四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫建筑物更新研究介紹

范開紅

四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫建筑物更新研究介紹

范開紅

范開紅，四川省地震局高級工程師，主要從事震害預測、地震應急和GIS 應用領域的研究工作。先后承擔和參加“九五”、“十五”、“汶川地震災后重建”、“蘆山地震災后重建”、局所合作等國家、省部級科研課題數(shù)十項，發(fā)表學術論文十余篇。先后榮獲中國地震局防震減災優(yōu)秀成果獎、四川省地震局防震減災優(yōu)秀成果獎7次。先后參加“5·12”汶川8級大地震、8·30仁和—會理交界6.1級地震、西藏昌都6.1 級地震、云南魯?shù)?.5級地震、云南景谷6.6 地震和康定6.3 級地震等四川及周邊省份十余次地震現(xiàn)場應急工作，獲2015 年中國地震局防震減災先進個人獎。

項目背景

四川省位于南北地震帶南段，境內有鮮水河斷裂、平武—青川斷裂、映秀—北川斷裂、安寧河—則木河斷裂、金沙江斷裂、大涼山斷裂、理塘斷裂、巴塘斷裂等眾多斷裂，縱橫交錯，地震活動頻繁，地震災害威脅極大；歷史記載中，四川一直是我國地震高發(fā)的省份，且地震震級高，死亡人數(shù)多，僅僅20世紀的100年中，四川發(fā)生的7級以上地震就有1933年疊溪7.5級地震、1973年 爐霍7.9級地震、1976年松潘7.2級地震，21世紀又發(fā)生了2008年汶川8.0級大地震和2013年蘆山7.0級大地震等。僅汶川地震后至2016年底，四川發(fā)生5~6級地震27次，6~7級地震6次，7~8級地震1次，給當?shù)鼐用裨斐闪酥卮蟮纳敭a損失。

四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)在“5·12”汶川特大地震和“4·20”蘆山強烈地震中都發(fā)揮了重要作用，特別是在蘆山“4·20”7.0級地震中，四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)依托四川省地震應急基礎數(shù)據(jù)庫，為地震應急提供快速的、持續(xù)動態(tài)的震情、災情和圖件支持等服務，為抗震救災的勝利做出了突出的貢獻，第一時間為趕到四川省地震局指揮部的省領導提供了預評估震情，估算的人員傷亡是約為220人，與實際地震遇難人數(shù)196人，失蹤21人很接近；估算的直接經濟損失約33億元人民幣，與實際情況相差很遠，經過分析，四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)估算的直接經濟損失，是通過四川省地震應急數(shù)據(jù)庫中的建筑物數(shù)據(jù)和易損性矩陣進行估算得來的，而四川省地震應急數(shù)據(jù)庫中的建筑物數(shù)據(jù)，還是2005年的數(shù)據(jù)，已經嚴重滯后了。建筑數(shù)據(jù)的時效性是地震快速評估結果準確性的基礎，據(jù)多年的數(shù)據(jù)收集經驗表明，實地收集四川省地震應急數(shù)據(jù)庫中的建筑物數(shù)據(jù)，是非常困難的，通過其他相關途徑完整收集建筑物數(shù)據(jù)也很困難。因此，研究建筑物數(shù)據(jù)更新模型，解決四川省地震應急數(shù)據(jù)庫中建筑數(shù)據(jù)更新，成為了四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)當前亟待解決的問題。四川省地震應急數(shù)據(jù)庫是四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)的基礎，只有及時的更新數(shù)據(jù)，四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)才能保持生命力，快速的為地震應急指揮領導提供較準確震情、災情等輔助決策信息服務。

