沟7.0级地震为例,因汶川地震以后该区普遍采取了一系列震后恢复重建措施、并在全区采取抗震能力较强的8度设防,共仅致29人死亡失踪,其中除因当地山壑纵横、地质条件特殊有20人因滑坡滚石致死亡外,其他9人全部因围墙、建筑外装饰墙塌落致死,全部是非结构破坏所致,无一例结构倒塌死因!此次地震直接损失以及因酒店设施等大面积破坏而导致的旅游停业等间接经济损失总和的至少60%系因非结构破坏所致!实际上,在抗震设防要求落实薄弱的地区,建筑非结构抗震问题更为突出,即使是看似不应该发生人员伤亡的小地震事件,也会因非结构部件破坏而发生致人伤亡的大问题。最典型的例子就是2019年四川荣县4.9级地震,造成2人死亡,全因三楼的阳台护栏塌落所致。这些例证充分说明,我国建筑非结构系统的抗震能力基本现状颇为堪忧,越是震级不大的中小地震所暴露出的非结构破坏问题越是突出。

  4.基于强震观测尤其是结构强震反应观测的地震灾害自动监测评估能力、对抗震防灾技术发展支撑能力薄弱

  城市地震灾害呈现链条式的发生、发展,潜在风险和灾害发展的相关影响因素复杂多变,相互关联,如何在单个工程地震灾害模拟的基础上实现复杂的城市工程系统耦合震害模拟仍是难点。自20世纪70年代开始,美国、日本的结构强震反应观测数据已经成为其地震灾害评估、发展工程防灾技术、促进地震工程学科发展的重要依据。虽然我国陆续在一些重要建筑物和重要基础设施布设了结构地震反应观测台阵或健康监测诊断系统。但总体来看,结构地震反应观测系统数量与既有建筑存量相较占比太少,且孤立式分布,不成体系。建国60年来全国范围内虽发生过数百次破坏性地震,但尚未获得对科研和工程防灾有重要价值的结构强震反应观测数据。观测手段不系统、功能单调、台阵数量少、设备能力差、分析评估水平低、不具备动态监测评估功能,远未形成与城市地震灾害风险评估需求相匹配的动态监测分析、识别能力和对抗震防灾理论与技术发展的科学研究平台,严重制约防震减灾现代化水平。

  5.城市及城市群大震应急救援能力科学化现代化水平相对偏低

  2000年以来,尤其是2008年汶川地震以后,我国的地震灾害应急救援能力虽已获得较大发展,但现场实际救援行动科技化、专业化水平低,现代化应急救援装备水平低,搜救效能差,远不能满足我国城市尤其是东部人口密集的大城市及城市群高地震风险现状对地震应急救援能力的迫切需求。虽初步建立了国家和省市级地震应急指挥技术系统和救援队,但明显存在业务分析、数据支撑、技术能力、装备水平不足问题;搜索定位设备实用化水平低,难以满足地震现场面积大、埋压深的精准定位需求;生命通道快速安全构建技术装备欠缺,复杂现场医疗应急救援技术装备专业化水平低,地震应急救援标准体系、救援人员实战演练培训体系亟待建立完善。

  二、对策建议

  1.全面开展城市尤其是东部地区城市老旧建筑与基础设施抗震加固。结合全国地震灾害风险调查与地震易发区房屋设施加固工程,尽快开展针对2016年第五代区划图中12.5%国土面积的抗震设防烈度调整地区,以及珠三角、长三角、京津环渤海区域为主的东部地区城市老旧建筑与基础设施抗震加固工程,调查存在的突出地震灾害风险问题,研究提出加固改造技术对策,尽快落实解决城市地震高风险问题。

  2.进一步适度提高学校、医院类建筑抗震设防要求,继续开展既有学校、医院类建筑抗震加固。结合全国地震灾害风险调查与地震易发区房屋设施加固工程,重点开展全国既有学校、医院类建筑抗震鉴定与加固工作,研究进一步提高新建学校、医院类建筑抗震设防要求的经济、技术可行性,彻底解决我国城市工程抗震防灾的短板。

  3.有序开展建筑非结构系统抗震韧性技术研究,提高城市建筑功能性非结构设施系统抗震设计水平。总结、分析国内外工程非结构系统抗震的研究成果,比对、吸取国内外现有非结构系统抗震设计相关实践经验,推进研究成果转化,完善我国工程非结构系统抗震设计规范,切实提高规范可执行性和执行力度;针对非结构系统,考虑结构楼层的动力放大效应,研究加速度敏感型、位移敏感型、混合敏感型等不同类型非结构构件的特性,研发与性态抗震设计需求相匹配的非结构抗震加固新技术和相应的安全性及韧性评估方法。

  4.建立全国地震易发区结构强震反应观测网络系统。在全国自然灾害承灾体普查数据库基础上,开展基于多层次数据的、不同类型的、不同设防标准的城市工程系统快速建模和地震反应高效模拟方法研究,研发全国地震灾害模拟系统;针对城市重点地震灾害源和地震灾害承灾体,研究建立全国地震易发区结构强震反应观测网络系统的可行性,开展风险动态监测,通过多种手段和途径提升震前安全隐患的有效预防、震时地震破坏的实时监测和识别、震后应急救援的科学警示和决策三位一体的综合高效应对地震灾害风险的能力,并运用数值模拟、大数据分析等技术建设评估系统,实时动态监测、动态识别、动态评估、动态管理地震风险。

  5.加强大震巨灾应急救援能力科学化现代化建设,开展城市地震重灾区现场人员搜救关键技术研究。针对我国城市防震减灾现状与地震灾害应急救援特点,开展融合情景仿真、指挥调度、搜索定位、通道构建优化、应急医疗、演练培训、效能评估的多学科综合交叉研究,构建地震巨灾情景动态模拟系统,研发地震巨灾救援资源动态优化配置决策和调度系统,加强平时训练演练;基于现代通讯技术,研制埋压人员快速大面积精准搜索定位设备;基于新材料与现代制造技术,研发救生通道快速构建技术装备和安全防护装备;基于现代人工智能AI技术,建立综合考虑搜索、救援、医疗一体化的救援安全评估和培训演练技术体系;针对国内城市救援特点和实际需求,建立完善地震应急救援标准体系。

  最后,愿我们牢记玉树地震经验教训,切实采取有效措施,为全国防震减灾能力迈上新的台阶共同努力!为中国共产党成立一百周年、为新中国成立一百周年献上地震永远安全的丰厚大礼!

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