城市建筑物震害三維模擬在GIS中的應(yīng)用

姜立新 谷國(guó)梁 帥向華 楊天青 張維佳

1）中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045

2）中國(guó)地震局地震預(yù)測(cè)研究所，北京 100036

地震的突發(fā)性和破壞性對(duì)人民的生命和財(cái)產(chǎn)造成巨大的損失，在財(cái)產(chǎn)和人口高度集中的城市地區(qū)更為嚴(yán)重，地震災(zāi)害損失分析作為防震減災(zāi)的重要環(huán)節(jié)具有現(xiàn)實(shí)意義。GIS因具有數(shù)學(xué)應(yīng)用模型和空時(shí)分析功能已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在地震災(zāi)害損失分析工作中，但大都是基于二維的GIS，在表達(dá)建筑物的震前和震后信息方面存在不足。本文運(yùn)用三維建模、遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、震害預(yù)測(cè)方法等方面技術(shù)，對(duì)震后災(zāi)害場(chǎng)景進(jìn)行模擬，能有效的利用更多的信息把震后的災(zāi)害場(chǎng)景快速、直觀和準(zhǔn)確的表達(dá)出來(lái)。

建筑物三維震害模擬分析的技術(shù)路擬分為4部分：①利用基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行三維建模；②根據(jù)震害分析方法和地震基本參數(shù)計(jì)算建筑物的破壞等級(jí)；③提取震害特征利用貼圖方法將建筑物的震害直觀表示；④對(duì)三維場(chǎng)景的信息查詢功能。

本文選擇Google SketchUp進(jìn)行三維模型建立，將建筑物分為兩類：普通建筑物和重點(diǎn)建筑物，在建模中采用貼圖技術(shù)，對(duì)不同震害程度的直觀、生動(dòng)表示，以區(qū)分不同等級(jí)震害。根據(jù)震害特征總結(jié)，結(jié)擬《建筑地震破壞等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)房屋破壞分級(jí)的描述，對(duì)不同的震害等級(jí)的特征進(jìn)行定性的描述，直觀顯示和容易區(qū)別不同等級(jí)震害。建筑物震害特征顯示主要從建筑物外部墻體、門窗、破壞碎片等方面進(jìn)行總結(jié)，依據(jù)震害指數(shù)與震害等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系將震害分為5個(gè)等級(jí)（表1）。

表1 不同等級(jí)震害特征表示

根據(jù)震害指數(shù)判斷建筑物的破壞程度，制作出不同震害等級(jí)的模型，達(dá)到了不同等級(jí)的震害模型易于區(qū)別，能夠表達(dá)出震害特征的效果。建筑物的三維震害模型可視化在GIS的環(huán)境中實(shí)現(xiàn)，功能：①整體破壞情況分析。可俯瞰整個(gè)受災(zāi)區(qū)域建筑物的破壞及其分布情況，快速判讀出破壞較為嚴(yán)重的建筑。②屬性查詢。對(duì)目標(biāo)建筑物的屬性進(jìn)行查詢，得到該建筑物，建造年代、樓層數(shù)量、破壞程度等屬性信息。③漫游功能。在震后場(chǎng)景中漫游，清晰地觀察目標(biāo)建筑物的破壞狀態(tài)。

本文利用基礎(chǔ)公共數(shù)據(jù)和Google SketchUp進(jìn)行三維建模，結(jié)擬GIS技術(shù)、地震災(zāi)害損失分析方法對(duì)三維的建筑物震害進(jìn)行模擬。利用貼圖的方法對(duì)不同等級(jí)震害模型建立，采用半自動(dòng)場(chǎng)景生成方法，能夠快速、生動(dòng)的顯示地震前后場(chǎng)景，符擬地震應(yīng)急中快速的要求，達(dá)到了顯示不同等級(jí)震害模擬的目的，提出了利用三維模擬技術(shù)在地震災(zāi)害損失分析研究中的一種方法和思路。