圖1 四川省2014年人口、經濟與民族集居地分布圖

研究目標

為解決四川省地震應急數(shù)據(jù)庫中建筑數(shù)據(jù)更新問題，結合中國地震局地震科技星火計劃青年項目，項目組成員針對四川建筑物數(shù)據(jù)的分布特點、影響因素進行了研究，具體的研究目標有：①按四川省地震應急數(shù)據(jù)庫的人口、經濟數(shù)據(jù)和民族分布的差異（級別），將四川劃分為不同區(qū)域；②利用四川人口、經濟數(shù)據(jù)和民族分布特征，分析研究得到四川不同片區(qū)建筑物數(shù)據(jù)與當?shù)鼐用竦乜臻g分布、人口、經濟等數(shù)據(jù)的關系模型，實現(xiàn)當各地區(qū)的經濟、人口等數(shù)據(jù)變化后，根據(jù)各地區(qū)建筑物分布規(guī)律,構建四川建筑物數(shù)據(jù)更新模型；③為“國家地震社會服務工程應急救援系統(tǒng)”、 四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)中的地震應急基礎數(shù)據(jù)庫中的建筑物數(shù)據(jù)更新提供解決辦法。

項目實施成果

1. 區(qū)域劃分

四川是一個人口、經濟分布差異顯著的省份，項目組根據(jù)四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫里面的全省人口、經濟和少數(shù)民族分布制作了展現(xiàn)四川省人口平均密度分布和四川每平方千米GDP情況的分布圖，如圖1所示。根據(jù)四川人口和經濟數(shù)據(jù)分布特征，可將四川劃分為以龍門山—大涼山一線為界，東部為盆地及盆緣地區(qū)和西部高山高原、山地少數(shù)民族地區(qū)兩大區(qū)域。

根據(jù)四川人口、經濟、各民族建房習慣和特征及對四川各地建筑物實地調研情況得出:四川不管是什么地區(qū),城區(qū)和城鎮(zhèn)的商鋪、政府事業(yè)單位、醫(yī)院、學校和其他公共建筑是相對集中的；城區(qū)和城鎮(zhèn)周邊的企業(yè)和廠房建筑較多；民族地區(qū)由于人口稀少、經濟落后、生活和建房習慣差異大，這里商鋪、企業(yè)和廠房等建筑相對少很多，如涼山的彝族農村住房普遍為土（磚）木結構，并且面積都不太，一般在80~100平方米；而甘孜和阿壩藏族居民同樣人口稀少、經濟落后，但他們的住房面積較大，一般都在200~400平方米，很多村居住房甚至需要修建10~20年。在分析研究四川各地人口分布特征、抽樣調查的建筑物數(shù)據(jù)及各地各民族建房習慣后，對四川地區(qū)建筑物分布進一步劃分，將具有相似建筑物的鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行歸類，具體情況如表1所示。

表1 四川建筑物數(shù)據(jù)片區(qū)分布表

2. 建立建筑數(shù)據(jù)更新模型

經過對各地區(qū)各類鄉(xiāng)鎮(zhèn)中城鎮(zhèn)居民人均住房面積、農業(yè)居民人均住房面積、人均政府及事業(yè)單位辦公建筑面積、人均學校建筑面積、人均醫(yī)院建筑面積、人均企業(yè)辦公建筑與廠房面積、人均商場與商鋪面積等建筑物抽樣數(shù)據(jù)進行分析、歸納和總結，得出各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對應的不同用途建筑面積變化表格，如表2所示。

依據(jù)表2可以清楚的得各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對應的不同用途建筑面積變化的比例。因此，四川除成都市主城區(qū)外不同地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型可表示如下：

表2 四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對應的不同用途建筑面積變化表（單位：m2）

式中： Xv——某個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總的建筑面積；

Tv——城鎮(zhèn)居民人均住房人平均面積；

Cn——農業(yè)居民人均住房人平均面積；

Gn——人均政府及事業(yè)單位辦公建筑面積；

En——人均學校建筑面積；

Hn——人均醫(yī)院建筑面積；

Bn——人均企業(yè)辦公與廠房面積；

Sn——人均商場與商鋪面積；

On——人均其他公用建筑面積；

Pn1——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)人口；

Pn2——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)戶籍人口；

Pn——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)總人口。

在表2四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對應的不同用途建筑面積變化表中，除城鎮(zhèn)居民人均住房和農業(yè)居民人均住房外的所有房屋歸納為一類建筑——公共建筑，那么就會得到簡化的四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑面積對應的不同用途建筑面積變化表，進而四川地區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型可簡化如下：

式中： Xv——某個鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）總的建筑面積；

Tv——城鎮(zhèn)居民人均住房人平均面積；

Cn——農業(yè)居民人均住房人平均面積；

Wn——人均公共建筑面積；

Pn1——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)城鎮(zhèn)人口；

Pn2——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)農業(yè)戶籍人口；

Pn——某鄉(xiāng)鎮(zhèn)總人口。

基于公式（2）和簡化后的四川各類地區(qū)不同類型鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同用途建筑面積變化表以及全省每年更新的鄉(xiāng)鎮(zhèn)級人口數(shù)據(jù)，可計算出各鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑物總面積，再結合《南北地震帶大震極災區(qū)速判與關鍵技術研究》項目成果——“四川各區(qū)域不同結構類型建筑物比例系數(shù)”和抽樣調查得到的不同結構類型建筑物比例系數(shù)，計算出滿足地震應急基礎數(shù)據(jù)庫應用要求的每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)不同結構類型的建筑面積數(shù)據(jù)。

項目產生的社會效益

項目實現(xiàn)過程中，大范圍抽樣調查取得的建筑物數(shù)據(jù)，對四川建筑物的分布、抗震設防情況和建筑風格等數(shù)據(jù)都是一次完整性的收集，為各地的防震減災規(guī)劃和應急準備及地震應急快速評估的易損性矩陣更新都提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

項目中建立的四川地區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑數(shù)據(jù)更新模型及計算結果，在“四川省地震局蘆山災后恢復重建——地震應急聯(lián)動與信息共享及災情綜合研判系統(tǒng)升級改造”項目和多個市縣防震減災綜合服務系統(tǒng)中得到應用，能有效提高四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫更新的效率，解決建筑物數(shù)據(jù)時效性滯后的問題，更好地支撐四川省地震應急指揮技術系統(tǒng)，提高其震害評估的準確性；并為相關行業(yè)建筑數(shù)據(jù)統(tǒng)計工作提供了新方法。

項目實施心得

四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫建筑物更新研究課題是在四川地震應急基礎數(shù)據(jù)庫中建筑物數(shù)據(jù)更新滯后的情況下，申請的中國地震局地震科技星火項目課題，具有現(xiàn)實性和緊迫性等特點，課題具有現(xiàn)實需要和一定的研究基礎，并且研究結果容易驗證；課題的完成，取得了較好的社會效益，這種與實際工作結合的研究模式，課題實施進程更為順利，因為需求明確，能有效解決實際工作中遇到的問題。

在以往的研究工作中，一般強調影響因子間的正相關或負相關性，但在這次的課題實施過程中探索到，在分析農村建筑物分布情況與通常的影響因素之間的相關性時，會得到一些因素往往與農村建筑物分布沒有相關性，其實這也是一個有用的結果，可以將此因素排除掉，也是一種有效的科學研究思路。

未來展望

在項目實施過程中，鑒于大城市城區(qū)建筑物的復雜性，本模型暫時沒有考慮成都主城區(qū)（大城市主城區(qū)）的情況，在未來的相關研究工作中，我們將基于本項目的研究成果，進一步細化深入研究，同時結合百度地圖、天地圖等各類公共地圖數(shù)據(jù)平臺，在模型中補全大城市主城區(qū)的研究，并研發(fā)一套兼具數(shù)據(jù)錄入、抽樣數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)推算、精度測試、數(shù)據(jù)校驗等功能為一體的四川地震應急基礎數(shù)據(jù)動態(tài)更新與管理系統(tǒng)，更好地滿足地震應急、震災防御等工作的需要。